pbl教学方法在《仪器分析》课程教学中的应用探索——以气相色谱为例

2020年第3期广东化工
第47卷总第413期 ·235 ·PBL教学方法在《仪器分析》课程教学中的应用探
索——以气相色谱为例
黄斯珉，韩婷
(东莞理工学院化学工程与能源技术学院，广东东莞523808)
[摘要]介绍了PBL教学方法及该教学法在能力培养等方面的突出优点，并将PBL教学方法应用于《仪器分析》这门课程中。

详细讲述了PBL教学的实施方法，并在案例分析中，以气相色谱为例阐述了PBL教学法在《仪器分析》这门课程中的应用。

[关键词]PBL教学方法；能力培养；仪器分析
[中图分类号]G4 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2020)03-0235-02
Application Research of Problem Based Learning for Instrument Analysis--Take
Gas Chromatography as An Example
Huang Simin, Han Ting
(Dongguan University Of Technology, Chemical Engineering And Energy Technology, Dongguan 523808, China) Abstract: Problem-based learning (PBL) teaching method is introduced in this paper. It is employed in Instrument Analysis. The applications of the PBL testing method in this course are illustrated based on two aspects: implementations of the PBL testing method and case analysis.
Keywords: Teaching method of PBL；instrument analysis；ability of cultivating
PBL是基于问题的学习(Problem Based Learning)，由加拿大的一位神经病学教授Barrows提出，是一种将学生放到教学中心的教学方法[1]。

它是以问题为导向，激发学生对问题刨根究底的兴趣。

学生会将解决问题作为学习的动力，在其驱动下，过程中通过查阅资料，小组讨论等方式，在掌握教学内容的同时，造就学生的处理问题能力和自主学习的观念，取得一举两得的效果。

与传统的“教师授课，学生听讲”教学方式相比较而言，PBL教学法是一个更加高效的教学模式。

近些年来，在教育改革的浪潮下，中国大陆对PBL教学方式的关注也不断增多，但实践效果并不理想，还需要进一步的探讨与研究。

《仪器分析》是指采用相对复杂或特殊的仪器设施，以物质的物理或化学性质作为分析依据，得出物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一门学科，是分析化学的重要组成部分[2]。

在课程学习中，学生不仅需要把握仪器分析方法的原理，更要熟悉所使用仪器的结构以及它的应用。

但在传统的教学方式中，讲授的知识点多而分散，且过于理论化，不能及时的和实践操作相结合，这就导致学生对抽象的知识难以理解，记忆不牢固，在实际操作时仍不理解仪器原理及操作方法。

