PBL与理实一体化相结合在《无机及分析化学》教学中的应用
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作者:崔敏 孙晓君 王欢 张勇 罗川南
【摘要】《无机及分析化学》是一门交叉学科，知识体系庞大，教师讲授和学生学习都面临着重重困难。针对不同的课程内容采用适合的教学模式对提升学生的综合素质有着至关重要的作用。本研究探索了PBL和理实一体化相结合的教学模式在《无机及分析化学》课程中的应用。实践表明，根据不同的教学内容，针对性地设计实施合适的教学模式，不仅能够提高学生对理论知识的掌握程度，同时促进学生实验技能水平的提升。
【关键词】PBL 理实一体化 教学模式 无机及分析化学
【基金项目】本研究由济南大学教学研究与改革项目（HG201706，HG201912）支持。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）17-0244-02
《无机及分析化学》是一门基于无机化学与分析化学的交叉学科，它是化学工程、材料科学与工程等专业不可或缺的一门针对大一新生的基础课。《无机及分析化学》的开设有利于学生同时掌握无机化学和分析化学的基础理论，了解无机化学和分析化学最新的发展动向，为后续的学习打下强有力的基础。但是对知识体系错综繁杂的《无机及分析化学》课程而言，各大高校主要采用传统的教学模式，即以教师讲授为中心，通过多媒体、板书等方式对学生进行高密度、高强度灌输;另一方面，受限于有限的实验资源，各高校均很难实现理论课和实验课的同步安排，这也给学生通过实验现象理解实验原理带来了不小的困难。以上两方面难点如果处理不协调，将会对大一新生的学习积极性带来严重的冲击。因此，传统的教学模式已经很难满足新时期教学改革的需求。
基于问题的学习（Problem-Based Learning，PBL）模式和理实一体化（Theory-Practice Integration）的教学模式得到了各领域教学工作者的关注。高校教师对这两种教学模式进行了广泛的探索和应用。《无机及分析化学》课程设置呈网络状交织，单一的教学模式已经很难达到提升学生综合素质的基本要求。同时为了解决实验课和理论课安排不同步的问题，我们探究了一种新型的教学模式：针对不同授课内容分别采用PBL或理实一体化以及PBL与理实一体化相结合的教学模式。
1.概述
与传统的教学模式相比，PBL的突出特点是以学生为主体，以问题为中心，追求跨学科式学习和合作式学习[1]。PBL创造以问题驱动学习的环境，在教师的引导下，调动学生的主观能动性，使学生投入于问题之中，通过自主探究与相互合作的方式来解决问题。PBL教学法更加注重的是学生的创新能力、自主学习能力、团队协作能力以及人际交往能力的塑造和培养。其实施包括四个步骤：教师提出问题、学生自主讨论、教师归纳总结、评价考核与反思[2]。
现阶段的化学教学主要采用理论学习与实验操作相结合的传统模式进行，这种模式固然有很大的优势，比如理论学习透彻、案例分析具体，但矛盾也较为突出：理论课时与实验课时安排不同步、实验资源有限与学生人数较多等，由此导致学生的动手能力差、独立思考问题解决问题的能力差。理实一体化教学模式在许多学科领域得到广泛的应用[3]。与传统意义上的理论教学与实验教学简单结合的方式不同，理实一体化是以实验操作技能的培训为中心配合理论知识学习，这种新型的教学模式能够将抽象枯燥的理论知识转化到形象生动的实验过程，使教学过程具体化、形象化，而且能够充分地调动学生的主观能动性[4]。理实一体化模式将打破理论课与实验课之间的界限，实现教、学、做的相互融合。
《无机及分析化学》的知识体系庞大，不仅涉及到原子结构、分子结构等内容，还囊括酸碱、配位等四类反应与滴定等体系，很多学生对这门课程心生畏惧。在分子结构、原子结构等无机内容方面，主要引入PBL模式：教师提出问题、引导学生解决问题、学习成果的归纳总结、教学评价与反思。整个PBL过程不仅激发学生的学习兴趣，还能培养其团队协作意识。理实一体化将贯穿于整个《无机及分析化学》的教学过程中，将理论内容与实验内容进行了重新整合，同时力争做到理论课与实验课安排同步。这种模式不仅可以减少理论课与实验课之间知识点的重复讲授，而且学生可以在实验过程中切身体验到验证实验原理的乐趣。
2.PBL教学模式的应用
2.1实施步骤
首先，问题的提出是PBL的灵魂。提出问题是整个教学过程至关重要的一步，教师在教学准备时，应当设计针对性强、能够吸引学生兴趣的关键问题。这就要求教师根据每个章节的特点、授课计划以及教学目标，设计好重点难点，形成初步的教学提纲，提前布置给学生。
其次，循序渐进是PBL的关键。在贯彻实施PBL时，要考虑到学生的接受程度，循序渐进，教师应当在每个章节中挑选难度较小的知识点布置给学生，使其在体验到成功获取知识的美好感受之时逐渐适应这种新型的教学方式，这样便于PBL的开展与贯彻。
