結合化感實驗進行化學課程的探究與項目教學

江貴波，陳少雄，黃丹瑩，詹偉宏，林凱城

(揭陽職業技術學院化工系，廣東揭陽522000)

當前，世界各國正興起一場新的教育改革的浪潮，探究性教學和項目教學的改革是其中心內容之一。各國對探究性教學和項目教學的改革都給予高度重視，并取得了重大的進展。特別是德國和英國職業教育，項目教學法均結合各自的國情，打造出了自身的職業教育特色［1］;而歐美各國紛紛倡導“主題探究”活動，臺灣推行的新課程體系中“十大能力”的第九條就是“激發主動探究和研究的精神”。20世紀80年代以來，世界各國的課程改革都把學習方式的轉變視為重要內容，這應引起高度的重視和密切的關注。為此，在明確高職院校探究性教學和項目教學法內涵的基礎上，著重探討利用化感作用進行化學探究的項目教學法的新嘗試。

1 基本內涵及理論基礎

1.1 化感作用 化感作用(allelopathy)也叫他感作用、俗稱相生相克作用，是指植物通過產生并釋放到周圍環境中的化學物質對鄰近其他植物產生直接或間接的抑制或促進的作用。化感作用的媒質是植物產生的次生代謝物質，又稱化感物質(Allelochemicals)，它的收集是化感作用研究中一個重要的環節，關系到化感作用大小的確定，化感物質的分離、鑒定以及化感作用機理的研究［2］。化感作用廣泛存在于自然界中，是生態系統中植物之間相互作用和植物適應環境的一種重要生態機制，是生態學與化學相互交叉形成的新研究領域。當前，植物間的化感作用研究引起了科學家們的高度重視，利用植物化感作用管理雜草前景廣闊。化感作用研究對于雜草的管理、人工復合群落的設計、農作物合理間套作、促進農業增產、開發新型天然除草劑和農業可持續發展具有重要的意義。化感作用已成為化學生態學最活躍的研究領域之一［3－6］。

1.2 探究性教學 “探究”就是“探索與研究”，美國的NSES(National Science Education Standards，國家科學教育標準)對探究的定義是多層面的活動，包括觀察、提出問題、制定調查研究計劃、根據實驗證據對已有的結論作出評價、用工具收集分析解釋數據、提出解答解釋和預測、交流結果，并將探究能力的培養列為重要的課程目標［7］。國內當前課程改革強調學習方式的轉變，設置探究性學習，改變學生單純、被動地接受教師知識傳輸的學習方式，構建開放的學習環節，為學生提供獲取知識的多種渠道以及將所學知識加以綜合應用的機會。化學新課程教學實施的新理念是以體驗探究過程和培養探究能力為核心，科學探究作為課程改革的突破口，是這門新課的一個亮點，它使學生由“坐”著學科學，變為“做”著學科學［8］。探究式教學就是學生在教師引導下，通過自己的試探與求索、總結與概括，獲得經驗與體驗，發展智慧與能力，形成積極的情感態度和價值觀的教學實踐活動。

1.3 項目教學法 項目教學法萌芽于歐洲的勞動教育思想，最早的雛形是18世紀歐洲的工讀教育和19世紀美國的合作教育，經過發展到20世紀中后期逐漸趨于完善，并成為一種重要的理論思潮。

項目教學法是通過“項目”的形式進行教學，是一種典型的“以學生為中心”的教學方法。項目教學法就是學生在教師的指導下親自處理一個項目的全過程，在這一過程中學習掌握教學計劃內的教學內容，學生全部或部分獨立組織、安排學習行為，學生自己解決在處理項目中遇到的困難，收集信息，設計方案，實施項目及最終評價項目，都由學生自己負責，學生通過項目探究，了解并把握整個過程及每一個環節中的基本要求，提高了學生的興趣，自然能調動學習的積極性。項目教學法是德國行動導向教學法的一種組織形式，是一種被驗證了的，尤其適合職業教育的教學方法［1］。項目教育模式是建立在工業社會、信息社會基礎上的現代教育的一種形式，也是為社會培養實用型人才為直接目的的一種人才培養模式。

2 項目探究模式

2.1 創設情境 教學情境是指知識在其中得以存在和應用的環境背景或活動背景，學生要學習的知識不但在于其中，而且得以在其中應用的教學活動［9］。教學情境是教師在教學過程中創設的情感氛圍，也指具有一定情感氛圍的教學活動，一種使心智保持開放狀態的學習方式，是一種思維上的獨特修煉。教學情境是課堂教學最基本的要素，創設教學情境是教師的一項常規教學工作，創設有價值的教學情境則是教學改革的重要追求。孔子說:“不憤不啟，不悱不發，舉一隅不以三隅反，則不復也。”這在肯定啟發作用的情況下，尤其強調了啟發前學生進入學習情境的重要性。本研究利用多媒體課件或視頻展示自然界中一些植物的化感作用現象或帶學生在校園中親自體驗大自然的化感作用這一植物間的相生相克的自然現象，在教師的引導下進行情境教學，充分調動學生學習的主動性和積極性，啟發學生的思維，開發學生的智力，提高課堂教學效率。

