建构主义学习理论指导下CTGV模式构建无机化学课程新教学体系研究

安玉民，赵文霞，梁永锋

(宁夏师范学院 化学化工学院，宁夏 固原 756099)

“无机化学”课程是高等院校师范类与理工科类化学专业的基础课，在大学一年级开设，该课程的开设在于使学生掌握无机化学的基础知识和基本技能，学会用一定的方法和手段获取学科知识，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，提高他们的科学素养，为学习后续课程打下扎实基础。《无机化学》教学内容与中学化学联系非常紧密，据统计，新课改后，初中化学中有90%的内容和高中化学中70%的内容属于《无机化学》教学范畴。可见《无机化学》课程体系建设对中学师资建设和中学化学教学有非常重要的作用。2018年6月21日教育部在四川成都召开新时代全国高等学校本科教育工作会议[1]，在会上提出“要着力提升专业建设水平，推进课堂内容更新，推动课堂革命……”反观近 5 0年来我国高校化学教学一直沿用的教学模式是过多强调了专业教学和统一教学，课程内容“繁、难、偏、旧”，与学生生活、科技发展联系不紧密，单纯地强调学科自身的系统性、逻辑性；教学方法单一，教学资源只限定于课本，教学内容与学生的生活经验、学科发展的成就联系不够紧密，只重视知识与技能的传授，而忽视了学生能力、科学素养和创新意识的培养。

因此，改革无机化学课程教学体系，创建能更适应学科发展、素质教育和中学课改要求的新的教学体系是非常必要的。

一、研究思路和方法

本课题研究以建构主义学习理论为指导，探讨在无机化学教学中建立CTGV模式，又称“抛锚式”教学模式，采用将文献研究法、案例分析法、行动研究法和问卷调查法结合起来的研究方法和思路。

(一)建构主义学习理论简介

建构主义作为一种新的认知理论[2],是由皮亚杰、维果茨基等人的思想发展而来，认为学习的过程就是发现，知识既非来自认识的主体，也非来自认识对象，而是在认识主体与认识对象相互作用的过程中被双向构建起来的。

1.建构主义的知识观

建构主义的知识观认为:(1)知识是认知主体的一个意义构建的过程,具有相对正确的特点,任何知识都没有绝对的真理性，它必将随着人类的进步而不断地变革、改写，甚至被推翻；(2)知识具有一定的情境性、是个体化活动的产物。知识并不能揭示世界的一切法则，解释自然界的任何问题和活动，针对具体的问题需要结合特定的情境进行分析、创造和发展，学习者结合自身经验通过学习活动理解知识和构建知识。

2.建构主义的学习观

既然知识是主体结合自己的经验进行认识活动的结晶，那么学习就是学生在一定的学习环境中通过教师的指导主动建构知识的过程。学习环境包含四大要素：(1)情境；(2)协作；(3)会话；(4)意义建构。学习过程既是学习者自身建构也是学习共同体群体建构的过程，学生通过不断地自主学习、合作学习、反思提高，逐步完善自己的知识体系，完成对知识的构建。

3.建构主义的教学观

建构主义认为教学要以学生为中心，结合学生现有的知识经验，引导学生从中挖掘、萌发、生长出新的知识经验，教师应指导、促进和帮助学生进行知识构建，教学应重视学生认知结构、社会历史文化背景、学习兴趣、动机和情感态度等智力因素和非智力因素。

(二)CTGV抛锚式教学模式

抛锚式教学模式是建构主义教学理论指导下的一种教学模式[3- 4]，开始只是一种教学设想，1984年美国温特贝尔特大学技术与认识小组(CTGV)进行了“利于影像设计开发”的教学模型研究[5]，使抛锚式教学由一种设想转变为一种可操作的教学模式。教学的主要目的是[6]“在真实、完整的问题情境中，使学生产生学习的需要，通过嵌入式教学及团体中成员之间交流、互动、合作，使自己通过主动学习而获得知识，参与到从识别目标到达到目标的过程”。

