林冰潔，梅蘭芝，吳永瑄，張漫波

湖南師范大學化學化工學院，長沙 410081

元素化學是無機化學的重要組成部分，在化學知識體系中占有舉足輕重的地位。然而，在元素化學的課堂教學中，經(jīng)常出現(xiàn)“教者吃力，聽者乏味”的教學困境。究其原因，可能主要有兩個：其一，元素化學具有描述性、零散性和繁雜性的知識特點，學生對知識點的全面掌握存在一定困難；其二，傳統(tǒng)的“知而后行”教學模式難以充分調(diào)動學生的主觀能動性，導致元素化學的課堂教學乏善可陳、難以出彩。

“知而后行”教學模式，即教師按照教學大綱的要求對教材內(nèi)容進行設計，然后通過課堂教授環(huán)節(jié)完成知識的傳達，最后輔以適當?shù)恼n堂和課后練習以檢驗和加強教學效果。整個教學流程突出的是教師的主體作用，學生則坐在教室里被動地、生硬地接受教師一股腦塞給自己的信息，屬于“先教后學”的教學模式[1]?！爸笮小苯?jīng)常被認為是一種省事和高效率的教學模式，但在“知而后行”的教學流程中，學生缺乏主動思考和自主探究，容易對教師的講授形成慣性依賴，從而滋生思維惰性，弱化高階學習能力。同時，這樣的教學模式一般都存在互動稀少、討論匱乏、學生表達和展示自我的機會受限的問題。

“知行合一”是相對于“知而后行”提出的一種教學模式，即在教學過程中，學生通過自主學習教材、查閱參考資料和完成學習任務，在“行”的過程中收獲“知”。這個獲“知”的過程既能有效提高學生的高階學習能力，也能給學生提供更廣闊的探究、分析和應用知識的平臺。

因此，當學生已經(jīng)擁有了一定程度的元素知識積累之后，在元素化學的教學過程中穿插實行“知行合一”的教學模式是可行的，也是必要的。由于鹵素章節(jié)在大多數(shù)教材中被編排在IA-VIA主族元素之后，處于這個學習階段的學生已經(jīng)掌握了無機化學的基本原理、原子和分子結構的知識和大部分元素知識，他們的知識儲備足以用來自主學習鹵素章節(jié)，完成從對知識的記憶理解到分析應用，實現(xiàn)綜合評價能力的提升。

近年來，許多國內(nèi)學者已對PBL教學法和翻轉(zhuǎn)課堂進行了廣泛而深入的研究。PBL (problembased learning)——“以問題為導向”的教學方法是以學生為中心的教學方法，學生通過解決問題來進行對相關知識的學習、整合和應用。翻轉(zhuǎn)課堂是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時間，將學習的決定權從教師轉(zhuǎn)移給學生的教學模式[2]。在翻轉(zhuǎn)課堂和PBL的教學模式下，課中階段不再是傳統(tǒng)教學中的傳授新知，而轉(zhuǎn)換成知識的鞏固與能力的提升[3]。鑒于此，我們以“鹵素含氧酸及其鹽”的教學設計為例，以“碘酸鈣的制備及含量測定”“碘鐘實驗”和生活中常見的84消毒液、漂白水為情境素材，通過PBL教學法協(xié)同翻轉(zhuǎn)課堂，實施以學生為中心的“知行合一”課堂教學，為鹵素章節(jié)的翻轉(zhuǎn)課堂教學改革提供流程再造、范式重建和模式創(chuàng)新的思路。

1 PBL協(xié)同翻轉(zhuǎn)課堂構建的“知行合一”教學流程

我們選擇“碘酸鈣的制備及含量測定”和“碘鐘實驗”作為實驗情境，生活中常見的84消毒液和漂白水作為實際情境，創(chuàng)設了與“鹵素含氧酸及其鹽”教學內(nèi)容密切相關的情境問題，通過PBL協(xié)同翻轉(zhuǎn)課堂對“鹵素含氧酸及其鹽”的教學過程進行了“知行合一”模式的探索。

