王芯慧

(新疆師范大學化學化工學院,新疆烏魯木齊,830054)

一、引言

《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)指出,普通高中化學教學目標是讓學生擁有綜合素質,包括理想信念、社會責任感、科學文化素養(yǎng)、終身學習能力、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,《課程標準》更加倡導運用多元化的教學模式來培養(yǎng)學生各項能力,提升學生化學學科核心素養(yǎng)。課程教學應秉承依據學生已有的知識和生活經驗,結合社會生活中的真實問題,培養(yǎng)學生的社會責任感、參與意識和決策能力的理念。在《課程標準》中凝練了化學學科的核心素養(yǎng),提倡教師應樹立“以學生為本、促進學生的個性化發(fā)展”的教學理念,要求教師在教學過程中激發(fā)學生自主學習的能力。傳統(tǒng)教學模式多以教師講授為主,評價多以紙筆測驗為主要考查方式。PBL(problem based Learning)教學模式作為一種新的教學模式,在教育界備受關注。PBL教學模式符合化學課程標準需要,其適用性和有效性也在國內外的教育領域得到了證實。本研究通過梳理前人的研究成果,總結了PBL教學模式在中學化學教學中的具體研究內容,并以“探秘膨松劑”為案例,為一線教師教學研究提供理論基礎及案例設計。

二、內涵特點

(一)內涵

PBL基于建構主義理論,起步于結構不良問題的解決。[2]PBL教學模式以問題為基礎,以真實情境為引導,以學生為主導,教師在教學過程中為學生提供幫助指導,讓學生通過小組討論的形式解決問題從而獲取知識,并在該過程中挖掘出深層的科學知識,幫助學生提高問題解決、合作交流以及自主學習等能力。[3]國內的PBL教學模式最早由上海第二醫(yī)科大學和西安醫(yī)科大學將其引入醫(yī)學教學中。雖然國內有關PBL教學模式的研究起步較晚,但起步后在學術界引起了眾多學者的廣泛關注。當前,越來越多的學者、教育工作者將PBL教學模式與化學學科結合起來,文獻數量逐年激增。

(二)特點

Barrows認為PBL教學模式是一種“以學生為中心、圍繞實際問題、基于探究性、綜合性、合作性的全方位學習”。[4]除此之外還有不少學者對該教學模式的特點進行了描述,盡管有所不同但都包含了“以學習者為中心、以問題為導向、以小組合作為主要學習方式、以多元評價為主要測量方法”等基本特點。第一,以學習者為中心。傳統(tǒng)教學模式以教師為中心,學生是被動的接受者,學習行為是被迫向前的,但在PBL教學模式中,學生是學習的主體,在教師的指引下分析問題、確定問題解決方案,查閱相關資料解決問題。第二,以問題為導向。傳統(tǒng)教學模式的問題為結構良好問題,一般與學生的記憶相聯系,是作為考查學生記憶知識的一種手段,而PBL教學模式的問題大多為結構不良問題,該模式是以真實復雜且有意義的問題為導向,讓學生在問題中通過解決困惑來構建知識體系。第三,以小組合作為主要學習方式。傳統(tǒng)教學模式中小組合作的學習行為主要為了檢驗某個實驗結果,其結論是已知的,步驟是明確的,而PBL教學模式中小組合作是主要學習方式,按照組間同質組內異質的方式將學生分成若干小組,在組中各司其職,使每名學生都能發(fā)揮作用,為解決問題做出貢獻。第四,以多元評價為主要測量方法。傳統(tǒng)教學模式評價結果單一,多以紙筆測驗為主要評價方式,目的是驗證學生知識掌握的程度及學習能力的提升狀況,而PBL教學模式中,學生的評價方式是組內互評、教師客觀評價、學生自我評價的結合,以過程性評價為主要評價方式,終結性評價為輔助方式,主要考查學生的知識掌握程度、學習中的情感態(tài)度、能力提高及結果展示。自主、合作、探究的學習方式是培養(yǎng)具有高階思維能力的創(chuàng)新型人才必不可少的學習方式,主要表現為學生自行在問題中探究、小組間合作、課堂中交流、師生共同點評、總結并歸納。這種輕松愉悅的學習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教學模式與傳統(tǒng)教學模式的對比,如表1所示。

表1 PBL教學模式與傳統(tǒng)教學模式的對比

三、應用方法

近年來,國內教育界更加注重PBL教學模式與各學科間的深度融合,該教學模式在化學教學中的應用主要分為指導教學設計、指導學生情感領域發(fā)展、指導教學評價三方面。

