PBL教學模式在“無機化學實驗”中的探索與實踐

苗芳芳　滑靜　王燕　劉續(xù)航

關鍵詞：PBL教學模式;“無機化學實驗”;教學方法

“無機化學實驗”課程是在高等教育中培養(yǎng)學生化學學科能力的重要基礎課程。無機化學作為高校工農(nóng)理科專業(yè)的基礎學科，很多課程都要以“無機化學實驗”為媒介，使學生掌握基本的化學原理和實驗操作技能。因為學習“無機化學實驗”課程的學生較多，所以該課程可以選擇項目式學習（Project-Based Learning，PBL）教學模式。目前，傳統(tǒng)的“無機化學實驗”課程大多根據(jù)教學大綱安排教學內(nèi)容，側重于基本操作實驗、基本原理實驗、重要元素及化合物性質實驗和綜合設計性實驗4個部分。由于課程大綱的調整，教師傾向于專業(yè)知識的傳授，忽略了學生對知識結構的認知和循序漸進地分析問題、解決問題的能力的培養(yǎng)，未能滿足時代對智能化、數(shù)字化的需求[1]。隨著人們物質生活水平的提高，越來越多的學生沉溺于游戲，忽視了自身創(chuàng)新能力以及合作交流能力的培養(yǎng)。因此，結合PBL教學模式調整教學內(nèi)容和方式，培養(yǎng)對社會有價值的全方位人才迫在眉睫。

PBL教學模式是以問題為導向的人才培養(yǎng)方式，在學生能力拓展、創(chuàng)新思維培養(yǎng)等方面區(qū)別于傳統(tǒng)教學模式，越來越受教育行業(yè)的歡迎。PBL教學模式在傳統(tǒng)模式的基礎上進行創(chuàng)新改革，以問題為誘導推進教學，鼓勵和激發(fā)學生的頭腦風暴，引導學生發(fā)散思維、獨立思考、自主解決問題，成為社會所需要的自學型人才。PBL與各類課程同向同行，形成協(xié)同效應，是將“引導樹人”作為教育根本任務的一種綜合教育理念，從單獨的知識傳授模式向知識和提問引導相結合的新模式轉化。在當前時代背景下，本研究探討將“無機化學實驗”課程與PBL教學模式相結合，形成新型“無機化學實驗”課程教學模式的原因，探索將其融入傳統(tǒng)模式下的“無機化學實驗”課程的途徑。

1 PBL教學模式的引入

教學目標是對教學過程的預設和前提操作，對教學過程有引導、調整、激勵和過程評價等作用。完整的教學定位要建立在達到預期教學效果和教學目標的基礎上，具有全面性和具體性。在教學過程中，教師不僅要講授基本知識，還要進行知識點延伸和拓展，幫助學生培養(yǎng)知識應用能力。教學模式作為達到教學目標和教學效果的基礎，發(fā)揮了重要作用。PBL教學模式打破了以教師為中心的傳統(tǒng)教學模式，在教師的指導下，“以學生為中心，以問題為基礎”[2]，通過小組討論，學生課前獨立搜集資料，從中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，培養(yǎng)了自主創(chuàng)新能力?！盁o機化學實驗”課程前期可以有效結合PBL教學模式，讓學生獨立完成基礎操作，發(fā)揮PBL教學模式的優(yōu)勢，讓學生有所體驗和收獲[3]。當然，教師還要不斷調整教學目標，通過適當?shù)囊?guī)劃和設計，將PBL教學模式融入“無機化學實驗”課程，幫助學生培養(yǎng)和提高化學學科素養(yǎng)，實現(xiàn)教法統(tǒng)一。在教學過程中應用PBL教學模式、實現(xiàn)全方位引導育人的實踐方法有以下3個方面。

