基于PBL教學(xué)法的無機化學(xué)元素教學(xué)改革

趙 婕，史振雨，郭晴晴

（興義民族師范學(xué)院，貴州 興義 562400）

“無機化學(xué)”是化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)等專業(yè)開設(shè)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，與后續(xù)的物理化學(xué)、分析化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)等課程有很多交叉部分，在化學(xué)學(xué)科中具有不可估量的地位。作為無機化學(xué)的一部分，元素化學(xué)在化學(xué)領(lǐng)域同樣有舉足輕重的地位。在現(xiàn)行的大學(xué)無機化學(xué)教材中，無論是哪個版本，元素化學(xué)知識都占了相當(dāng)大的比例。元素化學(xué)知識屬于化學(xué)事實性知識，是化學(xué)知識構(gòu)成的基礎(chǔ)，是認(rèn)識化學(xué)物質(zhì)、解決化學(xué)問題的必備知識。這部分知識內(nèi)容與無機化學(xué)基本概念、基礎(chǔ)理論都有著密切的聯(lián)系。沒有豐富的元素化學(xué)知識，化學(xué)基本概念和原理就會變得空洞、抽象而難以理解，化學(xué)用語、化學(xué)技能的學(xué)習(xí)就會變得枯燥乏味。通過元素化學(xué)的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生全面系統(tǒng)地掌握各類元素和化合物的存在、制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律等內(nèi)容。但是，元素化學(xué)教學(xué)歷來是無機化學(xué)課程教學(xué)的難點，更是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，調(diào)查發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生感覺無機化學(xué)元素部分學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不大，學(xué)生的主體性沒有得到發(fā)揮。究其原因如下。

1）學(xué)生剛?cè)氪髮W(xué)不久，難以接受課堂上信息量大的教學(xué)，尤其是課堂上出現(xiàn)大量的反應(yīng)方程式；學(xué)生的學(xué)習(xí)方法還習(xí)慣于中學(xué)階段由老師主導(dǎo)一切的被動式學(xué)習(xí)，獨立學(xué)習(xí)和思考的能力還較差。

2）元素化學(xué)的內(nèi)容多屬于描述性的，很多內(nèi)容在中學(xué)時期接觸過，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往感到一看就懂、一放就忘，傳統(tǒng)的無機元素化學(xué)課堂教學(xué)模式較為固定，主要以教師知識灌輸、板書講解為主，學(xué)生在聽課過程中感到千篇一律，產(chǎn)生厭煩情緒。

3）內(nèi)容龐雜繁多，理論性、系統(tǒng)性較差，學(xué)生掌握不住重點，難以記憶。

4）教材編排模式化，總是按照存在、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制法和用途等傳統(tǒng)模式，教學(xué)方法上比較平淡，教學(xué)氣氛沉悶，學(xué)生聽起課來感到千篇一律，易產(chǎn)生厭煩情緒，影響學(xué)習(xí)的積極性[1]。

傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，被動地接受知識，缺乏主動思考和探索。在有限的教學(xué)時間內(nèi)，如何引導(dǎo)學(xué)生明確元素化學(xué)的知識脈絡(luò)，與后續(xù)化學(xué)學(xué)科順利銜接，并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，對大學(xué)無機化學(xué)教學(xué)來說是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，要對這些問題進行改進，有效提高教學(xué)質(zhì)量，需要新的教學(xué)策略[2]。

20世紀(jì)60年代美國神經(jīng)病學(xué)家Barrows 教授創(chuàng)造了一種教學(xué)方法，即PBL（problem-based learning）教學(xué)法，不同于傳統(tǒng)以學(xué)科知識教育為重點的教學(xué)法，PBL 倡導(dǎo)以問題為導(dǎo)向，開展以學(xué)生為中心的引導(dǎo)式教學(xué)，該方法極為符合無機元素化學(xué)教學(xué)特點，能充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，能夠有效彌補傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的弊端和不足，它突破了傳統(tǒng)以教師課堂知識灌輸為主的教學(xué)方式的束縛。學(xué)生通過查閱資料、分析討論等方式解決問題，這一過程能夠使學(xué)生在獲得問題答案的同時，積攢豐富的科學(xué)知識，并養(yǎng)成良好的自主學(xué)習(xí)能力、解決問題能力及團隊合作能力等[3]。

