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PBL教學法在大學有機化學實驗教學中的應用分析論文
PBI二教學法由美國神經(jīng)病學教授harrows首創(chuàng)，是一種以問題為中心，學生為主體，教師為主導的教學方法，具有培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力、獲取知識能力和解決實際問題能力的作用。當前的實驗教學模式多以“注入式”為主，其流程一般是教師先講解實驗原理、裝置、操作步驟和注意事項，然后學生操作。此種模式下培養(yǎng)出的學生一般只會“照方抓藥”，其創(chuàng)新意識和創(chuàng)造性思維不能得到有效的訓練和培養(yǎng)。
本文是在學生熟練掌握回流、有機物的洗滌、干燥與常壓蒸餾等基本操作的基礎上，以苯甲酸正丁酯的合成為案例，運用PBI教學模式重點對分水器的使用、減壓蒸餾等內(nèi)容進行深入的探討。
一、課前預習
在實驗前兩周，教師將本實驗需預習的問題掛在教學實驗中心網(wǎng)站上(http;//jxsys. cczu.edu. cn/)，學生通過查閱文獻資料，做好充分預習。我們對苯甲酸正丁酯的合成課前預習設計了如下幾個問題:
1.如何使用分液漏斗?干燥劑種類、選擇和用量?常壓蒸餾的裝置、操作和注意事項?如何提高反應的產(chǎn)率?
2.分水器的作用和原理?帶水劑種類和選擇?
3.反應后如何提純苯甲酸正丁酯?
4.如何設計反應的裝置和實驗的方法?
5.減壓蒸餾的原理是什么?如何正確地安裝和操作減壓蒸餾裝置?
設計問題的目的:問題1是為了讓學生復習鞏固前面所學的回流、干燥、洗滌與常壓蒸餾等實驗基本操作;問題2和5是預習的重點和難點，學生可通過預習初步掌握分水器的作用、原理和使用條件等，初步了解帶水劑的種類和選用方法，初步了解減壓蒸餾的原理、適用條件、實驗裝置、使用方法和注意事項等;問題3和4是考查學生對實驗知識的綜合運用能力，也是對學生實驗技能的綜合訓練和提高。
總之，通過預習實驗前設置的問題，學生不僅能鞏固所學的知識，了解實驗的目的、原理、方法，以及注意事項等基本內(nèi)容，也避免了實驗前教師花費過多的時間作“注入式”的講解，并能有效地增強學生的實驗興趣，拓展其知識面。
二、實驗前討論
將實驗前教師的講解改變成以問題為中心的探討，不僅能確立學生的主體地位和教師的主導作用，而且能夠活躍課堂氣氛，提高學生的實驗興趣，更有助于學生分析問題和解決問題能力的訓練和提高。課前的預習只是讓學生對本次實驗的內(nèi)容有個大致的認識和了解，但是對實驗的重點和難點，學生可能還是一知半解。因此，為了讓學生全面掌握實驗的內(nèi)容，我們對實驗前的討論準備了以下的問題:
1.合成苯甲酸正丁酯的方法?反應的機理?如何提高反應的產(chǎn)率?
大部分學生可能知道書本上的合成方法，即通過苯甲酸和正丁醇合成苯甲酸正丁酯。這時，教師可以適當補充其他合成酯的方法。這不僅能拓寬學生的知識面，而且能使學生因教師具有廣博的知識面產(chǎn)生敬重，從而引發(fā)更加強烈的求知欲望。對于反應的機理，可讓一名學生到黑板前邊書寫邊講解，教師既可以檢查學生對基礎理論知識掌握情況，充分體現(xiàn)理論與實踐的有機結(jié)合，也能訓練和提高其表達能力，提供展示自我的機會。如何提高反應的產(chǎn)率涉及化學反應的工藝優(yōu)化。通過前面幾次實驗的練習，學生應該基本掌握了方法。教師可以對此問題直接提問，以了解學生對知識的掌握情況。根據(jù)化學反應動力學速率公式可知，降低產(chǎn)物的含量或?qū)a(chǎn)物及時移走也可以加快反應的速率。那如何降低產(chǎn)物的含量或移走某一產(chǎn)物呢?接下來，教師可以順勢自然拋出下面的問題:
2.如何將產(chǎn)物移出體系?移除哪種物質(zhì)比較方便?
根據(jù)產(chǎn)物的物化性質(zhì)可知，移除水顯然比移除苯甲酸正丁酯要簡單得多，怎么才能把水移除呢?對此，學生可以運用所學的知識進行思考和討論。歸納其結(jié)論，主要有以下兩種:一種是教科書上寫的采用油水分離器，一種是采用精餾裝置。對于第一種建議，教師首先要肯定學生已充分預習了教材;對于第二種建議，則要表揚其思維靈活，能學以致用，那也是工業(yè)上普遍采用的方法，這在我們以后的實驗中會涉及并運用。接下來就討論有關分水器的問題。
3.分水器的作用原理?如何設計分水器?帶水劑的種類、選擇、用量?使用注意事項?
