基于项目学习的有机化学实验教学

李靖

摘 要：本文研究了基于项目的学习在有机化学实验教学改革中的作用，针对传统人才培养方式的不足，探讨了如何通过基于项目的学习改进实验课教学效果。本文在基于项目学习的一般理论指导下，针对有机化学实验课程教学实际，通过问题驱动、聚焦目标、与人协作、创制作品的一系列有别于传统的教学过程，给出了提高学生对知识的深层理解的一些措施。

关键词：项目学习;有机化学;实验教学

一、引言

当今世界，科技的发展日新月异，在不断改善人们生活品质的同时，带来的问题也越来越多，环境污染、全球变暖… …，而这众多问题中很多是由化学工业的发展引起的，而要解决这些问题，也离不开化学科技的进步，以及大批具备高度科学素养，特别是化学素养的未来公民。但是在长期的教学实践和相关调研中我们发现，传统的以知识传授为目的，以课堂灌输为手段的教学模式在当前阶段并不能很好的起到培养高素质人才的作用。在传统教学形式下，学生学到的只是一些表层的知识，依靠学生自己进一步对接受到的知识进行吸收、整合，从而到达对知识的深层理解，但这一要求绝大多数学生难以独立完成，导致培养出的学生缺乏利用所学知识解决问题、作出决策、进一步学习新观念的能力，出现了大量高分低能，在就业市场缺乏竞争力，进而影响未来的工作生活的毕业生。

我们认为要改变这一现象，首先要打造一支具备现代教育理念，具有利用化学知识解决现实问题的思维意识和动手能力的高素质的师资队伍。通过老师的引领示范作用，逐步增强教学中学生的参与度，帮助他们发展对重要观念的深入理解，获得整合知识，从而提高化学教育的质量。为了加强对师范生化学能力素质的培养，我们改进了师范生有机化学课程的教学模式，遵从基于项目学习的理论设计并实施教学，取得了良好效果。

二、理论基础

主动建构。学习科学的研究发现，当学习者通过他们与世界的互动经验主动建构意义时，深层理解才会发生。而仅仅通过教师、书籍、电脑的单向信息传输获得的只能是表层知识。理解的发展深化是一个持续不断的过程，它需要学习者根据获得的新信息，新想法，从先有知识和经验不断建构及重构他们的理解。教师并不能将对知识的深层理解直接灌输给学生，他们只有在探索周遭世界，观察各种现象并与之互动的过程中，才能不断吸收新思想、建立新观念，构建自己的认识和理解。

情境学习。学习科学的研究表明，学习者身处真实情景之中时的学习最有效。对于化学课而言，我们发现当学习者在实验室做化学实验，或者系统观察化学现象，并依据观察数据做出结论时，她们的学习效率更高。情境学习要求学生参与到科学实践中去，包括设计方案，解释数据，构建模型，阐述观点，体验科学研究的全过程。情境学习的优势在于，学生易于看到学习活动的价值和意义。当学生被动按照教科书上的步骤重复一个实验时，其效果并不比课堂学习好多少，只有当学生自主设计调查方案，用调查结果回答一个对自己和社会都有意义的问题时，他才能体会到科学在解决现实中的方式和意义。情境学习的另一个优势在于，学习者可以将获得的经验应用到更多的情境中去。我们发现学生通过背诵得到的无意义、无情境的知识很难被学生应用到新的情境中去，而学生在有意义的情境中获得的知识更容易在新的情境中得到应用，进而加深对知识的理解。

社会交互。学习科学的一个重大发现是社会交互对学习的重要作用。最好的学习往往源自教师、学生、社区成员在共同的情境活动中建构和分享知识，在分享、应用、交流讨论的过程中，学习者更容易获得对知识的深层理解。

认知工具。学习科学的研究表明，认知工具在学习过程中有重要作用，如图表、数据分析软件、数据可视化软件等等。很多任务没有合适软件工具的帮助是无法完成的。我们要求学生掌握帮助完成下述任务的软件工具：1. 实验数据的收集与处理;2.实验数据可视化;3.设计、构建、检验模型;4.展示实验结果和结论。

三、基于项目的实验教学的做法

我们认为传统有机化学实验教学方式的问题在于浅层次的覆盖了众多主题，教学中心放在对知识术语的了解上，缺乏对真实世界中的问题现象的连贯解释，没有为学生提供利用所学知识亲身解释各种科学现象的机会。即便在教学中加入了实验环节，但这种实验也是一种“菜谱”式的过程，学生只要按部就班的去做即可，无助于学生深化理解。针对上述问题，在学习理论的指导下，结合我们的教学实践，我们认为改进有机化学教学效果的核心挑战在于如何在课堂中营造一种利用科学方式解决实际问题的情境，为学生提供探究真实而有意义的问题的机会，让学生体验到科学家实际研究过程是什么样的。想要达成上述目标，我们认为要做好以下几点。