第三，主体作用的发挥是PBL的保障。在PBL教学过程中，教师的主要作用在于提出核心问题并对学生进行引导和督促。学生需要在教师的引导下，发挥自身积极性，采用小组协作的方式，通过各种渠道查阅资料，在解决问题的过程中提升自己的综合素质。
最后，总结评价与反思是PBL的核心。一方面，教师应当对学生的学习成果进行总结与评价。另一方面，在成绩评定时，由每个小组成员投票表决其他成员的贡献大小，并将最终结果计入学生的平时成绩（目前，该课程最终成绩评定公式为：最终成绩 = 20%平时成绩 + 80%考试成绩）。除此之外，教师还应当督促每位学生对自己的表现进行自我反思，这样更容易产生与其他成员分享知识的意愿。这种模式能够促进学生转变学习方式，将被动接受转变为主动汲取，提高学习兴趣和积极性，培养团队协作意识。
2.2实施效果
我们以济南大学生物科学与技术学院生科1704-1707班全体学生（159人）为研究对象，将学生分为平行的A组（80人）和B组（79人），在化学元素部分的教学过程中，A组学生采用并貫彻实施PBL教学模式，B组学生采用传统的教学模式。在分别学习4周之后，选取“p区元素”章节进行测试，测试结果表明：采用PBL教学模式的学生在高分数段的人数明显高于未采用PBL教学模式的学生人数。 3.理实一体化教学模式的应用
3.1理论知识和实验内容的体系整合
首先对原本比较繁琐的教学内容进行重新整合，整合出的教学模块同时包括理论原理与实验操作两部分内容。新的教学体系主要包括以下模块：体系一是无机及分析化学理论基础：主要包括标准溶液的配制与标定、分析天平的操作练习等;体系二是酸碱反应与酸碱滴定：包括酸碱滴定分析操作练习、弱酸的解离常数测定;体系三是配位反应与配位滴定：包括水的钙镁硬度及总硬度测试等;体系四是氧化还原反应与氧化还原滴定：包括水中溶解氧的测定等。
3.2 实践教学
以配位滴定模块中“水的总硬度测试”为例：首先教师充分讲解理论知识和实验过程;接着，教师指导学生进行实验操作，引导学生对实验现象进行观察、记录、思考，同时引出必要的理论原理，比如乙二胺四乙酸的性质、配位滴定过程中酸度的控制等;最后，对学生的实践结果进行总结评估。
3.3教学效果
通过理实一体化教学模式的实施，学生学习的主观能动性得到提高，实验室的有限资源得到充分利用。以“酸碱反应与酸碱滴定”章节进行理论测试和实验操作技能测试：90%以上的学生充分掌握了必需的理论知识，98%的学生实验原理理解充分实验操作技能熟练。
4.几点思考
（1）学生才是学习知识的主体。应当改变传统的以教师为主导的模式，秉承以学生为主体的理念，重视跨学科合作式的学习，启发学生通过自己的渠道解决问题。
（2）打造新颖的理论与实验相结合的知识体系。教师在理论授课的过程中可以随时中断来对相关问题的实验现象进行讲解，抓住学生最想对问题进行深入探讨的时刻，引导其进行自主思考和实验验证，强化学习效果。
（3）实验操作技能也应当作为一项重要的指标列入考核体系。在分组学习过程中，学生之间对彼此贡献大小的表决以及每位學生对自己表现的反思也可以作为学生平时表现的参考指标。
结语
该研究将PBL和理实一体化教学模式同时应用于《无机及分析化学》教学过程的探索中。从实施效果来看，学生的综合素质得到了很大程度的提升，表现在理论知识和实验技能的双重进步、团队协作意识的增强。笔者认为在知识体系庞大的课程教学中，采用两种（以上）教学模式的结合，更有利于提高学生的学习兴趣，提升学习效果。
参考文献：
[1]Zhang， S.， Xu， J.C.， Wang， H.W.， et al. Effects of problem-based learning in Chinese radiology education [J]. Medicine， 2018（9）： 1.
[2]王慧， 杨昌英， 但飞君等. LBL-PBL-TBL整合教学法在工科类有机化学课程中的应用 [J]. 广州化工， 2017（13）： 193.
[3]符永康， 蔡晓东， 王瑞昙. 药物化学开展理实一体化教学的设计与思考 [J]. 广东化工， 2018（1）： 241.
[4]Hubball， H.T.， Burt， H. The Scholarship of Teaching and Learning： Theory-Practice Integration in a Faculty Certificate Program [J]. Innovative Higher Education， 2006（5）： 327.
作者简介：
崔敏（1985-），女，汉族，山东德州人，济南大学讲师，博士，研究方向为生化分析。
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