由于分水器的使用注意事項較多，我們將其分解成以下幾個主要的問題進行討論:
(1)分水器如何檢漏?可以讓學生聯(lián)系分液漏斗檢漏方法。
(2)在離支管下邊沿1cm處，為什么要預裝一定量的水?這主要從經(jīng)濟和節(jié)約的角度出發(fā)，讓學生樹立經(jīng)濟環(huán)保的思想。
(3)如何觀察是否有水生成?可以提示學生在預裝水位處用筆做一個記號，便于觀察現(xiàn)象。
(4)搭建實驗裝置的時候分水器的支管為什么要盡量遠離電熱板?這是因為活塞上涂抹的凡士林和玻璃的膨脹系數(shù)不一樣。如果把分水器放在電熱板上直接烘烤，分水器活塞將打不開，導致放不出水。
(5)如何運用分水器判斷反應的終點?引導學生注意觀察分水器中分水量和回流液中含水量，培養(yǎng)學生的觀察能力。特別要交代的是，如果水量不再增多，說明反應已基本結(jié)束。但適當延長反應時間，反應將更加充分。
以上對分水器諸多方面的分析探討，能讓學生明白有機化學實驗不僅要有較多的理論支撐，還要有更多的技巧和經(jīng)驗，這需要我們善于學以致用，不斷總結(jié)經(jīng)驗和教訓，才能保證實驗的順利完成，體驗到實驗的成功感。
4.如何設計本實驗的裝置和實驗的步驟?
通過以上諸多問題的探討，學生自然而然就會明確本實驗的目的和方法，消化實驗的重點和難點。對于實驗的裝置，可讓一位學生結(jié)合問題的探討和預習搭一個反應裝置，其他學生進行觀摩和評價。對于實驗的步驟，可以讓一位學生進行歸納總結(jié)，教師在黑板上按其方法書寫流程圖，其他同學進行補充修改。這不僅能幫助學生及時消化所學的內(nèi)容，學以致用，同時對教師也能起到督促和檢查的作用。
三、減壓蒸餾
常壓蒸餾結(jié)束后，由于實驗條件的限制，學生不能人手一臺減壓裝置，加上生成的苯甲酸正丁酯的量較少，我們要求2-3人合作進行減壓蒸餾。將減壓蒸餾放到實驗后再講解，也有助于分化難點、提高學習的效率。對于減壓蒸餾，我們設計了以下幾個問題:
1.為什么要先常壓蒸餾再減壓蒸餾?常壓下，正丁醇的沸點只有117度，容易蒸出來，如果直接減壓蒸餾，易被抽到油泵里，會損壞油泵。另外，從原子經(jīng)濟的角度看，先常壓蒸出正丁醇，也可以讓原料能夠充分回收利用。
2.減壓蒸餾的原理、適用的范圍、裝置、操作方法?大部分學生通過預習已知道減壓蒸餾的原理和適用的條件，教師可根據(jù)學生回答的情況做適當?shù)难a充。但實際操作中學生可能存在諸多的問題，因此，我們采取由一名學生示范，其他學生觀摩、糾錯，教師提出問題讓學生進行探討的方法。對于裝置的安裝，主要提醒學生每個接口都要涂油，以保證氣密性，安裝要由下至上，從左到右，橫平豎直;對于操作主要提示毛細管鼓泡速度的調(diào)節(jié)、閥門開啟的先后順序、真空數(shù)字壓力計的使用，減壓蒸餾結(jié)束時的判斷方法、閥門關閉順序等。實踐證明，這種以問題為中心，邊操作邊教學的方法要比純粹講解效果好得多。
四、課后思考題
1.實驗中不加環(huán)己烷對反應有何影響?
2.能否用強堿氫氧化鈉?
3.本實驗成敗的關鍵在哪些地方?有何心得體會?
設計問題1和2的目的是將本課程實驗的內(nèi)容進行適當拓展，擴大學生的知識面;設計問題3的目的是讓學生養(yǎng)成歸納總結(jié)的習慣，為以后的實驗或科研做一些積累。
五、教學效果
苯甲酸正丁酯合成的PBI實踐教學，已取得以下幾點明顯的效果:
1.通過實驗前問題的設置，學生對實驗的目的、內(nèi)容、裝置、實驗步驟，以及注意事項都有比較詳細的了解，一改以往只知大概不知細節(jié)，邊翻教材邊做實驗的壞習慣。
2.預習報告的質(zhì)量顯著提高。其明顯的表現(xiàn)就是:學生對實驗的提問能用簡練的語言回答，且正確率明顯提高;實驗裝置圖的繪制也不再是“依葫蘆畫瓢”，作圖規(guī)范且有創(chuàng)意;實驗步驟的設計簡潔明了，更加科學合理。
3.實驗記錄翔實。學生不僅能夠及時記錄現(xiàn)象，還能備注操作目的、分析產(chǎn)生現(xiàn)象的原因、問題和討論的結(jié)論，以及老師對問題的拓展等內(nèi)容，杜絕了抄襲或?qū)懟貞涗浀默F(xiàn)象。
4.課堂氣氛比較活躍，教學效率明顯提高，學生的綜合素質(zhì)和能力得到了較大的提高。
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