二、基于CTGV抛锚式教学模式的无机化学教学体系的构建

(一)课程知识结构的模块化设计

我们首先对课程知识结构进行了模块化设计，重新设计后的无机化学教学内容分为六大模块(六大一级主题)：分别是“物质结构模块”“化学热力学模块”“化学平衡与化学反应速率模块”“元素化合物模块”“化学计算模块”“化学实验模块”，各模块(一级主题)又分为若干子模块(30个二级主题和60个三级主题)。在教学时将无机化学基本概念、基本理论、化学计算按相应的内容糅合进各模块中，化学实验单独给学生开课，将教材内容进行这样的重组设计，有利于“锚”的抛出，有利于学生自主学习、生成学习和知识的构建。

(二)课程标准与课程目标的制定

《无机化学》课程的总目标是：通过对该课程的学习，使学生初步掌握物质结构理论、化学反应速率和化学热力学理论、掌握酸碱理论及酸碱平衡、电化学及氧化还原平衡、配位化学知识，以元素周期表为线索，掌握各族主要元素及其化合物的主要化学性质、结构、变化规律和用途；掌握化学实验基本操作和技能，能独立设计并开展化学实验，具备科学思维能力、化学学科核心素养、严谨的科学态度和创新精神，为后续课程的学习及今后的发展打好基础。

在课程总目标的指引下，各模块和子模块的分类目标要结合化学学科核心素养、科技发展新成果、学生的生活经验制定，符合学生的认知规律，有利于学生的知识构建。

(三)无机化学教学过程的设计

根据抛锚式教学模式，将无机化学各单元教学过程大体设计为以下几个教学环节[7]或技术路线，见图1。

图1 基于抛锚式教学模式的化学教学设计的技术路线

1.创设情境

知识的构建离不开情境的创设，教学情境要符合以下要求：①符合大一学生的认知结构和心理特征；②与学生的生活经验、社会经济发展需求、学科发展的成就紧密相关；③切合实际、有代表性、不枯燥无味，以利于激发学生兴趣，增强学习动力。

2.“锚”的设置

“锚”是指课堂中创设的问题，抛“锚”是指教师向学生提供大量的与所学知识相关的案例或问题的过程，包括恰当运用现代化的教学媒体为学生创造交互式的学习环境。“锚”的设置应该符合如下要求:①要有阶段性，做到由浅入深；②要符合各模块的课程标准和教学要求；③有利于学生的主动探索、主动发现,以利于在学科结构与学生的知识结构之间架起桥梁。将化学基本概念、基本理论、元素化合物知识、学科发展的新成果、新动态、与生产生活紧密联系的知识进行设计组合，以创建“宏观情境”的“锚”，学生通过对材料的分类、归纳、综合、分析过程使他们的思维得到激发和训练，养成探究性的学习方式，发挥学生在学习中的主体作用，使知识技能学习的过程成为学会学习和形成正确价值观的过程。

3.自主学习与合作学习

以学生为中心就是要强调学生的自主学习，教师给学生提供一定的“锚”，给学生搭建好学习的“脚手架”，引导学生自己获取信息、评价并利用相关信息、建立计划、提出假设、推理论证、实践验证、升华结晶形成自己的知识网络。

如果“锚”中描述的问题比较复杂，单个学生无法完全解决，就需要进行合作学习，学习过程中学习者之间的交流与合作包括学生与教师之间、学生与学生之间、学生与学习环境之间的交流与合作。“锚”的可视性特征能吸引学生参与到小组合作中，体验到合作学习和交流所带来的成功感，并获得同伴的肯定。在习题课教学和无机化学实验教学中这一点显得尤为重要，习题课教学不单是为了做题，而是通过问题的引入和解决过程以加深对理论知识的理解、巩固和掌握，是知识的生成过程。对同一个问题，可从不同角度进行考虑，运用多种方法求解；对同一个知识点，可设计成不同题型，从不同角度设问，举一反三，融会贯通。

