程序性开放实验课程与教学模式——高校实践类课程改革的理论基础及实践研究之二

黄都 卢昕 赵书林 苏桂发

(广西师范大学化学化工学院 广西桂林 541004)

课程与教学模式是指教育教学工作者在长期的理论与实践探索中，逐步形成的一整套稳定、简洁的理念、目标、内容、方式和方法体系。当前，在教育研究领域，人们普遍关注的课程与教学建模研究，实质上是通过建模活动，来促进教师在实践与反思行动中理解、发现和发展教育教学理论，并进一步以有效理论指导实践达到提高教育教学质量、提升教师教学水平的目的。“程序性开放实验课程与教学”模式是我们根据多年的实践探索，针对分析化学基础性实验教学阶段提炼出来的，下文将以设计研究的基本方法为主线，从建模历程、实施效果和研究收益等3方面进行介绍。

1 建模历程

1.1 一个有意义的问题

2007年1～8月，我们思考了这样的问题：如何在有限的分析化学实验课学时里，通过课程、教学与评价设计，来促使学生减少机械操练，增加思维参与，从而提升创新意识和实践能力,感受分析化学的价值和意义，进而提高社会责任感、团队精神等素质。对于以上问题的剖析和洞察，我们分别从自上而下的教育学理论层面和自下而上的多年教学经验层面，提出了自己的观点和看法。

1.2 关于学与教的理论

针对上述问题，借助学习科学与教育学的最新理论，我们总结出了本研究的理论模型——真正有意义的学习总是发生在那些真实的、复杂的、具有挑战性的问题情境之中；学生对某一学科本质和内在价值的认识，是在相关真实问题解决过程中“体悟”出来的，而不是通过讲授或机械操练得到的。在此基础上，形成了本研究的基本假设，即基于该理论模型所设计出的有意义的分析化学实验探究过程，能切实提升学生的学习兴趣、创新意识和实践能力。

1.3 确定干预的关键因素

为克服人的思维惰性，需要借助一些干预因素。我们为此设计了学习过程引导工作单。依照从感性到理性、从简单到复杂的认知规律，将工作单上的整体学习任务分为3个阶段：感受性实验、形成性实验和拓展性实验[1]。每一个阶段的工作单在内容、目标和要求上既有关联性又有递进性。占据大量学时的第二阶段——形成性实验，将基本技能训练与问题意识和探究能力的培养进行整合，每一个实验中由教师或学生提出附加的小课题研究，由学习者自行设计研究方案并实施。经历3个学期的反复修订，工作单最终汇总形成具有结构性和可操作性的《分析化学实验探究指南》工作手册。我们将这种设计模型称为“程序性开放实验课程与教学设计模式”(表1)。

表1 分析化学程序性开放实验课程体系的结构与功能

将上述理念和框架转化为每一个工作单的内容，还需要进一步细化。以下是工作单的样例：

活动主题：我们可以怎样补钙——(各小组工作内容)

一、工作内容

项目依据：“钙”是人体重要的生命元素之一。如何补钙首先需要了解可直接或间接为人体提供钙源的物质，但这必须依赖于对相关物质钙含量的了解。

工作内容：根据兴趣自行选择一个具有高含量钙的样品，自行确定测定方案(鼓励创新)，完成其钙含量测定。并就如何补钙给出建议。

组织方式： 4人一组完成全部测定任务，共同提交工作单及活动报告 (另附)。

两个小组汇总全班测定结果，给出“补钙”的最佳选择——探究活动的最终结论。

二、反思与展望

1. 从方案制定到实施，小组成员经过努力成功解决了如下关键问题(至少2个)。

2. 本实验的最大收获。

3. 我们希望用类似的分析化学手段解决如下社会和生活中感兴趣的问题。

4. 我们特别希望充实如下知识。

5. 我们有话要对老师说(意见、建议、问题等)。

三、评价量表

评价内容评价细则赋分自评分教师评分备注研究方案(40分)科学合理,有效解决研究问题富于创造性,视需要灵活调整方案2020实验阶段(20分)统筹安排实验步骤、正确选用仪器正确、熟练的观察及操作技术整洁的实验区完整、真实的原始记录5555实验报告反思总结(40分)正确的数据处理、准确的分析结果及表达(表格设计、文字表述)合理、并有一定见解的研究结论积极反思实验的收获与不足201010总计100

上述工作单中的“反思与展望”和“评价量表”旨在引导学生明白在实验探究过程中应该在哪些方面做出更多的投入，同时，也为教师了解学生的学习情况提供信息。工作单的使用对教师提出了更高的要求，除必须熟知相关的理念和方法，还需要以专家、合作伙伴等多重角色来促进学生实施技能训练、问题探究和知识建构。

1.4 记录包括成功与失败的实施全过程

在整个建模历程中，设计的工作单记录了学生探究学习过程中资料收集、样品采集、测定方案、偶发问题及其解决、提出课题、知识技能学习期望、对教师的期望和自我评价等方面的信息。此外，教师的课程与教学设计主要是通过电子邮件来交换信息和意见，包括工作进程、工作单设计与修正、学生学习困难分析、教育教学理论探讨等，这些信息对反思整个设计研究的历程很有帮助。

