基于PBL模式的中学化学实验教学设计?

陈瑶

摘要：基于问题的学习（PBL）是建立在建构主义理论基础上的教学模式，教学过程中以问题为基础、以学生为中心、教师为导向进行小组讨论式学习。文章以苏教版化学1专题1“研究物质的实验方法”单元教学为例，探讨基于PBL教学模式的中学化学实验教学设计。

关键词：建构主义;PBL;教学设计

文章编号：1008-0546（2019）01-0013-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.003

基于问题的学习（problem-based learning，简称PBL），是建立在建构主义理论基础上的教学模式。它把学生置于复杂的、有意义的、真实的问题情境中，让学生在团队中合作学习、共同解决问题，进而学习隐含于问题背后的科学知识，形成问题解决的技能并发展自主学习能力 [1]。

中学化学实验教学采用PBL教学模式，通过基于问题的学习有效引导学生将化学理论知识与实验实践相结合，激发学生的学习兴趣和热情，改变学生之间交流少、分析问题和解决实际问题的能力弱的现状。本文拟以苏教版化学1专题1“研究物质的实验方法”单元教学为例，探讨基于PBL模式的中学化学实验教学设计和实践。

一、创设驱动问题，串联实验知识要点

问题是PBL教学法的核心，所有学习活动都是围绕问题而展开的  [2]。PBL并不是为了问题而设置问题的，设置问题的目的是为了完成课程目标，培养学生的知识基础与各种能力。如何设置课程以及如何根据课程目标来设计问题就成了在教学中应用PBL所需考虑的十分关键的问题。

在“研究物质的实验方法”单元中，教学内容涉及物质的分离和提纯方法、常见物质的检验、溶液的配制和分析三大部分，“雜、乱、多”的教学内容使学生们深感烦恼，知识的学习多停留在死记硬背层面，实验教学所要求培养的动手能力、问题解决能力、自主学习能力、协作交流能力等难以达成。因此，在本单元教学的总结提升阶段，以“如何提升学校瑞云峰水塘水质”为驱动问题来串联本单元的实验知识点，对提升学生对常见实验方法的熟练使用，实验方案的初步设计和实验探究能力是一个有益的尝试。

驱动问题设计的好坏直接影响到学生学习的效果。创造一个合理、真实、恰当、有效的问题是实施这一教学方式的重要前提。寻找创设的驱动问题应该遵循以下原则：

1.真实性原则。学校瑞云峰所在的西花园属于全国文物重点保护区域，是学校师生上课之余最喜爱的校园活动区域。瑞云峰水塘的水质问题，同学们曾自发关心过。利用化学课程所学来研究身边的问题，能将所学知识点应用于生活实际，这为驱动问题提供了意义。

2.开放性原则。“瑞云峰水塘水质提升”问题为非良构问题。针对水质不良的成因可探究多种解决方法，思路开放多元，答案不唯一。学生难以通过一人之力得到解决方案，这为小组合作提供了契机。

3.丰富性原则。水质提升问题的研究基于学生已学单元中研究物质的实验方法，但又高于已有知识，水质提升问题涵盖物化生多学科的知识，在化学学科中也涉及多单元知识的融合。这为通过问题总结提升学习单元，提高问题解决能力提供了可能。

4.近侧发展区原则。“瑞云峰水塘水质提升”问题是在研读课标、分析教材内容、充分了解学生已有的知识和能力基础上设计的情境问题。分析物质的分离方法如蒸馏、萃取、分液，常见物质的检验如NH4+、重金属离子的检验，溶液如何精密配制等基础知识学生已具备，学生要应用以上实验知识和方法，在查阅资料基础上研究设计方案并予以实验，难度趋向于学生思维的“最近发展区”，可激发出学生强烈的求知欲，提升实验能力。

二、搭建脚手架，解构实验教学难点

脚手架能帮助学生穿越最近发展区。欧盟的教育界认为：为学习者建构对知识的理解提供一种概念框架。这种框架中的概念是为发展学习者对问题的进一步理解所需要的，为此，事先要把复杂的学习任务加以分解，以便于把学习者的理解逐步引向深入。

为帮助学生解构“瑞云峰水塘水质提升”问题的难点，教师可以通过设计多种类型的脚手架。

1.问题型脚手架。在学习过程中通过环环相扣的问题，一步步引导，循序渐进，激发起学生的求知欲。在瑞云峰水质问题研究中，提供以下几个问题推进学生们思考深度：瑞云峰水质问题的外在表现？瑞云峰水质可能存在哪些问题？如何运用已学知识和方法开展水样检测？如何了解现代水质净化方法？如何设计实验方案？怎样证明你的实验明显改进了水质？

2.范例型脚手架。对学习中最重要的探究步骤或最典型的理论难点提供相关模型、案例，并进行演示，对学生的学习起到很好的引导、示范作用。例如水体污染控制技术简介应是水质提升问题中的关键难点，因此教师可以按方法类别进行基本原理介绍。如化学方法：酸碱反应、沉淀及絮凝、氧化还原;物理方法：吸附与净化、离子交换、萃取、膜分离;生物方法：水生植物修复技术、培养土著微生物、接种微生物技术等。通过理论难点的化解来为学生搭建脚手架。

3.方法型脚手架。教师要将解决问题可能需要的方法尽可能多地告诉学生，并指导学生学会运用。结合学习内容教给学生学习方法，如做摘要方法、查阅资料方法等，指导学生如何使用检索工具，比如利用校园网的数字图书馆资料查阅教材、参考书或文章;教给学生思考问题的方法，如比较、类比、归纳、概括、演绎和分类等;教给学生解决问题的方法，如提出问题，设计方案、搜集资料、进行论证、做出结论等。教师担当学习向导的角色，不是具体讲解或提供答案，而只是起到引导学习的作用。

