大学化学, 2016, 31(12): 13-16 doi: 10.3866/PKU.DXHX201609017

教学研究与改革

探讨PBL教学法在无机化学元素部分教学中的应用

庄晓娟,, 韩明梅

Application of the PBL Methodology in Inorganic Element Chemistry Teaching

ZHUANG Xiao-Juan,, HAN Ming-Mei

通讯作者: 庄晓娟, Email:zxj@imnu.edu.cn

摘要

元素部分是无机化学教学中的难点。笔者结合自己的教学实践和教学对象,根据元素化学教学内容的特点,从问题的设定,过程中的实施、效果与评价,多媒体辅助等几方面论述了元素化学教学的实施过程与方法。经验表明,该方法能提高学生的各项能力,充分调动学生的主动性与积极性,有助于元素化学教学质量的提高。

关键词: PBL教学法 ; 无机化学 ; 元素化学

Abstract

It is a difficult field to learn element chemistry for students in inorganic chemistry course. In this paper, the authors present the application of PBL methodology in inorganic element chemistry teaching, based on the characteristics of element chemistry. The problem setting, the effects in implementation process, the evaluation and the multimedia application are discussed. The results show that this teaching methodology can improve the learning ability for the students, enhance their initiative and enthusiasm, and therefore increase the teaching quality.

Keywords: PBL methodology ; Inorganic chemistry ; Element chemistry

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庄晓娟, 韩明梅. 探讨PBL教学法在无机化学元素部分教学中的应用. 大学化学[J], 2016, 31(12): 13-16 doi:10.3866/PKU.DXHX201609017

ZHUANG Xiao-Juan, HAN Ming-Mei. Application of the PBL Methodology in Inorganic Element Chemistry Teaching. University Chemistry[J], 2016, 31(12): 13-16 doi:10.3866/PKU.DXHX201609017

无机化学是化学专业大学新生的第一门专业基础课,它既可以引导大学新生适应高等教育模式,又可以为后续分析化学、有机化学、物理化学等课程的学习奠定良好的理论学习基础。因此,无机化学课程在整个化学专业的学习中有着不可替代的重要作用。对无机化学的学习过程是大一新生新的学习习惯形成的关键时期,关系着学生学习能力、科学研究能力等综合素质的培养。如何在教学过程中做好引导和培养工作是无机化学教师一直致力于研究和实践的重点。

1 无机化学教学内容的分类与特点

无机化学课程内容大致分为两部分--基础理论和元素化学。

第一部分为基础理论,主要涉及气体和稀溶液、热力学初步、化学平衡、原子、分子和晶体结构、电化学基础等内容。这部分内容系统性、关联性、逻辑性很强,教师在教学过程中易于由浅入深、由表及里,逐步引领学生领略知识要领及精华所在,也是教师讲授容易投入、容易出彩的地方。学生在学习过程中也比较容易理出各章节的主线条,通过复习和总结也易于找出各种物理量或各知识点的关联性。因此,这部分内容大家往往觉得在教与学的方法上相对来说困难较少,便于教、易于学。

第二部分为元素化学,主要包括元素周期表中s区、p区、d区、ds区和f区的各族金属与非金属元素的性质。这部分内容知识点分散繁杂,反应方程式多,教材基本是按元素及其化合物的存在、制备、结构、性质与应用这样的顺序编写,形式比较单一枯燥。教师在备课中,难以实现新颖的教学设计,往往只是借助于多媒体手段,引入彩色图片或动画等形式来增加视觉效果,吸引学生的注意力,以达到教学目的。而学生在学习过程中,因为有了中学化学知识的基础以及课堂内容设计的重复单调,感觉熟悉、简单,注意力不易集中。但是自己复习巩固时又觉得难以理出头绪,知识点多而乱,不易记忆,仿佛又回到了中学时代,只是一味地想把众多的反应记忆下来,而忽略了大学无机化学深入挖掘的、决定这些元素与化合物性质规律的一些重要内容。所以元素部分的教学,教师的教难以推陈出新、有所突破,学生的学困难重重、遗漏众多。

对于无机化学的这两大部分内容,其中基础理论中的部分内容实际在后续的物理化学、结构化学等课程中还要进一步深入学习;而元素部分正是无机化学所特有的,也是无机化学最具特色的地方。学好这部分内容,对于今后的化学学习与深层的化学研究是及其重要的。因此如何做好元素部分的教学工作,是从事无机化学教学一线的教师们一直努力研究的方向。

2 无机化学元素教学中PBL教学模式的引入

2.1 PBL教学模式

PBL (problem based learning)教学模式即基于问题的教学模式,是一种以问题为基础,倡导学生通过自学、分析、讨论和合作解决问题,培养学生自学能力,发展学生综合思考能力的一种教学理念和教学方法。PBL教学模式是1969年美国神经病学家Barrows教授在加拿大麦克马斯特大学首创的,1993年在爱丁堡世界医学教育高峰会议中得到了推荐,目前已成为国际上一种十分流行的教学方法[1]