1.5 实施过程中的迭代修正设计

迭代修正设计[2]的目的是使设计的学习工具更符合指导思想，更贴近学生学习心理发展规律和研究的需求。本研究中的形成性实验阶段的小课题研究部分，最初是由教师提出，之后由学生自己提出；研究内容可涉及理论或技术的多个方面。这部分内容设计需要根据实践进程中出现的问题不断调整应对措施，修正设计细节；但整个框架没有发生质的变化。

1.6 多维度描述变量

对变革的描述，需界定其本质定义和操作性定义。操作性定义实质上是对变量内涵的剖析和表达。例如，将学生操作技能层面存在的问题，分解为称量、定容、滴定、移液和终点控制等5个方面；对学生提出课题的水平，从合理性、可行性、研究性、创新性4方面来予以评估。

2 实施效果

(1) 通过研究，提升了学生的技能水平和探究式学习能力。实验班在滴定终点判断、分析方案设计、小课题研究、团队合作、对实验流程的清晰记忆等工作上要明显优于非实验班，而其他方面的操作水平与非实验班一致。其原因在于：实验班在每一个实验中都加入了研究成分，学生追求实验结果的精准意识更强，对实验过程的理解更深，探究能力明显强于非实验班。

(2) 通过设计研究，有效改变了学生的学习观。实验班与非实验班的学生普遍认为只有多做实验，才能提升技能。而且，两个群体的学生都倾向于在探究中学习，但实验班学生的倾向性显著高于非实验班。这是因为实验班的学生已经体验到程序性开放实验的探究兴趣和价值所在。实验班的多数学生对在分析化学实验时完全照着书上的方案做实验不再感兴趣，而非实验班的多数学生仍然认同这种学习方式。

(3) 基于设计研究，创造了有利于学生发挥创造力的学习环境，涌现出了个别学生的原创性课题研究。例如，05级一学生在一次研讨会中提出了滴定终点比色卡的设想，并带领一批07级学生，最终研发出产品滴定分析常用指示剂终点比色卡，已申请发明专利。

3 研究收益

通过研究，我们获得了关于学生学习心理、教师教学方法等方面的经验和知识，具体体现如下：

(1) 对开放性实验的理解：可从问题、条件、技术、方法、结果等多个要素来控制实验的开放性。判定某一学习环境是否实现真正的开放，可以通过观察学生是否“学然后知不足”，是否在学习过程遭遇棘手问题，是否可提出有价值的问题，是否生成更多的策略性知识。此外，不能因为开放性实验耗时长而随意减少实验数量。至于在一门课程学习中，学生需要做多少个实验才能达到“入门级别”，要根据学生水平、教学条件和任务难度而定。

(2) “嵌入性”评价设计模式：对学习和教学设计系统的评价，其根本目的不是在于评判出“好”、“中”、“差”，而是通过设计来有效发挥评价的诊断、促学和导学功能。嵌入性评价设计模式是将评价指标、评价结果与后续学习建议向学生讲解和公布，使学生明白在实验探究中哪些行为、思想和表达方式更重要，并沿此方向做出最大努力。

(3) 技能习得的时间问题：精密度和准确度要求颇高的操作技能，在短时间内达到专业水准具有一定难度。即使学习者熟知操作要领，但在有限次的操作训练中，多数学生仍难以维持稳定的高水平。通过对工作单中学生反映的操作方面问题进行的统计分析显示，技能方面的问题出现的频度和种类呈现不断波动的状态，直到学习结束仍有一些技术被学生认为不能让自己满意。这表明，默会性知识的习得主要依赖于在实践中的不断体悟。但各种不同难度的技术到底需要多少次的训练，还需要寻找更多有力的证据才能给出答案。

(4) 技能学习的情境条件：单纯机械操练与有意义环境(如我们所开发的程序性开放实验课程与教学模式)中的练习与运用所习得的技能水平并无显著差异性。但后者将使学习者的积极态度、探究能力、创造意识得到发展。而单一功能的技能操练式教学将失去培养学生创新意识、实验能力和社会责任感的大量时机，这样的教学，不能称为有效教学。

(5) 有效的合作学习发生的条件是什么？本研究表明，复杂性任务驱动的合作学习更能让学习者建构合作学习的策略、方法和价值，同时，也遭遇最多的关于有效合作的问题。我们所增加的小课题研究正是将原有经典实验的难度适当提高，这样促使合作学习成为他们完成这样的复杂任务所必须依赖的一种学习方式。

上述研究知识为我们进一步探索与实践奠定了基础，并将在今后的研究与实践中得到进一步完善。

1 黄都，卢昕，于青.高教论坛,2009(3):30

2 高文.学习科学的关键词.上海:华东师范大学出版社,2009