吳淑貞

[摘 要]PBL是一種基于問題解決并以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，教師應(yīng)基于PBL教學(xué)模式落實核心素養(yǎng)培養(yǎng)。在教學(xué)實踐中，教師注重學(xué)生的參與性，結(jié)合學(xué)生的實際認(rèn)知水平創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生提出問題、探究問題、解決問題，進而主動獲取知識，提升解決問題的能力，培養(yǎng)核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);PBL教學(xué)模式;分子間作用力;物質(zhì)性質(zhì)

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）35-0071-03

一、PBL教學(xué)模式的內(nèi)涵分析

PBL近兩年在教育界刮起了一陣颶風(fēng)，成為教育界的新寵。PBL（Problem-based Learning）可以詮釋為基于問題的學(xué)習(xí)，是以任務(wù)為驅(qū)動，以學(xué)生為中心，在教師引導(dǎo)下讓學(xué)生在真實的問題情境尋找問題、探究問題、解決問題的一種教學(xué)模式[1]。PBL主張學(xué)生對復(fù)雜、真實問題的探究，而不是對事實的簡單記憶，在問題探究過程中，學(xué)生能夠掌握相關(guān)知識和技能?？梢姡琍BL教學(xué)模式強調(diào)有意義的學(xué)習(xí)，通過解決真實的問題，增強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，提升學(xué)生的解決問題能力。PBL教學(xué)模式進行的是針對性和實踐性的教學(xué)，能夠平衡學(xué)生的需求、課程和特定學(xué)習(xí)情境間的關(guān)系，有著獨特、高效的教學(xué)效果。

二、PBL教學(xué)模式對核心素養(yǎng)培養(yǎng)的價值分析

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出：真實問題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成的重要平臺，為學(xué)生提供了真實表現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的機會[2]。高中化學(xué)教學(xué)活動的目的是提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，立足于全面提升學(xué)生能力，開展以活動探究為主的多樣化學(xué)習(xí)活動，在弱化評價的選擇功能的同時強化其診斷、激勵和發(fā)展功能。PBL教學(xué)模式強調(diào)引導(dǎo)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)過程，強調(diào)問題的解決，以問題為主線。與傳統(tǒng)化學(xué)教學(xué)模式相比，PBL教學(xué)模式更能提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。在PBL教學(xué)模式下，小組合作的學(xué)習(xí)方式有利于提高學(xué)生的人際交往能力和團隊合作能力，能有效提高學(xué)生運用知識解決問題的能力，從而全面提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)過程

下面以“分子間作用力與物質(zhì)性質(zhì)”一課為例，展示基于PBL教學(xué)模式落實化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)實踐過程。

[新課導(dǎo)入]水是大家最熟悉的物質(zhì)，是地球?qū)θ祟愖詈玫酿佡?，有水才有生命的存在。請大家動手完成第一個分組實驗。

[分組實驗]硬幣滴水實驗：在一枚一元的硬幣上慢慢滴水，這枚硬幣上最多能滴多少滴水而不外溢呢？會看到什么現(xiàn)象？有何感受？

[演示實驗] 硬幣滴四氯化碳實驗：在一枚一元的硬幣上慢慢滴四氯化碳，這枚硬幣上最多能滴多少滴四氯化碳而不外溢呢？會看到什么現(xiàn)象？有何感受？

[問題討論]水和四氯化碳均由分子組成，為什么硬幣上水的滴數(shù)多于四氯化碳？

[學(xué)生分析]硬幣上水的滴數(shù)多于四氯化碳，且四氯化碳易揮發(fā)這一事實證明了水分子間的相互作用強于四氯化碳分子間的相互作用。

[教師追問]四氯化碳的相對分子質(zhì)量比水的相對分子質(zhì)量大，按照影響范德華力大小的因素進行分析，應(yīng)該是四氯化碳分子間的作用力更強才對啊，為什么這里會出現(xiàn)反常？

[學(xué)生分析]這個反常說明了水中還存在除范德華力以外的其他作用力。

設(shè)計意圖：通過在硬幣上滴水和滴四氯化碳對比實驗的宏觀現(xiàn)象說明組成物質(zhì)的分子之間存在著相互作用。水的相對分子質(zhì)量比四氯化碳小而分子間的作用力卻更強這一認(rèn)知沖突引出水中還存在除范德華力以外的其他作用力，從而引出氫鍵。

探究一：氫鍵的形成過程

[小組討論]

（1）水是極性分子還是非極性分子？

（2）為什么水中的 H 原子幾乎成了“裸露”的質(zhì)子？

（3）氫鍵這種作用力的本質(zhì)是什么？

（4）氫鍵是化學(xué)鍵嗎？如何證明？

設(shè)計意圖：PBL教學(xué)中，最重要、最關(guān)鍵也是最難的環(huán)節(jié)是問題的設(shè)置，它是PBL教學(xué)的起點，決定了整個教學(xué)的方向。有效問題的設(shè)置能很好地檢驗教學(xué)效果與聽課效果。

