基于PBL教學模式的綜合化學實驗教學改革*
——以“過碳酸鈉的制備、檢驗及性能檢測”為例

韓洪亮 安金利 （ 首都師范大學化學系； 北京實驗學校）

基于問題的學習方法（Problem-based Learning,簡稱PBL）是由Barrows 提出并應用于醫學教學中[1]，現已廣泛應用于各學科的課程教學中。該教學模式將學生學習放置到“設置問題”的教學情境中，通過學生自主學習、相互協作解決設置的問題，教師從中進行適當引導，培養了學生團隊協作、自主學習和創新能力，從而提高課程的教學質量。近年來，PBL 也被應用于基礎化學實驗教學中[2-4]。由于綜合化學實驗課程較基礎化學實驗課程課時更長、科研前沿內容較多、學生的專業基礎更扎實，因此更利于PBL 教學模式的開展。本文以“過碳酸鈉的制備、檢驗及性能檢測”綜合化學實驗教學為例，敘述PBL 教學在實驗課程中的開展過程。

一 分組及課前預習

先將學生按照2 人一組分組。在實驗課程開課前1～2 周，將實驗課程講義、預習的問題以及學生分組情況告知學生，明確告知學生認真思考并查閱資料，為下一階段的課程討論做準備。教師要精心設置預習問題并收集相對全面的參考資料[5]。依據實驗內容設置了如下問題。

（1）過碳酸鈉的化學式是什么？其組成是否是固定不變的？

（2）過碳酸鈉制備方法有哪些？并比較制備方法的優劣？

（3）過碳酸鈉的實際應用有哪些？

（4）比較過碳酸鈉與雙氧水在實際應用中的優劣？

（5）本講義中過碳酸鈉的制備原理是什么？

（6）過碳酸鈉中活性氧的含量如何計算？

（7）過碳酸鈉中活性氧的含量如何測定？

（8）講義中制備方法中的碳酸鈉和硅酸鎂發揮什么作用？是否可以找到替代物？

（9）活性氧含量測定中，高錳酸鉀的濃度怎么確定？高錳酸鉀氧化還原滴定過程中需要注意哪些問題？

（10）影響雙氧水分解的因素有哪些？

（11）產品1 制備中，將反應液A 加入反應液B 中，加入順序能否倒置？

（12）從保障活性氧含量角度出發，產品1 制備中應注意哪些細節？

（13）講義中給出的主要原料和產品的物理化學性質表格在實驗中發揮什么作用?

（14）產品2 和3 中，氯化鈉和乙醇的加入應用了哪些化學原理？

（15）列舉本實驗中涉及的基本操作，并說明操作要點？

（16）Fe 含量測定的基本原理，并查閱國家標準？

（17）產品紅外光譜測定的定性表征中能夠獲得哪些官能團信息？對于一個化學結構明確的化合物如何指認其紅外光譜圖中的特征峰位？

（18）產品的熱穩定性分析借助熱重分析儀完成能夠獲得哪些信息？

（19）過碳酸鈉降解羅丹明B 的性能試驗的原理？降解的產物如何分析？

（20）在實際生產過程中，如何提高產率和活性氧含量？

（21）除講義中涉及的產物表征和測試手段外，還能應用哪些表征手段對產物進行分析？

（22）基于以上問題，你是通過什么方法獲得答案的？

設置的問題主要涉及研究背景、實驗原理、基本操作、產品性能測試以及影響因素等。通過文獻資料的查閱，學習文獻檢索的一般方法，了解實驗開展的意義，用已有的基礎化學知識去分析實驗原理和檢測手段并學會如何運用文獻檢索驗證實驗猜想等能力，從而了解一般的科研方法。通過學生的自我學習，加深對實驗內容的了解，激發學生驗證實驗內容的積極性。這個過程是“被動學習”，需要學生基于設置問題做演示文稿，以組為單位為下一階段的討論做準備。提前告知學生，討論匯報內容在課程考核中占比較多，讓學生們認真準備。組內組員間資料共享、交流討論和演示文稿制作有利于培養學生的團隊合作能力，互通有無，增強集體榮譽感。與實驗相關的未知知識的獲取會激發學生的學習熱情。

