基于PBL教學模式落實核心素養的教學實踐

吳淑貞

[摘 要]PBL是一種基于問題解決并以學生為主體的教學模式，教師應基于PBL教學模式落實核心素養培養。在教學實踐中，教師注重學生的參與性，結合學生的實際認知水平創設問題情境，引導學生提出問題、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，培養核心素養。

[關鍵詞]核心素養;PBL教學模式;分子間作用力;物質性質

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

一、PBL教學模式的內涵分析

PBL近兩年在教育界刮起了一陣颶風，成為教育界的新寵。PBL（Problem-based Learning）可以詮釋為基于問題的學習，是以任務為驅動，以學生為中心，在教師引導下讓學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模式[1]。PBL主張學生對復雜、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，學生能夠掌握相關知識和技能?？梢?，PBL教學模式強調有意義的學習，通過解決真實的問題，增強學生的自主學習意識，提升學生的解決問題能力。PBL教學模式進行的是針對性和實踐性的教學，能夠平衡學生的需求、課程和特定學習情境間的關系，有著獨特、高效的教學效果。

二、PBL教學模式對核心素養培養的價值分析

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

三、教學過程

下面以“分子間作用力與物質性質”一課為例，展示基于PBL教學模式落實化學學科核心素養培養的教學實踐過程。

[新課導入]水是大家最熟悉的物質，是地球對人類最好的饋贈，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多于四氯化碳？

[學生分析]硬幣上水的滴數多于四氯化碳，且四氯化碳易揮發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量比水的相對分子質量大，按照影響范德華力大小的因素進行分析，應該是四氯化碳分子間的作用力更強才對啊，為什么這里會出現反常？

[學生分析]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象說明組成物質的分子之間存在著相互作用。水的相對分子質量比四氯化碳小而分子間的作用力卻更強這一認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”的質子？

（3）氫鍵這種作用力的本質是什么？

（4）氫鍵是化學鍵嗎？如何證明？

設計意圖：PBL教學中，最重要、最關鍵也是最難的環節是問題的設置，它是PBL教學的起點，決定了整個教學的方向。有效問題的設置能很好地檢驗教學效果與聽課效果。

[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電荷，氫原子幾乎成為“裸露”的質子。當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電荷的氧原子之間就會產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鍵。

[學生分析]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，說明氫鍵不是化學鍵。

設計意圖：借助圖片結構模型的分析，形象地將水分子及其空間分布呈現在學生眼前，實現從微觀不可見向宏觀可見轉化，學生較快地理解了水分子中的氫鍵是如何形成的。學生通過水沸騰汽化和水分解溫度的差異，再結合氫鍵、范德華力、化學鍵強度大小的差異得出氫鍵不是化學鍵。從宏觀現象和數據進行分析，培養了學生證據推理的意識。

[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的微觀結構來分析。

[動手操作]引導學生動手拼裝冰晶體的部分結構。

[教師分析]氣態水分子之間由于分子間距較大而難以形成氫鍵;水結成冰，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，導致冰晶體中有相當大的空隙，使得相同質量下冰的體積比水大，所以密度較小，因此冰能浮在水面上，水管也因水結冰體積變大而爆裂。

設計意圖：培養學生的動手能力，使學生進一步認識氫鍵;建立了物質宏觀性質和氫鍵結構的聯系，體現了“結構決定性質”。

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

探究二：氫鍵的形成條件

[小組討論]結合下表數據和圖像分析，哪些分子之間存在氫鍵？判斷依據是什么？氫鍵形成的條件是什么？

[元素 電負性 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 ]

[學生分析]水的沸點是100 ℃，HF的沸點是19.54 ℃，可見標準狀況下HF并非氣態，再根據上圖可知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）原子的電負性很大，原子半徑很小，具有孤對電子。

[課堂練習]（1）根據氫鍵表示的方法：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雙螺旋結構堿基配對圖，說說DNA分子中有幾種不同的氫鍵。

