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PBL教學(xué)法在大學(xué)有機化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的應用分析論文
PBI二教學(xué)法由美國神經(jīng)病學(xué)教授harrows首創(chuàng )，是一種以問(wèn)題為中心，學(xué)生為主體，教師為主導的教學(xué)方法，具有培養學(xué)生創(chuàng )新思維能力、獲取知識能力和解決實(shí)際問(wèn)題能力的作用。當前的實(shí)驗教學(xué)模式多以“注入式”為主，其流程一般是教師先講解實(shí)驗原理、裝置、操作步驟和注意事項，然后學(xué)生操作。此種模式下培養出的學(xué)生一般只會(huì )“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。
本文是在學(xué)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(xué)模式重點(diǎn)對分水器的使用、減壓蒸餾等內容進(jìn)行深入的探討。
一、課前預習
在實(shí)驗前兩周，教師將本實(shí)驗需預習的問(wèn)題掛在教學(xué)實(shí)驗中心網(wǎng)站上(http;//jxsys. cczu.edu. cn/)，學(xué)生通過(guò)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(gè)問(wèn)題:
1.如何使用分液漏斗?干燥劑種類(lèi)、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(lèi)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(shí)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(wèn)題的目的:問(wèn)題1是為了讓學(xué)生復習鞏固前面所學(xué)的回流、干燥、洗滌與常壓蒸餾等實(shí)驗基本操作;問(wèn)題2和5是預習的重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)生可通過(guò)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(lèi)和選用方法，初步了解減壓蒸餾的原理、適用條件、實(shí)驗裝置、使用方法和注意事項等;問(wèn)題3和4是考查學(xué)生對實(shí)驗知識的綜合運用能力，也是對學(xué)生實(shí)驗技能的綜合訓練和提高。
總之，通過(guò)預習實(shí)驗前設置的問(wèn)題，學(xué)生不僅能鞏固所學(xué)的知識，了解實(shí)驗的目的、原理、方法，以及注意事項等基本內容，也避免了實(shí)驗前教師花費過(guò)多的時(shí)間作“注入式”的講解，并能有效地增強學(xué)生的實(shí)驗興趣，拓展其知識面。
二、實(shí)驗前討論
將實(shí)驗前教師的講解改變成以問(wèn)題為中心的探討，不僅能確立學(xué)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(xué)生的實(shí)驗興趣，更有助于學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的訓練和提高。課前的預習只是讓學(xué)生對本次實(shí)驗的內容有個(gè)大致的認識和了解，但是對實(shí)驗的重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)生可能還是一知半解。因此，為了讓學(xué)生全面掌握實(shí)驗的內容，我們對實(shí)驗前的討論準備了以下的問(wèn)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(xué)生可能知道書(shū)本上的合成方法，即通過(guò)苯甲酸和正丁醇合成苯甲酸正丁酯。這時(shí)，教師可以適當補充其他合成酯的方法。這不僅能拓寬學(xué)生的知識面，而且能使學(xué)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(xué)生到黑板前邊書(shū)寫(xiě)邊講解，教師既可以檢查學(xué)生對基礎理論知識掌握情況，充分體現理論與實(shí)踐的有機結合，也能訓練和提高其表達能力，提供展示自我的機會(huì )。如何提高反應的產(chǎn)率涉及化學(xué)反應的工藝優(yōu)化。通過(guò)前面幾次實(shí)驗的練習，學(xué)生應該基本掌握了方法。教師可以對此問(wèn)題直接提問(wèn)，以了解學(xué)生對知識的掌握情況。根據化學(xué)反應動(dòng)力學(xué)速率公式可知，降低產(chǎn)物的含量或將產(chǎn)物及時(shí)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(lái)，教師可以順勢自然拋出下面的問(wèn)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(jiǎn)單得多，怎么才能把水移除呢?對此，學(xué)生可以運用所學(xué)的知識進(jìn)行思考和討論。歸納其結論，主要有以下兩種:一種是教科書(shū)上寫(xiě)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(xué)生已充分預習了教材;對于第二種建議，則要表?yè)P其思維靈活，能學(xué)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(shí)驗中會(huì )涉及并運用。接下來(lái)就討論有關(guān)分水器的問(wèn)題。
3.分水器的作用原理?如何設計分水器?帶水劑的種類(lèi)、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(gè)主要的問(wèn)題進(jìn)行討論:
(1)分水器如何檢漏?可以讓學(xué)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)濟和節約的角度出發(fā)，讓學(xué)生樹(shù)立經(jīng)濟環(huán)保的思想。
(3)如何觀(guān)察是否有水生成?可以提示學(xué)生在預裝水位處用筆做一個(gè)記號，便于觀(guān)察現象。
(4)搭建實(shí)驗裝置的時(shí)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(kāi)，導致放不出水。
(5)如何運用分水器判斷反應的終點(diǎn)?引導學(xué)生注意觀(guān)察分水器中分水量和回流液中含水量，培養學(xué)生的觀(guān)察能力。特別要交代的是，如果水量不再增多，說(shuō)明反應已基本結束。但適當延長(cháng)反應時(shí)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(xué)生明白有機化學(xué)實(shí)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(xué)以致用，不斷總結經(jīng)驗和教訓，才能保證實(shí)驗的順利完成，體驗到實(shí)驗的成功感。
4.如何設計本實(shí)驗的裝置和實(shí)驗的步驟?