PBL模式与以往传统的教学模式相比,它最为突出的特征是秉持以学习者为中心的理念,力求赋予学习者更大的个人发展与创新空间--即以学生为中心,以问题为导向,以项目为基础,重视跨学科式学习、合作式学习,力求让学生在解决问题的过程中获取知识、反思建构知识并形成学习的技能[2]。因为PBL教学模式更加强调以问题为中心,以学生为主体,所以这一教学模式让学生在问题中学习,在解决问题中成长,可以调动学生主体的积极性和主动性,激发他们的学习兴趣,实现从中学学习模式向大学学习模式的转变。改变他们进入大学之前形成的教师讲得多,学生听得多,主动思考和解决问题少的局面,培养其独立思考、团队合作、综合解决问题的能力。

2.2 元素化学教学中的PBL教学模式

在无机化学中,元素化学部分包含周期表中几乎所有元素单质及其典型化合物的性质、制备、应用及单质、化合物性质递变规律。内容繁杂,知识量大,是学生最难以掌握内在规律和记忆的部分。由于同族元素及化合物间既有共性又有其特殊性、规律性,学生学习起来感觉知识量大,摸不着条理,多凭记忆学习,会出现学得快、忘得快的现象。实际上元素化学与物质结构、反应原理是密不可分的,是前两者的具体应用[3]。因此在教学中改变传统教学模式,让学生以主体的身份参与教学过程的组织,通过亲自查找资料、组织安排教学内容、集体讨论等过程学习巩固元素的相关知识,由被动学习向主动学习方式转变。

2.2.1 PBL在元素化学教学中的实施

无机化学元素部分的教学内容描述性强,加之学生在中学阶段奠定的化学知识基础,对于他们来说看懂不是件难事。难点在于如何将大量的知识信息归纳整理,找出元素或化合物间的共性和个性,以及这些性质与其结构的关联。教师在教学过程中要做到正确的启发和引领,充分调动学生的主动性,不能使教学落入传统的教师平淡枯燥地讲、学生索然无味地听之中。借助PBL教学模式,无疑是调动学生主动性的好方法。只有学生主动参与教学,教学目标的实现、教学成果的提高才有保障。实际教学过程中,要贯彻实施PBL教学模式,充分调动学生的主动性。

第一,问题的提出是关键。在PBL教学模式中,问题是整个教学过程的引线和核心[1]。只有问题设计的好、针对性强,学生在课下自学准备时才能目标明确、易于完成。因此,教师提出问题时要根据每个章节的特点,预先想好重点、难点以及如何将元素及化合物的性质用一条或几条线索串联在一起,形成简单的教学提纲,提前一周布置给学生,鼓励学生利用各种资源查阅相关知识内容。例如,碱金属和碱土金属这章包括三节内容,具体问题设置见表1。因为这部分内容中学介绍接触的比较多,学生对大多数知识点较为熟悉,准备难度不大,基本各组可以独立完成。在此过程中,不仅能培养他们查阅文献的能力,同时还可以促使他们积极思考,思考如何将查阅到的文献按照教师布置的要求进行分析、归纳和有序整理。这正是学生自主获取知识、提高学习效率、深入理解知识的好方法,也是大一学生从被动吸收知识向主动汲取知识转变的必经之路。

表1   碱金属和碱土金属PBL教学模式问题设计方案

教学内容 教学线索 相关问题
金属单质 存在和丰度
单质的制备
周期表中所在位置?碱金属、碱土金属名称的由来?
丰度的含义?存在形式与金属活泼性的关联?
单质的制备方法?
含氧化合物 种类
性质
制备
氧化物的种类?各金属在空气中燃烧反应后产物的类型?(重点)
离子势的概念?其与氢氧化物的碱性有何关联?氢氧化物碱性的递变规律?(重点、难点)
氢氧化钠的制备?
盐类 溶解性
热稳定性
性质与制备
锂的特殊性
溶解性、热稳定性的递变规律?这些性质规律变化与哪些因素有关?(重点)
复盐的类型有哪些?
一些重要盐类的性质与制备方法?
锂有哪些特殊性?(难点)

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第二,实施PBL教学模式,要循序渐进。对于多年来一直处于被动吸收知识的学生来说,这种“被动”早已渐变成“习惯”或“舒服”了,而突然进入主动寻求知识的过程,学生难免有“不习惯”、“劳累”、“力不从心”的感觉。因此,对于元素部分的学习,不能不分主次,一股脑地把整章的内容布置给学生,这样会使他们来不及适应,面临如查阅资料、分析、归纳、整理头绪等诸多困难,不仅不能调动其积极性、主动性,反而会增添其恐惧、逃避的想法。同时,有些内容特别是涉及结构方面知识的,学生在预习中是难以理解与把握的,这样简单布置给学生是不太合适的。例如氮族元素一章中,氮与磷的含氧化合物中,结构复杂,包含众多的大π键、反馈π键,次磷酸、亚磷酸酸性与结构的关系,部分化合物水解机理等难度较大的内容,就不适合布置给学生。所以,我们开始进行PBL教学模式之初,需要从每章中挑出比较好归纳整理的、知识难度小的部分内容,使学生适应这种教学方式,让他们在获取成功感受时体会到PBL教学模式的优点,引导学生顺利完成学习方式的转变,最终达到学习目的、目标。因此实施PBL教学模式要从一章中的一节或几节,循序渐进发展到整章运用PBL。我们在实施PBL教学模式时,教学内容的组织顺序是:s区、p区、ds区、d区、f区。之所以制定这样的顺序,是因为s区的碱金属和碱土金属元素学生们比较熟悉,这部分内容中学学习的基础较好,在进行PBL教学时,学生容易入手,难度较小,可以充分调动学生的积极性,让学生感受自主学习的乐趣,便于PBL教学模式的继续实施与开展。

