基于PBL教学模式落实核心素养的教学实践

吴淑贞

[摘 要]PBL是一种基于问题解决并以学生为主体的教学模式，教师应基于PBL教学模式落实核心素养培养。在教学实践中，教师注重学生的参与性，结合学生的实际认知水平创设问题情境，引导学生提出问题、探究问题、解决问题，进而主动获取知识，提升解决问题的能力，培养核心素养。

[关键词]核心素养;PBL教学模式;分子间作用力;物质性质

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）35-0071-03

一、PBL教学模式的内涵分析

PBL近两年在教育界刮起了一阵飓风，成为教育界的新宠。PBL（Problem-based Learning）可以诠释为基于问题的学习，是以任务为驱动，以学生为中心，在教师引导下让学生在真实的问题情境寻找问题、探究问题、解决问题的一种教学模式[1]。PBL主张学生对复杂、真实问题的探究，而不是对事实的简单记忆，在问题探究过程中，学生能够掌握相关知识和技能。可见，PBL教学模式强调有意义的学习，通过解决真实的问题，增强学生的自主学习意识，提升学生的解决问题能力。PBL教学模式进行的是针对性和实践性的教学，能够平衡学生的需求、课程和特定学习情境间的关系，有着独特、高效的教学效果。

二、PBL教学模式对核心素养培养的价值分析

《普通高中化学课程标准（2017年版）》中明确提出：真实问题情境是学生化学学科核心素养形成的重要平台，为学生提供了真实表现化学学科核心素养的机会[2]。高中化学教学活动的目的是提高学生的化学学科核心素养，立足于全面提升学生能力，开展以活动探究为主的多样化学习活动，在弱化评价的选择功能的同时强化其诊断、激励和发展功能。PBL教学模式强调引导学生积极参与学习过程，强调问题的解决，以问题为主线。与传统化学教学模式相比，PBL教学模式更能提高学生的化学学科核心素养。在PBL教学模式下，小组合作的学习方式有利于提高学生的人际交往能力和团队合作能力，能有效提高学生运用知识解决问题的能力，从而全面提高学生的化学学科核心素养。

三、教学过程

下面以“分子间作用力与物质性质”一课为例，展示基于PBL教学模式落实化学学科核心素养培养的教学实践过程。

[新课导入]水是大家最熟悉的物质，是地球对人类最好的馈赠，有水才有生命的存在。请大家动手完成第一个分组实验。

[分组实验]硬币滴水实验：在一枚一元的硬币上慢慢滴水，这枚硬币上最多能滴多少滴水而不外溢呢？会看到什么现象？有何感受？

[演示实验] 硬币滴四氯化碳实验：在一枚一元的硬币上慢慢滴四氯化碳，这枚硬币上最多能滴多少滴四氯化碳而不外溢呢？会看到什么现象？有何感受？

[问题讨论]水和四氯化碳均由分子组成，为什么硬币上水的滴数多于四氯化碳？

[学生分析]硬币上水的滴数多于四氯化碳，且四氯化碳易挥发这一事实证明了水分子间的相互作用强于四氯化碳分子间的相互作用。

[教师追问]四氯化碳的相对分子质量比水的相对分子质量大，按照影响范德华力大小的因素进行分析，应该是四氯化碳分子间的作用力更强才对啊，为什么这里会出现反常？

[学生分析]这个反常说明了水中还存在除范德华力以外的其他作用力。

设计意图：通过在硬币上滴水和滴四氯化碳对比实验的宏观现象说明组成物质的分子之间存在着相互作用。水的相对分子质量比四氯化碳小而分子间的作用力却更强这一认知冲突引出水中还存在除范德华力以外的其他作用力，从而引出氢键。

探究一：氢键的形成过程

[小组讨论]

