基于CsPbx3熒光實驗快速識別學習者自主性和內在動機之間的聯系

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1008-4657（2025）02-0090-07

0 引言

問題導向的學習模式（PBL）是彌補傳統本科實驗教學缺陷、提高學生自主學習最為突出的教育理念。與傳統的授課方式相比，引入PBL思想會顯著增強學習者的自主性和動機[1-2]。SaveryJR等[3]認為PBL是一種“最小指導\"的學習環境，當解決問題的過程和解決問題的責任落在學習者自身時，可以明顯提高學習者學習動機和自主性。但認知負荷理論指出與學習無關的教學活動或該過程缺乏指導，在引人PBL概念之后會讓初學者不堪重負并不一定有更高的內在動機[4]。要使PBL對學習者有內在的激勵作用，必須在自主性和\"最小指導”之間找到平衡。學習者自主參加具有歸屬感的教學活動可以增強其內在動機。內在動機可被社會情境事件增強或減弱，那么理解內在動機如何受外部事件的影響就至關重要，如獎勵、懲罰或反饋[5-6]。為了更好地理解PBL如何提高學習者動機的潛力，我們以科學前沿 熒光實驗為例，研究影響學習者內在動機的因素。

現代實驗教學的目的，除了讓學生在掌握本科階段知識之外，還要了解科學前沿的熱點，培養學生科學研究能力，真正做到教學和科學研究相融合的一體化協同發展。因此，選擇合適的具有科學前沿的化學實驗對激發學生的主觀能動性也有積極影響[7-8]。近幾年， 鈣鈦礦作為“后起之秀”，引起了科學界的廣泛關注。已有較多關于 鈣鈦礦晶體合成、性質研究的文獻和專利，可以提供足夠的實驗設計信息[9-11]。對于 鈣鈦礦晶體的結構及光學特征，學生可先通過分析儀器表征測試，然后結合無機化學課程中基本理論如沉淀溶解平衡、離子極化等，分析實驗數據，優化實驗策略[12]。 光學性質通常采用經典的分子熒光檢測，有利于學生掌握基本的實驗測試技能。由于 鈣鈦礦晶體自身獨特的特性，在光伏、LED節能燈等光電領域方面具有較好的應用潛力，如曾海波課題組發現全無機鈣鈦礦 納米晶體具有多色發光特性，可應用于新型量子點發光二極管[13]。在365n m 激發下， 發光顏色明顯改變，易激發學生的好奇心，可讓學生親身感受到與科學界產生緊密聯系，具有明確的教育價值，有助于進一步探討實驗教學中如何增強學習者內在動機。

本文以學生自主完成科學前沿的分子熒光實驗 晶體合成、表征及光學性質為基礎，對學生進行問卷調查，涉及信息獲取、實驗步驟設計等過程。根據問卷調查結果，探討實施該實驗時在PBL理論體系下外在因素如何影響學習者內在動機，分析增強內在動機的核心因素。

1實驗內容

1.1 實驗對象

此項研究在本?；瘜W與材料工程學院儀器分析中心進行，于2023年3月和4月實施，共有100余名化學（師范）和高分子材料與工程專業學生參加。對 熒光實驗結果采用定量分析。實施過程學生自由表達，根據學生觀點及他們在實驗過程的交流互動。實驗開始前根據實驗過程設計調查問卷，在學生完成實驗室課程后再次進行問卷調查，最后對問卷調查結果進行定性分析，以找出PBL實驗教學中影響學習者內在動機的實施因素。

1.2 實驗過程

學生首先通過查閱 鈣鈦礦相關的文獻、專利和專著，了解此類材料的基本理化性質和合成方法[14-I5]。然后，在實驗老師引導下合成只含有一種鹵素元素的 晶體，通過XRD測試確定所合成產物的晶體結構。學生采用經典的分子熒光分析法對含有不同鹵素的 晶體的光學性質進行測試，并結合無機化學的基本理論，如不同鹵素元素（ ？ X = C l ， B r ， I ？ 離子極化能力對產物溶解度、粉末形態、晶體結構的影響，分析產物發光機制。最后，引導學生設計合成含有不同鹵素比例的鹵化鈣鈦礦CsP- 的實驗步驟，感興趣的同學也可選擇在課后進行。

