基于PBL模式的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)?

陳瑤

摘要：基于問題的學(xué)習(xí)（PBL）是建立在建構(gòu)主義理論基礎(chǔ)上的教學(xué)模式，教學(xué)過程中以問題為基礎(chǔ)、以學(xué)生為中心、教師為導(dǎo)向進(jìn)行小組討論式學(xué)習(xí)。文章以蘇教版化學(xué)1專題1“研究物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法”單元教學(xué)為例，探討基于PBL教學(xué)模式的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：建構(gòu)主義;PBL;教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號：1008-0546（2019）01-0013-03 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.003

基于問題的學(xué)習(xí)（problem-based learning，簡稱PBL），是建立在建構(gòu)主義理論基礎(chǔ)上的教學(xué)模式。它把學(xué)生置于復(fù)雜的、有意義的、真實(shí)的問題情境中，讓學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中合作學(xué)習(xí)、共同解決問題，進(jìn)而學(xué)習(xí)隱含于問題背后的科學(xué)知識(shí)，形成問題解決的技能并發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力 [1]。

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用PBL教學(xué)模式，通過基于問題的學(xué)習(xí)有效引導(dǎo)學(xué)生將化學(xué)理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，改變學(xué)生之間交流少、分析問題和解決實(shí)際問題的能力弱的現(xiàn)狀。本文擬以蘇教版化學(xué)1專題1“研究物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法”單元教學(xué)為例，探討基于PBL模式的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐。

一、創(chuàng)設(shè)驅(qū)動(dòng)問題，串聯(lián)實(shí)驗(yàn)知識(shí)要點(diǎn)

問題是PBL教學(xué)法的核心，所有學(xué)習(xí)活動(dòng)都是圍繞問題而展開的? [2]。PBL并不是為了問題而設(shè)置問題的，設(shè)置問題的目的是為了完成課程目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)與各種能力。如何設(shè)置課程以及如何根據(jù)課程目標(biāo)來設(shè)計(jì)問題就成了在教學(xué)中應(yīng)用PBL所需考慮的十分關(guān)鍵的問題。

在“研究物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法”單元中，教學(xué)內(nèi)容涉及物質(zhì)的分離和提純方法、常見物質(zhì)的檢驗(yàn)、溶液的配制和分析三大部分，“雜、亂、多”的教學(xué)內(nèi)容使學(xué)生們深感煩惱，知識(shí)的學(xué)習(xí)多停留在死記硬背層面，實(shí)驗(yàn)教學(xué)所要求培養(yǎng)的動(dòng)手能力、問題解決能力、自主學(xué)習(xí)能力、協(xié)作交流能力等難以達(dá)成。因此，在本單元教學(xué)的總結(jié)提升階段，以“如何提升學(xué)校瑞云峰水塘水質(zhì)”為驅(qū)動(dòng)問題來串聯(lián)本單元的實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)，對提升學(xué)生對常見實(shí)驗(yàn)方法的熟練使用，實(shí)驗(yàn)方案的初步設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)探究能力是一個(gè)有益的嘗試。

驅(qū)動(dòng)問題設(shè)計(jì)的好壞直接影響到學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。創(chuàng)造一個(gè)合理、真實(shí)、恰當(dāng)、有效的問題是實(shí)施這一教學(xué)方式的重要前提。尋找創(chuàng)設(shè)的驅(qū)動(dòng)問題應(yīng)該遵循以下原則：

1.真實(shí)性原則。學(xué)校瑞云峰所在的西花園屬于全國文物重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，是學(xué)校師生上課之余最喜愛的校園活動(dòng)區(qū)域。瑞云峰水塘的水質(zhì)問題，同學(xué)們曾自發(fā)關(guān)心過。利用化學(xué)課程所學(xué)來研究身邊的問題，能將所學(xué)知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用于生活實(shí)際，這為驅(qū)動(dòng)問題提供了意義。

2.開放性原則。“瑞云峰水塘水質(zhì)提升”問題為非良構(gòu)問題。針對水質(zhì)不良的成因可探究多種解決方法，思路開放多元，答案不唯一。學(xué)生難以通過一人之力得到解決方案，這為小組合作提供了契機(jī)。