所以在《仪器分析》这门课程中，如何采用PBL教学方法进行有效的教学是值得研究和探索的。

1 PBL教学方法优点
1.1 以“问题驱动”为导向，完成对知识的掌握
在PBL教学当中，最重要的一个环节，就是提出一个可以激发学生兴趣并且含括教学内容的问题。

由于存在一个中心问题需要解决，学生在学习的过程中便有了目标和动力，自然对问题背后的理论知识也充满了兴趣。

在这个因素的影响下，学生通过自己查阅资料、主动思考、分析问题、实践应用，进而解决问题。

在这些过程中遇到的理论知识，便会潜移默化的深入脑海，这要比教师单纯授课、学生被动听课得来的知识更加的牢固。

1.2 教师与学生一起完成授课
在这种教学模式中，授课不仅仅是教师的工作，过程中学生应占有更多的主动权。

在授课过程中，解决问题的过程是由教师和学生一起完成，其中学生占主导地位，教师可以引导学生先向更深层次探索、启发学生思考问题的本质。

这样不仅可以与学生拥有良好的师生关系，营造出和谐的学习氛围，避免出现传统教学中由于教学方法问题引起的师生之间的隔阂。

在这种良好的环境下，教师、学生可以更加有效的完成教学目标。

1.3 不仅有对理论知识的学习，更有对自身能力的提升
当代教育，不应仅限于知识的传授，更重要的应是对学生能力的培养。

“授之以鱼不如授之以渔”，在PBL的教学模式里，学生更多的是主动学习，自主分析，这非常有利于造就自主学习的意识和处理实际问题的能力。

在解决问题的过程中，使用小组分工合作，共同探讨的模式，对于培养学生的沟通协作能力、合作共赢的意识有不可言说的巨大作用。

1.4 在学习过程中做到思维共享
在PBL的教学模式中，不再是教师一味的讲述，更多是学生之间的共同交流。

在这种环境下，学生可以将自己的灵感进行分享，在思考的过程中倾听他人的想法，做到思维的碰撞，取得思维共享的复合收益，产生“1+1＞2”的成果。

在这种交流与共享的环境中，通过解决问题习得新知，学生有明显的成就感，激起学习兴趣，形成良性循环。

2 PBL教学方法实施
2.1 教师和学生的角色转变
传统课堂“老师讲，学生听”的模式效率低下，禁锢了学生的思维，在PBL教学模式中，要引入“翻转课堂”的方式。

在课堂中，教师只需要做出引导，带领学生提问题，给学生充足的时间让学生四思考，交换意见，要做到学生才是课堂上的主角。

通过多次的学习积累，形成学生独立自主学习能力和解决问题的能力。

2.2 教学内容
在PBL的教学模式中，我们的教学内容要能够使学生更好的理解和掌握书本上理论知识，利用多种方式将抽象的理论变得更加直观，内化成学生脑海里的知识。

教学过程中，应伴随大量的实际操作，这不仅能够强化学生对知识的记忆，更培养学生的动手操作能力。

教学内容应能激发学生的求知欲，能引导学生举一反三，不断地发现问题，解决问题。

教学内容可以结合学科背景，解决实际生活中的问题，让学生感受到所学知识的重要性，这容易使学生在学习中获得成就感，还可以激起学生专研这门科目的兴趣。

2.3 小班化分组教学
在传统的教学方式中，一人讲课，全班听讲，课堂中学生的参与度小，课堂效率不高，为解决这种情况，应采取小班式分组教学的模式。

这种方式可以提高课堂效率，在分组教学过程中，教师和学生可共同参与问题探讨，引导学生将课堂上的知识与实际问题联系起来，这样不仅能够提高学生在课堂中的参与度，还可以增强学生的自我学习能力，更重要的是能让教师掌握学生的学习情况，更加了解学生。

2.4 问题的设定
[收稿日期] 2019-11-24
[基金项目] 东莞理工学院教学质量工程项目(物理化学教学团队)；广东省本科高校高等教育教学改革项目(化工虚实立体结合教学模式研究－基于应用型人才教育视角)
[作者简介] 黄斯珉(1985-)，男，江西赣州人，副教授，博士，主要从事传热传质研究。