在實施“知行合一”教學模式時，整個教學流程由課前、課中和課后三個部分組成[4]，旨在體現(xiàn)學生中心、問題導向、知行合一的教學特點。課前包括三個部分：一是教師根據(jù)教學內(nèi)容發(fā)掘合適的情境材料，然后將情境材料中的內(nèi)容創(chuàng)設成情境問題；二是學生閱讀教師提前下發(fā)的情境材料和教材中的相關章節(jié)，以小組合作的形式完成學習要求，并以PPT的形式整理學習成果；三是學生完成教師下發(fā)的課前測試題。課中由教師引導下的學生展示、討論和評價及教師的點評、歸納和總結組成。課后包括課后測試和問卷調(diào)查。教師通過課前測試和課后測試的情況來分析教學效果，通過問卷調(diào)查的結果對“知行合一”教學模式做出改進和完善，為進一步提高教學質(zhì)量和教學效果做出持續(xù)的努力。

2 教學實施

2.1 課前

在實施“知行合一”教學模式時，課前工作是保證良好的課堂效果和教學質(zhì)量的前提。若課前工作沒有做好，則教學流程會回歸“知而后行”。

(1) 教師課前工作。翻轉(zhuǎn)課堂前一周，教師挑選與“鹵素含氧酸及其鹽”教學內(nèi)容密切相關的情境材料——“碘酸鈣的制備及含量測定”“碘鐘實驗”和生活中常見的84消毒液、漂白水，并進行問題創(chuàng)設，然后將其整理成學習要求并提前下發(fā)給學生(圖1)。并設計課前測試題和課后測試題，以檢測學生在翻轉(zhuǎn)課堂前與后的學習成果，便于進行對比以分析教學效果。

圖1 課前教師選取的情境材料和學習要求設計

“碘酸鈣的制備及含量測定”涉及碘單質(zhì)的物理化學性質(zhì)，鹵素含氧酸的酸性強弱，鹵素單質(zhì)與堿的反應，氯、碘元素的電極電勢，碘酸鹽的溶解性，碘單質(zhì)與硫代硫酸根離子的反應等知識點；“碘鐘實驗”涉及碘與碘酸之間的相互轉(zhuǎn)化性等知識點；84消毒液和漂白水涉及次氯酸和次氯酸鈉的氧化性等知識點。創(chuàng)設的問題包括實驗原理、主要原料、制備步驟、實驗現(xiàn)象及產(chǎn)物性質(zhì)等，共計11道題(表1)。我們希望學生通過完成學習要求中的題目對知識點進行理解，并將唯物辯證法的思想引入其中，使學生掌握認識世界的科學方法。例如，題(2)中，通過書寫氯氣與氫氧化鈉溶液反應的化學方程式，讓學生進一步鞏固歧化反應的概念，并由此延伸出氟、溴、碘單質(zhì)與堿反應的異同點，由此更好地掌握鹵素單質(zhì)的化學性質(zhì)，并理解同族元素單質(zhì)和化合物之間共性和特性并存的原因，從而明白矛盾具有普遍性和特殊性，我們要具體問題具體分析；題(3)中，學生通過對比電極電勢可以發(fā)現(xiàn)，在標準狀態(tài)下，Cl2的氧化性的氧化性，若生成Cl2和HIO，Cl2將進一步氧化HIO生成。使學生學會通過電極電勢判斷氧化還原反應的方向，從而明白事物是普遍聯(lián)系的，要學會用聯(lián)系的觀點看問題；題(10)和(11)則引入生活中的實際問題，讓學生學會觀察生活并將所學知識應用于生活中，培養(yǎng)他們觀察生活和學以致用的能力。

表1 根據(jù)化學實驗和生活實際創(chuàng)設的情境問題

(2) 學生課前工作。學生通過閱讀情境材料和教材、自主查閱資料來回答學習要求中的問題，并以小組合作的形式準備PPT文檔。在這一過程中，通過成立小組來引入?yún)f(xié)作學習方式。小組成員可以通過共享學習過程中收集的信息、交流和討論發(fā)現(xiàn)的問題來提高自身的批判思維能力、溝通表達能力及對個體差異的包容能力[5]。此外，學生還需完成教師下發(fā)的課前測試題以檢測自主學習效果。

