基于項目學習的有機化學實驗教學

李靖

摘 要：本文研究了基于項目的學習在有機化學實驗教學改革中的作用，針對傳統人才培養方式的不足，探討了如何通過基于項目的學習改進實驗課教學效果。本文在基于項目學習的一般理論指導下，針對有機化學實驗課程教學實際，通過問題驅動、聚焦目標、與人協作、創制作品的一系列有別于傳統的教學過程，給出了提高學生對知識的深層理解的一些措施。

關鍵詞：項目學習;有機化學;實驗教學

一、引言

當今世界，科技的發展日新月異，在不斷改善人們生活品質的同時，帶來的問題也越來越多，環境污染、全球變暖… …，而這眾多問題中很多是由化學工業的發展引起的，而要解決這些問題，也離不開化學科技的進步，以及大批具備高度科學素養，特別是化學素養的未來公民。但是在長期的教學實踐和相關調研中我們發現，傳統的以知識傳授為目的，以課堂灌輸為手段的教學模式在當前階段并不能很好的起到培養高素質人才的作用。在傳統教學形式下，學生學到的只是一些表層的知識，依靠學生自己進一步對接受到的知識進行吸收、整合，從而到達對知識的深層理解，但這一要求絕大多數學生難以獨立完成，導致培養出的學生缺乏利用所學知識解決問題、作出決策、進一步學習新觀念的能力，出現了大量高分低能，在就業市場缺乏競爭力，進而影響未來的工作生活的畢業生。

我們認為要改變這一現象，首先要打造一支具備現代教育理念，具有利用化學知識解決現實問題的思維意識和動手能力的高素質的師資隊伍。通過老師的引領示范作用，逐步增強教學中學生的參與度，幫助他們發展對重要觀念的深入理解，獲得整合知識，從而提高化學教育的質量。為了加強對師范生化學能力素質的培養，我們改進了師范生有機化學課程的教學模式，遵從基于項目學習的理論設計并實施教學，取得了良好效果。

二、理論基礎

主動建構。學習科學的研究發現，當學習者通過他們與世界的互動經驗主動建構意義時，深層理解才會發生。而僅僅通過教師、書籍、電腦的單向信息傳輸獲得的只能是表層知識。理解的發展深化是一個持續不斷的過程，它需要學習者根據獲得的新信息，新想法，從先有知識和經驗不斷建構及重構他們的理解。教師并不能將對知識的深層理解直接灌輸給學生，他們只有在探索周遭世界，觀察各種現象并與之互動的過程中，才能不斷吸收新思想、建立新觀念，構建自己的認識和理解。

情境學習。學習科學的研究表明，學習者身處真實情景之中時的學習最有效。對于化學課而言，我們發現當學習者在實驗室做化學實驗，或者系統觀察化學現象，并依據觀察數據做出結論時，她們的學習效率更高。情境學習要求學生參與到科學實踐中去，包括設計方案，解釋數據，構建模型，闡述觀點，體驗科學研究的全過程。情境學習的優勢在于，學生易于看到學習活動的價值和意義。當學生被動按照教科書上的步驟重復一個實驗時，其效果并不比課堂學習好多少，只有當學生自主設計調查方案，用調查結果回答一個對自己和社會都有意義的問題時，他才能體會到科學在解決現實中的方式和意義。情境學習的另一個優勢在于，學習者可以將獲得的經驗應用到更多的情境中去。我們發現學生通過背誦得到的無意義、無情境的知識很難被學生應用到新的情境中去，而學生在有意義的情境中獲得的知識更容易在新的情境中得到應用，進而加深對知識的理解。

社會交互。學習科學的一個重大發現是社會交互對學習的重要作用。最好的學習往往源自教師、學生、社區成員在共同的情境活動中建構和分享知識，在分享、應用、交流討論的過程中，學習者更容易獲得對知識的深層理解。

認知工具。學習科學的研究表明，認知工具在學習過程中有重要作用，如圖表、數據分析軟件、數據可視化軟件等等。很多任務沒有合適軟件工具的幫助是無法完成的。我們要求學生掌握幫助完成下述任務的軟件工具：1. 實驗數據的收集與處理;2.實驗數據可視化;3.設計、構建、檢驗模型;4.展示實驗結果和結論。

三、基于項目的實驗教學的做法

我們認為傳統有機化學實驗教學方式的問題在于淺層次的覆蓋了眾多主題，教學中心放在對知識術語的了解上，缺乏對真實世界中的問題現象的連貫解釋，沒有為學生提供利用所學知識親身解釋各種科學現象的機會。即便在教學中加入了實驗環節，但這種實驗也是一種“菜譜”式的過程，學生只要按部就班的去做即可，無助于學生深化理解。針對上述問題，在學習理論的指導下，結合我們的教學實踐，我們認為改進有機化學教學效果的核心挑戰在于如何在課堂中營造一種利用科學方式解決實際問題的情境，為學生提供探究真實而有意義的問題的機會，讓學生體驗到科學家實際研究過程是什么樣的。想要達成上述目標，我們認為要做好以下幾點。