基于此，在元素化學(xué)教學(xué)中嘗試引入PBL教學(xué)法，結(jié)合線上線下等形式，展開創(chuàng)新性教學(xué)改革研究。過程中以學(xué)生主動為基礎(chǔ)，對學(xué)生開展引導(dǎo)式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，幫助學(xué)生在現(xiàn)有基礎(chǔ)上不斷深入學(xué)習(xí)理解無機元素化學(xué)，達(dá)到提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力的目的，培養(yǎng)出有創(chuàng)新能力的社會需要型人才。

1 PBL在元素化學(xué)教學(xué)中的實施過程

1.1 改進教案和多媒體課件，精心設(shè)計PBL問題

基于PBL 模式修改教案及多媒體課件，刪除或者簡化與中學(xué)化學(xué)重復(fù)的內(nèi)容，適時引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，改變學(xué)生們的“寶寶式”學(xué)習(xí)，達(dá)到在有限的教學(xué)時間里，體現(xiàn)出無機元素化學(xué)知識的重點，又能提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的目的。PBL 教學(xué)法的關(guān)鍵是提出問題，教師在該模式中起引導(dǎo)作用，且在授課之前要進行大量的準(zhǔn)備工作，必須緊緊圍繞無機化學(xué)教學(xué)大綱要求，以元素化學(xué)知識點為中心，在充分考慮學(xué)生的知識掌握狀況、學(xué)習(xí)需求、學(xué)習(xí)興趣等情況下，還需對章節(jié)內(nèi)容進行挑選，根據(jù)課程內(nèi)容精心設(shè)計問題。前期問題不能過難，教師在對難易度進行精準(zhǔn)把握的基礎(chǔ)上，達(dá)到一種由淺入深的循序漸進的教學(xué)效果。

（1）課前教師將問題通過線上或者線下布置給學(xué)生，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)或者圖書館查找資料進行分析、探討來解決教師提出的問題。如P 區(qū)元素小結(jié)這一章的教學(xué)內(nèi)容，可以設(shè)計問題如下。

①為什么H2O 的沸點比HF 還高?

②HF，HCl，HBr，HI 熱穩(wěn)定性的變化規(guī)律如何?請用鍵能和熱力學(xué)函數(shù)（查附錄）兩種方法來解釋之。

③HF，H2O，NH3，CH4還原性的變化規(guī)律如何?請定性解釋原因。

④為什么含氧酸比相應(yīng)的鹽的氧化性強；濃酸又比稀酸氧化性強？

⑤試舉出六種可與強堿反應(yīng)的非金屬單質(zhì)，這些反應(yīng)都是歧化反應(yīng)嗎？等等。為了解決問題，學(xué)生將通過自學(xué)教材、借助網(wǎng)絡(luò)查閱文獻(xiàn)等方式得出答案，這一過程學(xué)生無形中積攢了大量的知識，最終達(dá)到既加強學(xué)生對知識點的掌握，又激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和提升科學(xué)素養(yǎng)的目的[4-5]。

（2）又如在講到鹵族元素時，可提出問題如下。

①為什么KI 暴露在空氣中易變黃，而KCl 在空氣中則較穩(wěn)定？

②為什么氟化氫的熔沸點和氣化熱等性質(zhì)比HCl的反常的高？

③ 寫出漂白粉的制備方程式，試解釋有效組成和漂白原理。

④海水中的溴主要以Br-形式存在，被人們稱為“海洋元素”，寫出從海水中提取溴的一般過程。

⑤看看身邊的食品、調(diào)味料、藥品、化妝品、洗滌劑、洗潔劑及殺蟲劑等，查閱標(biāo)簽或說明書，看一看其中含有哪些鹵族元素。

（3）講到碳族元素時，可設(shè)計問題如下。

①為什么碳族元素不像鹵素和堿金屬元素單質(zhì)的熔沸點變化那樣有規(guī)律？

②電冰箱不應(yīng)放在有煤氣或液化氣的房間，為什么？

③根據(jù)硅元素在自然界里的存在狀態(tài)進行分析、判斷，單質(zhì)硅與二氧化碳（或硅酸鹽）相比誰更穩(wěn)定?