1.2.1 實驗步驟

1.2.1.1 DMF前驅液的合成

將一定量 、油酸、油胺加入到DMF溶液中，然后在 的油浴鍋里攪拌至澄清。

1.2.1.2 晶體的合成

在攪拌條件下，在一定量的甲苯溶液中加入先前合成的DMF前驅體溶液，攪拌 ，然后以 8 0 0 0 r / s 的速度離心 1 0 m i n ，除去上清液，用環已烷洗滌，最后得到樣品 "。

1.2.1.3 樣品表征

采用X射線衍射（XRD）檢測所合成樣品的晶體結構，采用分子熒光光度計檢測所合成樣品的光學性質。

1.2.2 結構測試

的晶體結構如圖1所示。

由圖1可知， 呈立方晶型，其中Cs原子在 結構八面體網絡的中心位置，Pb原子位于立方體的體心，正好與六個鹵素X原子形成配位，最終構成 八面體，通過連續的角共

享 八面體陣列構成3D骨架[]

本次實驗過程中，學生主要利用配體輔助再沉淀法合成 晶體。

為了確認所合成樣品的結構，利用XRD測試所制備的 的衍射峰，如圖2所示。

由圖2可知，合成樣品的衍射峰分別與標準卡片JCPDS No.18-0366、18-0364、18-0376一致，沒有雜峰，符合的 晶體結構，具有高的純度。此外，利用分子熒光光度計分別對合成晶體光學性質進行測試，如圖3d所示， 的熒光發射峰分別在 n m ，文獻報道的 光學性質相似，說明學生通過配體輔助再沉淀法成功合成純相的 晶體。

1.2.3 擬解決的科學問題

如圖3所示，為了解決第一個問題，學生們必須知道溶解平衡概念，了解在一定體積溶液中，鈣鈦礦納米晶在溶解和結晶過程中表現出的溶解度平衡。實驗老師告訴學生，不同溶劑比可能會形成不同類型的鈣鈦礦，應該通過實驗確定合成 鈣鈦礦量子點的所需溶劑比，這個問題基本內容是為了讓學生在此背景下了解儀器分析方法，可以使用有關產品純度和副產品的信息優化他們的實驗過程。

第二個核心問題是合成不同發光性質的 型鈣鈦礦晶體?；诘谝粋€問題確定的溶劑比，改變原料中鹵素的種類合成，合成含有不同鹵素比例的鹵化鈣鈦礦 。這個問題學生需要知道不同離子的極化能力，及其對物質顏色、性質的影響，并利用分子熒光分光光度儀分析 的光學性質，以合成高性能的 型鈣鈦礦量子點。

1.3 實施調查問卷

本研究問卷調查在PBL理論框架下，針對實驗課程實施過程可能出現的問題進行設計，問卷樣本由實驗指導老師進行發布，參與本次實驗的學生是問卷調查的主體。在PBL教學中，學生自主性和老師指導之間的平衡對于學生的內在動機影響顯著。因此，調查問卷中的問題設計具有一定的結構，根據學生的自主參加科學實驗和表現主觀能動性而設計，調查問卷結構如圖4所示。為了防止學生不理解設置的問題，還增加了備份，如與中學實驗課程相比，該實驗課程有什么不同；學生在實驗室課程中喜歡什么。