問題驅動。基于項目學習的標志性特點是問題驅動式的學習。一個對學習者而言有意義且重要的問題是基于項目學習的核心。在設計每個課堂實驗時，我們以某個真實情境為錨點（anchor），用對學生意義的問題來組織并推動項目的前進，學生在給定的情境中可以探究學習的目的，并進行科學實踐，這樣可以使的整個學習過程連貫、一致。好的驅動問題可以激發學生學習的欲望，教師應維持學生對驅動問題的注意力，并將學生探究的各個觀點聯系起來。一個好的問題具有以下特點：1.可行性：與學生當前的認知水平相適應，學生能夠憑借自身的能力設計方案、操作實驗、回答問題;2.價值性：包含豐富的化學知識，符合科學家研究的方式;3.情境性：真實而有重要價值的情境;4.意義性：問題應對學習者有意義且重要;5.道德性，實驗內容不應對個人和環境造成危害。

通常課程的前半部分我們向學生提供設計好的問題，而后半部分我們和學生一起選擇更為他們所關心的問題，共同設計驅動問題。

聚焦教學目標。教學大綱規定了學生應達到的科學水準及相應的評價標準。為了使得基于項目的學習課程符合教學大綱所提出的要求，我們用學習績效細化了教學大綱的要求。我們將學習績效看作設計驅動問題、任務和評價的指南。1.從課程大綱中選出重要的觀念，包括概念、思想、方法等。在設計基于項目的學習環境時，確保學生聚焦于這些重點的觀念。為此，我們首先選取核心觀念，然后剖析核心觀念，最后設計用于檢查學生是否達到認知目標的學習績效;2.接著我們將核心觀念分解為更基本的組成部分，確定哪些部分是在課程設計中必須加以考慮的本質內容，并在這一過程中不斷深化對核心觀念的認識;3.我們編寫了用于衡量學生對核心觀念的掌握程度的學習績效手冊，其中給出了各種程度學生所應具備的學習表現。

與他人協作。我們會要求學生對他人的觀點進行評價，提供反饋。幫助學生在與他人的協作中分享對科學觀念的理解。學生在課堂中往往不會自發的與他人協作，這就需要老師發展他們與人合作的技能。包括傾聽、尊重他人的見解。由于學生缺少合作的技巧和經驗，因此老師的全程指導對學生建立合作關系就顯得格外重要。我們要求學生首先寫成他們的觀點，然后和同伴一起對比各自的觀點，并闡述觀點間的異同。在這一過程中培養協作能力。

創制作品。學習科學的研究表明學生學習最有效率的時刻是他們創制作品時，學習者的創制品是他們知識建構的外在表現。學生的作品包括化學制成品，調查報告，研究論文等等。對學生創制品的關注，源于以下幾方面的考慮：1.學生思考、創作作品的過程，也是他們不斷的建構與重構他們對知識的理解的過程，是主動運用科學思想方法的過程。2.學習過程不是一個線性的、行知分離的過程。不應只圍繞一些單獨的、細小的知識點來評價學生的認知水平。通過學生的創作品，教師可以從一個更高的認知層次對學生掌握認知目標的程度進行整體的，全面的評價。3.由于學生需要公開展示他們的作品，因此這會激勵學生創制可以被他人理解的作品。同時由于作品是直觀而具體的，因此易于得到他人清晰的反饋。

四、挑戰與機遇

我們面臨的主要挑戰在于學生習慣了講授-接受模式的課堂文化，一開始并不愿花力氣主動探究，而是坐等老師告訴他們正確答案，教師有時也不自覺的會回到舊的教學套路，直接告訴學生答案。我們需要將觀念的轉變貫穿于整個課程教學。想要克服舊的教學模式的影響，教師必須堅信“如何才能真正促進學生的理解力”。

在教學設計過程中，我們面臨的主要挑戰在于：1. 如何引導學生處理真實情境下可能遇到的各種復雜問題，這些問題可能教師本人都未曾遇到過，也不知如何解決;2. 如何讓學生領會通過這些實驗所要傳遞的基本原理、基本能力;3. 如何協調所需的大量時間和資源。

針對上述問題，我們在教學設計中遵循以下基本原則：1. 努力將實驗整合到課程中，讓學生帶著目的去學，通過有意義的實驗激發學生學習基本原理的興趣，通過基本原理的學習運用解決實驗中遇到的問題。這要求我們精心選擇和教學內容相配套的實驗題目。2. 盡最大程度減少實驗題目的復雜性，并為學生提供腳手架，幫助他們解決核心要素意外的困難，是學生的精力主要投放在希望學生掌握的關鍵點上。

雖然有了基本原則，但如何實現上述想法是一個需要不斷探索，不斷完善的過程。基于項目的學習是今后我們教學改革的重要支點，值得我們繼續深入研究。

參考文獻：

[1]Atkin， J. M.， & Coffey， J. E. （2003）. Everyday assessment in the science classroom （sci- ence educators essay collection）. Arlington， VA： National Science Teachers Associations.