问题驱动。基于项目学习的标志性特点是问题驱动式的学习。一个对学习者而言有意义且重要的问题是基于项目学习的核心。在设计每个课堂实验时，我们以某个真实情境为锚点（anchor），用对学生意义的问题来组织并推动项目的前进，学生在给定的情境中可以探究学习的目的，并进行科学实践，这样可以使的整个学习过程连贯、一致。好的驱动问题可以激发学生学习的欲望，教师应维持学生对驱动问题的注意力，并将学生探究的各个观点联系起来。一个好的问题具有以下特点：1.可行性：与学生当前的认知水平相适应，学生能够凭借自身的能力设计方案、操作实验、回答问题;2.价值性：包含丰富的化学知识，符合科学家研究的方式;3.情境性：真实而有重要价值的情境;4.意义性：问题应对学习者有意义且重要;5.道德性，实验内容不应对个人和环境造成危害。

通常课程的前半部分我们向学生提供设计好的问题，而后半部分我们和学生一起选择更为他们所关心的问题，共同设计驱动问题。

聚焦教学目标。教学大纲规定了学生应达到的科学水准及相应的评价标准。为了使得基于项目的学习课程符合教学大纲所提出的要求，我们用学习绩效细化了教学大纲的要求。我们将学习绩效看作设计驱动问题、任务和评价的指南。1.从课程大纲中选出重要的观念，包括概念、思想、方法等。在设计基于项目的学习环境时，确保学生聚焦于这些重点的观念。为此，我们首先选取核心观念，然后剖析核心观念，最后设计用于检查学生是否达到认知目标的学习绩效;2.接着我们将核心观念分解为更基本的组成部分，确定哪些部分是在课程设计中必须加以考虑的本质内容，并在这一过程中不断深化对核心观念的认识;3.我们编写了用于衡量学生对核心观念的掌握程度的学习绩效手册，其中给出了各种程度学生所應具备的学习表现。

與他人协作。我们会要求学生对他人的观点进行评价，提供反馈。帮助学生在与他人的协作中分享对科学观念的理解。学生在课堂中往往不会自发的与他人协作，这就需要老师发展他们与人合作的技能。包括倾听、尊重他人的见解。由于学生缺少合作的技巧和经验，因此老师的全程指导对学生建立合作关系就显得格外重要。我们要求学生首先写成他们的观点，然后和同伴一起对比各自的观点，并阐述观点间的异同。在这一过程中培养协作能力。

创制作品。学习科学的研究表明学生学习最有效率的时刻是他们创制作品时，学习者的创制品是他们知识建构的外在表现。学生的作品包括化学制成品，调查报告，研究论文等等。对学生创制品的关注，源于以下几方面的考虑：1.学生思考、创作作品的过程，也是他们不断的建构与重构他们对知识的理解的过程，是主动运用科学思想方法的过程。2.学习过程不是一个线性的、行知分离的过程。不应只围绕一些单独的、细小的知识点来评价学生的认知水平。通过学生的创作品，教师可以从一个更高的认知层次对学生掌握认知目标的程度进行整体的，全面的评价。3.由于学生需要公开展示他们的作品，因此这会激励学生创制可以被他人理解的作品。同时由于作品是直观而具体的，因此易于得到他人清晰的反馈。

四、挑战与机遇

我们面临的主要挑战在于学生习惯了讲授-接受模式的课堂文化，一开始并不愿花力气主动探究，而是坐等老师告诉他们正确答案，教师有时也不自觉的会回到旧的教学套路，直接告诉学生答案。我们需要将观念的转变贯穿于整个课程教学。想要克服旧的教学模式的影响，教师必须坚信“如何才能真正促进学生的理解力”。

在教学设计过程中，我们面临的主要挑战在于：1. 如何引导学生处理真实情境下可能遇到的各种复杂问题，这些问题可能教师本人都未曾遇到过，也不知如何解决;2. 如何让学生领会通过这些实验所要传递的基本原理、基本能力;3. 如何协调所需的大量时间和资源。

针对上述问题，我们在教学设计中遵循以下基本原则：1. 努力将实验整合到课程中，让学生带着目的去学，通过有意义的实验激发学生学习基本原理的兴趣，通过基本原理的学习运用解决实验中遇到的问题。这要求我们精心选择和教学内容相配套的实验题目。2. 尽最大程度减少实验题目的复杂性，并为学生提供脚手架，帮助他们解决核心要素意外的困难，是学生的精力主要投放在希望学生掌握的关键点上。

虽然有了基本原则，但如何实现上述想法是一个需要不断探索，不断完善的过程。基于项目的学习是今后我们教学改革的重要支点，值得我们继续深入研究。

参考文献：

[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.