基于PBL教學法的無機化學元素教學改革

趙 婕，史振雨，郭晴晴

（興義民族師范學院，貴州 興義 562400）

“無機化學”是化學、應用化學等專業開設的第一門專業基礎課，與后續的物理化學、分析化學、結構化學等課程有很多交叉部分，在化學學科中具有不可估量的地位。作為無機化學的一部分，元素化學在化學領域同樣有舉足輕重的地位。在現行的大學無機化學教材中，無論是哪個版本，元素化學知識都占了相當大的比例。元素化學知識屬于化學事實性知識，是化學知識構成的基礎，是認識化學物質、解決化學問題的必備知識。這部分知識內容與無機化學基本概念、基礎理論都有著密切的聯系。沒有豐富的元素化學知識，化學基本概念和原理就會變得空洞、抽象而難以理解，化學用語、化學技能的學習就會變得枯燥乏味。通過元素化學的學習，可以使學生全面系統地掌握各類元素和化合物的存在、制備、結構、性質及其變化規律等內容。但是，元素化學教學歷來是無機化學課程教學的難點，更是學生學習的難點，調查發現大部分學生感覺無機化學元素部分學生學習興趣不大，學生的主體性沒有得到發揮。究其原因如下。

1）學生剛入大學不久，難以接受課堂上信息量大的教學，尤其是課堂上出現大量的反應方程式；學生的學習方法還習慣于中學階段由老師主導一切的被動式學習，獨立學習和思考的能力還較差。

2）元素化學的內容多屬于描述性的，很多內容在中學時期接觸過，學生在學習過程中往往感到一看就懂、一放就忘，傳統的無機元素化學課堂教學模式較為固定，主要以教師知識灌輸、板書講解為主，學生在聽課過程中感到千篇一律，產生厭煩情緒。

3）內容龐雜繁多，理論性、系統性較差，學生掌握不住重點，難以記憶。

4）教材編排模式化，總是按照存在、結構、性質、制法和用途等傳統模式，教學方法上比較平淡，教學氣氛沉悶，學生聽起課來感到千篇一律，易產生厭煩情緒，影響學習的積極性[1]。

傳統的“填鴨式”教學，學生學習興趣不高，被動地接受知識，缺乏主動思考和探索。在有限的教學時間內，如何引導學生明確元素化學的知識脈絡，與后續化學學科順利銜接，并提高學生的學習興趣和創新能力，對大學無機化學教學來說是一個嚴峻的挑戰，要對這些問題進行改進，有效提高教學質量，需要新的教學策略[2]。

20世紀60年代美國神經病學家Barrows 教授創造了一種教學方法，即PBL（problem-based learning）教學法，不同于傳統以學科知識教育為重點的教學法，PBL 倡導以問題為導向，開展以學生為中心的引導式教學，該方法極為符合無機元素化學教學特點，能充分發揮學生的主體作用，能夠有效彌補傳統教學方式存在的弊端和不足，它突破了傳統以教師課堂知識灌輸為主的教學方式的束縛。學生通過查閱資料、分析討論等方式解決問題，這一過程能夠使學生在獲得問題答案的同時，積攢豐富的科學知識，并養成良好的自主學習能力、解決問題能力及團隊合作能力等[3]。

基于此，在元素化學教學中嘗試引入PBL教學法，結合線上線下等形式，展開創新性教學改革研究。過程中以學生主動為基礎，對學生開展引導式教學，激發學生的自主學習意識，幫助學生在現有基礎上不斷深入學習理解無機元素化學，達到提升學生學習能力的目的，培養出有創新能力的社會需要型人才。

1 PBL在元素化學教學中的實施過程

1.1 改進教案和多媒體課件，精心設計PBL問題

基于PBL 模式修改教案及多媒體課件，刪除或者簡化與中學化學重復的內容，適時引導學生自學，改變學生們的“寶寶式”學習，達到在有限的教學時間里，體現出無機元素化學知識的重點，又能提高學生自主學習能力的目的。PBL 教學法的關鍵是提出問題，教師在該模式中起引導作用，且在授課之前要進行大量的準備工作，必須緊緊圍繞無機化學教學大綱要求，以元素化學知識點為中心，在充分考慮學生的知識掌握狀況、學習需求、學習興趣等情況下，還需對章節內容進行挑選，根據課程內容精心設計問題。前期問題不能過難，教師在對難易度進行精準把握的基礎上，達到一種由淺入深的循序漸進的教學效果。

（1）課前教師將問題通過線上或者線下布置給學生，學生可以通過網絡或者圖書館查找資料進行分析、探討來解決教師提出的問題。如P 區元素小結這一章的教學內容，可以設計問題如下。

①為什么H2O 的沸點比HF 還高?

