PBL教學(xué)模式在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

王芯慧

(新疆師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,新疆烏魯木齊,830054)

一、引言

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)指出,普通高中化學(xué)教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生擁有綜合素質(zhì),包括理想信念、社會(huì)責(zé)任感、科學(xué)文化素養(yǎng)、終身學(xué)習(xí)能力、自主發(fā)展能力以及溝通合作能力。[1]相比傳統(tǒng)的授課模式,《課程標(biāo)準(zhǔn)》更加倡導(dǎo)運(yùn)用多元化的教學(xué)模式來培養(yǎng)學(xué)生各項(xiàng)能力,提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。課程教學(xué)應(yīng)秉承依據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn),結(jié)合社會(huì)生活中的真實(shí)問題,培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、參與意識(shí)和決策能力的理念。在《課程標(biāo)準(zhǔn)》中凝練了化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng),提倡教師應(yīng)樹立“以學(xué)生為本、促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展”的教學(xué)理念,要求教師在教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。傳統(tǒng)教學(xué)模式多以教師講授為主,評(píng)價(jià)多以紙筆測驗(yàn)為主要考查方式。PBL(problem based Learning)教學(xué)模式作為一種新的教學(xué)模式,在教育界備受關(guān)注。PBL教學(xué)模式符合化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)需要,其適用性和有效性也在國內(nèi)外的教育領(lǐng)域得到了證實(shí)。本研究通過梳理前人的研究成果,總結(jié)了PBL教學(xué)模式在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的具體研究內(nèi)容,并以“探秘膨松劑”為案例,為一線教師教學(xué)研究提供理論基礎(chǔ)及案例設(shè)計(jì)。

二、內(nèi)涵特點(diǎn)

(一)內(nèi)涵

PBL基于建構(gòu)主義理論,起步于結(jié)構(gòu)不良問題的解決。[2]PBL教學(xué)模式以問題為基礎(chǔ),以真實(shí)情境為引導(dǎo),以學(xué)生為主導(dǎo),教師在教學(xué)過程中為學(xué)生提供幫助指導(dǎo),讓學(xué)生通過小組討論的形式解決問題從而獲取知識(shí),并在該過程中挖掘出深層的科學(xué)知識(shí),幫助學(xué)生提高問題解決、合作交流以及自主學(xué)習(xí)等能力。[3]國內(nèi)的PBL教學(xué)模式最早由上海第二醫(yī)科大學(xué)和西安醫(yī)科大學(xué)將其引入醫(yī)學(xué)教學(xué)中。雖然國內(nèi)有關(guān)PBL教學(xué)模式的研究起步較晚,但起步后在學(xué)術(shù)界引起了眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注。當(dāng)前,越來越多的學(xué)者、教育工作者將PBL教學(xué)模式與化學(xué)學(xué)科結(jié)合起來,文獻(xiàn)數(shù)量逐年激增。

(二)特點(diǎn)