2.2 任務要求

2.2.1 師生任務 教師任務:教師需做大量前期工作，包括保證探究項目工作所需的場地、用品和時間;了解學生對要探究項目的知識基礎和探究能力等。

學生任務:劃分項目探究小組，每小組的人數可根據實際而定;確定小組項目探究的宗旨;項目探究前，組內自主確定特定角色:如組長、探究各環節人員的定位、計時員和演講者等。

2.2.2 項目探究要求 項目探究時間要求:本項目探究分5組，時間設置如表1。

表1 項目探究時間安排

成果海報特別要求:結合情景，利用規定的材料，完成項目探究，寫出項目探究完成的流程，并展示成果進行交流與討論。

2.3 實施步驟

項目探究性教學通常以小組形式進行，以“情境創設”為前提，以“問題”為核心，以“猜想”、“假設”作橋梁，以“思考”、“討論”作手段，以“計劃、方案”作保障，以“實驗、推理”為途徑，以“發現”、“創新”為目的。受訓者有創造性地、獨立地、參與性地、自我負責地完成任務，通過調查、實驗及研究等行為，逐步解決項目探究性的關鍵性問題，其實施的步驟和流程如圖1所示。

2.3.1 提出問題 “問題”是項目探究性教學的核心，提出問題要根據實際情況，不能過于簡單，但也不能過于復雜，要設置必要的懸念與障礙，使探究的內容有一定的思維容量、梯度和難度，促使學生形成渴望排疑解難，尋根究底的強烈愿望，逐漸從“有疑必問”過渡到“自疑自解”。本研究先從創設的情境入手，讓學生在感受自然界的神奇之中提出問題:“看到這些植物你想到什么?”、“為何有的植物周圍是雜草叢生，有的則是群落中的優勢種，甚至構成單優群落?”、“植物受欺負(入侵)怎么辦?”、“植物沒有手也沒有腳，會打架嗎?如何打?怎么打?”、“如何通過實驗證明它們在打架”…… 接下來，圍繞這一系列的問題一環緊扣一環展開項目探究，教師逐步引導，使探究的問題更為集中、更深入、更加接近科學，從而把學生導向科學探究，使學生能夠從中體驗探究的樂趣。

2.3.2 猜想與假設 提出假設是項目探究式教學的一個重要環節。在整個過程中，不同層次的學生可能各有不同的猜想或假設，教師要善于引導學生從各個不同角度進行分析、比較、綜合、類推，使學生思維活躍，積極思考，合作交流和討論，主動地或在他人的啟發下，結合所創設的問題提出可能的猜想或假設，并圍繞假設進行推理，依據已有的知識和經驗對猜想或假設作初步論證，以便得出與問題最接近或最有可能的答案或結論.在這一過程中，學生結合問題和情境，提出以下猜想或假設:①植物可能通過“化學武器(生成化學物質)”抵制“入侵”;②“化學武器”可能存在于植物的根、莖、葉、花、果實或種子中;③“化學武器”(化感物質)可能通過揮發、淋溶、分泌、腐釋等途徑釋放等。

圖1 項目探究的步驟和流程

2.3.3 制定計劃，設計方案 提出猜想或假設后，制定恰當的計劃，設計合理的方案是解決問題中很關鍵的一步，是解決問題的實質性步驟。學生要在教師指導下，通過思考、查閱書籍或上網檢索相關資料，通過小組討論等方式，提出項目探究計劃，設計項目實驗方法，形成項目探究方案。實驗方案可由同學們自行設計，老師指導修改，盡量使要探究的具體問題設計成簡單的、可操作的化學實驗方案。制定方案是培養和提高學生文字表達能力、實驗設計能力和理論聯系能力環節，是項目探究性教學中不可缺少的重要環節。學生制定計劃和設計方案如表2:

表2 制定計劃和設計方案

2.3.4 收集證據，實驗論證 為驗證假設，可引導學生從實驗論證，也可以從理論推導，或者是實驗論證和理論論證的交叉融合。實驗論證是用實驗對假設進行驗實或驗偽，是讓學生體驗和感受科學學習的過程，是以方法學習為主要目的的實驗技能訓練;理論推導則是一種想象力和思維能力的訓練。在制定計劃和設計方案之后，學生可以進行證據收集和實驗論證。收集方法很多，可從查閱書籍或上網檢索相關資料，從前人已有的研究成果收集，也可以咨詢教師、專家或與伙伴協商交流獲得實證資料。也可通過實驗、觀察和試驗獲取可以幫助他們解釋和評價科學性問題的證據，在項目探究中根據實證資料作出對“植物可能通過‘化學武器(生成化學物質)’抵制‘入侵’”這一化感現象的科學解釋。