3.豐富性原則。水質(zhì)提升問題的研究基于學(xué)生已學(xué)單元中研究物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法，但又高于已有知識(shí)，水質(zhì)提升問題涵蓋物化生多學(xué)科的知識(shí)，在化學(xué)學(xué)科中也涉及多單元知識(shí)的融合。這為通過問題總結(jié)提升學(xué)習(xí)單元，提高問題解決能力提供了可能。

4.近側(cè)發(fā)展區(qū)原則。“瑞云峰水塘水質(zhì)提升”問題是在研讀課標(biāo)、分析教材內(nèi)容、充分了解學(xué)生已有的知識(shí)和能力基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的情境問題。分析物質(zhì)的分離方法如蒸餾、萃取、分液，常見物質(zhì)的檢驗(yàn)如NH4+、重金屬離子的檢驗(yàn)，溶液如何精密配制等基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)生已具備，學(xué)生要應(yīng)用以上實(shí)驗(yàn)知識(shí)和方法，在查閱資料基礎(chǔ)上研究設(shè)計(jì)方案并予以實(shí)驗(yàn)，難度趨向于學(xué)生思維的“最近發(fā)展區(qū)”，可激發(fā)出學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲，提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

二、搭建腳手架，解構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)

腳手架能幫助學(xué)生穿越最近發(fā)展區(qū)。歐盟的教育界認(rèn)為：為學(xué)習(xí)者建構(gòu)對知識(shí)的理解提供一種概念框架。這種框架中的概念是為發(fā)展學(xué)習(xí)者對問題的進(jìn)一步理解所需要的，為此，事先要把復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)加以分解，以便于把學(xué)習(xí)者的理解逐步引向深入。

為幫助學(xué)生解構(gòu)“瑞云峰水塘水質(zhì)提升”問題的難點(diǎn)，教師可以通過設(shè)計(jì)多種類型的腳手架。

1.問題型腳手架。在學(xué)習(xí)過程中通過環(huán)環(huán)相扣的問題，一步步引導(dǎo)，循序漸進(jìn)，激發(fā)起學(xué)生的求知欲。在瑞云峰水質(zhì)問題研究中，提供以下幾個(gè)問題推進(jìn)學(xué)生們思考深度：瑞云峰水質(zhì)問題的外在表現(xiàn)？瑞云峰水質(zhì)可能存在哪些問題？如何運(yùn)用已學(xué)知識(shí)和方法開展水樣檢測？如何了解現(xiàn)代水質(zhì)凈化方法？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案？怎樣證明你的實(shí)驗(yàn)明顯改進(jìn)了水質(zhì)？

2.范例型腳手架。對學(xué)習(xí)中最重要的探究步驟或最典型的理論難點(diǎn)提供相關(guān)模型、案例，并進(jìn)行演示，對學(xué)生的學(xué)習(xí)起到很好的引導(dǎo)、示范作用。例如水體污染控制技術(shù)簡介應(yīng)是水質(zhì)提升問題中的關(guān)鍵難點(diǎn)，因此教師可以按方法類別進(jìn)行基本原理介紹。如化學(xué)方法：酸堿反應(yīng)、沉淀及絮凝、氧化還原;物理方法：吸附與凈化、離子交換、萃取、膜分離;生物方法：水生植物修復(fù)技術(shù)、培養(yǎng)土著微生物、接種微生物技術(shù)等。通過理論難點(diǎn)的化解來為學(xué)生搭建腳手架。

3.方法型腳手架。教師要將解決問題可能需要的方法盡可能多地告訴學(xué)生，并指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用。結(jié)合學(xué)習(xí)內(nèi)容教給學(xué)生學(xué)習(xí)方法，如做摘要方法、查閱資料方法等，指導(dǎo)學(xué)生如何使用檢索工具，比如利用校園網(wǎng)的數(shù)字圖書館資料查閱教材、參考書或文章;教給學(xué)生思考問題的方法，如比較、類比、歸納、概括、演繹和分類等;教給學(xué)生解決問題的方法，如提出問題，設(shè)計(jì)方案、搜集資料、進(jìn)行論證、做出結(jié)論等。教師擔(dān)當(dāng)學(xué)習(xí)向?qū)У慕巧皇蔷唧w講解或提供答案，而只是起到引導(dǎo)學(xué)習(xí)的作用。