④介紹引起全球溫室效應(yīng)的主要原因。

（4）在講到氮族元素與氧族元素的過程中，可設(shè)計問題如下。

①介紹酸雨的形成過程，怎么避免產(chǎn)生這些污染物氣體。

②磷酸分子在一定條件下可以互相聚合，請用最簡單方式表示三聚磷酸的聚合過程。三聚磷酸鈉常在洗衣粉中作為填料，它有哪些優(yōu)點和缺點?

③N2可用于填充霓虹燈，試解釋其原理。

④討論臭氧層的破壞給人類帶來的危害，怎樣防治？

⑤試從O2和O3的結(jié)構(gòu)差異說明它們性質(zhì)上（如氧化性，極性，磁性等）的不同。

⑥試比較H2O 和H2O2的結(jié)構(gòu)、熔點、沸點、熱穩(wěn)定性及氧化還原性。

⑦請設(shè)計一個從廢定影液中回收金屬Ag 的方法。

為確保元素化學(xué)課堂教學(xué)的新鮮感、知識的先進性，還需要教師在關(guān)注無機化學(xué)科研、行業(yè)發(fā)展的同時，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容為學(xué)生補充一些最新的研究成果以及熱點課題內(nèi)容。

1.2 線上線下混合式學(xué)習(xí)模式，切實提高PBL教學(xué)效果

為推進PBL 教學(xué)法在無機元素化學(xué)教學(xué)中的實施，達(dá)到最佳的教學(xué)效果，在實踐過程中，采取線上線下一體化的教學(xué)方式，借助網(wǎng)絡(luò)平臺，課前教師通過學(xué)習(xí)通等將基于PBL 模式的問題式課件發(fā)布給相應(yīng)的班級，鼓勵學(xué)生積極思維，相互質(zhì)疑討論，從被動變?yōu)橹鲃訁⑴c，同時拓展課堂，加強師生線上與線下的交流。學(xué)生自行分組，一般3～4人一組，可通過圖書館、查閱文獻(xiàn)等各種學(xué)習(xí)途徑收集用于解決問題的資料，同組討論并制作成PPT。

課堂上，每個小組選取其中一個問題進行匯報，在匯報過程中其他同學(xué)可以對有疑問的地方進行提問，匯報小組回答不出的，其他小組同學(xué)可做補充。小組匯報完畢后，教師進行點評，對于準(zhǔn)備充分，匯報內(nèi)容較全面正確的小組給予適當(dāng)加分，對學(xué)生存在的問題及時做出指導(dǎo)，補充漏掉的知識點，使全體學(xué)生在相關(guān)知識點獲得深刻的理解。

1.3 教學(xué)與實驗相結(jié)合

無機化學(xué)是一門實驗性很強的科學(xué)，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，理論和實驗相互促進[6]。在元素化學(xué)教學(xué)過程中，對于接近生活應(yīng)用的一些內(nèi)容，教師引導(dǎo)學(xué)生參與探究，鼓勵學(xué)生自己設(shè)計與教學(xué)理論和實際生活應(yīng)用有關(guān)的實驗，親自體驗科學(xué)研究的過程，這些都可以極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。例如：學(xué)習(xí)過渡金屬相關(guān)內(nèi)容時，可以引導(dǎo)學(xué)生思考過渡金屬的性質(zhì)及應(yīng)用。如用于合成多酸材料，大量的文獻(xiàn)已經(jīng)證明多酸化合物也是一種有效的光催化劑?？梢砸龑?dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗方案，合成一些過渡金屬修飾的多金屬氧酸鹽化合物，并測試其活性，如在可見光或紫外光照射下，測試其降解水中有機染料污染物的性能。還可以向?qū)W生講解Cr、Hg、Pb、Ag 等重金屬的污染，引導(dǎo)學(xué)生思考如何治理，如何變廢為寶，鼓勵學(xué)生查閱資料設(shè)計一個去除水中重金屬污染的實驗方案，并進行實驗探究。