通過課前學習，學生在知識層面和能力層面需要達到以下教學目標。知識層面：① 了解鹵素含氧酸的組成與結構；② 掌握鹵素含氧酸及其鹽的酸性、氧化性、穩(wěn)定性和溶解性；③ 能利用相關理論解釋鹵素含氧酸及其鹽的性質(zhì)變化規(guī)律；④ 能應用鹵素含氧酸及其鹽的性質(zhì)對實驗現(xiàn)象進行解釋。能力層面：自主學習能力、溝通表達能力、團隊協(xié)作能力和課件制作能力等。

2.2 課中

學生在課前已自主學習了“鹵素含氧酸及其鹽”章節(jié)，完成了學習要求中的11個情境問題，并以小組為單位將學習成果制作成PPT文檔。以上過程為翻轉(zhuǎn)課堂的實施創(chuàng)造了條件。翻轉(zhuǎn)課堂的實施包括三個部分：首先，教師向?qū)W生簡單介紹翻轉(zhuǎn)課堂的教學流程。接著，讓學生以小組為單位再次討論自主學習的成果和心得。在此過程中，小組成員需要再次審查用以展示的PPT，確保每位組員都認同和熟悉所需展示的內(nèi)容。討論結束后，由教師指派一位小組成員上臺講解情境問題(圖2)，同組成員在該學生完成匯報后可以進行補充和更正，他組學生可以提出質(zhì)疑或?qū)R報內(nèi)容進行提問，并闡明自己的見解(圖3)。匯報過程中，學生需要用自己的語言對所學內(nèi)容進行講解，這既能鍛煉學生的語言表達能力，也能加深學生對知識點的理解和掌握程度。自主學習效果好的學生可以通過評價同學的講解，達到對知識更深層次的理解；而自主學習效果有待提高的學生則可以通過傾聽和討論，對自己的學習成果進行查漏補缺、改錯糾謬。在學生展示結束后，教師需要對學生的匯報結果進行點評，對學生理解有偏差的內(nèi)容進行糾正，并對知識點進行總結，讓學生進一步歸納所學內(nèi)容，構筑正確且完整的“鹵素含氧酸及其鹽”的知識體系。除此之外，教師可以簡要介紹碘酸鈣在現(xiàn)實生活中的應用，例如飼料級添加劑碘酸鈣可以合成甲狀腺激素和三碘甲腺原氨酸，從而調(diào)節(jié)機體的代謝作用；在食品工業(yè)中用作小麥面粉處理劑、面團調(diào)節(jié)劑；還可作口腔洗滌劑、脫臭劑、防腐劑碘仿的代用品。由此聯(lián)系到碘酸鈣促進社會發(fā)展的先進作用，將思政元素融入課堂，從而激發(fā)學生的學習興趣，增強文化自信和專業(yè)自豪感。

圖2 小組代表匯報學習成果

圖3 學生在課堂教學過程中的糾正、補充和質(zhì)疑

2.3 課后

課后是學生在完成翻轉(zhuǎn)課堂教學之后的環(huán)節(jié)。在學生匯報、討論以及教師總結、點評結束后，教師可以下發(fā)課后測試題來檢測學生經(jīng)過PBL協(xié)同下的翻轉(zhuǎn)課堂，即實施“知行合一”教學模式后的學習效果。精準的課后測試是落實學生是否掌握所學知識的必要環(huán)節(jié)，也是鞏固學生學習效果的必要途徑。教師從測試結果中得到比較充分而準確的學情反饋，為后續(xù)教學內(nèi)容和教學過程的調(diào)整和改進提供參考[6]。表2是“鹵素含氧酸及其鹽”的課后測試題，由選擇題、填空題和綜合推斷題組成，選擇題和填空題與課前測試題內(nèi)容相同，在此基礎上增加了綜合推斷題，題目內(nèi)容涉及鹵素含氧酸的酸性、氧化性和熱穩(wěn)定性，電極電勢的比較和判斷，覆蓋了“鹵素含氧酸及其鹽”教學內(nèi)容的重點和難點。

