基于PBL教学法的无机化学元素教学改革

时间：2024-07-28

赵婕，史振雨，郭晴晴

（兴义民族师范学院，贵州兴义 562400）

“无机化学”是化学、应用化学等专业开设的第一门专业基础课，与后续的物理化学、分析化学、结构化学等课程有很多交叉部分，在化学学科中具有不可估量的地位。作为无机化学的一部分，元素化学在化学领域同样有举足轻重的地位。在现行的大学无机化学教材中，无论是哪个版本，元素化学知识都占了相当大的比例。元素化学知识属于化学事实性知识，是化学知识构成的基础，是认识化学物质、解决化学问题的必备知识。这部分知识内容与无机化学基本概念、基础理论都有着密切的联系。没有丰富的元素化学知识，化学基本概念和原理就会变得空洞、抽象而难以理解，化学用语、化学技能的学习就会变得枯燥乏味。通过元素化学的学习，可以使学生全面系统地掌握各类元素和化合物的存在、制备、结构、性质及其变化规律等内容。但是，元素化学教学历来是无机化学课程教学的难点，更是学生学习的难点，调查发现大部分学生感觉无机化学元素部分学生学习兴趣不大，学生的主体性没有得到发挥。究其原因如下。

1）学生刚入大学不久，难以接受课堂上信息量大的教学，尤其是课堂上出现大量的反应方程式；学生的学习方法还习惯于中学阶段由老师主导一切的被动式学习，独立学习和思考的能力还较差。

2）元素化学的内容多属于描述性的，很多内容在中学时期接触过，学生在学习过程中往往感到一看就懂、一放就忘，传统的无机元素化学课堂教学模式较为固定，主要以教师知识灌输、板书讲解为主，学生在听课过程中感到千篇一律，产生厌烦情绪。

3）内容庞杂繁多，理论性、系统性较差，学生掌握不住重点，难以记忆。

4）教材编排模式化，总是按照存在、结构、性质、制法和用途等传统模式，教学方法上比较平淡，教学气氛沉闷，学生听起课来感到千篇一律，易产生厌烦情绪，影响学习的积极性[1]。

传统的“填鸭式”教学，学生学习兴趣不高，被动地接受知识，缺乏主动思考和探索。在有限的教学时间内，如何引导学生明确元素化学的知识脉络，与后续化学学科顺利衔接，并提高学生的学习兴趣和创新能力，对大学无机化学教学来说是一个严峻的挑战，要对这些问题进行改进，有效提高教学质量，需要新的教学策略[2]。

20世纪60年代美国神经病学家Barrows 教授创造了一种教学方法，即PBL（problem-based learning）教学法，不同于传统以学科知识教育为重点的教学法，PBL 倡导以问题为导向，开展以学生为中心的引导式教学，该方法极为符合无机元素化学教学特点，能充分发挥学生的主体作用，能够有效弥补传统教学方式存在的弊端和不足，它突破了传统以教师课堂知识灌输为主的教学方式的束缚。学生通过查阅资料、分析讨论等方式解决问题，这一过程能够使学生在获得问题答案的同时，积攒丰富的科学知识，并养成良好的自主学习能力、解决问题能力及团队合作能力等[3]。

基于此，在元素化学教学中尝试引入PBL教学法，结合线上线下等形式，展开创新性教学改革研究。过程中以学生主动为基础，对学生开展引导式教学，激发学生的自主学习意识，帮助学生在现有基础上不断深入学习理解无机元素化学，达到提升学生学习能力的目的，培养出有创新能力的社会需要型人才。