2結果與討論

此次調查問卷的關鍵性問題如表1所示，我們將學生的回答進行了總結，分析PBL理論框架下如何增強學習者的內在動機。

2.1 獲取前期實驗信息

眾所周知，科學文獻、專利和專著等對開展實驗研究有顯著的參考價值。絕大多數學生認為搜索文獻和專利獲取信息并不等同于抄襲。對于一名科學研究者來說，收集盡可能多的實驗信息是順利開展研究的前提。部分學生表示：“最初通過搜索文獻和專利獲取信息是全新的體驗，而且大部分是外語，理解起來非常困難，需要自己摸索方法。一旦掌握了閱讀文獻和專利的方法，就能順利從中獲取所需的實驗信息”。在剛開始閱讀專利文獻時學生可能會焦慮，但克服后，他們對自己的能力會有更強的信心，并有助于獨立科學思維的培養。

除了文獻和專利，學生們還可以自由選擇其他信息來源。有些同學在理解實驗內容的基礎上，結合對化學概念的積累設計實驗。例如，有位學生說：“我的實驗一開始是參照專利文獻進行的，但我并不能真正理解它，于是查閱之前在無機化學和分析化學中學到的沉淀溶解平衡理論，分析影響 溶解度的因素進行實驗設計”。因此，培養提前有效信息能力不僅使學生能夠自主獲取足夠的實驗信息，而且潛移默化中增強了內在動機。

此外，對于是否理解自己所做的實驗內容，多數學生指出：“由于這次實驗是獨立設計，當出現問題時，必須自己解決所有問題，必須理解實驗內容。如果老師告訴要做什么，往往不理解，只是按流程完成任務，而不能真正理解實驗內容”。如果能夠將理論與觀察到的實驗現象聯系起來，并在實驗前明確自己想要做什么，有助于提高自主性。

2.2 自主設計實驗

獨立設計實驗是學生在問卷調查中最熱情回應的內容之一。當被問及實驗室中最有趣的事情時，學生們表示：“最有趣的是我們真的可以決定要做什么，并且根據已發表的研究成果和老師課前的實驗引導，獨立思考并設計實驗步驟，而不需要遵循任何死板的實驗提示”。這反映了學生對灌輸式教學的不滿，強調了在實驗課堂中更應該凸顯自主性。當被問及如何將以前的實驗課程與這次進行比較時，學生們根據高中時的實驗室經歷指出：“在中學里，實驗步驟是預先給定的，學校給我們一張紙，告訴我們做這個、做那個，而不是根據自己的想法設計實驗。此次實驗，我們不需要遵循任何實驗指示，而是要自力更生，自己設計實驗過程，自己弄清整個實驗如何進行”。

實驗過程的獨立設計能深度激發學生學習動機，讓他們能夠將理解信息的能力、實驗操作技能和應用緊密聯系起來，增強對自主性的認知。

2.3 數據處理及反饋

學生們表示，在實驗過程的不同步驟中，自己可以通過分析實驗現象、產物和儀器檢測數據得到反饋。這種反饋能讓他們看到實驗中出了什么問題以及為什么出錯，并根據自己收集的實驗反饋來跟蹤進展。例如，有學生表示：“將不同量的含 前驅體溶液逐步滴加到苯溶劑中時，我們會發現溶液逐步發生變化，最終形成偏綠色溶液。通過X射線衍射和光譜檢測得到樣品的組成及性質等信息。這種反饋信息不是從老師或書本直接得來的，而是從實驗產品中獲得的”。

此外，還有學生表示：“當我們通過儀器測試合成樣品的性質時，如果測試結果是積極的，就會讓我們學到很多。當然，實驗過程有時也會出錯，這是實驗的一部分?？吹绞裁闯鲥e以及找到為什么出錯對我們來說也很重要。此外，沒有人告訴我們哪里出了問題，我們需要自己收集實驗反饋來跟蹤進展，所以我們可以自己做所有的事情，這是實驗課最有趣的地方”。