學(xué)生將所學(xué)的知識用于實際，真正做到了學(xué)以致用，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、思維能力和創(chuàng)新能力等得到提升。在實驗過程中，學(xué)生運用理論知識分析實驗現(xiàn)象，同時，利用實驗現(xiàn)象驗證和鞏固理論知識，加深對理論知識的全面理解，從而達(dá)到使知識與能力同步增長的目的[7]。

1.4 評價形式多樣化，評價內(nèi)容全面化

元素化學(xué)部分具有知識量大、知識點分散、內(nèi)容繁雜、方程式多等特點，在無形之中增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。以往的考核主要依靠期末閉卷考試來考查學(xué)生掌握知識的情況，方式比較單一。而實際上，學(xué)生的很多能力是無法從筆試成績中體現(xiàn)的。為此，需要對考核方式進行相應(yīng)的改革。在引入PBL 教學(xué)法中，加大了過程性考核，如在平時學(xué)習(xí)過程中，適當(dāng)?shù)貙W(xué)生的積極性、課堂互動、分析問題和解決問題能力等進行評分，調(diào)整學(xué)生平時成績和期末閉卷考試成績比例，將平時成績在總評成績中的占比提高到40%，期末閉卷考試成績比重調(diào)整為60%。注重考查學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力，考核方式向過程考核、能力考核轉(zhuǎn)變。該考核方式充分考慮到學(xué)生主體的作用，發(fā)揮他們的主觀能動性，讓學(xué)生樂意學(xué)，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，把學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主人，課堂的主人。這樣才能有效地提高教學(xué)效率，且使教育不再沉悶，從而可以提高教學(xué)質(zhì)量。

2 PBL在元素化學(xué)教學(xué)中的實施效果

將 PBL 教學(xué)法應(yīng)用于無機化學(xué)課程教學(xué)，是大一新生深入理解已有知識、自主獲取新知識和提高學(xué)習(xí)效果的方法，是從灌輸型的被動吸收知識向主動汲取知識的華麗轉(zhuǎn)變的途徑。實現(xiàn)以無機化學(xué)課程為載體，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并且最終提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力的教學(xué)目標(biāo)[5]。

引入PBL 教學(xué)法后，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性明顯增加，課堂上學(xué)生積極參與互動，課后針對不懂的知識及時與教師或同學(xué)溝通討論，教學(xué)質(zhì)量和效果明顯提高。以期末測試為例，相同的期末檢測卷，引入PBL 教學(xué)法班級的學(xué)生，期末卷面成績平均分遠(yuǎn)高于未引入PBL 教學(xué)法班級的學(xué)生，這說明在引入PBL 教學(xué)法后學(xué)生的學(xué)習(xí)確實得到了促進，教學(xué)質(zhì)量和效果得到了提高。

同時，通過設(shè)置問卷調(diào)查的方式來了解學(xué)生對PBL 教學(xué)法的評價，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生表達(dá)了對 PBL教學(xué)方法的贊同。同學(xué)們認(rèn)為，引入PBL 法后課堂不再沉悶，對元素化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣大增。

3 結(jié)束語

引入PBL 教學(xué)法后，學(xué)生學(xué)習(xí)主體作用得到充分發(fā)揮，學(xué)習(xí)興趣增強，分析和解決問題能力得到了提高。因此，PBL 教學(xué)法是一種值得推廣的教學(xué)模式，在以后的教學(xué)工作中繼續(xù)將其作為解決無機化學(xué)元素教學(xué)問題的重要方式。同時，對于 PBL 的教學(xué)方法，還需要在實踐的過程中不斷探索和創(chuàng)新，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。