1 PBL在元素化学教学中的实施过程

1.1 改进教案和多媒体课件，精心设计PBL问题

基于PBL 模式修改教案及多媒体课件，删除或者简化与中学化学重复的内容，适时引导学生自学，改变学生们的“宝宝式”学习，达到在有限的教学时间里，体现出无机元素化学知识的重点，又能提高学生自主学习能力的目的。PBL 教学法的关键是提出问题，教师在该模式中起引导作用，且在授课之前要进行大量的准备工作，必须紧紧围绕无机化学教学大纲要求，以元素化学知识点为中心，在充分考虑学生的知识掌握状况、学习需求、学习兴趣等情况下，还需对章节内容进行挑选，根据课程内容精心设计问题。前期问题不能过难，教师在对难易度进行精准把握的基础上，达到一种由浅入深的循序渐进的教学效果。

（1）课前教师将问题通过线上或者线下布置给学生，学生可以通过网络或者图书馆查找资料进行分析、探讨来解决教师提出的问题。如P 区元素小结这一章的教学内容，可以设计问题如下。

①为什么H2O 的沸点比HF 还高?

②HF，HCl，HBr，HI 热稳定性的变化规律如何?请用键能和热力学函数（查附录）两种方法来解释之。

③HF，H2O，NH3，CH4还原性的变化规律如何?请定性解释原因。

④为什么含氧酸比相应的盐的氧化性强；浓酸又比稀酸氧化性强？

⑤试举出六种可与强碱反应的非金属单质，这些反应都是歧化反应吗？等等。为了解决问题，学生将通过自学教材、借助网络查阅文献等方式得出答案，这一过程学生无形中积攒了大量的知识，最终达到既加强学生对知识点的掌握，又激发学习兴趣和提升科学素养的目的[4-5]。

（2）又如在讲到卤族元素时，可提出问题如下。

①为什么KI 暴露在空气中易变黄，而KCl 在空气中则较稳定？

②为什么氟化氢的熔沸点和气化热等性质比HCl的反常的高？

③ 写出漂白粉的制备方程式，试解释有效组成和漂白原理。

④海水中的溴主要以Br-形式存在，被人们称为“海洋元素”，写出从海水中提取溴的一般过程。

⑤看看身边的食品、调味料、药品、化妆品、洗涤剂、洗洁剂及杀虫剂等，查阅标签或说明书，看一看其中含有哪些卤族元素。

（3）讲到碳族元素时，可设计问题如下。

①为什么碳族元素不像卤素和碱金属元素单质的熔沸点变化那样有规律？

②电冰箱不应放在有煤气或液化气的房间，为什么？

③根据硅元素在自然界里的存在状态进行分析、判断，单质硅与二氧化碳（或硅酸盐）相比谁更稳定?

④介绍引起全球温室效应的主要原因。

（4）在讲到氮族元素与氧族元素的过程中，可设计问题如下。

①介绍酸雨的形成过程，怎么避免产生这些污染物气体。

②磷酸分子在一定条件下可以互相聚合，请用最简单方式表示三聚磷酸的聚合过程。三聚磷酸钠常在洗衣粉中作为填料，它有哪些优点和缺点?

③N2可用于填充霓虹灯，试解释其原理。

④讨论臭氧层的破坏给人类带来的危害，怎样防治？

⑤试从O2和O3的结构差异说明它们性质上（如氧化性，极性，磁性等）的不同。

⑥试比较H2O 和H2O2的结构、熔点、沸点、热稳定性及氧化还原性。

⑦请设计一个从废定影液中回收金属Ag 的方法。

为确保元素化学课堂教学的新鲜感、知识的先进性，还需要教师在关注无机化学科研、行业发展的同时，结合教学内容为学生补充一些最新的研究成果以及热点课题内容。

1.2 线上线下混合式学习模式，切实提高PBL教学效果

为推进PBL 教学法在无机元素化学教学中的实施，达到最佳的教学效果，在实践过程中，采取线上线下一体化的教学方式，借助网络平台，课前教师通过学习通等将基于PBL 模式的问题式课件发布给相应的班级，鼓励学生积极思维，相互质疑讨论，从被动变为主动参与，同时拓展课堂，加强师生线上与线下的交流。学生自行分组，一般3～4人一组，可通过图书馆、查阅文献等各种学习途径收集用于解决问题的资料，同组讨论并制作成PPT。

