以PBL教学法为基础的仪器分析实验教学六步法构建
王再强 周红 秦小萍 范黎明 陈国华 唐萍
摘要 ? ?传统实验方法中学生是被动的获取知识，影响学习效率，而PBL教学法需要大量的时间，在实验教学中的应用受到限制。本文借鉴了部分PBL教学法应用于仪器分析实验课程，构建了仪器分析实验教学六步法，即问题的设定、实验材料及设备的确定、实验前小组讨论会、进行实验、实验后的小组总结交流会、评分。该教学方法加强了指导教师的引导作用，克服了PBL教学法需要大量时间的限制，是一种有效的实验教学方法。
关键词 ? ?PBL教学法;仪器分析;六步实验教学法
中图分类号 ? ?G642 ? ? ? ?文献标识码 ? ?A
文章编号 ? 1007-5739（2020）19-0250-03
Six-step ?Construction ?of ?Instrumental ?Analysis ?Experiment ?Teaching ?Based ?on ?PBL ?Teaching ?Method
WANG Zaiqiang 1，2 ? ?ZHOU Hong 3 ? ?QIN Xiaoping 1，2 ? ?FAN Liming 2 ? ?CHEN Guohua 1，2 ? ?TANG Ping 1，2 *
（1 College of Plant Protection， Yunnan Agricultural University， Kunming Yunnan 650201; 2 State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Bio-Resources in Yunnan， Kunming Yunnan 650201; 3 College of Food Science and Technology， Yunnan Agricultural University， Kunming Yunnan 650201）
Abstract ? ?In the traditional experimental method， students acquire knowledge passively， which affects the learning efficiency. However， PBL teaching method requires a lot of time， so its application in experimental teaching is limited. The paper applied the PBL teaching method to the instrumental analysis experiment course， constructed a six-step method of instrumental analysis experiment teaching， including problem setting， experimental materials and equipment determination， pre-experiment group discussion， conducting experiments， group summary exchange meeting after the experiment and scoring. This teaching method strengthened the guiding role of the instructor， overcame the limitation of PBL teaching method requiring a lot of time， and was an effective experimental teaching method.
Keywords ? ?PBL teaching method; instrumental analysis; six-step experimental teaching method
仪器分析（Instrumental analysis）是现代分析化学的重要组成部分，其应用已渗透到工业、农业、国防和科学技术等各個领域，是生命科学、环境科学、材料科学、食品科学、医学及医药学、商品检验、法庭科学以及航天科学等学科领域的重要研究手段和不可或缺的工具。由于仪器分析实验理论性较强、难度偏大，学生往往难于进入角色，对实验一知半解，把握不住要点，因而学生基本上是机械地跟着实验教师的指导步骤做一些简单的实验，并不能学以致用，转化为自己的知识[1]。仪器分析课程的教师在教授课程过程中也面临许多问题。首先，随着学科的发展，仪器分析包含的内容及技术越来越多，但由于时间限制，一个学期的课程中仅涉及其中的一部分[2]。其次，现代仪器分析应用的许多仪器价格昂贵，作为本科生的教学设备在多数学校数量有限，所以通常学生多人一组，并不是每个学生都有机会亲自操作仪器[3-4]。为了让所有的学生在仪器分析实验中有效掌握知识与技能，笔者借鉴了部分PBL教学法应用于仪器分析实验课程，并总结了4年的课堂实践，构建了仪器分析实验的六步法。
1 ? ?PBL教学法