[模型分析]（1）水分子間氫鍵的形成過程。

由于水是極性分子，氧的電負(fù)性大并且半徑小，氫和氧之間的共用電子對偏向氧而偏離氫，從而使得氧原子帶上部分單位的負(fù)電荷，氫原子幾乎成為“裸露”的質(zhì)子。當(dāng)兩個水分子相互靠近時帶部分正電荷的氫原子與帶部分負(fù)電荷的氧原子之間就會產(chǎn)生靜電作用和一定程度的軌道重疊，我們把這種作用叫作氫鍵[3]。

（2）證明氫鍵是否是化學(xué)鍵。

[學(xué)生分析]水在100 ℃時會劇烈沸騰汽化成水蒸氣，而水受熱分解生成O2和H2需要2000 ℃以上，說明氫鍵不是化學(xué)鍵。

設(shè)計意圖：借助圖片結(jié)構(gòu)模型的分析，形象地將水分子及其空間分布呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，實現(xiàn)從微觀不可見向宏觀可見轉(zhuǎn)化，學(xué)生較快地理解了水分子中的氫鍵是如何形成的。學(xué)生通過水沸騰汽化和水分解溫度的差異，再結(jié)合氫鍵、范德華力、化學(xué)鍵強度大小的差異得出氫鍵不是化學(xué)鍵。從宏觀現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進行分析，培養(yǎng)了學(xué)生證據(jù)推理的意識。

[情境素材]冰為什么會浮在水面上？北方寒冷的冬天裸露在室外的自來水管為什么容易爆裂？請你從水分子的三種存在狀態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)來分析。

[動手操作]引導(dǎo)學(xué)生動手拼裝冰晶體的部分結(jié)構(gòu)。

[教師分析]氣態(tài)水分子之間由于分子間距較大而難以形成氫鍵;水結(jié)成冰，每個水分子都與4個相鄰的水分子之間形成氫鍵，說明了氫鍵有方向性和飽和性;冰中的水分子可以最大限度地形成氫鍵且氫鍵有方向性和飽和性，導(dǎo)致冰晶體中有相當(dāng)大的空隙，使得相同質(zhì)量下冰的體積比水大，所以密度較小，因此冰能浮在水面上，水管也因水結(jié)冰體積變大而爆裂。

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，使學(xué)生進一步認(rèn)識氫鍵;建立了物質(zhì)宏觀性質(zhì)和氫鍵結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，體現(xiàn)了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”。

[過渡]只有水分子才能形成氫鍵嗎？還有什么物質(zhì)可以形成氫鍵？形成氫鍵的條件是什么？

探究二：氫鍵的形成條件

[小組討論]結(jié)合下表數(shù)據(jù)和圖像分析，哪些分子之間存在氫鍵？判斷依據(jù)是什么？氫鍵形成的條件是什么？

[元素 電負(fù)性 原子半徑/pm F 4.0 71 O 3.5 73 N 3.0 75 C 2.5 77 Cl 3.0 99 ]

[學(xué)生分析]水的沸點是100 ℃，HF的沸點是19.54 ℃，可見標(biāo)準(zhǔn)狀況下HF并非氣態(tài)，再根據(jù)上圖可知ⅣA主族元素的氫化物沒有形成分子間氫鍵。

氫鍵的形成條件：

（1）電負(fù)性很大的原子X（N、O、F）與氫原子形成極性很強的X—H共價鍵;

（2）Y（N、O、F）原子的電負(fù)性很大，原子半徑很小，具有孤對電子。

[課堂練習(xí)]（1）根據(jù)氫鍵表示的方法：X—H…Y（X、Y可以相同），寫出氨水中可能存在哪些氫鍵。（2）觀察教材中的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)堿基配對圖，說說DNA分子中有幾種不同的氫鍵。

設(shè)計意圖：通過分析比較ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA氫化物沸點的變化規(guī)律，學(xué)生認(rèn)識到除了水分子間能形成氫鍵，HF、NH3等物質(zhì)也可以形成氫鍵，但不是只要含氫原子的分子都能形成氫鍵，由此歸納出氫鍵的形成條件。通過對課本DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中氫鍵的認(rèn)識，學(xué)生進一步感受到氫鍵的重要性，認(rèn)識到化學(xué)與生命科學(xué)的關(guān)系。

探究三：氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響

[分組實驗]有一瓶未知液體，用玻璃棒蘸取少量涂在手指上，感覺一下;再取少量該液體滴入水中，觀察現(xiàn)象[4]。

[教師引導(dǎo)]丙三醇俗名甘油，請分析丙三醇的結(jié)構(gòu)特點。結(jié)合你對氫鍵的認(rèn)識，大膽猜測為什么丙三醇黏度較大，而且能與水任意比互溶。

[學(xué)生分析]因為丙三醇分子中有多個羥基，可形成較多的分子間氫鍵，從而增大了丙三醇的黏度。丙三醇與水混合，能與水形成分子間氫鍵，因此丙三醇可溶于水。

[教師分析]氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)產(chǎn)生的影響，體現(xiàn)了微觀結(jié)構(gòu)對宏觀性質(zhì)的決定作用。