Barrows認(rèn)為PBL教學(xué)模式是一種“以學(xué)生為中心、圍繞實(shí)際問題、基于探究性、綜合性、合作性的全方位學(xué)習(xí)”。[4]除此之外還有不少學(xué)者對(duì)該教學(xué)模式的特點(diǎn)進(jìn)行了描述,盡管有所不同但都包含了“以學(xué)習(xí)者為中心、以問題為導(dǎo)向、以小組合作為主要學(xué)習(xí)方式、以多元評(píng)價(jià)為主要測量方法”等基本特點(diǎn)。第一,以學(xué)習(xí)者為中心。傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師為中心,學(xué)生是被動(dòng)的接受者,學(xué)習(xí)行為是被迫向前的,但在PBL教學(xué)模式中,學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體,在教師的指引下分析問題、確定問題解決方案,查閱相關(guān)資料解決問題。第二,以問題為導(dǎo)向。傳統(tǒng)教學(xué)模式的問題為結(jié)構(gòu)良好問題,一般與學(xué)生的記憶相聯(lián)系,是作為考查學(xué)生記憶知識(shí)的一種手段,而PBL教學(xué)模式的問題大多為結(jié)構(gòu)不良問題,該模式是以真實(shí)復(fù)雜且有意義的問題為導(dǎo)向,讓學(xué)生在問題中通過解決困惑來構(gòu)建知識(shí)體系。第三,以小組合作為主要學(xué)習(xí)方式。傳統(tǒng)教學(xué)模式中小組合作的學(xué)習(xí)行為主要為了檢驗(yàn)?zāi)硞€(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,其結(jié)論是已知的,步驟是明確的,而PBL教學(xué)模式中小組合作是主要學(xué)習(xí)方式,按照組間同質(zhì)組內(nèi)異質(zhì)的方式將學(xué)生分成若干小組,在組中各司其職,使每名學(xué)生都能發(fā)揮作用,為解決問題做出貢獻(xiàn)。第四,以多元評(píng)價(jià)為主要測量方法。傳統(tǒng)教學(xué)模式評(píng)價(jià)結(jié)果單一,多以紙筆測驗(yàn)為主要評(píng)價(jià)方式,目的是驗(yàn)證學(xué)生知識(shí)掌握的程度及學(xué)習(xí)能力的提升狀況,而PBL教學(xué)模式中,學(xué)生的評(píng)價(jià)方式是組內(nèi)互評(píng)、教師客觀評(píng)價(jià)、學(xué)生自我評(píng)價(jià)的結(jié)合,以過程性評(píng)價(jià)為主要評(píng)價(jià)方式,終結(jié)性評(píng)價(jià)為輔助方式,主要考查學(xué)生的知識(shí)掌握程度、學(xué)習(xí)中的情感態(tài)度、能力提高及結(jié)果展示。自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式是培養(yǎng)具有高階思維能力的創(chuàng)新型人才必不可少的學(xué)習(xí)方式,主要表現(xiàn)為學(xué)生自行在問題中探究、小組間合作、課堂中交流、師生共同點(diǎn)評(píng)、總結(jié)并歸納。這種輕松愉悅的學(xué)習(xí)氛圍可以將生活問題情境引入課堂,改變了“填鴨式”“滿堂灌”的傳統(tǒng)授課模式。PBL教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式的對(duì)比,如表1所示。

表1 PBL教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式的對(duì)比

三、應(yīng)用方法

近年來,國內(nèi)教育界更加注重PBL教學(xué)模式與各學(xué)科間的深度融合,該教學(xué)模式在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用主要分為指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)、指導(dǎo)學(xué)生情感領(lǐng)域發(fā)展、指導(dǎo)教學(xué)評(píng)價(jià)三方面。

(一)指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)

課堂教學(xué)是學(xué)生習(xí)得知識(shí)的主要學(xué)習(xí)方式,而課堂教學(xué)是否成功與課堂教學(xué)設(shè)計(jì)有關(guān)。當(dāng)今時(shí)代的教育需要培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力、綜合解決問題能力,傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不再適用。以PBL教學(xué)模式為主的教學(xué)設(shè)計(jì)可以使學(xué)生在解決問題的同時(shí)增強(qiáng)知識(shí)的學(xué)習(xí),教師傳授學(xué)習(xí)方法,順利完成教學(xué)目標(biāo)。[5]在PBL教學(xué)模式中,學(xué)生是課堂的主人,教師通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境將教學(xué)與實(shí)際問題關(guān)聯(lián)起來,學(xué)生通過教師創(chuàng)設(shè)的情境問題,尋找解決方案,搜集相關(guān)資料,小組合作探究后共同解決問題,反思所得結(jié)論、提升自我學(xué)習(xí)能力。

以“探秘膨松劑”一課為例,設(shè)計(jì)具體的教學(xué)流程如下。

1.教材分析

本節(jié)內(nèi)容選自人教版化學(xué)必修第一冊(cè)第二章第一節(jié)第二課時(shí)。掌握碳酸鈉、碳酸氫鈉的性質(zhì)是關(guān)鍵,是貫穿鈉及其化合物的重要紐帶。學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容既可以加深學(xué)生對(duì)鈉及其化合物的認(rèn)識(shí),又可以拓寬化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的寬度。