（1）水是极性分子还是非极性分子？

（2）为什么水中的 H 原子几乎成了“裸露”的质子？

（3）氢键这种作用力的本质是什么？

（4）氢键是化学键吗？如何证明？

设计意图：PBL教学中，最重要、最关键也是最难的环节是问题的设置，它是PBL教学的起点，决定了整个教学的方向。有效问题的設置能很好地检验教学效果与听课效果。

[模型分析]（1）水分子间氢键的形成过程。

由于水是极性分子，氧的电负性大并且半径小，氢和氧之间的共用电子对偏向氧而偏离氢，从而使得氧原子带上部分单位的负电荷，氢原子几乎成为“裸露”的质子。当两个水分子相互靠近时带部分正电荷的氢原子与带部分负电荷的氧原子之间就会产生静电作用和一定程度的轨道重叠，我们把这种作用叫作氢键[3]。

（2）证明氢键是否是化学键。

[学生分析]水在100 ℃时会剧烈沸腾汽化成水蒸气，而水受热分解生成O2和H2需要2000 ℃以上，说明氢键不是化学键。

设计意图：借助图片结构模型的分析，形象地将水分子及其空间分布呈现在学生眼前，实现从微观不可见向宏观可见转化，学生较快地理解了水分子中的氢键是如何形成的。学生通过水沸腾汽化和水分解温度的差异，再结合氢键、范德华力、化学键强度大小的差异得出氢键不是化学键。从宏观现象和数据进行分析，培养了学生证据推理的意识。

[情境素材]冰为什么会浮在水面上？北方寒冷的冬天裸露在室外的自来水管为什么容易爆裂？请你从水分子的三种存在状态的微观结构来分析。

[动手操作]引导学生动手拼装冰晶体的部分结构。

[教师分析]气态水分子之间由于分子间距较大而难以形成氢键;水结成冰，每个水分子都与4个相邻的水分子之间形成氢键，说明了氢键有方向性和饱和性;冰中的水分子可以最大限度地形成氢键且氢键有方向性和饱和性，导致冰晶体中有相当大的空隙，使得相同质量下冰的体积比水大，所以密度较小，因此冰能浮在水面上，水管也因水结冰体积变大而爆裂。

设计意图：培养学生的动手能力，使学生进一步认识氢键;建立了物质宏观性质和氢键结构的联系，体现了“结构决定性质”。

[过渡]只有水分子才能形成氢键吗？还有什么物质可以形成氢键？形成氢键的条件是什么？

探究二：氢键的形成条件

[小组讨论]结合下表数据和图像分析，哪些分子之间存在氢键？判断依据是什么？氢键形成的条件是什么？

[元素 电负性 原子半径/pm F 4.0 71 O 3.5 73 N 3.0 75 C 2.5 77 Cl 3.0 99 ]

[学生分析]水的沸点是100 ℃，HF的沸点是19.54 ℃，可见标准状况下HF并非气态，再根据上图可知ⅣA主族元素的氢化物没有形成分子间氢键。

氢键的形成条件：

（1）电负性很大的原子X（N、O、F）与氢原子形成极性很强的X—H共价键;

（2）Y（N、O、F）原子的电负性很大，原子半径很小，具有孤对电子。

[课堂练习]（1）根据氢键表示的方法：X—H…Y（X、Y可以相同），写出氨水中可能存在哪些氢键。（2）观察教材中的DNA双螺旋结构碱基配对图，说说DNA分子中有几种不同的氢键。

设计意图：通过分析比较ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA氢化物沸点的变化规律，学生认识到除了水分子间能形成氢键，HF、NH3等物质也可以形成氢键，但不是只要含氢原子的分子都能形成氢键，由此归纳出氢键的形成条件。通过对课本DNA双螺旋结构中氢键的认识，学生进一步感受到氢键的重要性，认识到化学与生命科学的关系。

探究三：氢键对物质性质的影响

[分组实验]有一瓶未知液体，用玻璃棒蘸取少量涂在手指上，感觉一下;再取少量该液体滴入水中，观察现象[4]。

[教师引导]丙三醇俗名甘油，请分析丙三醇的结构特点。结合你对氢键的认识，大胆猜测为什么丙三醇黏度较大，而且能与水任意比互溶。

[学生分析]因为丙三醇分子中有多个羟基，可形成较多的分子间氢键，从而增大了丙三醇的黏度。丙三醇与水混合，能与水形成分子间氢键，因此丙三醇可溶于水。

[教师分析]氢键对物质性质产生的影响，体现了微观结构对宏观性质的决定作用。

（1）对溶解度的影响

如果溶质分子与溶剂分子间可以形成氢键，则溶质的溶解度增大。

（2）对沸点和熔点的影响

[过渡]通过前面对氢键的分析可知，H2O、NH3等因为分子间形成氢键，使它们的沸点和熔点升高，那么能形成氢键一定会使物质的沸点和熔点升高吗？请分析教材图2-4-12所示的邻羟基苯甲醛和对羟基苯甲醛熔沸点的数据，从结构上分析它们的熔沸点存在差异的原因。