4.向导型脚手架。它是问题、范例等片段性支架根据某个主题的汇总和集合，能使学生在初次建构知识体系时就清晰把握核心思想。脚手架设置的水平，在很大程度上依赖于学生的已有发展水平、在学习中的自主性和独立性的发挥程度以及对脚手架的熟悉程度。如果学生的水平较低，对提供的脚手架不熟悉，需要教师进行完整的动作示范，或者需要教师暴露其思维过程。如果学生的水平较高，教师只需及时的暗示及提醒。

三、组织小组研讨，推进实验探究进程

PBL教学模式的一个重要特征是合作学习。可以以化学成绩和实验能力作为标准，强弱组合，异质分组，每组一般5-6人。为了保证小组间的有序学习，通过学生自荐和小组成员推荐两种方式选出小组组长，明确组长和组员的职责，确立小组定期活动制度，并成立QQ或微信群作为线上交流平台，确保小组学习活动顺利开展。

教师定期将学生组织集中到一起，可以是一个小组，也可以多个小组，互相交流研讨。在这个过程中教师是合作学习者和专业顾问。教师可以引导讨论的方向、广度、深度等，对于学生讨论过程中即时出现的专业问题，教师要适当“解惑”，进行讲解与解释、模拟或示范、提示和暗示评价等。这样的研讨可以是线上的，也可以是面对面的;可以是师生之间、生生之间，也可以邀请专家与学生对话。

关于水质提升问题，教师第一次开展分组讨论活动明确任务和目标：研究瑞云峰水质存在的问题有几个研究步骤？小组成员如何分工？小组的基本合作公约是什么？第二次全体集中自由发言，通过文献研究，你了解到的水质提升方法有哪些？我们可能可以选取哪些方法进行实验？第三次各组组长交流汇报水质提升实验方案及实验探究情况。这个过程中可能会分组进行多次的实验方案修改讨论和再次实验。小组在合作学习、主动学习的过程中都经历着提出假设、设计方案、实验探究、数据处理、矫正方案、再实验的系列过程。

在针对瑞云峰水质提升问题小组讨论中，学生提出可以通过蒸馏的方法来提纯水，小组成员很快提出这一实验方法不适合瑞云峰水塘的实际问题情境。学生提出过滤方法可以去除水塘中不溶性杂质。但是针对整个水塘，而不是实验室的少量水，如何过滤呢？学生想到了在水塘中放置过滤网，或是使用一些材料，如活性炭来吸附。于是，教师启发，在第一单元中学习过胶体胶粒有很强的吸附性，能否采用一定的试剂来除杂呢？

一组学生通过文献学习和小组研讨，采用了取样，加入絮凝剂硫酸铝在磁力搅拌器上进行搅拌，取上层清液再用活性炭吸附的实验过程。学生从几组平行实验中得到结论：活性炭浓度越高，吸附效果越好。同时也引发进一步的思考：这种关系是线性一直持续的吗？还是有一个峰值？一组同学通过查阅文献资料发现纳米材料对于净水处理有很好的优势，于是他们提出制备纳米材料来净水。小组同学依据文献学习，又进行了二次分组，分别开展了各自感兴趣的四氧化三铁、二氧化钛等纳米材料的制备。

四、实施多元评价，促进实验反思和调控

评价能引导学生朝着目标前进，对实验方案设计和实验成效作出判断，可以刺激和维持他们实验探究的内在动机，激发内部潜力，提高学习的积极性和创造性。因此，教师要充分利用好评价的作用。

在瑞云峰水质提升实验探究的过程中，实施学生自我评价、组内互评、教师评价、专家评价相结合，以过程性评价为主，终结性评价为辅的评价方式。评价内容从学习态度、实验能力、文献学习、合作情况、实验报告、结题汇报展示六个方面进行。这里特别强调即时评价的运用。专家对学生、教师对学生，甚至学生对学生的评价，贯穿于实验探究活动的始终。准确、及时的評价对实验探究活动起着重要的导向和激励作用，学生个体及小组成员进行积极的反思，从而对实验方案不断调整和优化。

在结课汇报中，同学们阐述了校园水塘水质问题研究的现实意义、实验方案、数据处理、实验异常现象及反思。他们不仅把课内学习的实验方法灵活运用到了实际问题的解决，还把教材中提到的红外光谱仪用到了水质成分的分析。对于教材中胶体的知识，他们把现代前沿的纳米材料制备应用联系到实验中，制备出了纳米四氧化三铁、纳米二氧化钛等材料。通过苏州环境监测中心对他们实验前后水样的检测数据证明，他们的实验处理对水质提升是有一定效果的。同学们的实验成果及现场汇报展示受到了高校专家组的好评。

实施PBL模式的实验教学，需要改革传统实验教学方法。对教师来说，是一个全新的挑战。教师需要创造性的利用现有教学资源，重组化学实验单元教学的主题，应用现代教育技术，结合生产生活实际。通过PBL模式的实验教学，我们可以看到，学生在掌握知识的同时培养积极主动的学习习惯，提高理解能力、学习能力、克服困难的能力，培养团队合作精神和创造能力。这样的教学模式，为提高教师的教学水平和教学能力，提高教学质量，形成新的教学理念提供了一条新的途径。

参考文献

[1] 胡杨玲，王后雄.基于PBL的中学化学教学应用初探（一）[J].中学化学，2014（4）：1-3

[2] 崔炳权，李春梅，何震宇，等.PBL教学法在生物化学实验课教学中应用的探索[J].中国高等医学教育，2007（1）：7-8