（1）對溶解度的影響

如果溶質(zhì)分子與溶劑分子間可以形成氫鍵，則溶質(zhì)的溶解度增大。

（2）對沸點和熔點的影響

[過渡]通過前面對氫鍵的分析可知，H2O、NH3等因為分子間形成氫鍵，使它們的沸點和熔點升高，那么能形成氫鍵一定會使物質(zhì)的沸點和熔點升高嗎？請分析教材圖2-4-12所示的鄰羥基苯甲醛和對羥基苯甲醛熔沸點的數(shù)據(jù)，從結(jié)構(gòu)上分析它們的熔沸點存在差異的原因。

[學(xué)生分析]鄰羥基苯甲醛的羥基和醛基是相鄰的關(guān)系，羥基上的氫和醛基上的氧之間距離比較近，可以形成氫鍵，使鄰羥基苯甲醛分子內(nèi)部的締合更加緊密，而分子間的相互作用變?nèi)酰脏徚u基苯甲醛的熔沸點要比對羥基苯甲醛低?？梢姡瑲滏I不僅可以在分子之間形成，也可以在分子內(nèi)形成。

分子間氫鍵：分子間氫鍵的形成使物質(zhì)的沸點和熔點升高。

分子內(nèi)氫鍵：分子內(nèi)氫鍵的形成使物質(zhì)的沸點和熔點降低。

設(shè)計意圖：通過分組實驗，學(xué)生真實地感受到氫鍵的存在。丙三醇黏稠如油狀卻能溶于水的性質(zhì)，強化了學(xué)生對氫鍵可影響物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識。學(xué)生通過分析對羥基苯甲醛及鄰羥基苯甲醛的熔沸點的數(shù)據(jù)，真切感受到物質(zhì)狀態(tài)的差異，加深對分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵的區(qū)別以及氫鍵類型的理解。

[素材情境]

（1）羊毛織品水洗后為什么會變形？

（2）為什么頭發(fā)沒有干透容易變形？

（3）糖粘在手上為什么會黏糊糊的？

設(shè)計意圖：用氫鍵解釋生活中的一些現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并引導(dǎo)學(xué)生從理論知識過渡到生活中的化學(xué)，突出化學(xué)在生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)精神與社會責(zé)任”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

[課堂小結(jié)]氫鍵是一種神秘的力量，人們對氫鍵的研究還在繼續(xù)。人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索永無止境！

四、教學(xué)反思

PBL教學(xué)模式以真實的化學(xué)問題情境為主線。本節(jié)課通過滴水實驗、模型拼裝、分組實驗等創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識、理解、感知氫鍵，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并最終實現(xiàn)學(xué)以致用。在本節(jié)課中，教師針對氫鍵等核心知識，讓學(xué)生先閱讀課本上的相關(guān)資料，再通過小組討論對核心知識進行有效的梳理，為問題的解決做充分的準(zhǔn)備和鋪墊。在探究氫鍵的形成條件時，學(xué)生對數(shù)據(jù)進行分析處理，尊重客觀事實，在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)反常時能勇于提出疑問，在認(rèn)知沖突中探索新知識。PBL教學(xué)模式下的高中化學(xué)教學(xué)真正做到了讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人。教師在教學(xué)設(shè)計的過程中設(shè)置學(xué)生展示環(huán)節(jié)，將課堂真正地交給學(xué)生，提高學(xué)生的課堂參與度，還通過角色互換，營造輕松愉快的學(xué)習(xí)氛圍，改變傳統(tǒng)教學(xué)的滿堂灌模式，課堂教學(xué)效果事半功倍。

五、PBL教學(xué)模式的應(yīng)用展望

PBL教學(xué)過程中學(xué)習(xí)活動豐富多彩，包含實驗探究、小組合作等，多種多樣的學(xué)習(xí)活動為學(xué)習(xí)評價提供了多種方式，從而便于教師多角度了解學(xué)生學(xué)了什么、做了什么、做得怎樣，進一步了解學(xué)生核心知識的掌握程度，并據(jù)此重新調(diào)整教學(xué)?；诤诵乃仞B(yǎng)培養(yǎng)的PBL教學(xué)模式，不僅是教學(xué)理念的創(chuàng)新，更是教學(xué)評價的創(chuàng)新，學(xué)生的個性發(fā)展得到鼓勵，充分體現(xiàn)化學(xué)教學(xué)的育人價值，提高了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。PBL教學(xué)模式必定會為我們的課堂教學(xué)注入新的力量和生機。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 吳建軍.PBL化學(xué)教學(xué)模式對中學(xué)生化學(xué)問題解決能力的影響研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2017.

[2]? 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[3]? 陳光巨.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)教科書化學(xué)選修3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[M].濟南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2014.

[4]? 張金怡.“宏微結(jié)合”視角下《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊的教學(xué)實踐：以“氫鍵的形成”為例[J].化學(xué)教與學(xué)，2020（10）：58-62.

（責(zé)任編輯 羅 艷）