2.學(xué)情分析

本節(jié)的核心內(nèi)容為金屬元素化合物知識(shí)。一方面,學(xué)生通過初中化學(xué)九年級(jí)下冊(cè)的學(xué)習(xí)已經(jīng)初步了解碳酸鈉及碳酸氫鈉,掌握了部分相關(guān)知識(shí),在高中必修第一冊(cè)第一課時(shí)有關(guān)鈉的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上,提煉升華出對(duì)碳酸鈉和碳酸氫鈉的認(rèn)識(shí);另一方面,家中常吃的饅頭讓學(xué)生對(duì)膨松劑有了相關(guān)了解,這都為學(xué)生多角度學(xué)習(xí)碳酸鈉及碳酸氫鈉性質(zhì)做了準(zhǔn)備。

3.教學(xué)目標(biāo)

通過真實(shí)情境問題--膨松劑做饅頭,激發(fā)學(xué)生對(duì)碳酸氫鈉的膨松原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的興趣,體會(huì)研究物質(zhì)的方法和過程的實(shí)用價(jià)值,培養(yǎng)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”核心素養(yǎng);了解復(fù)合膨松劑的組成,學(xué)會(huì)在真實(shí)情境中分析、解決實(shí)際問題,探究陌生物質(zhì)的性質(zhì),提升學(xué)生自主設(shè)計(jì)問題并解決問題的能力,促進(jìn)學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”核心素養(yǎng)的發(fā)展。具體教學(xué)流程如圖1所示。

圖1 PBL教學(xué)模式下的“探秘膨松劑”教學(xué)流程

此教學(xué)流程遵循PBL教學(xué)模式,以培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力為關(guān)鍵,以發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)為主旨。在該模式下,引導(dǎo)學(xué)生從分類、物質(zhì)特性以及化合價(jià)的角度進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)的原理和方法,從而形成化學(xué)學(xué)科的新觀念。將PBL教學(xué)模式運(yùn)用于探秘膨松劑課堂中,給學(xué)生呈現(xiàn)出一種嶄新的面貌,采用PBL教學(xué)模式有助于學(xué)生思維發(fā)散,為學(xué)生構(gòu)建真實(shí)的問題情境,使學(xué)生通過解決問題獲得知識(shí),發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

(二)指導(dǎo)學(xué)生情感領(lǐng)域發(fā)展

學(xué)習(xí)的目的是使學(xué)生掌握知識(shí)與所需技能,若忽視情感領(lǐng)域的培養(yǎng)則會(huì)大大降低掌握這些技能的效率。由于情感因素與認(rèn)知領(lǐng)域的表現(xiàn)相關(guān),如態(tài)度、自我效能感、動(dòng)機(jī)、焦慮等因素都會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)。因此,教育需以提高學(xué)生的自我效能感為目標(biāo),培養(yǎng)學(xué)生的韌性和積極性,從而完成困難和具有挑戰(zhàn)性的活動(dòng)。自我效能感是指人們對(duì)自己組織和執(zhí)行達(dá)到指定類型績效所需的行動(dòng)過程和能力判斷。[6]自我效能感高的學(xué)生有較大的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),會(huì)在學(xué)習(xí)中付出更多的努力。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比,PBL教學(xué)模式下教師的功能逐漸弱化,學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性逐漸提高,學(xué)生可以通過自主檢索信息、加工信息提高解決問題能力和自我學(xué)習(xí)能力,促進(jìn)自我效能感的提高。

PBL教學(xué)模式在創(chuàng)設(shè)時(shí)為增強(qiáng)學(xué)生的情感體驗(yàn),促使自我效能感的提升,要求使用有真實(shí)且有意義的生活背景或社會(huì)背景,學(xué)生圍繞該情境合作學(xué)習(xí)并最終通過解決問題來掌握化學(xué)知識(shí)。因此,在教材內(nèi)容選擇上要盡量貼近生活。高中階段的學(xué)生具有強(qiáng)烈的好奇心及探究欲,仍以“探秘膨松劑”這節(jié)課為例,用膨松劑做饅頭為情境可以激發(fā)學(xué)生的探究欲望。通過深入學(xué)習(xí)碳酸氫鈉的各種物理及化學(xué)性質(zhì),驗(yàn)證為什么碳酸氫鈉適合做膨松劑,使學(xué)生體會(huì)化學(xué)在解決實(shí)際問題中的作用,激發(fā)并保持學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。本節(jié)課的教學(xué)要求有:了解鈉及其化合物的主要性質(zhì),認(rèn)識(shí)這些物質(zhì)在生產(chǎn)中的重要價(jià)值和對(duì)生活的用途;掌握碳酸鈉及碳酸氫鈉性質(zhì)的比較;認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化在促進(jìn)社會(huì)文明進(jìn)步和環(huán)境保護(hù)中的重要價(jià)值。學(xué)業(yè)要求有:能從物質(zhì)類別、元素化合價(jià)角度,依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理,預(yù)測物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和變化,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步驗(yàn)證,并能分析、解釋有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;能從物質(zhì)類別和元素價(jià)態(tài)變化的視角說明物質(zhì)的轉(zhuǎn)化路徑;能說明鈉及其化合物的應(yīng)用對(duì)社會(huì)發(fā)展的價(jià)值和對(duì)環(huán)境的影響。