广东化工2020年第3期·236 · 第47卷总第413期
PBL教学中最重要的一个环节就是问题的提出。

问题提的恰不恰当，直接决定了教学成果的好坏。

首先，问题的提出应该具有驱动性，要引起学生的兴趣，激发学生的讨论和思考，进而引导学生一步步地向教学目标靠近。

并且要顺应学生的思维，不可提出过难或者过于简单的问题，导致失去学生的积极性或者问题的挑战性。

第二，要根据教学内容设定问题。

问题不能是盲目性的，要具有侧重性，问题的答案要与需要掌握的知识和实际的应用密切相关，让学生感受到学有所用，保持学生对学习的积极性。

第三，要设定具有难度差异的问题。

对于相对简单的问题，学生可以通过各种新媒体手段直接查阅得出，这可以增强学生的信心，进而完成下一阶段的目标。

对于较难的问题，学生需自主思考、小组讨论等方式才能得出答案，这就培养了学生独立自主的学习能力，加强了他们对问题刨根究底的态度。

2.5 评估考核
无论是在传统的教学方式还是PBL教学模式当中，良好的考核机制，都会对学生的成绩产生积极的影响。

在考核中应分成三个部分：第一部分，小组学习。

在小组学习过程中，学生需通过自己动手查找资料，互相讨论，设计出解决方案。

分数可以由组成员互相评定，该成绩占总成绩30 %。

第二部分，课堂展示。

每一小组会对自己的学习成果进行展示，教师可根据展示的内容是否提出了合理的解决方案，是否对知识点掌握清晰等方面决定分数，该成绩占总成绩30 %。

第三部分，期终测验。

无论采用哪种教学方法，最终的目的都是为了提高学生的学习成绩学习和能力。

该部分可采用常规的闭卷考试的方式，也可以灵活设计考试方式，比如课题设计、实践应用等方式。

最后一部分占总成绩的40 %。

3 实例分析
图1 叶绿素分离实验，色带示意图
Fig.1 Separation experiment of chlorophyll, schematic diagram of
color band
为了使学生在学习过程中更加的有积极性和求知欲，教师可以在教学开始时向学生介绍一些原理简单，且又和本课程有紧密关联的有趣实验。

例如，在讲授“气相色谱”一课时，为调动学生的学习热情和求知欲，教师可以先向学生介绍茨维特的叶绿素分离实验，如图1所示。

该实验原理较为简单，且学生在高中生物中便有了解。

可以从该实验中由易到难，引出气相色谱的原理及应用。

在该实验中，石油醚会携带菠菜色素的混合物流经碳酸钙粉末，不同物质之间经过多次反复的相互作用后，渐渐形成了分离的色带，然后不同物质按一定顺序从碳酸钙中流出。

这个过程简单的实验，很容易引起学生的思考：是什么原因让混合物在不同位置形成色带？是什么原因能让混合物中物质按不同顺序流出？碳酸钙和石油醚在这次分离实验中扮演什么样的角色？我们能不能把这种现象应用到实际的检测当中？
带着这些问题，教师就可以在教学中带领学生进行一场探究性的学习。

教师整理并抛出学生心中的问题，将学生进行分组，引导学生进行对问题的探讨：首先，菠菜中的各种色素，在石油醚中的溶解能力有很大的区别，它们无论在结构上还是在性质上也都存在着差异。

第二，因为菠菜中的色素混合物中的不同组分与碳酸钙粉末之间存在着形式不同、强弱也不同的作用力，不同色素随着石油醚向下移动时就会产生不同的速度。

这样就导致了不同物质按一定的先后顺序从石油醚中流出。

这时我们是否可以根据物质流出的不同顺序来对物质进行定性分析呢？对于各种物质的选择又有什么样的要求？首先，系统中要存在互不相容的两相：固定相(碳酸钙)和流动相(石油醚)；第二，流动相携带被测物质经过固定相运动；第三，被测物质在两相之间反复分配、相互作用而分离。

通过以上的分析，色谱分析法的原理就显而易见了。

使混合物中各组分在两相间进行分配，其中一相是固定不动的，称为固定相，另一项是携带混合物流过此固定相的流体，称为流动相。

当流动相中所含混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用。

由于各组分存在不同的结构和性质，与固定相产生的相互作用力也存在着大小和强弱上的差异，因此，在同一推动力作用下，不同组分在固定相中的停留时间则不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。

这种在两相间分配原理而使混合物中各组分分离的技术，称为色谱分离技术或者色谱法[3]。

那么采用气体作为流动相的色谱法就叫做气相色谱法。

4 结语
通PBL教学法是以学生为中心，通过抛出相关问题，让学生自主收集、整理资料，增强学生的积极性，逐渐提升其自主学习能力。

在《仪器分析》PBL教学中，仍然存在着一些问题，需要我们不断地实践探索，让PBL教学法在《仪器分析》的教学中充分发挥优势作用。

参考文献
[1]焦宇，谢程，唐伟方．PBL教学法在高校有机化学实验教学中的应用[J]．广州化工，2018，1001-9677：127-128．
[2]瑙莫汗，里维俊，包秀霞．应用型民族院校仪器分析课程教学设计与改革[J]．中国现代教育装备，2019，12：32-34．
[3]朱明华，胡坪．仪器分析[M]．北京：高等教育出版社，2018，6(2015，1重印)．
(本文文献格式：黄斯珉，韩婷．PBL教学方法在《仪器分析》课程教学中的应用探索——以气相色谱为例[J]．广东化工，2020，47(3)：235-236)。