仪器分析教学的主要目的是培养学生的批判性思维和解决问题的能力。为了教授学生掌握这样的能力，许多教学方法被应用于课堂教学之中，如基于过程模型的教学方法[5-6]、基于问题学习（PBL，Problem-based learning）的教学方法[7]、以流程为导向引导探究性学习（POGIL，Process oriented guided inquiry learning）的教学方法[8]。这些方法的共同特点是将传统教学中以教师“教”为中心改为以学生“学”为中心，充分激发学生的学习兴趣，培养其批判性思维、解决问题及团队协作能力等。在这些教学方法中，PBL教学法可能是最具创新意义的教学方法[9]，它首先被美国学者Barr-ows应用于医学教育领域[10]，PBL教学方法是围绕精心选择现实生活中的问题组织课程与教学，在教师的引导下，学生在分析问题的过程中自主学习相关知识，发展批判性思维和协作能力。首先自己拟定假设，然后进行知识搜索与学习，最终在学习小组内得出问题解决方案。PBL教学方法有许多优点，围绕现实生活中的问题可以激发学生对所学内容进行更加深入思考[11]，学生的学习兴趣和积极性均会有很大提高。然而，PBL教学法需要教师花费大量的时间研究和选择合适的问题、组织学生进行讨论，这在学生较多及课程时间有限的实验课程中难以完成。
2 ? ?仪器分析实验教学中六步法的构建
参考PBL教学方法中充分发挥学生自主性的方式，同时克服完全的PBL教学法不太适应课程课时较少的情况，共设计了六步法，加强了指导教师的引导及指导作用。由于本科教学的目的不仅仅是让学生掌握具体的分析方法、培养技术工人，因而为了能够促进学生对仪器分析基础理论的全面了解，在设计实验步骤时应用了“陷阱”选项（表1）。
2.1 ? ?问题的设定
不同的实验小组可做不同的实验，也可做同一个实验，或是相似的实验，这些分析问题的设定应基于实验室的条件进行，充分考虑实验的难易程度和实验室现有可使用的分析仪器设备。在实验之前，教师应将实验涉及的相关基础理论知识进行基本介绍（与PBL教学法不同）。
2.2 ? ?实验材料及设备的确定
对于每个实验室来说，实验材料及仪器设备总是有限的，在提供这些材料与设备时应精心设计，供学生选择的同时又能够考察其对基本理论知识的了解，可以在这些材料的设置上安排“陷阱”选项，即在其中加入不适于本实验内容的设备和材料（与PBL教学法不同）。
2.3 ? ?实验前小组讨论会
研究表明，学生通过不同方法学习最终能够掌握的知识比例是不同的，学生能够最终掌握其阅读内容的10%、其听到内容的26%、其观察内容的30%、其听到并看到内容的50%、其讲述内容的70%、其操作并讲述内容的90%[12]。因此，分组进行实验可为学生提供更多亲自参与并展示的机会，从而提高学习效率。实验班级按每组3～5人分组后，每个小组指定阅读一些与待分析问题相关的科学文献（包含具体实验步骤的文献，但实验指导书式的文献不能提供给学生），进行小组讨论形成初步实验方案后再与指导教师讨论。指导教师在实验方案有较大缺陷时应引导学生查阅图书中相应的内容或文献，及时进行修正，最终形成可操作的方案。最终的实验方案应形成文字，并在课堂上对其他小组进行口头介绍，这2个内容各由小组中的一名学生负责。这样通过组间交流，如果做的是类似或相同的实验，其他小组中相似或相同的设计会给予小组成员启发，提高他们继续实验的兴趣。
2.4 ? ?进行实验
大部分学生都是第一次使用大型的分析仪器，因而在正式实验之前，教师应让学生预先练习，分析仪器的使用，教会学生仪器基本操作步骤。学生在按自己制定的實验方案进行实验过程中，遇到问题时应随时与指导教师讨论解决。
2.5 ? ?实验后的小组总结交流会
实验结束后，实验班级要组织实验后的总结交流会。在会上每个小组的一位学生要向其他学生介绍小组实验结果、实验中遇到的问题及解决办法，并回答学生和指导教师的提问，然后由小组中的另一位学生完成文字的实验报告。
2.6 ? ?评分
每位学生的最终成绩可以有2种选择，一种是以最终的期末考试来定;另一种是综合评分，由指导教师评分50%、小组互评30%、组内互评20%等三部分组成。学生可选择其中一种方式来评定自己本门课程的最终成绩。
3 ? ?六步实验教学法的作用
3.1 ? ?学生学习兴趣提高，自主学习能力增强
在六步实验教学法中，学生的角色与传统实验教学法相比有了很大转变，学生变成了教学过程中的主角，对知识的获取由被动变为主动，这样学生学习兴趣就易被激发出来。设置的项目都是现实生活中的问题，学生需要查阅文献，通过自己的分析思考形成可行的实验方案，在这样的过程中，学生自主学习能力得到增强[13]。
3.2 ? ?学生多种综合技能得到训练
六步实验教学法在激发学生学习兴趣的同时，提供了让学生参与并进行展示的机会，从而提高了学生学习效率。通过完整的实验过程，学生在信息收集、计划制定、沟通、执行力、时间管理、数据分析、写作、口头表述、团队协作和综合判断能力等方面都能得到训练（表1）。这些能力不仅是作为一个科技工作者所必需的，其中如沟通、时间管理、写作、口头表述、团队协作等能力是完成许多领域的工作都需要具备的能力。
4 ? ?参考文献
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基金项目 ? 云南农业大学教学改革项目（2017YAUJY023）;云南农业大学课程建设项目（2017YAUKC08E）;云南省高等院校提升专业服务产业能力建设项目（云高教〔2015〕78号）。
作者简介 ? 王再强（1972—），男，云南文山人，博士，讲师。研究方向：生物源农药开发与利用。
通信作者
收稿日期 ? 2020-05-29