4.向?qū)湍_手架。它是問題、范例等片段性支架根據(jù)某個(gè)主題的匯總和集合，能使學(xué)生在初次建構(gòu)知識(shí)體系時(shí)就清晰把握核心思想。腳手架設(shè)置的水平，在很大程度上依賴于學(xué)生的已有發(fā)展水平、在學(xué)習(xí)中的自主性和獨(dú)立性的發(fā)揮程度以及對腳手架的熟悉程度。如果學(xué)生的水平較低，對提供的腳手架不熟悉，需要教師進(jìn)行完整的動(dòng)作示范，或者需要教師暴露其思維過程。如果學(xué)生的水平較高，教師只需及時(shí)的暗示及提醒。

三、組織小組研討，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)探究進(jìn)程

PBL教學(xué)模式的一個(gè)重要特征是合作學(xué)習(xí)。可以以化學(xué)成績和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ψ鳛闃?biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)弱組合，異質(zhì)分組，每組一般5-6人。為了保證小組間的有序?qū)W習(xí)，通過學(xué)生自薦和小組成員推薦兩種方式選出小組組長，明確組長和組員的職責(zé)，確立小組定期活動(dòng)制度，并成立QQ或微信群作為線上交流平臺(tái)，確保小組學(xué)習(xí)活動(dòng)順利開展。

教師定期將學(xué)生組織集中到一起，可以是一個(gè)小組，也可以多個(gè)小組，互相交流研討。在這個(gè)過程中教師是合作學(xué)習(xí)者和專業(yè)顧問。教師可以引導(dǎo)討論的方向、廣度、深度等，對于學(xué)生討論過程中即時(shí)出現(xiàn)的專業(yè)問題，教師要適當(dāng)“解惑”，進(jìn)行講解與解釋、模擬或示范、提示和暗示評價(jià)等。這樣的研討可以是線上的，也可以是面對面的;可以是師生之間、生生之間，也可以邀請專家與學(xué)生對話。

關(guān)于水質(zhì)提升問題，教師第一次開展分組討論活動(dòng)明確任務(wù)和目標(biāo)：研究瑞云峰水質(zhì)存在的問題有幾個(gè)研究步驟？小組成員如何分工？小組的基本合作公約是什么？第二次全體集中自由發(fā)言，通過文獻(xiàn)研究，你了解到的水質(zhì)提升方法有哪些？我們可能可以選取哪些方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？第三次各組組長交流匯報(bào)水質(zhì)提升實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)探究情況。這個(gè)過程中可能會(huì)分組進(jìn)行多次的實(shí)驗(yàn)方案修改討論和再次實(shí)驗(yàn)。小組在合作學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)的過程中都經(jīng)歷著提出假設(shè)、設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)探究、數(shù)據(jù)處理、矯正方案、再實(shí)驗(yàn)的系列過程。

在針對瑞云峰水質(zhì)提升問題小組討論中，學(xué)生提出可以通過蒸餾的方法來提純水，小組成員很快提出這一實(shí)驗(yàn)方法不適合瑞云峰水塘的實(shí)際問題情境。學(xué)生提出過濾方法可以去除水塘中不溶性雜質(zhì)。但是針對整個(gè)水塘，而不是實(shí)驗(yàn)室的少量水，如何過濾呢？學(xué)生想到了在水塘中放置過濾網(wǎng)，或是使用一些材料，如活性炭來吸附。于是，教師啟發(fā)，在第一單元中學(xué)習(xí)過膠體膠粒有很強(qiáng)的吸附性，能否采用一定的試劑來除雜呢？