[学生分析]邻羟基苯甲醛的羟基和醛基是相邻的关系，羟基上的氢和醛基上的氧之间距离比较近，可以形成氢键，使邻羟基苯甲醛分子内部的缔合更加紧密，而分子间的相互作用变弱，所以邻羟基苯甲醛的熔沸点要比对羟基苯甲醛低。可见，氢键不仅可以在分子之间形成，也可以在分子内形成。

分子间氢键：分子间氢键的形成使物质的沸点和熔点升高。

分子内氢键：分子内氢键的形成使物质的沸点和熔点降低。

设计意图：通过分组实验，学生真实地感受到氢键的存在。丙三醇黏稠如油状却能溶于水的性质，强化了学生对氢键可影响物质性质的认识。学生通过分析对羟基苯甲醛及邻羟基苯甲醛的熔沸点的数据，真切感受到物质状态的差异，加深对分子内氢键和分子间氢键的区别以及氢键类型的理解。

[素材情境]

（1）羊毛织品水洗后为什么会变形？

（2）为什么头发没有干透容易变形？

（3）糖粘在手上为什么会黏糊糊的？

设计意图：用氢键解释生活中的一些现象，激发学生的学习兴趣，并引导学生从理论知识过渡到生活中的化学，突出化学在生活中的应用，培养学生“科学精神与社会责任”化学学科核心素养。

[课堂小结]氢键是一种神秘的力量，人们对氢键的研究还在继续。人类对物质结构的探索永无止境！

四、教学反思

PBL教学模式以真实的化学问题情境为主线。本节课通过滴水实验、模型拼装、分组实验等创设真实的问题情境，引导学生认识、理解、感知氢键，调动学生的学习积极性，并最终实现学以致用。在本节课中，教师针对氢键等核心知识，让学生先阅读课本上的相关资料，再通过小组讨论对核心知识进行有效的梳理，为问题的解决做充分的准备和铺垫。在探究氢键的形成条件时，学生对数据进行分析处理，尊重客观事实，在发现数据反常時能勇于提出疑问，在认知冲突中探索新知识。PBL教学模式下的高中化学教学真正做到了让学生成为学习的主人。教师在教学设计的过程中设置学生展示环节，将课堂真正地交给学生，提高学生的课堂参与度，还通过角色互换，营造轻松愉快的学习氛围，改变传统教学的满堂灌模式，课堂教学效果事半功倍。

五、PBL教学模式的应用展望

PBL教学过程中学习活动丰富多彩，包含实验探究、小组合作等，多种多样的学习活动为学习评价提供了多种方式，从而便于教师多角度了解学生学了什么、做了什么、做得怎样，进一步了解学生核心知识的掌握程度，并据此重新调整教学。基于核心素养培养的PBL教学模式，不仅是教学理念的创新，更是教学评价的创新，学生的个性发展得到鼓励，充分体现化学教学的育人价值，提高了学生的化学学科核心素养。PBL教学模式必定会为我们的课堂教学注入新的力量和生机。

[   参   考   文   献   ]

[1]  吴建军.PBL化学教学模式对中学生化学问题解决能力的影响研究[D].武汉：华中师范大学，2017.

[2]  中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[3]  陈光巨.普通高中课程标准教科书化学选修3：物质结构与性质[M].济南：山东科学技术出版社，2014.

[4]  张金怡.“宏微结合”视角下《物质结构与性质》模块的教学实践：以“氢键的形成”为例[J].化学教与学，2020（10）：58-62.

（责任编辑 罗 艳）