PBL教学模式在化学教学中的应用

王芯慧

(新疆师范大学化学化工学院,新疆乌鲁木齐,830054)

一、引言

《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)指出,普通高中化学教学目标是让学生拥有综合素质,包括理想信念、社会责任感、科学文化素养、终身学习能力、自主发展能力以及沟通合作能力。[1]相比传统的授课模式,《课程标准》更加倡导运用多元化的教学模式来培养学生各项能力,提升学生化学学科核心素养。课程教学应秉承依据学生已有的知识和生活经验,结合社会生活中的真实问题,培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力的理念。在《课程标准》中凝练了化学学科的核心素养,提倡教师应树立“以学生为本、促进学生的个性化发展”的教学理念,要求教师在教学过程中激发学生自主学习的能力。传统教学模式多以教师讲授为主,评价多以纸笔测验为主要考查方式。PBL(problem based Learning)教学模式作为一种新的教学模式,在教育界备受关注。PBL教学模式符合化学课程标准需要,其适用性和有效性也在国内外的教育领域得到了证实。本研究通过梳理前人的研究成果,总结了PBL教学模式在中学化学教学中的具体研究内容,并以“探秘膨松剂”为案例,为一线教师教学研究提供理论基础及案例设计。

二、内涵特点

(一)内涵

PBL基于建构主义理论,起步于结构不良问题的解决。[2]PBL教学模式以问题为基础,以真实情境为引导,以学生为主导,教师在教学过程中为学生提供帮助指导,让学生通过小组讨论的形式解决问题从而获取知识,并在该过程中挖掘出深层的科学知识,帮助学生提高问题解决、合作交流以及自主学习等能力。[3]国内的PBL教学模式最早由上海第二医科大学和西安医科大学将其引入医学教学中。虽然国内有关PBL教学模式的研究起步较晚,但起步后在学术界引起了众多学者的广泛关注。当前,越来越多的学者、教育工作者将PBL教学模式与化学学科结合起来,文献数量逐年激增。

(二)特点

Barrows认为PBL教学模式是一种“以学生为中心、围绕实际问题、基于探究性、综合性、合作性的全方位学习”。[4]除此之外还有不少学者对该教学模式的特点进行了描述,尽管有所不同但都包含了“以学习者为中心、以问题为导向、以小组合作为主要学习方式、以多元评价为主要测量方法”等基本特点。第一,以学习者为中心。传统教学模式以教师为中心,学生是被动的接受者,学习行为是被迫向前的,但在PBL教学模式中,学生是学习的主体,在教师的指引下分析问题、确定问题解决方案,查阅相关资料解决问题。第二,以问题为导向。传统教学模式的问题为结构良好问题,一般与学生的记忆相联系,是作为考查学生记忆知识的一种手段,而PBL教学模式的问题大多为结构不良问题,该模式是以真实复杂且有意义的问题为导向,让学生在问题中通过解决困惑来构建知识体系。第三,以小组合作为主要学习方式。传统教学模式中小组合作的学习行为主要为了检验某个实验结果,其结论是已知的,步骤是明确的,而PBL教学模式中小组合作是主要学习方式,按照组间同质组内异质的方式将学生分成若干小组,在组中各司其职,使每名学生都能发挥作用,为解决问题做出贡献。第四,以多元评价为主要测量方法。传统教学模式评价结果单一,多以纸笔测验为主要评价方式,目的是验证学生知识掌握的程度及学习能力的提升状况,而PBL教学模式中,学生的评价方式是组内互评、教师客观评价、学生自我评价的结合,以过程性评价为主要评价方式,终结性评价为辅助方式,主要考查学生的知识掌握程度、学习中的情感态度、能力提高及结果展示。自主、合作、探究的学习方式是培养具有高阶思维能力的创新型人才必不可少的学习方式,主要表现为学生自行在问题中探究、小组间合作、课堂中交流、师生共同点评、总结并归纳。这种轻松愉悦的学习氛围可以将生活问题情境引入课堂,改变了“填鸭式”“满堂灌”的传统授课模式。PBL教学模式与传统教学模式的对比,如表1所示。

表1 PBL教学模式与传统教学模式的对比

三、应用方法

近年来,国内教育界更加注重PBL教学模式与各学科间的深度融合,该教学模式在化学教学中的应用主要分为指导教学设计、指导学生情感领域发展、指导教学评价三方面。

(一)指导教学设计

课堂教学是学生习得知识的主要学习方式,而课堂教学是否成功与课堂教学设计有关。当今时代的教育需要培养学生的高阶思维能力、创新创造能力、综合解决问题能力,传统的教学模式已经不再适用。以PBL教学模式为主的教学设计可以使学生在解决问题的同时增强知识的学习,教师传授学习方法,顺利完成教学目标。[5]在PBL教学模式中,学生是课堂的主人,教师通过创设真实的情境将教学与实际问题关联起来,学生通过教师创设的情境问题,寻找解决方案,搜集相关资料,小组合作探究后共同解决问题,反思所得结论、提升自我学习能力。