一組學(xué)生通過文獻(xiàn)學(xué)習(xí)和小組研討，采用了取樣，加入絮凝劑硫酸鋁在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌，取上層清液再用活性炭吸附的實(shí)驗(yàn)過程。學(xué)生從幾組平行實(shí)驗(yàn)中得到結(jié)論：活性炭濃度越高，吸附效果越好。同時(shí)也引發(fā)進(jìn)一步的思考：這種關(guān)系是線性一直持續(xù)的嗎？還是有一個(gè)峰值？一組同學(xué)通過查閱文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)納米材料對于凈水處理有很好的優(yōu)勢，于是他們提出制備納米材料來凈水。小組同學(xué)依據(jù)文獻(xiàn)學(xué)習(xí)，又進(jìn)行了二次分組，分別開展了各自感興趣的四氧化三鐵、二氧化鈦等納米材料的制備。

四、實(shí)施多元評價(jià)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)反思和調(diào)控

評價(jià)能引導(dǎo)學(xué)生朝著目標(biāo)前進(jìn)，對實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成效作出判斷，可以刺激和維持他們實(shí)驗(yàn)探究的內(nèi)在動(dòng)機(jī)，激發(fā)內(nèi)部潛力，提高學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。因此，教師要充分利用好評價(jià)的作用。

在瑞云峰水質(zhì)提升實(shí)驗(yàn)探究的過程中，實(shí)施學(xué)生自我評價(jià)、組內(nèi)互評、教師評價(jià)、專家評價(jià)相結(jié)合，以過程性評價(jià)為主，終結(jié)性評價(jià)為輔的評價(jià)方式。評價(jià)內(nèi)容從學(xué)習(xí)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⑽墨I(xiàn)學(xué)習(xí)、合作情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、結(jié)題匯報(bào)展示六個(gè)方面進(jìn)行。這里特別強(qiáng)調(diào)即時(shí)評價(jià)的運(yùn)用。專家對學(xué)生、教師對學(xué)生，甚至學(xué)生對學(xué)生的評價(jià)，貫穿于實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的始終。準(zhǔn)確、及時(shí)的評價(jià)對實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)起著重要的導(dǎo)向和激勵(lì)作用，學(xué)生個(gè)體及小組成員進(jìn)行積極的反思，從而對實(shí)驗(yàn)方案不斷調(diào)整和優(yōu)化。

在結(jié)課匯報(bào)中，同學(xué)們闡述了校園水塘水質(zhì)問題研究的現(xiàn)實(shí)意義、實(shí)驗(yàn)方案、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)異常現(xiàn)象及反思。他們不僅把課內(nèi)學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)方法靈活運(yùn)用到了實(shí)際問題的解決，還把教材中提到的紅外光譜儀用到了水質(zhì)成分的分析。對于教材中膠體的知識(shí)，他們把現(xiàn)代前沿的納米材料制備應(yīng)用聯(lián)系到實(shí)驗(yàn)中，制備出了納米四氧化三鐵、納米二氧化鈦等材料。通過蘇州環(huán)境監(jiān)測中心對他們實(shí)驗(yàn)前后水樣的檢測數(shù)據(jù)證明，他們的實(shí)驗(yàn)處理對水質(zhì)提升是有一定效果的。同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)成果及現(xiàn)場匯報(bào)展示受到了高校專家組的好評。

實(shí)施PBL模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需要改革傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。對教師來說，是一個(gè)全新的挑戰(zhàn)。教師需要?jiǎng)?chuàng)造性的利用現(xiàn)有教學(xué)資源，重組化學(xué)實(shí)驗(yàn)單元教學(xué)的主題，應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)，結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際。通過PBL模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，我們可以看到，學(xué)生在掌握知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高理解能力、學(xué)習(xí)能力、克服困難的能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)造能力。這樣的教學(xué)模式，為提高教師的教學(xué)水平和教學(xué)能力，提高教學(xué)質(zhì)量，形成新的教學(xué)理念提供了一條新的途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡楊玲，王后雄.基于PBL的中學(xué)化學(xué)教學(xué)應(yīng)用初探（一）[J].中學(xué)化學(xué)，2014（4）：1-3

[2] 崔炳權(quán)，李春梅，何震宇，等.PBL教學(xué)法在生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中應(yīng)用的探索[J].中國高等醫(yī)學(xué)教育，2007（1）：7-8