课堂上，每个小组选取其中一个问题进行汇报，在汇报过程中其他同学可以对有疑问的地方进行提问，汇报小组回答不出的，其他小组同学可做补充。小组汇报完毕后，教师进行点评，对于准备充分，汇报内容较全面正确的小组给予适当加分，对学生存在的问题及时做出指导，补充漏掉的知识点，使全体学生在相关知识点获得深刻的理解。

1.3 教学与实验相结合

无机化学是一门实验性很强的科学，实践是检验真理的唯一标准，理论和实验相互促进[6]。在元素化学教学过程中，对于接近生活应用的一些内容，教师引导学生参与探究，鼓励学生自己设计与教学理论和实际生活应用有关的实验，亲自体验科学研究的过程，这些都可以极大地激发学生的学习兴趣，培养创新能力。例如：学习过渡金属相关内容时，可以引导学生思考过渡金属的性质及应用。如用于合成多酸材料，大量的文献已经证明多酸化合物也是一种有效的光催化剂。可以引导学生设计实验方案，合成一些过渡金属修饰的多金属氧酸盐化合物，并测试其活性，如在可见光或紫外光照射下，测试其降解水中有机染料污染物的性能。还可以向学生讲解Cr、Hg、Pb、Ag 等重金属的污染，引导学生思考如何治理，如何变废为宝，鼓励学生查阅资料设计一个去除水中重金属污染的实验方案，并进行实验探究。

学生将所学的知识用于实际，真正做到了学以致用，学生学习兴趣、思维能力和创新能力等得到提升。在实验过程中，学生运用理论知识分析实验现象，同时，利用实验现象验证和巩固理论知识，加深对理论知识的全面理解，从而达到使知识与能力同步增长的目的[7]。

1.4 评价形式多样化，评价内容全面化

元素化学部分具有知识量大、知识点分散、内容繁杂、方程式多等特点，在无形之中增加了学生的学习难度。以往的考核主要依靠期末闭卷考试来考查学生掌握知识的情况，方式比较单一。而实际上，学生的很多能力是无法从笔试成绩中体现的。为此，需要对考核方式进行相应的改革。在引入PBL 教学法中，加大了过程性考核，如在平时学习过程中，适当地对学生的积极性、课堂互动、分析问题和解决问题能力等进行评分，调整学生平时成绩和期末闭卷考试成绩比例，将平时成绩在总评成绩中的占比提高到40%，期末闭卷考试成绩比重调整为60%。注重考查学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，考核方式向过程考核、能力考核转变。该考核方式充分考虑到学生主体的作用，发挥他们的主观能动性，让学生乐意学，变被动学习为主动学习，把学生作为学习的主人，课堂的主人。这样才能有效地提高教学效率，且使教育不再沉闷，从而可以提高教学质量。

2 PBL在元素化学教学中的实施效果

将 PBL 教学法应用于无机化学课程教学，是大一新生深入理解已有知识、自主获取新知识和提高学习效果的方法，是从灌输型的被动吸收知识向主动汲取知识的华丽转变的途径。实现以无机化学课程为载体，培养学生学习化学的兴趣，提高学生学习的积极性，并且最终提高学生学习能力的教学目标[5]。

引入PBL 教学法后，学生学习积极性明显增加，课堂上学生积极参与互动，课后针对不懂的知识及时与教师或同学沟通讨论，教学质量和效果明显提高。以期末测试为例，相同的期末检测卷，引入PBL 教学法班级的学生，期末卷面成绩平均分远高于未引入PBL 教学法班级的学生，这说明在引入PBL 教学法后学生的学习确实得到了促进，教学质量和效果得到了提高。

同时，通过设置问卷调查的方式来了解学生对PBL 教学法的评价，发现大多数学生表达了对 PBL教学方法的赞同。同学们认为，引入PBL 法后课堂不再沉闷，对元素化学的学习兴趣大增。