以“探秘膨松剂”一课为例,设计具体的教学流程如下。

1.教材分析

本节内容选自人教版化学必修第一册第二章第一节第二课时。掌握碳酸钠、碳酸氢钠的性质是关键,是贯穿钠及其化合物的重要纽带。学习本节内容既可以加深学生对钠及其化合物的认识,又可以拓宽化学知识学习的宽度。

2.学情分析

本节的核心内容为金属元素化合物知识。一方面,学生通过初中化学九年级下册的学习已经初步了解碳酸钠及碳酸氢钠,掌握了部分相关知识,在高中必修第一册第一课时有关钠的学习基础上,提炼升华出对碳酸钠和碳酸氢钠的认识;另一方面,家中常吃的馒头让学生对膨松剂有了相关了解,这都为学生多角度学习碳酸钠及碳酸氢钠性质做了准备。

3.教学目标

通过真实情境问题--膨松剂做馒头,激发学生对碳酸氢钠的膨松原理进行实验探究的兴趣,体会研究物质的方法和过程的实用价值,培养“科学探究与创新意识”核心素养;了解复合膨松剂的组成,学会在真实情境中分析、解决实际问题,探究陌生物质的性质,提升学生自主设计问题并解决问题的能力,促进学生的“科学态度与社会责任”核心素养的发展。具体教学流程如图1所示。

图1 PBL教学模式下的“探秘膨松剂”教学流程

此教学流程遵循PBL教学模式,以培养学生解决问题能力为关键,以发展学生化学核心素养为主旨。在该模式下,引导学生从分类、物质特性以及化合价的角度进一步学习化学的原理和方法,从而形成化学学科的新观念。将PBL教学模式运用于探秘膨松剂课堂中,给学生呈现出一种崭新的面貌,采用PBL教学模式有助于学生思维发散,为学生构建真实的问题情境,使学生通过解决问题获得知识,发展学生的科学思维。

(二)指导学生情感领域发展

学习的目的是使学生掌握知识与所需技能,若忽视情感领域的培养则会大大降低掌握这些技能的效率。由于情感因素与认知领域的表现相关,如态度、自我效能感、动机、焦虑等因素都会影响学生的学习。因此,教育需以提高学生的自我效能感为目标,培养学生的韧性和积极性,从而完成困难和具有挑战性的活动。自我效能感是指人们对自己组织和执行达到指定类型绩效所需的行动过程和能力判断。[6]自我效能感高的学生有较大的学习动机,会在学习中付出更多的努力。与传统教学模式相比,PBL教学模式下教师的功能逐渐弱化,学生学习的主动性逐渐提高,学生可以通过自主检索信息、加工信息提高解决问题能力和自我学习能力,促进自我效能感的提高。

PBL教学模式在创设时为增强学生的情感体验,促使自我效能感的提升,要求使用有真实且有意义的生活背景或社会背景,学生围绕该情境合作学习并最终通过解决问题来掌握化学知识。因此,在教材内容选择上要尽量贴近生活。高中阶段的学生具有强烈的好奇心及探究欲,仍以“探秘膨松剂”这节课为例,用膨松剂做馒头为情境可以激发学生的探究欲望。通过深入学习碳酸氢钠的各种物理及化学性质,验证为什么碳酸氢钠适合做膨松剂,使学生体会化学在解决实际问题中的作用,激发并保持学生学习化学的兴趣。本节课的教学要求有:了解钠及其化合物的主要性质,认识这些物质在生产中的重要价值和对生活的用途;掌握碳酸钠及碳酸氢钠性质的比较;认识物质及其转化在促进社会文明进步和环境保护中的重要价值。学业要求有:能从物质类别、元素化合价角度,依据氧化还原反应原理,预测物质的化学性质和变化,设计实验进行初步验证,并能分析、解释有关实验现象;能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化路径;能说明钠及其化合物的应用对社会发展的价值和对环境的影响。

以“探秘膨松剂”部分片段为例:

环节一:探究碳酸氢钠膨松剂的原理

【情境导入】 展示实物:展示家中蒸馒头所用的酵母粉及馒头,引导学生观察酵母粉蒸的馒头蓬松且软。

【过渡】 介绍膨松剂的用途--食品加工过程中所加入的及市面中常见的膨松剂:生物膨松剂(酵母)、化学膨松剂(单一、复合膨松剂)。

【提出问题】 1.用“酵头”发面不成功,再加入碳酸氢钠后蒸出的馒头为什么发黄且略带碱味?2.为什么直接在面团中加入碳酸氢钠和食醋蒸出的馒头更白更松软?

