基于PBL模式的中學化學實驗教學設計?

陳瑤

摘要：基于問題的學習（PBL）是建立在建構主義理論基礎上的教學模式，教學過程中以問題為基礎、以學生為中心、教師為導向進行小組討論式學習。文章以蘇教版化學1專題1“研究物質的實驗方法”單元教學為例，探討基于PBL教學模式的中學化學實驗教學設計。

關鍵詞：建構主義;PBL;教學設計

文章編號：1008-0546（2019）01-0013-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.003

基于問題的學習（problem-based learning，簡稱PBL），是建立在建構主義理論基礎上的教學模式。它把學生置于復雜的、有意義的、真實的問題情境中，讓學生在團隊中合作學習、共同解決問題，進而學習隱含于問題背后的科學知識，形成問題解決的技能并發展自主學習能力 [1]。

中學化學實驗教學采用PBL教學模式，通過基于問題的學習有效引導學生將化學理論知識與實驗實踐相結合，激發學生的學習興趣和熱情，改變學生之間交流少、分析問題和解決實際問題的能力弱的現狀。本文擬以蘇教版化學1專題1“研究物質的實驗方法”單元教學為例，探討基于PBL模式的中學化學實驗教學設計和實踐。

一、創設驅動問題，串聯實驗知識要點

問題是PBL教學法的核心，所有學習活動都是圍繞問題而展開的? [2]。PBL并不是為了問題而設置問題的，設置問題的目的是為了完成課程目標，培養學生的知識基礎與各種能力。如何設置課程以及如何根據課程目標來設計問題就成了在教學中應用PBL所需考慮的十分關鍵的問題。

在“研究物質的實驗方法”單元中，教學內容涉及物質的分離和提純方法、常見物質的檢驗、溶液的配制和分析三大部分，“雜、亂、多”的教學內容使學生們深感煩惱，知識的學習多停留在死記硬背層面，實驗教學所要求培養的動手能力、問題解決能力、自主學習能力、協作交流能力等難以達成。因此，在本單元教學的總結提升階段，以“如何提升學校瑞云峰水塘水質”為驅動問題來串聯本單元的實驗知識點，對提升學生對常見實驗方法的熟練使用，實驗方案的初步設計和實驗探究能力是一個有益的嘗試。

驅動問題設計的好壞直接影響到學生學習的效果。創造一個合理、真實、恰當、有效的問題是實施這一教學方式的重要前提。尋找創設的驅動問題應該遵循以下原則：

1.真實性原則。學校瑞云峰所在的西花園屬于全國文物重點保護區域，是學校師生上課之余最喜愛的校園活動區域。瑞云峰水塘的水質問題，同學們曾自發關心過。利用化學課程所學來研究身邊的問題，能將所學知識點應用于生活實際，這為驅動問題提供了意義。

2.開放性原則。“瑞云峰水塘水質提升”問題為非良構問題。針對水質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。

3.豐富性原則。水質提升問題的研究基于學生已學單元中研究物質的實驗方法，但又高于已有知識，水質提升問題涵蓋物化生多學科的知識，在化學學科中也涉及多單元知識的融合。這為通過問題總結提升學習單元，提高問題解決能力提供了可能。

4.近側發展區原則。“瑞云峰水塘水質提升”問題是在研讀課標、分析教材內容、充分了解學生已有的知識和能力基礎上設計的情境問題。分析物質的分離方法如蒸餾、萃取、分液，常見物質的檢驗如NH4+、重金屬離子的檢驗，溶液如何精密配制等基礎知識學生已具備，學生要應用以上實驗知識和方法，在查閱資料基礎上研究設計方案并予以實驗，難度趨向于學生思維的“最近發展區”，可激發出學生強烈的求知欲，提升實驗能力。

二、搭建腳手架，解構實驗教學難點

腳手架能幫助學生穿越最近發展區。歐盟的教育界認為：為學習者建構對知識的理解提供一種概念框架。這種框架中的概念是為發展學習者對問題的進一步理解所需要的，為此，事先要把復雜的學習任務加以分解，以便于把學習者的理解逐步引向深入。

為幫助學生解構“瑞云峰水塘水質提升”問題的難點，教師可以通過設計多種類型的腳手架。

1.問題型腳手架。在學習過程中通過環環相扣的問題，一步步引導，循序漸進，激發起學生的求知欲。在瑞云峰水質問題研究中，提供以下幾個問題推進學生們思考深度：瑞云峰水質問題的外在表現？瑞云峰水質可能存在哪些問題？如何運用已學知識和方法開展水樣檢測？如何了解現代水質凈化方法？如何設計實驗方案？怎樣證明你的實驗明顯改進了水質？

2.范例型腳手架。對學習中最重要的探究步驟或最典型的理論難點提供相關模型、案例，并進行演示，對學生的學習起到很好的引導、示范作用。例如水體污染控制技術簡介應是水質提升問題中的關鍵難點，因此教師可以按方法類別進行基本原理介紹。如化學方法：酸堿反應、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：水生植物修復技術、培養土著微生物、接種微生物技術等。通過理論難點的化解來為學生搭建腳手架。

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生，并指導學生學會運用。結合學習內容教給學生學習方法，如做摘要方法、查閱資料方法等，指導學生如何使用檢索工具，比如利用校園網的數字圖書館資料查閱教材、參考書或文章;教給學生思考問題的方法，如比較、類比、歸納、概括、演繹和分類等;教給學生解決問題的方法，如提出問題，設計方案、搜集資料、進行論證、做出結論等。教師擔當學習向導的角色，不是具體講解或提供答案，而只是起到引導學習的作用。

