程序性開放實驗課程與教學模式
——高校實踐類課程改革的理論基礎及實踐研究之二

黃都 盧昕 趙書林 蘇桂發

(廣西師范大學化學化工學院 廣西桂林 541004)

課程與教學模式是指教育教學工作者在長期的理論與實踐探索中，逐步形成的一整套穩定、簡潔的理念、目標、內容、方式和方法體系。當前，在教育研究領域，人們普遍關注的課程與教學建模研究，實質上是通過建模活動，來促進教師在實踐與反思行動中理解、發現和發展教育教學理論，并進一步以有效理論指導實踐達到提高教育教學質量、提升教師教學水平的目的。“程序性開放實驗課程與教學”模式是我們根據多年的實踐探索，針對分析化學基礎性實驗教學階段提煉出來的，下文將以設計研究的基本方法為主線，從建模歷程、實施效果和研究收益等3方面進行介紹。

1 建模歷程

1.1 一個有意義的問題

2007年1～8月，我們思考了這樣的問題：如何在有限的分析化學實驗課學時里，通過課程、教學與評價設計，來促使學生減少機械操練，增加思維參與，從而提升創新意識和實踐能力,感受分析化學的價值和意義，進而提高社會責任感、團隊精神等素質。對于以上問題的剖析和洞察，我們分別從自上而下的教育學理論層面和自下而上的多年教學經驗層面，提出了自己的觀點和看法。

1.2 關于學與教的理論

針對上述問題，借助學習科學與教育學的最新理論，我們總結出了本研究的理論模型——真正有意義的學習總是發生在那些真實的、復雜的、具有挑戰性的問題情境之中；學生對某一學科本質和內在價值的認識，是在相關真實問題解決過程中“體悟”出來的，而不是通過講授或機械操練得到的。在此基礎上，形成了本研究的基本假設，即基于該理論模型所設計出的有意義的分析化學實驗探究過程，能切實提升學生的學習興趣、創新意識和實踐能力。

1.3 確定干預的關鍵因素

為克服人的思維惰性，需要借助一些干預因素。我們為此設計了學習過程引導工作單。依照從感性到理性、從簡單到復雜的認知規律，將工作單上的整體學習任務分為3個階段：感受性實驗、形成性實驗和拓展性實驗[1]。每一個階段的工作單在內容、目標和要求上既有關聯性又有遞進性。占據大量學時的第二階段——形成性實驗，將基本技能訓練與問題意識和探究能力的培養進行整合，每一個實驗中由教師或學生提出附加的小課題研究，由學習者自行設計研究方案并實施。經歷3個學期的反復修訂，工作單最終匯總形成具有結構性和可操作性的《分析化學實驗探究指南》工作手冊。我們將這種設計模型稱為“程序性開放實驗課程與教學設計模式”(表1)。

表1 分析化學程序性開放實驗課程體系的結構與功能

將上述理念和框架轉化為每一個工作單的內容，還需要進一步細化。以下是工作單的樣例：

活動主題：我們可以怎樣補鈣——(各小組工作內容)

一、工作內容

項目依據：“鈣”是人體重要的生命元素之一。如何補鈣首先需要了解可直接或間接為人體提供鈣源的物質，但這必須依賴于對相關物質鈣含量的了解。

工作內容：根據興趣自行選擇一個具有高含量鈣的樣品，自行確定測定方案(鼓勵創新)，完成其鈣含量測定。并就如何補鈣給出建議。

組織方式： 4人一組完成全部測定任務，共同提交工作單及活動報告 (另附)。

兩個小組匯總全班測定結果，給出“補鈣”的最佳選擇——探究活動的最終結論。

二、反思與展望

1. 從方案制定到實施，小組成員經過努力成功解決了如下關鍵問題(至少2個)。

2. 本實驗的最大收獲。

3. 我們希望用類似的分析化學手段解決如下社會和生活中感興趣的問題。

4. 我們特別希望充實如下知識。

5. 我們有話要對老師說(意見、建議、問題等)。

三、評價量表

評價內容評價細則賦分自評分教師評分備注研究方案(40分)科學合理,有效解決研究問題富于創造性,視需要靈活調整方案2020實驗階段(20分)統籌安排實驗步驟、正確選用儀器正確、熟練的觀察及操作技術整潔的實驗區完整、真實的原始記錄5555實驗報告反思總結(40分)正確的數據處理、準確的分析結果及表達(表格設計、文字表述)合理、并有一定見解的研究結論積極反思實驗的收獲與不足201010總計100

上述工作單中的“反思與展望”和“評價量表”旨在引導學生明白在實驗探究過程中應該在哪些方面做出更多的投入，同時，也為教師了解學生的學習情況提供信息。工作單的使用對教師提出了更高的要求，除必須熟知相關的理念和方法，還需要以專家、合作伙伴等多重角色來促進學生實施技能訓練、問題探究和知識建構。