【学生活动】 小组验证实验后得出碳酸氢钠显碱性,受热或加入酸后会产生二氧化碳气体,在酸中可以产出更多气体的结论。

【创设意图】 创设真实的问题情境,使学生明白化学来源于生活,化学知识与自我专业发展及生活息息相关,以此达到增强学生自我效能感,激发学生学习动机的目的。培养学生科学探究的精神,得出通过碳酸氢钠与酸反应可蒸出更白且松软馒头的结论。

环节二:设计复合膨松剂

【教师追问】 仅用碳酸氢钠蒸馒头会使馒头呈淡黄色,导致馒头口味欠佳,如何才能使馒头变得又白又松软且更美味?

【方法引导】 向学生提供酸性物质,如醋酸、柠檬酸等。

【归纳总结】 经实验发现,加入醋酸及碳酸氢钠口味较好且无特殊气味;加入柠檬酸及碳酸氢钠会略有柠檬味。

【教师追问】 若用碳酸氢钠为复合膨松剂主要原料,另一种为白醋或柠檬酸哪个更合适?

【方法引导】 常温下柠檬酸是固体,白醋是液体,白醋和碳酸氢钠混合会直接反应。

【设计意图】 创设带有思考性的问题,增强学生勇于探索的精神。结合生活实际选择化学原料,使学生体会化学在生活中的应用,培养学生的科学态度。

以PBL教学模式为指导,通过学生自己设计方案,并进行实践验证,使学生亲身体会运用化学知识解决问题的过程,不仅提升了学生在化学方面的情感体验,更培养了学生科学探究与创新意识的核心素养。以蒸馒头所用膨松剂为真实情境,通过理论与实际相结合,使学生感受化学不仅与经济发展、社会文明密切相关,而且是生命科学、环境科学的基础,在促进人类文明可持续发展中发挥着日益重要的作用。

(三)指导教学评价

教学评价是依据一定的客观标准对人才质量的培养与选拔进行评价,促进人才培养质量的有效提升。当前我国教育评价以摆脱“唯分数论”为主要改革方向,关注学生全方位、多角度的评价方式,关注学生阶段性、形成性的综合评价。[7]基于PBL教学模式的评价方式可从课前学生搜集信息来评估学生信息整合能力;课中通过小组讨论、展示交流来检测学生的认知水平能力;课后通过作业完成来判断学生对知识的实际运用能力。学生在这一系列的评价过程中对自己的学习结果和整个学习过程做自我评价,确认在知识、技能、小组协作技能和元认知技能策略方面的有效收益。[8]教师在这一过程中也在自我反思,自我进步,实现由“注重课堂知识灌输”向“培养学生自主获取知识的能力”方向转化。PBL教学模式的多样化评价,不仅有对书本知识的评价,还有对学生中学阶段所需的专业素养能力评价,以此有效反映学生在学习过程中的成长进步。但当前基于PBL教学模式的综合性评价大多针对高等教育展开,评价的内容局限于学生对知识的建构、问题解决和自主学习等,而在学习动机和合作学习方面的评价相对较少,仍有待拓展。

四、结语

基于所选文献研究的总体情况而言,PBL教学模式融入中学化学学科已经受到化学教师和化学研究者的高度重视。当前研究范围包括三个方面:一是通过与其他理论或模式相结合的方式来提升中学化学的教学效果、促进学生科学思维与探究能力显著提升;二是结合教育心理学相关知识,改变传统的教学模式,并进一步对PBL教学模式完善优化,使其更具有实用性,在实验课、常规课中采用PBL教学模式,为一线教师提供指引;三是改变了以往评价的单一形式,采用了教、学、评相结合的多元评价形式。

现有文献对PBL教学模式的研究还存在较大的局限性,从理论研究层面来说,多为与其他理论的结合描述,较少有在化学教学中融入PBL教学模式的心理学研究;从实践层面来说,在化学教学中融入PBL教学模式多为新授课的讲解,较少有对复习课的深入探析。PBL教学模式与化学学科核心素养具有高度契合性,但许多教师对PBL教学模式的认识还较为浅显,具有生搬硬套的倾向。教师是教育之本、是教育发展之源,兴国必先强师[9],若教师能够跳出传统授课模式,深入了解PBL教学模式及其他模式的内涵,并将其运用在化学教学中,不论是对教师自身还是学生都是一份不小的收获。