表2 課后測試題設計

3 教學效果

3.1 課堂表現(xiàn)分析

我們對本校2021級化學專業(yè)浩青實驗班25名本科生進行了“鹵素含氧酸及其鹽”的授課，并實施了上述“以實驗為情境”的PBL協(xié)同下的翻轉(zhuǎn)課堂教學實踐。通過觀察學生在課堂展示中的表現(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)大部分學生的匯報成果值得肯定，甚至有些學生的表現(xiàn)超出了教師的預期，他們不僅能夠?qū)⒒A知識點講解清楚，還能夠比較深入地剖析和拓展知識。如學生1在講解情境問題(1)時，不但從電極電勢的角度解釋了“為什么在酸性條件下氯酸鉀可以氧化碘單質(zhì)”，而且通過運用能斯特方程計算反應的平衡常數(shù)來說明反應進行的程度(圖2a)。這說明課前學習環(huán)節(jié)能讓學生充分發(fā)揮自主學習能力，并且能提高他們的知識遷移和應用能力。在聽取臺上的學生的匯報時，臺下的學生聚精會神、情緒飽滿。如學生2在同組的學生1發(fā)言結束后，糾正了學生1用來解釋問題(1)的化學方程式，指出“氯酸鹽只有在酸性條件下才具有較強的氧化性，才能促使氯酸鉀與碘反應得到碘酸鉀的反應的發(fā)生”(圖3a)。這充分體現(xiàn)了學生的團隊協(xié)作能力和批判思維能力。其他組的同學聽課時也興趣盎然、全神貫注。如學生3在講解情境問題(8)時提到，她查閱了一篇“用鹽酸代替高氯酸來進行碘酸鈣質(zhì)量分數(shù)測定實驗”的文獻，由此認為可以用鹽酸代替高氯酸進行反應(圖2b)。學生4由此對情境材料提出了疑問：“高氯酸具有易燃易爆的危險性質(zhì)，為何實驗中還要選用高氯酸(圖3b)？”學生的踴躍提問和質(zhì)疑反映出他們的學習積極性和批判思維能力在翻轉(zhuǎn)課堂中被充分調(diào)動起來。教師由此引導學生查閱高氯酸易燃易爆的原因和條件，并思考實驗過程中高氯酸的濃度、用量和使用條件是否達到了高氯酸的易燃易爆點。在此過程中教師也有機融入了思政元素：實驗安全不容忽視，但是只要我們嚴格把控反應條件，自覺遵循操作規(guī)范，化學實驗安全就能得到有效的保障。通過積極有趣的“生生互動”和“師生互動”，課堂氣氛活躍，學生展示充分，較好地貫徹了“學生中心”的教學理念。最后，教師在學生展示和討論結束后將重要知識點進行歸納和總結，幫助學生構筑正確且完整的知識體系。

3.2 學習效果分析

課堂教學結束后，全班25名學生的課前測試題、學習要求答題卡、小組展示PPT文檔和課后測試題全部回收。通過批閱和統(tǒng)計這些材料，我們發(fā)現(xiàn)學生在課前對于次碘酸的不穩(wěn)定性以及碘、碘酸和過氧化氫三者的氧化性大小沒有明確的概念，以至于在書寫方程式時出錯較多。而課后測試題中涉及這些知識點的題目，學生的答題效果有明顯的提升。填空題(1)的正確率從原先的24%上升到80%，填空題(2)從20%上升到84%，填空題(3)從44%上升到96%，這說明學生通過自主學習和課堂教學進行了查漏補缺，將知識點進行了有效內(nèi)化。除此之外，68%的學生對綜合推斷題的作答正確，說明大部分學生通過“知行合一”教學模式掌握了“鹵素含氧酸及其鹽”的重難點，并學會了對知識點進行遷移和應用，具備了一定綜合應用知識的能力。

3.3 教學反饋分析

我們從學習興趣、學習目標、自主學習能力和團隊意識等方面對“以實驗為情境” PBL協(xié)同下的翻轉(zhuǎn)課堂在“鹵素含氧酸及其鹽”教學中的應用進行了問卷調(diào)查，來進行教學反饋的分析，25份調(diào)查表全部回收。問卷調(diào)查結果如圖4所示。