2.3.5 解釋與結論 通過實驗論證，若從實驗現象得出的結論與假設相一致，則教師可以引導學生根據事實證據、邏輯關系和推理，找到探究項目的因果關系，盡量將自然或實驗室觀察的結果與已有的知識聯系起來，形成科學的解釋，對探究問題做出合理的回答。當然，若探究過程中遇到實驗事實與假設不符的情況，教師要善于引導學生質疑、討論和交流，找出失敗的原因，通過反證也可以獲得結論。這樣，可以讓學生真正體會到由感性認識上升到理性認識的成功，培養學生科學抽象的能力。

2.3.6 交流評價，成果展示 交流評價、成果展示不僅是建構主義學習理論的要素，也是基于問題解決的項目探究式教學模式的一個重要環節。在這個環節中，每個小組一個或多個代表以海報展示并以演講的方式明確地表述項目探究過程和結果，通過向全體人員展示成果，與他人進行交流和討論.與他人交流討論時，既培養學生敢于發表自己的觀點，又善于傾聽別人的意見，有助于學生學會合作，形成良好的人際關系。通過比較別人的解釋來評價自己的解釋，評價是對項目結果的理論性深化，教師要讓學生有意識將理論和實踐聯系起來。也可通過討論和交流來比較各自的研究結果，既可以為其他人提供提問問題、檢驗實證材料、找出錯誤的推理、提出實證資料所不能證明的表述以及根據同一觀察資料提出其他不同解釋的機會。交流結果能夠引入新問題，或者加強在實證資料與已有的科學知識以及學生提出的解釋之間已有的聯系。這樣，可以讓學生能夠解決交流中遇到的矛盾，進一步確定以實證為基礎的論證方法。

2.3.7 整合、遷移和應用 遷移就是將探究項目的結果運用到新的或類似的探究項目中去，是項目探究教學法的一個重要目標。教育心理學之父桑代克對學習的遷移提出了相同要素說，認為只有當兩種學習在某些方面有相同之處時，才有可能進行遷移，并且兩種情境相同的因素越多，遷移的可能性就越大。在項目探究式教學活動中，教師要有意識地引導學生發現不同知識之間的共同點，啟發學生進行概括，指導學生運用已學到的原理、知識去解決具體問題，要求學生將所學的知識舉一反三，促進積極信息的遷移。當然，學生當遇到情境不同時，教師要盡可能地創設相同的情境，引導學生克服思維定勢，正確有效地引導學生把所學知識快速、準確地遷移到新情境和新問題中去。

3 結語

項目探究教學法是一個人人參與的探究學習過程，注重的不是最終的結果，而是完成項目探究的過程。而化感作用是化學生態學的一個跨專業熱點問題，對于化學或生物專業的學生來說，可以說是從未接觸或接觸不多，所以，在項目探究活動中，學生興趣高漲，參與意識十分強烈。

利用化感作用進行項目探究教學最顯著的特點是“以項目探究為主線、教師為主導、學生為主體”，是學生積極參與進行探究，將教學與項目研究相結合的教學方法。這種教學不再是簡單的讓學生按照教師的安排和講授去獲得知識，而是在教師的引導下，學生自己通過項目探究尋找結果的途徑，最終掌握這些知識，并創造性發現問題，培養學生解決問題的能力。同時對項目探究過程進行展示和評價，學習的重點在學習的探究過程而非學習的最終結果。教師從單純的知識傳遞者變為學生學習的引導者、組織者、監督者和促進者，完全改變了以往“教師講，學生聽”的被動教學模式。在項目探究過程中，學生掌握了許多實用的知識和技術，體驗探究和創新的艱辛與樂趣，培養主動積極分析問題和解決問題的思想和方法，極大地鍛煉了他們的觀察能力、知識運用能力、自主學習能力、分析能力、協調能力、團隊合作能力和創新能力，創造了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式。對職業學校、職業教育來說，項目探究教學法有其獨特的優勢，通過實施項目探究教學法，建立全新的課程理念，逐步完善和革新整合學校課程體系，提升學校的辦學思想和辦學目標無疑是一項新舉措，應進一步總結提高，揚長補短，大力試用推廣。

［1］李津軍.借鑒項目教學法應注意的問題［J］.天津職業院校聯合學報，2011，13(4):28－31.

［2］江貴波，曾任森.化感物質及其收集方法綜述［J］.河南農業科學，2006(6):24－27.

［3］江貴波，陳少雄，黃丹瑩等.幾種植物水提液對雜草幼苗生長的化感作用［J］.江蘇農業學報，2010，26(2):292－295.

［4］彭少麟，邵華.化感作用的研究意義及發展前景［J］.應用生態學報，2001，12(5):780－786.

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［7］National Research Council.(1996).The National Science Education Standards.Washington DC:National Academy Press.p.23.

［8］彭素英.初中化學探究式教學初探［J］.內江師范學院學報，2009(24):416，420.

［9］劉知新.化學教學論(第四版)［M］.北京:高等教育出版社，2009:135－136.