設計意圖：通過分析比較ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA氫化物沸點的變化規律，學生認識到除了水分子間能形成氫鍵，HF、NH3等物質也可以形成氫鍵，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雙螺旋結構中氫鍵的認識，學生進一步感受到氫鍵的重要性，認識到化學與生命科學的關系。

探究三：氫鍵對物質性質的影響

[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，觀察現象[4]。

[教師引導]丙三醇俗名甘油，請分析丙三醇的結構特點。結合你對氫鍵的認識，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]氫鍵對物質性質產生的影響，體現了微觀結構對宏觀性質的決定作用。

（1）對溶解度的影響

如果溶質分子與溶劑分子間可以形成氫鍵，則溶質的溶解度增大。

（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據，從結構上分析它們的熔沸點存在差異的原因。

[學生分析]鄰羥基苯甲醛的羥基和醛基是相鄰的關系，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部的締合更加緊密，而分子間的相互作用變弱，所以鄰羥基苯甲醛的熔沸點要比對羥基苯甲醛低?？梢?，氫鍵不僅可以在分子之間形成，也可以在分子內形成。

分子間氫鍵：分子間氫鍵的形成使物質的沸點和熔點升高。

分子內氫鍵：分子內氫鍵的形成使物質的沸點和熔點降低。

設計意圖：通過分組實驗，學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，強化了學生對氫鍵可影響物質性質的認識。學生通過分析對羥基苯甲醛及鄰羥基苯甲醛的熔沸點的數據，真切感受到物質狀態的差異，加深對分子內氫鍵和分子間氫鍵的區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）為什么頭發沒有干透容易變形？

（3）糖粘在手上為什么會黏糊糊的？

設計意圖：用氫鍵解釋生活中的一些現象，激發學生的學習興趣，并引導學生從理論知識過渡到生活中的化學，突出化學在生活中的應用，培養學生“科學精神與社會責任”化學學科核心素養。

[課堂小結]氫鍵是一種神秘的力量，人們對氫鍵的研究還在繼續。人類對物質結構的探索永無止境！

四、教學反思

PBL教學模式以真實的化學問題情境為主線。本節課通過滴水實驗、模型拼裝、分組實驗等創設真實的問題情境，引導學生認識、理解、感知氫鍵，調動學生的學習積極性，并最終實現學以致用。在本節課中，教師針對氫鍵等核心知識，讓學生先閱讀課本上的相關資料，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備和鋪墊。在探究氫鍵的形成條件時，學生對數據進行分析處理，尊重客觀事實，在發現數據反常時能勇于提出疑問，在認知沖突中探索新知識。PBL教學模式下的高中化學教學真正做到了讓學生成為學習的主人。教師在教學設計的過程中設置學生展示環節，將課堂真正地交給學生，提高學生的課堂參與度，還通過角色互換，營造輕松愉快的學習氛圍，改變傳統教學的滿堂灌模式，課堂教學效果事半功倍。

五、PBL教學模式的應用展望

PBL教學過程中學習活動豐富多彩，包含實驗探究、小組合作等，多種多樣的學習活動為學習評價提供了多種方式，從而便于教師多角度了解學生學了什么、做了什么、做得怎樣，進一步了解學生核心知識的掌握程度，并據此重新調整教學?；诤诵乃仞B培養的PBL教學模式，不僅是教學理念的創新，更是教學評價的創新，學生的個性發展得到鼓勵，充分體現化學教學的育人價值，提高了學生的化學學科核心素養。PBL教學模式必定會為我們的課堂教學注入新的力量和生機。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

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

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

[3]? 陳光巨.普通高中課程標準教科書化學選修3：物質結構與性質[M].濟南：山東科學技術出版社，2014.

[4]? 張金怡.“宏微結合”視角下《物質結構與性質》模塊的教學實踐：以“氫鍵的形成”為例[J].化學教與學，2020（10）：58-62.

（責任編輯 羅 艷）