實驗過程產生的反饋結果增強了學生對自主性的認知。他們能夠獨立地檢查自己的進度，感受到自主完成科學實驗的成就感，增進與化學科學界的聯系。

2.4 優化實驗流程

實驗結果優化是持續解決問題的過程，也是激發學生學習動機的核心。學生表示，自主承擔實驗項目的責任激發了他們的學習興趣，完成實驗的目標和責任提高了他們的自主性和能力。學生說：\"每次實驗都有新發現，這讓我們感到很有趣。例如，根據沉淀溶解平衡定律，溶劑與溶液的比例影響所合成樣品的組成及性質。起初，我們發現當在一定量苯溶劑中加入大量前驅體溶液時，生成的樣品沉淀較多且基本無光。減少前驅體溶液的體積后，生成了發光性質較好的樣品。幾天后，我們注意到不同量前驅體溶液所合成樣品的晶型也不一樣。因此，實驗過程中經常會出現意想不到的實驗現象，這就是化學反應的原理。\"這說明通過實驗中的試錯、階段性結果，結合所學理論知識和文獻信息，不斷分析和優化實驗過程，讓學生感到自己有能力不斷改進實驗過程。

還有同學表示：“我們小組通過開組會的形式，分享實驗進度和存在的問題，并討論解決方案，例如下一步需要做什么，是否需要組合一些實驗步驟。\"這種定期的組會分享和討論，有利于團隊成員增強應對挑戰和挫折的能力，優化實驗過程。團隊的核心在于成員具有自主完成實驗的能力，包括對實驗的所有權、責任感以及自信。成員們認為自己有能力克服挑戰，緊密的聯系、思想交流和團隊合作也讓他們感到親切。此外，有學生表示：“當我們已經有一個很好的實驗產物時，仍可通過改進實驗條件讓結果變得更好。我們認為在優化實驗過程方面學到了很多。”學生的回答說明他們判斷影響目標產物生成的能力，表明外部事件能增強內在動機。有學生表示，即使完成了實驗課程，他們也想繼續這個過程，因為認為實驗結果仍不完美，例如實驗產品的產量和發光性質仍需進一步優化，表明內在動機的提升與實驗優化相關。

3結論與展望

本文基于 鈣鈦礦晶體的合成、結構測試及光學性質，研究PBL理論框架下實施儀器分析實驗獲取影響學習者內在動機的因素。結果表明，學生歷經獲取信息、設計實驗步驟、分析實驗數據、優化實驗等過程的自主性學習能顯著增強內在動機。學生自主完成科學實驗的伊始需要能夠獲取有針對性的實驗信息才可以設計步驟，且學生要能夠根據反饋對過程進行優化，才覺得有能力解決所提出的問題。教師必須在實驗課前向學生介紹科學實驗的通用策略，如怎樣獲取實驗信息、設計實驗步驟和優化實驗過程等，且必須與具體問題內容相關聯，引導學生實現自主設計。

此次研究以學生的感知為基礎制定調查問卷的問題來收集與學生感知有關的要素，是在特定PBL環境和部分學生中進行，結論可能不適用于其他學科學生。有鑒于此，接下來需要進一步研究如何在不同的學科背景、學生群體中增強學習者內在動機。

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The Relationship between Learner Autonomy and Intrinsic Motivation Based on Fluorescence Experiments

ZHANG Manli， LIU Qiman

（School of ChemistryandMaterials Engineering，Huainan Normal University，Huainan 232O38，China）

Abstract：Problem-based learning （PBL）isahighly regarded teaching concept inchemistrylaboratoryclases.This studyexploreshowimplementingthesythsis，hracterzation，andopticalpropertisofCsbX3（X=Cl，Br，I）rystalswithinaBfra workimpacts theintrinsicmotivationoflarners.Itanalyzsthekeyfactors thatenhanceintrinsicmotivation.Theresultsshowthat autonomousleaing，in whichstudents ghroughteprocesesofacquringiformation，designing experimental steps，aalying experimentaldata，andoptimizing experiments，cansignificantlyehanceintrinsicmotivation.Thisncouragesstudents toactively engage and improves learning efficiency.

Key Words：problem-based learning philosophy； learnerautonomy；intrinsic motivation； molecular fluorescence experiment； perovskite crystal

[責任編輯：許立群]

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