1.4 記錄包括成功與失敗的實施全過程

在整個建模歷程中，設計的工作單記錄了學生探究學習過程中資料收集、樣品采集、測定方案、偶發問題及其解決、提出課題、知識技能學習期望、對教師的期望和自我評價等方面的信息。此外，教師的課程與教學設計主要是通過電子郵件來交換信息和意見，包括工作進程、工作單設計與修正、學生學習困難分析、教育教學理論探討等，這些信息對反思整個設計研究的歷程很有幫助。

1.5 實施過程中的迭代修正設計

迭代修正設計[2]的目的是使設計的學習工具更符合指導思想，更貼近學生學習心理發展規律和研究的需求。本研究中的形成性實驗階段的小課題研究部分，最初是由教師提出，之后由學生自己提出；研究內容可涉及理論或技術的多個方面。這部分內容設計需要根據實踐進程中出現的問題不斷調整應對措施，修正設計細節；但整個框架沒有發生質的變化。

1.6 多維度描述變量

對變革的描述，需界定其本質定義和操作性定義。操作性定義實質上是對變量內涵的剖析和表達。例如，將學生操作技能層面存在的問題，分解為稱量、定容、滴定、移液和終點控制等5個方面；對學生提出課題的水平，從合理性、可行性、研究性、創新性4方面來予以評估。

2 實施效果

(1) 通過研究，提升了學生的技能水平和探究式學習能力。實驗班在滴定終點判斷、分析方案設計、小課題研究、團隊合作、對實驗流程的清晰記憶等工作上要明顯優于非實驗班，而其他方面的操作水平與非實驗班一致。其原因在于：實驗班在每一個實驗中都加入了研究成分，學生追求實驗結果的精準意識更強，對實驗過程的理解更深，探究能力明顯強于非實驗班。

(2) 通過設計研究，有效改變了學生的學習觀。實驗班與非實驗班的學生普遍認為只有多做實驗，才能提升技能。而且，兩個群體的學生都傾向于在探究中學習，但實驗班學生的傾向性顯著高于非實驗班。這是因為實驗班的學生已經體驗到程序性開放實驗的探究興趣和價值所在。實驗班的多數學生對在分析化學實驗時完全照著書上的方案做實驗不再感興趣，而非實驗班的多數學生仍然認同這種學習方式。

(3) 基于設計研究，創造了有利于學生發揮創造力的學習環境，涌現出了個別學生的原創性課題研究。例如，05級一學生在一次研討會中提出了滴定終點比色卡的設想，并帶領一批07級學生，最終研發出產品滴定分析常用指示劑終點比色卡，已申請發明專利。

3 研究收益

通過研究，我們獲得了關于學生學習心理、教師教學方法等方面的經驗和知識，具體體現如下：

(1) 對開放性實驗的理解：可從問題、條件、技術、方法、結果等多個要素來控制實驗的開放性。判定某一學習環境是否實現真正的開放，可以通過觀察學生是否“學然后知不足”，是否在學習過程遭遇棘手問題，是否可提出有價值的問題，是否生成更多的策略性知識。此外，不能因為開放性實驗耗時長而隨意減少實驗數量。至于在一門課程學習中，學生需要做多少個實驗才能達到“入門級別”，要根據學生水平、教學條件和任務難度而定。

(2) “嵌入性”評價設計模式：對學習和教學設計系統的評價，其根本目的不是在于評判出“好”、“中”、“差”，而是通過設計來有效發揮評價的診斷、促學和導學功能。嵌入性評價設計模式是將評價指標、評價結果與后續學習建議向學生講解和公布，使學生明白在實驗探究中哪些行為、思想和表達方式更重要，并沿此方向做出最大努力。

(3) 技能習得的時間問題：精密度和準確度要求頗高的操作技能，在短時間內達到專業水準具有一定難度。即使學習者熟知操作要領，但在有限次的操作訓練中，多數學生仍難以維持穩定的高水平。通過對工作單中學生反映的操作方面問題進行的統計分析顯示，技能方面的問題出現的頻度和種類呈現不斷波動的狀態，直到學習結束仍有一些技術被學生認為不能讓自己滿意。這表明，默會性知識的習得主要依賴于在實踐中的不斷體悟。但各種不同難度的技術到底需要多少次的訓練，還需要尋找更多有力的證據才能給出答案。

(4) 技能學習的情境條件：單純機械操練與有意義環境(如我們所開發的程序性開放實驗課程與教學模式)中的練習與運用所習得的技能水平并無顯著差異性。但后者將使學習者的積極態度、探究能力、創造意識得到發展。而單一功能的技能操練式教學將失去培養學生創新意識、實驗能力和社會責任感的大量時機，這樣的教學，不能稱為有效教學。

(5) 有效的合作學習發生的條件是什么？本研究表明，復雜性任務驅動的合作學習更能讓學習者建構合作學習的策略、方法和價值，同時，也遭遇最多的關于有效合作的問題。我們所增加的小課題研究正是將原有經典實驗的難度適當提高，這樣促使合作學習成為他們完成這樣的復雜任務所必須依賴的一種學習方式。

上述研究知識為我們進一步探索與實踐奠定了基礎，并將在今后的研究與實踐中得到進一步完善。

1 黃都，盧昕，于青.高教論壇,2009(3):30

2 高文.學習科學的關鍵詞.上海:華東師范大學出版社,2009