二 實驗前討論

按照分組情況進行每個小組的講演，一個學生主講一個學生補充。講演前告知學生，認真學習每個小組的匯報內容，最后要點評。在各個小組發言完畢后，請同學們各抒己見，教師進行點評。雖然課前學生做了大量預習，但是對實驗內容的重點和難點依然不會確切了解。討論結束后，教師對學生的匯報內容進行總結和講解，對于實驗中的重點和難點細致講解。例如實驗試劑的混合順序、實驗中玻璃儀器的選擇、利用試劑的物理化學性質分析實驗參數、實驗設計原理、活性氧含量和鐵含量測定的過程等。面對現在學生較強的學習和分析能力，為了更好地掌控課堂，實驗課前討論環節需要教師準備充足的資料來應對學生提出的問題。

三 實驗開展

實驗開展過程中，為提高過碳酸鈉產品的性能需要選擇不同的包埋試劑，進行平行實驗，讓學生理解在科學研究中如何考察實驗因素的影響。三組學生分別是一組不使用包埋試劑、一組選擇硅酸鈉和硫酸鎂、一組選擇EDTA 或高分子聚合物。同時講解正交實驗法和響應曲面法這兩種在科研和實際生產過程中普遍使用的研究方法。但由于實驗課時的限制沒有使用兩種實驗設計方法。在實驗開展過程中，教師要觀察注意學生的實驗表現，如課堂紀律、實驗基本操作、實驗數據的記錄和計算等，特別要時刻觀察、指導學生的實驗基本操作，嚴格要求、規范操作。活性氧含量的測定和計算是本實驗的重點和難點，對于高錳酸鉀濃度的設定、標定和氧化還原滴定的過程要重點講解和引導，讓學生理解原理并學會實驗設計。

本實驗中涉及紅外光譜、紫外可見分光光度計、熱分析儀等中大型儀器設備，前期學生已經預習儀器設備的原理，實驗中教師現場演示操作并說明原理，然后每個學生要親自操作，得到分析測試結果，師生討論如何分析實驗結果。

四 實驗結果討論與總結

對于不同實驗條件下，不同組別獲得產品的質量、產率、活性氧含量等數據會有差別。教師匯總各組的數據后，以“如何提高產率和活性氧含量？”為出發點，師生共同開展實驗結果分析，并與文獻中的結果進行對比。最后教師對實驗結果和師生討論內容進行總結。討論后，學生對實驗結果進行總結、分析，書寫實驗報告。教師對學生的實驗報告、交流環節反映的問題進行總結并完善“預習問題”，優化教學環節。

五 實驗課程考核

實驗課程成績考核方法的科學性是影響PBL 教學方法教學效果的關鍵因素。本實驗的最終成績評定包括課前預習、現場講演、實驗課堂表現（基本實驗操作規范程度、課堂紀律、實驗環保與衛生）、制備產品（質量、產率、活性氧含量、穩定性）、實驗報告、學生互評和自評成績。學生互評和自評采用不記名投票打分方式，評價內容包括基礎知識、科研能力、語言表達、基本操作、協作能力。

六 教學評價

將實驗組與非PBL 教學模式組對比，進行教學評價。學生的課程評價以問卷形式開展，問卷內容包括學生的自主學習能力、語言表達、相互合作、基本操作和對實驗的重視程度。實驗組學生還需對PBL 實驗教學模式提出建議和意見。從教學評價結果看，學生的自主學習能力、實驗設計能力、團隊協作和創新能力有明顯進步，特別是激發了學生對化學實驗和科學研究的興趣，提高了學生的科研素養。

將PBL 教學法應用于綜合化學實驗教學利于發揮學生主體地位，從被動答題到主動學習，鍛煉學生自主學習能力，課程實施過程中師生互動、生生互動活躍課堂氣氛，利于獲得“真知灼見”，利于培養學生的團隊精神和協作能力，在交流碰撞中不同“層次”的學生都能有所收獲。PBL 教學法應用于化學實驗教學呈現出多層次、立體化的互動課堂。既培養學生基礎知識與技能、提高學生的學習積極性，又提高學生的科研素養和解決問題的能力，提高化學實驗課程教學質量。同時PBL教學方法實施的過程中，對教師的知識儲備、教學方法提出更高的要求，需要對每個化學實驗內容設計預習問題和儲備相關知識，是教師全面成長的過程。在實驗教學實施過程中，教師要根據學生個體差異、實驗內容的不同進行“因地制宜”的優化才能達到滿意的實驗教學效果。