通過(guò)以上諸多問(wèn)題的探討，學(xué)生自然而然就會(huì )明確本實(shí)驗的目的和方法，消化實(shí)驗的重點(diǎn)和難點(diǎn)。對于實(shí)驗的裝置，可讓一位學(xué)生結合問(wèn)題的探討和預習搭一個(gè)反應裝置，其他學(xué)生進(jìn)行觀(guān)摩和評價(jià)。對于實(shí)驗的步驟，可以讓一位學(xué)生進(jìn)行歸納總結，教師在黑板上按其方法書(shū)寫(xiě)流程圖，其他同學(xué)進(jìn)行補充修改。這不僅能幫助學(xué)生及時(shí)消化所學(xué)的內容，學(xué)以致用，同時(shí)對教師也能起到督促和檢查的作用。
三、減壓蒸餾
常壓蒸餾結束后，由于實(shí)驗條件的限制，學(xué)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(jìn)行減壓蒸餾。將減壓蒸餾放到實(shí)驗后再講解，也有助于分化難點(diǎn)、提高學(xué)習的效率。對于減壓蒸餾，我們設計了以下幾個(gè)問(wèn)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(diǎn)只有117度，容易蒸出來(lái)，如果直接減壓蒸餾，易被抽到油泵里，會(huì )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(xué)生通過(guò)預習已知道減壓蒸餾的原理和適用的條件，教師可根據學(xué)生回答的情況做適當的補充。但實(shí)際操作中學(xué)生可能存在諸多的問(wèn)題，因此，我們采取由一名學(xué)生示范，其他學(xué)生觀(guān)摩、糾錯，教師提出問(wèn)題讓學(xué)生進(jìn)行探討的方法。對于裝置的安裝，主要提醒學(xué)生每個(gè)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節、閥門(mén)開(kāi)啟的先后順序、真空數字壓力計的使用，減壓蒸餾結束時(shí)的判斷方法、閥門(mén)關(guān)閉順序等。實(shí)踐證明，這種以問(wèn)題為中心，邊操作邊教學(xué)的方法要比純粹講解效果好得多。
四、課后思考題
1.實(shí)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(shí)驗成敗的關(guān)鍵在哪些地方?有何心得體會(huì )?
設計問(wèn)題1和2的目的是將本課程實(shí)驗的內容進(jìn)行適當拓展，擴大學(xué)生的知識面;設計問(wèn)題3的目的是讓學(xué)生養成歸納總結的習慣，為以后的實(shí)驗或科研做一些積累。
五、教學(xué)效果
苯甲酸正丁酯合成的PBI實(shí)踐教學(xué)，已取得以下幾點(diǎn)明顯的效果:
1.通過(guò)實(shí)驗前問(wèn)題的設置，學(xué)生對實(shí)驗的目的、內容、裝置、實(shí)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，邊翻教材邊做實(shí)驗的壞習慣。
2.預習報告的質(zhì)量顯著(zhù)提高。其明顯的表現就是:學(xué)生對實(shí)驗的提問(wèn)能用簡(jiǎn)練的語(yǔ)言回答，且正確率明顯提高;實(shí)驗裝置圖的繪制也不再是“依葫蘆畫(huà)瓢”，作圖規范且有創(chuàng )意;實(shí)驗步驟的設計簡(jiǎn)潔明了，更加科學(xué)合理。
3.實(shí)驗記錄翔實(shí)。學(xué)生不僅能夠及時(shí)記錄現象，還能備注操作目的、分析產(chǎn)生現象的原因、問(wèn)題和討論的結論，以及老師對問(wèn)題的拓展等內容，杜絕了抄襲或寫(xiě)回憶錄的現象。
4.課堂氣氛比較活躍，教學(xué)效率明顯提高，學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力得到了較大的提高。
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