(一)指導教學設計

課堂教學是學生習得知識的主要學習方式,而課堂教學是否成功與課堂教學設計有關。當今時代的教育需要培養(yǎng)學生的高階思維能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力、綜合解決問題能力,傳統(tǒng)的教學模式已經不再適用。以PBL教學模式為主的教學設計可以使學生在解決問題的同時增強知識的學習,教師傳授學習方法,順利完成教學目標。[5]在PBL教學模式中,學生是課堂的主人,教師通過創(chuàng)設真實的情境將教學與實際問題關聯起來,學生通過教師創(chuàng)設的情境問題,尋找解決方案,搜集相關資料,小組合作探究后共同解決問題,反思所得結論、提升自我學習能力。

以“探秘膨松劑”一課為例,設計具體的教學流程如下。

1.教材分析

本節(jié)內容選自人教版化學必修第一冊第二章第一節(jié)第二課時。掌握碳酸鈉、碳酸氫鈉的性質是關鍵,是貫穿鈉及其化合物的重要紐帶。學習本節(jié)內容既可以加深學生對鈉及其化合物的認識,又可以拓寬化學知識學習的寬度。

2.學情分析

本節(jié)的核心內容為金屬元素化合物知識。一方面,學生通過初中化學九年級下冊的學習已經初步了解碳酸鈉及碳酸氫鈉,掌握了部分相關知識,在高中必修第一冊第一課時有關鈉的學習基礎上,提煉升華出對碳酸鈉和碳酸氫鈉的認識;另一方面,家中常吃的饅頭讓學生對膨松劑有了相關了解,這都為學生多角度學習碳酸鈉及碳酸氫鈉性質做了準備。

3.教學目標

通過真實情境問題--膨松劑做饅頭,激發(fā)學生對碳酸氫鈉的膨松原理進行實驗探究的興趣,體會研究物質的方法和過程的實用價值,培養(yǎng)“科學探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng);了解復合膨松劑的組成,學會在真實情境中分析、解決實際問題,探究陌生物質的性質,提升學生自主設計問題并解決問題的能力,促進學生的“科學態(tài)度與社會責任”核心素養(yǎng)的發(fā)展。具體教學流程如圖1所示。

圖1 PBL教學模式下的“探秘膨松劑”教學流程

此教學流程遵循PBL教學模式,以培養(yǎng)學生解決問題能力為關鍵,以發(fā)展學生化學核心素養(yǎng)為主旨。在該模式下,引導學生從分類、物質特性以及化合價的角度進一步學習化學的原理和方法,從而形成化學學科的新觀念。將PBL教學模式運用于探秘膨松劑課堂中,給學生呈現出一種嶄新的面貌,采用PBL教學模式有助于學生思維發(fā)散,為學生構建真實的問題情境,使學生通過解決問題獲得知識,發(fā)展學生的科學思維。

(二)指導學生情感領域發(fā)展

學習的目的是使學生掌握知識與所需技能,若忽視情感領域的培養(yǎng)則會大大降低掌握這些技能的效率。由于情感因素與認知領域的表現相關,如態(tài)度、自我效能感、動機、焦慮等因素都會影響學生的學習。因此,教育需以提高學生的自我效能感為目標,培養(yǎng)學生的韌性和積極性,從而完成困難和具有挑戰(zhàn)性的活動。自我效能感是指人們對自己組織和執(zhí)行達到指定類型績效所需的行動過程和能力判斷。[6]自我效能感高的學生有較大的學習動機,會在學習中付出更多的努力。與傳統(tǒng)教學模式相比,PBL教學模式下教師的功能逐漸弱化,學生學習的主動性逐漸提高,學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習能力,促進自我效能感的提高。

PBL教學模式在創(chuàng)設時為增強學生的情感體驗,促使自我效能感的提升,要求使用有真實且有意義的生活背景或社會背景,學生圍繞該情境合作學習并最終通過解決問題來掌握化學知識。因此,在教材內容選擇上要盡量貼近生活。高中階段的學生具有強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)學生的探究欲望。通過深入學習碳酸氫鈉的各種物理及化學性質,驗證為什么碳酸氫鈉適合做膨松劑,使學生體會化學在解決實際問題中的作用,激發(fā)并保持學生學習化學的興趣。本節(jié)課的教學要求有:了解鈉及其化合物的主要性質,認識這些物質在生產中的重要價值和對生活的用途;掌握碳酸鈉及碳酸氫鈉性質的比較;認識物質及其轉化在促進社會文明進步和環(huán)境保護中的重要價值。學業(yè)要求有:能從物質類別、元素化合價角度,依據氧化還原反應原理,預測物質的化學性質和變化,設計實驗進行初步驗證,并能分析、解釋有關實驗現象;能從物質類別和元素價態(tài)變化的視角說明物質的轉化路徑;能說明鈉及其化合物的應用對社會發(fā)展的價值和對環(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

【情境導入】 展示實物:展示家中蒸饅頭所用的酵母粉及饅頭,引導學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)、化學膨松劑(單一、復合膨松劑)。

【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.為什么直接在面團中加入碳酸氫鈉和食醋蒸出的饅頭更白更松軟?

