PBL教学法在大学有机化学实验教学中的应用分析

　　PBI二教学法由美国神经病学教授harrows首创，是一种以问题为中心，学生为主体，教师为主导的教学方法，具有培养学生创新思维能力、获取知识能力和解决实际问题能力的作用。当前的实验教学模式多以注入式为主，其流程一般是教师先讲解实验原理、装置、操作步骤和注意事项，然后学生操作。此种模式下培养出的学生一般只会照方抓药，其创新意识和创造性思维不能得到有效的训练和培养。
　　本文是在学生熟练掌握回流、有机物的洗涤、干燥与常压蒸馏等基本操作的基础上，以苯甲酸正丁酯的合成为案例，运用PBI教学模式重点对分水器的使用、减压蒸馏等内容进行深入的探讨。
　　一、课前预习
　　在实验前两周，教师将本实验需预习的问题挂在教学实验中心网站上(http;//jxsys. cczu.edu. cn/)，学生通过查阅文献资料，做好充分预习。我们对苯甲酸正丁酯的合成课前预习设计了如下几个问题:
　　1.如何使用分液漏斗?干燥剂种类、选择和用量?常压蒸馏的装置、操作和注意事项?如何提高反应的产率?
　　2.分水器的作用和原理?带水剂种类和选择?
　　3.反应后如何提纯苯甲酸正丁酯?
　　4.如何设计反应的装置和实验的方法?
　　5.减压蒸馏的原理是什么?如何正确地安装和操作减压蒸馏装置?
　　设计问题的目的:问题1是为了让学生复习巩固前面所学的回流、干燥、洗涤与常压蒸馏等实验基本操作;问题2和5是预习的重点和难点，学生可通过预习初步掌握分水器的作用、原理和使用条件等，初步了解带水剂的种类和选用方法，初步了解减压蒸馏的原理、适用条件、实验装置、使用方法和注意事项等;问题3和4是考查学生对实验知识的综合运用能力，也是对学生实验技能的综合训练和提高。
　　总之，通过预习实验前设置的问题，学生不仅能巩固所学的知识，了解实验的目的、原理、方法，以及注意事项等基本内容，也避免了实验前教师花费过多的时间作注入式的讲解，并能有效地增强学生的实验兴趣，拓展其知识面。
　　二、实验前讨论
　　将实验前教师的讲解改变成以问题为中心的探讨，不仅能确立学生的主体地位和教师的主导作用，而且能够活跃课堂气氛，提高学生的实验兴趣，更有助于学生分析问题和解决问题能力的训练和提高。课前的预习只是让学生对本次实验的内容有个大致的认识和了解，但是对实验的重点和难点，学生可能还是一知半解。因此，为了让学生全面掌握实验的内容，我们对实验前的讨论准备了以下的问题:
　　1.合成苯甲酸正丁酯的方法?反应的机理?如何提高反应的产率?
　　大部分学生可能知道书本上的合成方法，即通过苯甲酸和正丁醇合成苯甲酸正丁酯。这时，教师可以适当补充其他合成酯的方法。这不仅能拓宽学生的知识面，而且能使学生因教师具有广博的知识面产生敬重，从而引发更加强烈的求知欲望。对于反应的机理，可让一名学生到黑板前边书写边讲解，教师既可以检查学生对基础理论知识掌握情况，充分体现理论与实践的有机结合，也能训练和提高其表达能力，提供展示自我的机会。如何提高反应的产率涉及化学反应的工艺优化。通过前面几次实验的练习，学生应该基本掌握了方法。教师可以对此问题直接提问，以了解学生对知识的掌握情况。根据化学反应动力学速率公式可知，降低产物的含量或将产物及时移走也可以加快反应的速率。那如何降低产物的含量或移走某一产物呢?接下来，教师可以顺势自然抛出下面的问题:
　　2.如何将产物移出体系?移除哪种物质比较方便?
　　根据产物的物化性质可知，移除水显然比移除苯甲酸正丁酯要简单得多，怎么才能把水移除呢?对此，学生可以运用所学的知识进行思考和讨论。归纳其结论，主要有以下两种:一种是教科书上写的采用油水分离器，一种是采用精馏装置。对于第一种建议，教师首先要肯定学生已充分预习了教材;对于第二种建议，则要表扬其思维灵活，能学以致用，那也是工业上普遍采用的方法，这在我们以后的实验中会涉及并运用。接下来就讨论有关分水器的问题。
　　3.分水器的作用原理?如何设计分水器?带水剂的种类、选择、用量?使用注意事项?