1.1緊密聯(lián)系教材

依托教材，以PBL教學模式引領日常教學通常有多種方法可以實現(xiàn)，比如多種教學形式、應用多媒體、拓展課外知識等。例如在講解“無機元素和無機化合物”這節(jié)內(nèi)容時，可以構建以問題情境為中心的教學模式，滲透到教學活動中;在學習“氧族元素和硫族元素”這節(jié)內(nèi)容時，要理解從元素到化合物的發(fā)展過程，教師應設置真實的問題情境并貫穿整個實驗教學過程，使學生明白物質的宏觀含義與微觀含義的區(qū)別和聯(lián)系，樹立辯證的科學自然觀。在教授“化合物的性質和用途”實驗時，教師可引導學生課前搜集資料、課上分組共享資料，通過討論總結化學知識來解釋實驗現(xiàn)象，幫助學生樹立科學嚴謹?shù)膽B(tài)度，增強他們的使命感。因此，在“無機化學實驗”教學過程中，教師應根據(jù)教學大綱合理安排知識的教授順序，充分挖掘材料的隱含知識點，在教授化學知識的同時，潛移默化地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。

1.2開展探究性學習

在探究活動中應用PBL教學模式，需要與教學目標緊密結合，關注過程與方法、情感態(tài)度與價值觀等方面[4]。只有緊密結合教學目標與教學模式，相互配合開展教學，才能實現(xiàn)教學相長。其中，探究性學習可以實現(xiàn)物質性質與驗證實驗的相互聯(lián)系和印證。因此，在探究性實驗教學中，要培養(yǎng)學生探究問題、思考問題、解決問題的能力，同時引導學生將所學知識與生活實際、社會發(fā)展緊密結合，化科學理論為內(nèi)在知識，逐步形成科學的情感態(tài)度和價值觀。例如在“三草酸和鐵酸鉀的制備和性質”實驗中，教師要求學生深入分析，提出要探究的問題，并進行小組交流，討論問題的科學價值。在此過程中，學生發(fā)現(xiàn)問題是探究學習的開始環(huán)節(jié)，問題的提出和解決需要對實驗現(xiàn)象的敏銳觀察、質疑精神、團隊精神和良好的分工協(xié)作，覆蓋問題導向、情景設置等教學環(huán)節(jié)。在教學過程中，學生對學習時間、課堂形式、課程進度的調整有更大的自主選擇權。

1.3關注社會，利用熱點話題

聯(lián)系生活實際，引導學生結合生活中的化學問題，開展情景教學，引導學生積極運用化學知識解釋生活現(xiàn)象，讓學生主動探索和發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)自我認知，獲得喜悅和自豪?！盁o機化學實驗”教材中有很多內(nèi)容都介紹了無機化學在生活中的應用，教師還可以收集一些無機化學應用實例，激發(fā)學生探究“無機化學實驗”的興趣，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、將所學知識應用于生活的能力。隨著全球化和信息化時代的到來，大學作為一個“小社會”亦會受到影響，而當前發(fā)生的社會熱點問題值得大學生關注，教師應引導學生對其進行深入剖析，既可以提升學生的思想素質，也可以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