以“探秘膨松劑”部分片段為例:

環(huán)節(jié)一:探究碳酸氫鈉膨松劑的原理

【情境導(dǎo)入】 展示實(shí)物:展示家中蒸饅頭所用的酵母粉及饅頭,引導(dǎo)學(xué)生觀察酵母粉蒸的饅頭蓬松且軟。

【過渡】 介紹膨松劑的用途--食品加工過程中所加入的及市面中常見的膨松劑:生物膨松劑(酵母)、化學(xué)膨松劑(單一、復(fù)合膨松劑)。

【提出問題】 1.用“酵頭”發(fā)面不成功,再加入碳酸氫鈉后蒸出的饅頭為什么發(fā)黃且略帶堿味?2.為什么直接在面團(tuán)中加入碳酸氫鈉和食醋蒸出的饅頭更白更松軟?

【學(xué)生活動(dòng)】 小組驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)后得出碳酸氫鈉顯堿性,受熱或加入酸后會(huì)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w,在酸中可以產(chǎn)出更多氣體的結(jié)論。

【創(chuàng)設(shè)意圖】 創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境,使學(xué)生明白化學(xué)來源于生活,化學(xué)知識(shí)與自我專業(yè)發(fā)展及生活息息相關(guān),以此達(dá)到增強(qiáng)學(xué)生自我效能感,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的目的。培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的精神,得出通過碳酸氫鈉與酸反應(yīng)可蒸出更白且松軟饅頭的結(jié)論。

環(huán)節(jié)二:設(shè)計(jì)復(fù)合膨松劑

【教師追問】 僅用碳酸氫鈉蒸饅頭會(huì)使饅頭呈淡黃色,導(dǎo)致饅頭口味欠佳,如何才能使饅頭變得又白又松軟且更美味?

【方法引導(dǎo)】 向?qū)W生提供酸性物質(zhì),如醋酸、檸檬酸等。

【歸納總結(jié)】 經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),加入醋酸及碳酸氫鈉口味較好且無特殊氣味;加入檸檬酸及碳酸氫鈉會(huì)略有檸檬味。

【教師追問】 若用碳酸氫鈉為復(fù)合膨松劑主要原料,另一種為白醋或檸檬酸哪個(gè)更合適?

【方法引導(dǎo)】 常溫下檸檬酸是固體,白醋是液體,白醋和碳酸氫鈉混合會(huì)直接反應(yīng)。

【設(shè)計(jì)意圖】 創(chuàng)設(shè)帶有思考性的問題,增強(qiáng)學(xué)生勇于探索的精神。結(jié)合生活實(shí)際選擇化學(xué)原料,使學(xué)生體會(huì)化學(xué)在生活中的應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度。

以PBL教學(xué)模式為指導(dǎo),通過學(xué)生自己設(shè)計(jì)方案,并進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證,使學(xué)生親身體會(huì)運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決問題的過程,不僅提升了學(xué)生在化學(xué)方面的情感體驗(yàn),更培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的核心素養(yǎng)。以蒸饅頭所用膨松劑為真實(shí)情境,通過理論與實(shí)際相結(jié)合,使學(xué)生感受化學(xué)不僅與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)文明密切相關(guān),而且是生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)的基礎(chǔ),在促進(jìn)人類文明可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著日益重要的作用。