4.向導型腳手架。它是問題、范例等片段性支架根據某個主題的匯總和集合，能使學生在初次建構知識體系時就清晰把握核心思想。腳手架設置的水平，在很大程度上依賴于學生的已有發展水平、在學習中的自主性和獨立性的發揮程度以及對腳手架的熟悉程度。如果學生的水平較低，對提供的腳手架不熟悉，需要教師進行完整的動作示范，或者需要教師暴露其思維過程。如果學生的水平較高，教師只需及時的暗示及提醒。

三、組織小組研討，推進實驗探究進程

PBL教學模式的一個重要特征是合作學習。可以以化學成績和實驗能力作為標準，強弱組合，異質分組，每組一般5-6人。為了保證小組間的有序學習，通過學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，確立小組定期活動制度，并成立QQ或微信群作為線上交流平臺，確保小組學習活動順利開展。

教師定期將學生組織集中到一起，可以是一個小組，也可以多個小組，互相交流研討。在這個過程中教師是合作學習者和專業顧問。教師可以引導討論的方向、廣度、深度等，對于學生討論過程中即時出現的專業問題，教師要適當“解惑”，進行講解與解釋、模擬或示范、提示和暗示評價等。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生對話。

關于水質提升問題，教師第一次開展分組討論活動明確任務和目標：研究瑞云峰水質存在的問題有幾個研究步驟？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言，通過文獻研究，你了解到的水質提升方法有哪些？我們可能可以選取哪些方法進行實驗？第三次各組組長交流匯報水質提升實驗方案及實驗探究情況。這個過程中可能會分組進行多次的實驗方案修改討論和再次實驗。小組在合作學習、主動學習的過程中都經歷著提出假設、設計方案、實驗探究、數據處理、矯正方案、再實驗的系列過程。

在針對瑞云峰水質提升問題小組討論中，學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驗方法不適合瑞云峰水塘的實際問題情境。學生提出過濾方法可以去除水塘中不溶性雜質。但是針對整個水塘，而不是實驗室的少量水，如何過濾呢？學生想到了在水塘中放置過濾網，或是使用一些材料，如活性炭來吸附。于是，教師啟發，在第一單元中學習過膠體膠粒有很強的吸附性，能否采用一定的試劑來除雜呢？

一組學生通過文獻學習和小組研討，采用了取樣，加入絮凝劑硫酸鋁在磁力攪拌器上進行攪拌，取上層清液再用活性炭吸附的實驗過程。學生從幾組平行實驗中得到結論：活性炭濃度越高，吸附效果越好。同時也引發進一步的思考：這種關系是線性一直持續的嗎？還是有一個峰值？一組同學通過查閱文獻資料發現納米材料對于凈水處理有很好的優勢，于是他們提出制備納米材料來凈水。小組同學依據文獻學習，又進行了二次分組，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、實施多元評價，促進實驗反思和調控

評價能引導學生朝著目標前進，對實驗方案設計和實驗成效作出判斷，可以刺激和維持他們實驗探究的內在動機，激發內部潛力，提高學習的積極性和創造性。因此，教師要充分利用好評價的作用。

在瑞云峰水質提升實驗探究的過程中，實施學生自我評價、組內互評、教師評價、專家評價相結合，以過程性評價為主，終結性評價為輔的評價方式。評價內容從學習態度、實驗能力、文獻學習、合作情況、實驗報告、結題匯報展示六個方面進行。這里特別強調即時評價的運用。專家對學生、教師對學生，甚至學生對學生的評價，貫穿于實驗探究活動的始終。準確、及時的評價對實驗探究活動起著重要的導向和激勵作用，學生個體及小組成員進行積極的反思，從而對實驗方案不斷調整和優化。

在結課匯報中，同學們闡述了校園水塘水質問題研究的現實意義、實驗方案、數據處理、實驗異常現象及反思。他們不僅把課內學習的實驗方法靈活運用到了實際問題的解決，還把教材中提到的紅外光譜儀用到了水質成分的分析。對于教材中膠體的知識，他們把現代前沿的納米材料制備應用聯系到實驗中，制備出了納米四氧化三鐵、納米二氧化鈦等材料。通過蘇州環境監測中心對他們實驗前后水樣的檢測數據證明，他們的實驗處理對水質提升是有一定效果的。同學們的實驗成果及現場匯報展示受到了高校專家組的好評。

實施PBL模式的實驗教學，需要改革傳統實驗教學方法。對教師來說，是一個全新的挑戰。教師需要創造性的利用現有教學資源，重組化學實驗單元教學的主題，應用現代教育技術，結合生產生活實際。通過PBL模式的實驗教學，我們可以看到，學生在掌握知識的同時培養積極主動的學習習慣，提高理解能力、學習能力、克服困難的能力，培養團隊合作精神和創造能力。這樣的教學模式，為提高教師的教學水平和教學能力，提高教學質量，形成新的教學理念提供了一條新的途徑。

參考文獻

[1] 胡楊玲，王后雄.基于PBL的中學化學教學應用初探（一）[J].中學化學，2014（4）：1-3

[2] 崔炳權，李春梅，何震宇，等.PBL教學法在生物化學實驗課教學中應用的探索[J].中國高等醫學教育，2007（1）：7-8