【學生活動】 小組驗證實驗后得出碳酸氫鈉顯堿性,受熱或加入酸后會產生二氧化碳氣體,在酸中可以產出更多氣體的結論。

【創(chuàng)設意圖】 創(chuàng)設真實的問題情境,使學生明白化學來源于生活,化學知識與自我專業(yè)發(fā)展及生活息息相關,以此達到增強學生自我效能感,激發(fā)學生學習動機的目的。培養(yǎng)學生科學探究的精神,得出通過碳酸氫鈉與酸反應可蒸出更白且松軟饅頭的結論。

環(huán)節(jié)二:設計復合膨松劑

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

【方法引導】 向學生提供酸性物質,如醋酸、檸檬酸等。

【歸納總結】 經實驗發(fā)現,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略有檸檬味。

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

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

【設計意圖】 創(chuàng)設帶有思考性的問題,增強學生勇于探索的精神。結合生活實際選擇化學原料,使學生體會化學在生活中的應用,培養(yǎng)學生的科學態(tài)度。

以PBL教學模式為指導,通過學生自己設計方案,并進行實踐驗證,使學生親身體會運用化學知識解決問題的過程,不僅提升了學生在化學方面的情感體驗,更培養(yǎng)了學生科學探究與創(chuàng)新意識的核心素養(yǎng)。以蒸饅頭所用膨松劑為真實情境,通過理論與實際相結合,使學生感受化學不僅與經濟發(fā)展、社會文明密切相關,而且是生命科學、環(huán)境科學的基礎,在促進人類文明可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著日益重要的作用。

(三)指導教學評價

教學評價是依據一定的客觀標準對人才質量的培養(yǎng)與選拔進行評價,促進人才培養(yǎng)質量的有效提升。當前我國教育評價以擺脫“唯分數論”為主要改革方向,關注學生全方位、多角度的評價方式,關注學生階段性、形成性的綜合評價。[7]基于PBL教學模式的評價方式可從課前學生搜集信息來評估學生信息整合能力;課中通過小組討論、展示交流來檢測學生的認知水平能力;課后通過作業(yè)完成來判斷學生對知識的實際運用能力。學生在這一系列的評價過程中對自己的學習結果和整個學習過程做自我評價,確認在知識、技能、小組協(xié)作技能和元認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,自我進步,實現由“注重課堂知識灌輸”向“培養(yǎng)學生自主獲取知識的能力”方向轉化。PBL教學模式的多樣化評價,不僅有對書本知識的評價,還有對學生中學階段所需的專業(yè)素養(yǎng)能力評價,以此有效反映學生在學習過程中的成長進步。但當前基于PBL教學模式的綜合性評價大多針對高等教育展開,評價的內容局限于學生對知識的建構、問題解決和自主學習等,而在學習動機和合作學習方面的評價相對較少,仍有待拓展。

四、結語

基于所選文獻研究的總體情況而言,PBL教學模式融入中學化學學科已經受到化學教師和化學研究者的高度重視。當前研究范圍包括三個方面:一是通過與其他理論或模式相結合的方式來提升中學化學的教學效果、促進學生科學思維與探究能力顯著提升;二是結合教育心理學相關知識,改變傳統(tǒng)的教學模式,并進一步對PBL教學模式完善優(yōu)化,使其更具有實用性,在實驗課、常規(guī)課中采用PBL教學模式,為一線教師提供指引;三是改變了以往評價的單一形式,采用了教、學、評相結合的多元評價形式。

現有文獻對PBL教學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合描述,較少有在化學教學中融入PBL教學模式的心理學研究;從實踐層面來說,在化學教學中融入PBL教學模式多為新授課的講解,較少有對復習課的深入探析。PBL教學模式與化學學科核心素養(yǎng)具有高度契合性,但許多教師對PBL教學模式的認識還較為淺顯,具有生搬硬套的傾向。教師是教育之本、是教育發(fā)展之源,興國必先強師[9],若教師能夠跳出傳統(tǒng)授課模式,深入了解PBL教學模式及其他模式的內涵,并將其運用在化學教學中,不論是對教師自身還是學生都是一份不小的收獲。