②HF，HCl，HBr，HI 熱穩定性的變化規律如何?請用鍵能和熱力學函數（查附錄）兩種方法來解釋之。

③HF，H2O，NH3，CH4還原性的變化規律如何?請定性解釋原因。

④為什么含氧酸比相應的鹽的氧化性強；濃酸又比稀酸氧化性強？

⑤試舉出六種可與強堿反應的非金屬單質，這些反應都是歧化反應嗎？等等。為了解決問題，學生將通過自學教材、借助網絡查閱文獻等方式得出答案，這一過程學生無形中積攢了大量的知識，最終達到既加強學生對知識點的掌握，又激發學習興趣和提升科學素養的目的[4-5]。

（2）又如在講到鹵族元素時，可提出問題如下。

①為什么KI 暴露在空氣中易變黃，而KCl 在空氣中則較穩定？

②為什么氟化氫的熔沸點和氣化熱等性質比HCl的反常的高？

③ 寫出漂白粉的制備方程式，試解釋有效組成和漂白原理。

④海水中的溴主要以Br-形式存在，被人們稱為“海洋元素”，寫出從海水中提取溴的一般過程。

⑤看看身邊的食品、調味料、藥品、化妝品、洗滌劑、洗潔劑及殺蟲劑等，查閱標簽或說明書，看一看其中含有哪些鹵族元素。

（3）講到碳族元素時，可設計問題如下。

①為什么碳族元素不像鹵素和堿金屬元素單質的熔沸點變化那樣有規律？

②電冰箱不應放在有煤氣或液化氣的房間，為什么？

③根據硅元素在自然界里的存在狀態進行分析、判斷，單質硅與二氧化碳（或硅酸鹽）相比誰更穩定?

④介紹引起全球溫室效應的主要原因。

（4）在講到氮族元素與氧族元素的過程中，可設計問題如下。

①介紹酸雨的形成過程，怎么避免產生這些污染物氣體。

②磷酸分子在一定條件下可以互相聚合，請用最簡單方式表示三聚磷酸的聚合過程。三聚磷酸鈉常在洗衣粉中作為填料，它有哪些優點和缺點?

③N2可用于填充霓虹燈，試解釋其原理。

④討論臭氧層的破壞給人類帶來的危害，怎樣防治？

⑤試從O2和O3的結構差異說明它們性質上（如氧化性，極性，磁性等）的不同。

⑥試比較H2O 和H2O2的結構、熔點、沸點、熱穩定性及氧化還原性。

⑦請設計一個從廢定影液中回收金屬Ag 的方法。

為確保元素化學課堂教學的新鮮感、知識的先進性，還需要教師在關注無機化學科研、行業發展的同時，結合教學內容為學生補充一些最新的研究成果以及熱點課題內容。

1.2 線上線下混合式學習模式，切實提高PBL教學效果

為推進PBL 教學法在無機元素化學教學中的實施，達到最佳的教學效果，在實踐過程中，采取線上線下一體化的教學方式，借助網絡平臺，課前教師通過學習通等將基于PBL 模式的問題式課件發布給相應的班級，鼓勵學生積極思維，相互質疑討論，從被動變為主動參與，同時拓展課堂，加強師生線上與線下的交流。學生自行分組，一般3～4人一組，可通過圖書館、查閱文獻等各種學習途徑收集用于解決問題的資料，同組討論并制作成PPT。