(三)指導(dǎo)教學(xué)評(píng)價(jià)

教學(xué)評(píng)價(jià)是依據(jù)一定的客觀標(biāo)準(zhǔn)對(duì)人才質(zhì)量的培養(yǎng)與選拔進(jìn)行評(píng)價(jià),促進(jìn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效提升。當(dāng)前我國教育評(píng)價(jià)以擺脫“唯分?jǐn)?shù)論”為主要改革方向,關(guān)注學(xué)生全方位、多角度的評(píng)價(jià)方式,關(guān)注學(xué)生階段性、形成性的綜合評(píng)價(jià)。[7]基于PBL教學(xué)模式的評(píng)價(jià)方式可從課前學(xué)生搜集信息來評(píng)估學(xué)生信息整合能力;課中通過小組討論、展示交流來檢測學(xué)生的認(rèn)知水平能力;課后通過作業(yè)完成來判斷學(xué)生對(duì)知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力。學(xué)生在這一系列的評(píng)價(jià)過程中對(duì)自己的學(xué)習(xí)結(jié)果和整個(gè)學(xué)習(xí)過程做自我評(píng)價(jià),確認(rèn)在知識(shí)、技能、小組協(xié)作技能和元認(rèn)知技能策略方面的有效收益。[8]教師在這一過程中也在自我反思,自我進(jìn)步,實(shí)現(xiàn)由“注重課堂知識(shí)灌輸”向“培養(yǎng)學(xué)生自主獲取知識(shí)的能力”方向轉(zhuǎn)化。PBL教學(xué)模式的多樣化評(píng)價(jià),不僅有對(duì)書本知識(shí)的評(píng)價(jià),還有對(duì)學(xué)生中學(xué)階段所需的專業(yè)素養(yǎng)能力評(píng)價(jià),以此有效反映學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的成長進(jìn)步。但當(dāng)前基于PBL教學(xué)模式的綜合性評(píng)價(jià)大多針對(duì)高等教育展開,評(píng)價(jià)的內(nèi)容局限于學(xué)生對(duì)知識(shí)的建構(gòu)、問題解決和自主學(xué)習(xí)等,而在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和合作學(xué)習(xí)方面的評(píng)價(jià)相對(duì)較少,仍有待拓展。

四、結(jié)語

基于所選文獻(xiàn)研究的總體情況而言,PBL教學(xué)模式融入中學(xué)化學(xué)學(xué)科已經(jīng)受到化學(xué)教師和化學(xué)研究者的高度重視。當(dāng)前研究范圍包括三個(gè)方面:一是通過與其他理論或模式相結(jié)合的方式來提升中學(xué)化學(xué)的教學(xué)效果、促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維與探究能力顯著提升;二是結(jié)合教育心理學(xué)相關(guān)知識(shí),改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式,并進(jìn)一步對(duì)PBL教學(xué)模式完善優(yōu)化,使其更具有實(shí)用性,在實(shí)驗(yàn)課、常規(guī)課中采用PBL教學(xué)模式,為一線教師提供指引;三是改變了以往評(píng)價(jià)的單一形式,采用了教、學(xué)、評(píng)相結(jié)合的多元評(píng)價(jià)形式。

現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)PBL教學(xué)模式的研究還存在較大的局限性,從理論研究層面來說,多為與其他理論的結(jié)合描述,較少有在化學(xué)教學(xué)中融入PBL教學(xué)模式的心理學(xué)研究;從實(shí)踐層面來說,在化學(xué)教學(xué)中融入PBL教學(xué)模式多為新授課的講解,較少有對(duì)復(fù)習(xí)課的深入探析。PBL教學(xué)模式與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)具有高度契合性,但許多教師對(duì)PBL教學(xué)模式的認(rèn)識(shí)還較為淺顯,具有生搬硬套的傾向。教師是教育之本、是教育發(fā)展之源,興國必先強(qiáng)師[9],若教師能夠跳出傳統(tǒng)授課模式,深入了解PBL教學(xué)模式及其他模式的內(nèi)涵,并將其運(yùn)用在化學(xué)教學(xué)中,不論是對(duì)教師自身還是學(xué)生都是一份不小的收獲。