　　由于分水器的使用注意事项较多，我们将其分解成以下几个主要的问题进行讨论:
　　(1)分水器如何检漏?可以让学生联系分液漏斗检漏方法。
　　(2)在离支管下边沿1cm处，为什么要预装一定量的水?这主要从经济和节约的角度出发，让学生树立经济环保的思想。
　　(3)如何观察是否有水生成?可以提示学生在预装水位处用笔做一个记号，便于观察现象。
　　(4)搭建实验装置的时候分水器的支管为什么要尽量远离电热板?这是因为活塞上涂抹的凡士林和玻璃的膨胀系数不一样。如果把分水器放在电热板上直接烘烤，分水器活塞将打不开，导致放不出水。
　　(5)如何运用分水器判断反应的终点?引导学生注意观察分水器中分水量和回流液中含水量，培养学生的观察能力。特别要交代的是，如果水量不再增多，说明反应已基本结束。但适当延长反应时间，反应将更加充分。
　　以上对分水器诸多方面的分析探讨，能让学生明白有机化学实验不仅要有较多的理论支撑，还要有更多的技巧和经验，这需要我们善于学以致用，不断总结经验和教训，才能保证实验的顺利完成，体验到实验的成功感。
　　4.如何设计本实验的装置和实验的步骤?
　　通过以上诸多问题的探讨，学生自然而然就会明确本实验的目的和方法，消化实验的重点和难点。对于实验的装置，可让一位学生结合问题的探讨和预习搭一个反应装置，其他学生进行观摩和评价。对于实验的步骤，可以让一位学生进行归纳总结，教师在黑板上按其方法书写流程图，其他同学进行补充修改。这不仅能帮助学生及时消化所学的内容，学以致用，同时对教师也能起到督促和检查的作用。
　　三、减压蒸馏
　　常压蒸馏结束后，由于实验条件的限制，学生不能人手一台减压装置，加上生成的苯甲酸正丁酯的量较少，我们要求2-3人合作进行减压蒸馏。将减压蒸馏放到实验后再讲解，也有助于分化难点、提高学习的效率。对于减压蒸馏，我们设计了以下几个问题:
　　1.为什么要先常压蒸馏再减压蒸馏?常压下，正丁醇的沸点只有117度，容易蒸出来，如果直接减压蒸馏，易被抽到油泵里，会损坏油泵。另外，从原子经济的角度看，先常压蒸出正丁醇，也可以让原料能够充分回收利用。
　　2.减压蒸馏的原理、适用的范围、装置、操作方法?大部分学生通过预习已知道减压蒸馏的原理和适用的条件，教师可根据学生回答的情况做适当的补充。但实际操作中学生可能存在诸多的问题，因此，我们采取由一名学生示范，其他学生观摩、纠错，教师提出问题让学生进行探讨的方法。对于装置的安装，主要提醒学生每个接口都要涂油，以保证气密性，安装要由下至上，从左到右，横平竖直;对于操作主要提示毛细管鼓泡速度的调节、阀门开启的先后顺序、真空数字压力计的使用，减压蒸馏结束时的判断方法、阀门关闭顺序等。实践证明，这种以问题为中心，边操作边教学的方法要比纯粹讲解效果好得多。
　　四、课后思考题
　　1.实验中不加环己烷对反应有何影响?
　　2.能否用强碱氢氧化钠?
　　3.本实验成败的关键在哪些地方?有何心得体会?
　　设计问题1和2的目的是将本课程实验的内容进行适当拓展，扩大学生的知识面;设计问题3的目的是让学生养成归纳总结的习惯，为以后的实验或科研做一些积累。
　　五、教学效果
　　苯甲酸正丁酯合成的PBI实践教学，已取得以下几点明显的效果:
　　1.通过实验前问题的设置，学生对实验的目的、内容、装置、实验步骤，以及注意事项都有比较详细的了解，一改以往只知大概不知细节，边翻教材边做实验的坏习惯。
　　2.预习报告的质量显著提高。其明显的表现就是:学生对实验的提问能用简练的语言回答，且正确率明显提高;实验装置图的绘制也不再是依葫芦画瓢，作图规范且有创意;实验步骤的设计简洁明了，更加科学合理。
　　3.实验记录翔实。学生不仅能够及时记录现象，还能备注操作目的、分析产生现象的原因、问题和讨论的结论，以及老师对问题的拓展等内容，杜绝了抄袭或写回忆录的现象。
　　4.课堂气氛比较活跃，教学效率明显提高，学生的综合素质和能力得到了较大的提高。