第三,实施过程中任务要分组布置,教师要积极协助引导。在元素化学教学过程中,按章节和班级人数将教学内容合理分配布置给各小组,并指定组长。各组人数不宜过多,一般4-5人为宜。在各组准备过程中,由组长组织小组成员完成相应的教学内容准备,并将遇到的问题集中与教师交流。教师一定要积极协助指导,特别是在教学资源的整理、归纳上要给予帮助,让学生把握元素教学内容的主线--结构决定性质,避免出现教学内容不分主次、偏离教学大纲的情况,在实施PBL教学的同时还要保证教学目标的顺利完成。

2.2.2 PBL在元素化学教学中的实施效果与评价

在实施PBL教学模式一段时间之后,我们的教学质量和教学效果确实有了一定程度的提高。就以碱金属和碱土金属这一章为例,我们利用两个平行组的学生完成相同题目的作业及课堂测验,成绩如表2所示,A组(65人)是没有实施PBL教学模式的学生,B组(62人)是实施PBL教学模式的学生。由表2数据可以看出,运用PBL教学模式的学生在高分数段人数所占比例均高于未实施PBL教学模式的学生。表明PBL教学模式确实对学生的学习具有良好的促进作用,学生积极参与教学过程,教学质量和效果明显提高。

表2   学生在各分数段人数所占比例

组别 90分以上 80-89分 70-79分 60-69分
A组(65人) 15.40% 37.00% 30.80% 16.80%
B组(62人) 21.00% 40.30% 32.30% 6.40%

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在成绩评价时,将分数分为三个档次,由小组成员投票表决其成员贡献的大小,最后计入平时成绩中,期末按比例计入总成绩中(目前,我院课程总成绩=平时成绩×0.4+期末考试成绩×0.6)。因此,PBL教学模式的实施可以充分调动学生学习的主动性,使被动状态渐变为主动状态;同时也可以培养学生查阅文献的能力、自学能力以及团队合作能力,为进一步实施科学研究实验奠定基础。

3 借助多媒体手段使PBL教学法更加生动

随着科学技术的发展,目前多媒体教学已成为最常用的教学手段。多媒体教学凭借其形象性、趣味性、新颖性,改变了传统教学中沉闷的表现形式,大大增加了课堂教学的信息量,缓解了课时严重不足的矛盾[4]。尤其是多媒体能将抽象的物质结构化为具体、将呆板的元素内容化为生动,创造出一个图文并茂的教学环境,为教学提供形象的表达工具,使学生不仅可以接受到大量的教学信息,而且能获得清晰明快的直观感受,更易于接受、理解、掌握所学知识。

应用PBL教学时,为了能够达到预期的教学效果,提高教学质量,结合使用多媒体教学模式是非常必要的。课堂讲授前,教师要根据设置问题,提示学生查阅各种资料,利用多媒体手段制作生动、形象、易懂的多媒体课件,让学习过程更加直观、形象。在实施PBL教学模式之初,学生积极性很高,对这种新的上课方式充满好奇与期待,因此制作过程中,教师要及时审查,避免学生一味追求声情并茂而过分地引入图片、音频或视频,而冲淡了学习内容与目标。授课结尾阶段,教师一定要重申本节重点,强化教学目标。

尽管在元素化学教学中,目前实施PBL教学法过程中仍然存在着一定的问题与不足,但对于提高学生的学习能力、文献梳理总结能力、团队协作能力等方面是非常有益的。

新世纪的大学教育着重于培养学生的科学素质与创新意识,在课程学时基本稳定的情况下,教师应认真考虑如何依据少而精的原则对教材和教学内容做出合理的取舍,使其能够比较全面地体现基础理论性和科学创新性原则。如何在课堂教学中真正做到以学生为主体、以教师为主导,在传授基本理论、基本知识和基本技能的同时,努力培养学生的科学素质和创新能力,是一个值得探讨的重要问题,而解决这一问题需要将教学与教学研究相结合[5]。在具体的授课过程中,我们也深切地感受到要教好一门课不但要有深厚、广博的知识功底,还要具备严谨的教学态度、科学的教学方法和艺术的教学手段。

参考文献

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戴彦. 文学教育, 2014, 10 (6), 108.

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马冬云; 孟祥清; 陈旭东. 广东化工, 2014, 41 (5), 193.

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刘春波. 课程教学, 2013, 5 (11), 184.

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臧双全; 王建设; 韦永丽; 杨光. 大学化学, 2012, 27 (5), 33.

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