圖4 問卷調(diào)查內(nèi)容及統(tǒng)計結果

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：(1) 100%的學生對翻轉(zhuǎn)課堂的實施持肯定態(tài)度。翻轉(zhuǎn)課堂有別于傳統(tǒng)教學，它改變了沉悶的說教模式，讓學生有更多參與課堂教學活動的機會[7]。同時，較為緊張的課堂氛圍也能充分調(diào)動學生的學習積極性。傳統(tǒng)課堂有其自身的優(yōu)勢，因此52%的學生希望將傳統(tǒng)課堂與翻轉(zhuǎn)課堂相結合來實施教學。(2) 學生通過各種途徑搜集資料來完成課前的學習任務，所有學生都閱讀了情境材料和教材中的相關內(nèi)容，絕大部分學生也借助了網(wǎng)絡來解決問題?！爸泻弦弧苯虒W模式的實施極大地調(diào)動了學生課前學習的主觀能動性，提高了他們分析問題和解決問題的能力。此外，小組學習模式有別于傳統(tǒng)的獨自學習模式，80%的學生與組員討論了學習要求中相關的問題，多種思維的碰撞讓學習變得不那么枯燥和艱難。(3) 68%的學生認為學習要求中的問題難度適中，但并不是所有問題都可以通過閱讀教材獲得有效解決，這使學生不得不調(diào)動自身的批判思維能力，通過知識的合理遷移來解決難題。(4) 80%以上的學生認為學習要求中的問題覆蓋了鹵素含鹽酸及其鹽的化學性質(zhì)，這表明情境材料與教學內(nèi)容具有很好的匹配度。(5) 通過此次教學，80%以上的學生認為自己的自主學習和分析問題的能力得到了有效提升，這正契合我們實施“知行合一”教學模式的目標。

3.4 教學反思

將“以實驗為情境”的PBL協(xié)同下的翻轉(zhuǎn)課堂應用于鹵族元素的教學實踐證明，“知行合一”教學模式是在“知而后行”教學模式基礎上的守正創(chuàng)新，具體感悟如下：

(1) “知行合一”教學流程應該具備以下元素：① 好的情境材料。好的情境材料應該與教學內(nèi)容深度契合。② 好的情境問題。好的情境問題應該能引導學生由點及面進行自主學習，能夠鍛煉學生篩選加工、歸納總結和遷移應用知識的能力。③ 好的教學設計。好的教學設計應該能體現(xiàn)“學生中心”的教學理念，突出“教學是教師引導下的學生學習、展示和評價的過程”。④ 有效的評價機制。完整科學的教學流程應該有可執(zhí)行的、全面合理的評價機制，以獲得有用的教學反饋[8-10]。

(2) 正確認識和處理好“知而后行”和“知行合一”兩種教學模式之間的關系。“知而后行”和“知行合一”教學模式都有其各自的優(yōu)點，都有其適應的教學范疇，兩者在教學過程中是相輔相成的。在教學設計中，教師應該根據(jù)具體的教學內(nèi)容對教學模式進行選取和整合，不應非此即彼，而應秉承構建知識目標和能力目標并重的、有趣、高效和優(yōu)質(zhì)的大學課堂的教學原則。

4 結語

“以實驗為情境”的PBL協(xié)同下的翻轉(zhuǎn)課堂是實施“知行合一”教學模式的有效途徑，能夠?qū)W習的決定權和主動權從教師轉(zhuǎn)移給學生，幫助學生拓展知識鏈條，構筑完整的知識體系。同時也能夠培養(yǎng)學生的自主學習能力、溝通表達能力、團隊協(xié)作能力、課件制作能力和批判思維能力，有效提升學生化學學科的核心素養(yǎng)。該教學模式是在傳統(tǒng)“知而后行”教學模式基礎上的守正創(chuàng)新，是有利于構建高效優(yōu)質(zhì)的大學課堂的一種教學范式。