2構建化學實驗課程PBL教學模式—以無汞鹽法測定鐵礦石中的全鐵為例

隨著多媒體和信息技術的發(fā)展，信息化教學快速融入傳統(tǒng)教學模式中，為多途徑、多渠道進行信息化教學提供了便利。在教學過程中，將實驗項目涉及的問題及信息元素有意識地融入課前預習、課上講解、討論和課后反饋環(huán)節(jié)，學生通過主動調研和討論將科學知識內(nèi)化，達到教學目的。例如“無汞鹽法測定鐵礦石中的全鐵”是北京農(nóng)學院自主研發(fā)設計的“無機化學實驗”項目。經(jīng)典的“重鉻酸鉀法測鐵”一直是國內(nèi)外鐵礦石全鐵分析的標準方法，但實驗中用到的汞鹽造成的環(huán)境污染十分嚴重。早在20世紀70年代，北京農(nóng)學院化學教研室的老師們就意識到了這個問題，組織科研人員與研究院合作，通過大量實驗研究，成功用硅鉬黃指示劑替代汞鹽，既具備原方法快速、準確和簡便的優(yōu)勢，又避免了使用汞鹽對環(huán)境造成的污染。教師通過對該案例的介紹和情境設置，引導學生自主思考問題，結合教師的問題引導，不僅能使學生了解汞污染的危害，還能繼承前輩教師的創(chuàng)新精神，激發(fā)學生的創(chuàng)新動力，增強學生的社會責任感和使命感。此外，該實驗結果誤差若想控制在3‰以內(nèi)，除了滴定操作規(guī)范外，在滴定前的預還原環(huán)節(jié)，要求在近沸狀態(tài)下滴加SnCl2還原劑，通過硅鉬黃指示劑一系列復雜的顏色變化，控制預還原進程，并要求預還原反應一氣呵成，否則溫度變化及空氣中的O2都會影響預還原結果，導致實驗失敗。為了使學生更好地完成實驗，掌握該實驗方法和其中的化學原理、設計思路，實驗課前，教師會把預還原視頻發(fā)到班級微信群，指導學生預習。在課前預習環(huán)節(jié)，要求學生對比無汞鹽法與汞鹽法的差異，計算每次應用汞鹽法實驗可能產(chǎn)生的汞污染量，引導學生關注重金屬離子排放的國家及行業(yè)標準，讓學生自覺樹立綠色環(huán)保意識。在實驗課堂上，運用翻轉教學法，指導學生熟練掌握實驗內(nèi)容;在討論分析鐵礦石成分環(huán)節(jié)，引入礦產(chǎn)資源保護理念和可持續(xù)發(fā)展的重要性，結合當前社會熱點，適時引入中美貿(mào)易戰(zhàn)中的“卡脖子”問題，引導學生努力學習、勇于創(chuàng)新，認識到核心科技和關鍵技術只能靠自力更生。實驗結束后撰寫實驗報告時，不僅要求學生全面分析并總結實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)，還要結合本實驗項目涵蓋的化學知識原理，闡述所思所獲。

3調整教學方式與教學內(nèi)容

3.1線上與線下相結合

傳統(tǒng)的“無機化學實驗”授課方式是課堂講授，學生根據(jù)教師講授的知識點進行性質驗證。實驗結束后，開展以PBL教學模式為引導的教學討論。因此，借助當前信息網(wǎng)絡的快速發(fā)展，可將課堂知識適當做“減法”，利用雨課堂、翻轉課堂等教學方式，使線上與線下“雙管齊下”，將一些學生易于消化的基礎知識提前發(fā)送給學生，引導學生提前將知識點化零為整，利用網(wǎng)絡資源實現(xiàn)上課前的“加法”。但是，必須根據(jù)課程特點、本著合理適量的原則布置課前預習任務，與實驗教學內(nèi)容有機結合，達到預期的育人效果。

3.2修訂教學大綱教學大綱

是一門課程的綱領性文件，教學改革的首要內(nèi)容是遵循信息化、時代化的教學理念，對已有課程的教學大綱進行修改。結合“無機化學實驗”課程特點，對課程性質、教學任務和課程基本要求進行調整，彌補傳統(tǒng)教學大綱僅包含專業(yè)理論教學任務的不足，體現(xiàn)有效教學的深刻意義。

4結語

“無機化學實驗”是一門重要的本科必修基礎課程，對培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力起重要作用。應用PBL教學理念，將信息技術、環(huán)保意識等元素滲透到教學過程中，會對學生把握和理解課程內(nèi)容、培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)產(chǎn)生重大影響，同時激發(fā)學生的學習積極性和主動性，提高教學質量，更是實現(xiàn)高校立德樹人的目標，為社會培養(yǎng)具有嚴謹科學態(tài)度、務實創(chuàng)新的新型人才的途徑。