課堂上，每個小組選取其中一個問題進行匯報，在匯報過程中其他同學可以對有疑問的地方進行提問，匯報小組回答不出的，其他小組同學可做補充。小組匯報完畢后，教師進行點評，對于準備充分，匯報內容較全面正確的小組給予適當加分，對學生存在的問題及時做出指導，補充漏掉的知識點，使全體學生在相關知識點獲得深刻的理解。

1.3 教學與實驗相結合

無機化學是一門實驗性很強的科學，實踐是檢驗真理的唯一標準，理論和實驗相互促進[6]。在元素化學教學過程中，對于接近生活應用的一些內容，教師引導學生參與探究，鼓勵學生自己設計與教學理論和實際生活應用有關的實驗，親自體驗科學研究的過程，這些都可以極大地激發學生的學習興趣，培養創新能力。例如：學習過渡金屬相關內容時，可以引導學生思考過渡金屬的性質及應用。如用于合成多酸材料，大量的文獻已經證明多酸化合物也是一種有效的光催化劑。可以引導學生設計實驗方案，合成一些過渡金屬修飾的多金屬氧酸鹽化合物，并測試其活性，如在可見光或紫外光照射下，測試其降解水中有機染料污染物的性能。還可以向學生講解Cr、Hg、Pb、Ag 等重金屬的污染，引導學生思考如何治理，如何變廢為寶，鼓勵學生查閱資料設計一個去除水中重金屬污染的實驗方案，并進行實驗探究。

學生將所學的知識用于實際，真正做到了學以致用，學生學習興趣、思維能力和創新能力等得到提升。在實驗過程中，學生運用理論知識分析實驗現象，同時，利用實驗現象驗證和鞏固理論知識，加深對理論知識的全面理解，從而達到使知識與能力同步增長的目的[7]。

1.4 評價形式多樣化，評價內容全面化

元素化學部分具有知識量大、知識點分散、內容繁雜、方程式多等特點，在無形之中增加了學生的學習難度。以往的考核主要依靠期末閉卷考試來考查學生掌握知識的情況，方式比較單一。而實際上，學生的很多能力是無法從筆試成績中體現的。為此，需要對考核方式進行相應的改革。在引入PBL 教學法中，加大了過程性考核，如在平時學習過程中，適當地對學生的積極性、課堂互動、分析問題和解決問題能力等進行評分，調整學生平時成績和期末閉卷考試成績比例，將平時成績在總評成績中的占比提高到40%，期末閉卷考試成績比重調整為60%。注重考查學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力，考核方式向過程考核、能力考核轉變。該考核方式充分考慮到學生主體的作用，發揮他們的主觀能動性，讓學生樂意學，變被動學習為主動學習，把學生作為學習的主人，課堂的主人。這樣才能有效地提高教學效率，且使教育不再沉悶，從而可以提高教學質量。

2 PBL在元素化學教學中的實施效果

將 PBL 教學法應用于無機化學課程教學，是大一新生深入理解已有知識、自主獲取新知識和提高學習效果的方法，是從灌輸型的被動吸收知識向主動汲取知識的華麗轉變的途徑。實現以無機化學課程為載體，培養學生學習化學的興趣，提高學生學習的積極性，并且最終提高學生學習能力的教學目標[5]。

引入PBL 教學法后，學生學習積極性明顯增加，課堂上學生積極參與互動，課后針對不懂的知識及時與教師或同學溝通討論，教學質量和效果明顯提高。以期末測試為例，相同的期末檢測卷，引入PBL 教學法班級的學生，期末卷面成績平均分遠高于未引入PBL 教學法班級的學生，這說明在引入PBL 教學法后學生的學習確實得到了促進，教學質量和效果得到了提高。

同時，通過設置問卷調查的方式來了解學生對PBL 教學法的評價，發現大多數學生表達了對 PBL教學方法的贊同。同學們認為，引入PBL 法后課堂不再沉悶，對元素化學的學習興趣大增。

3 結束語

引入PBL 教學法后，學生學習主體作用得到充分發揮，學習興趣增強，分析和解決問題能力得到了提高。因此，PBL 教學法是一種值得推廣的教學模式，在以后的教學工作中繼續將其作為解決無機化學元素教學問題的重要方式。同時，對于 PBL 的教學方法，還需要在實踐的過程中不斷探索和創新，以達到更好的教學效果。