4.“锚”的消除

既然抛锚是教师向学生提供学习所需案例和问题的过程，那么“锚”的消除则是解决问题的过程，该过程需要教师通过引导、组织学生自主学习或合作学习，使学生完成既定的学习目标，当然对关键的知识点还需要教师的讲解，对重点知识讲明白，对难点讲透，如果没有教师的引导，学生的自主学习或合作学习则收获不大，学生也难以对知识完成构建。

5.效果评价

效果评价包括对学生知识构建过程和构建结果的评价、对教师所抛的“锚”的设计、适度、抛锚过程和“锚”消除过程的评价，在整个知识构建过程中，学生是学习的主体和中心，教师既是组织者、帮助者、引导者，同时又是观察者，既要反思评价自己，也要观察并且记录学生的行为表现，对学生的智力因素和非智力因素都要了解，通过课堂提问、访谈、考核等多种方式对教与学进行双向反馈，既要注重结果评价，又要注重过程评价，尽可能通过量化方式或建模进行科学合理的评价。

(四)应用CTGV模式的无机化学教学设计原则

根据教学进度安排和课程知识结构的模块设计，选定某一二级主题或三级主题作教学课题，将化学学科核心素养和知识目标、能力目标、素养目标结合起来制定课题教学目标，教学过程设计通过创设教学情境、创立学科“脚手架”便于“锚”的抛出、学生通过自主学习和合作学习以及探究性实验完成“锚”的消除，教师活动和学生活动有机融合，教师通过精心设计的不同层次练习题和问题跟踪评价学生学习过程和学习效果，通过信息反馈检测学生的知识结构并反思自己的教学过程。

(五)考核评价体系考核的构建

抛锚式教学模式强调评价应将过程评价和结果评价结合起来，评价方式有学生自评、小组互评、教师评价、期中期末考核评价等，评价过程要细化设计，包含对学生知识技能、过程方法和情感态度与价值观三个维度的评价，通过考核评价真正了解学生的知识构建情况，哪里有长处，哪里有短板，在以后的教学中有的放矢。如《无机化学实验》课程教学中，涉及27项基本操作，我们对大部分的操作考核制定了量化打分表，强调对实验操作技能细节进行考核，如用酒精灯加热试管中的液体物质我们设计了如试管夹的夹持、试管倾斜度、试管取口的朝向、酒精灯外焰的使用、试管中液体的量等7个考点；用托盘天平称量物质设计了天平零点调节、游码归零、砝码取用、药品和砝码放置位置和取用顺序等20个考点。通过细致观察学生操作从细枝末叶中去发现问题，然后有针对性对学生指导，他们先通过反复练习和不断纠错形成基本实验技能，再通过深度思维、归纳分析综合形成能力，再有意识地引导他们发散思维和求异思维增强创新意识，并且通过细致的操作培养科学精神和严谨求实的科学态度，这样做能有效地帮助学生自主完成知识构建。其实初中化学新课程标准提出培养学生“创新精神和实践能力、收集和处理信息能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流和合作能力”就已经初步包含了对知识的建构要求，而高中阶段提出的培养化学学科核心素养表达出了知识建构要体现化学学科的思想和方法、情感态度与价值观追求。所以考核和评价要结合这些要求进行。

三、实施抛锚式教学的实验分析

(一)确定试验对象

实施方法采用文献研究法和实验法，查阅相关文献，不断关注有关研究动态，从中吸收新的研究成果作为理论指导；从我校化学化工学院2018级、2019级和2020级学生每级大一新生中选择两个班，各班人数为30人左右，一个班作为实验班采用抛锚式模式教学，另一个班作为对照班采用常规教学方法，进行对比研究。评价研究结果，形成系统性的成果。

(二)实验方法

为了定量研究该模式的教学效果，我们在实验中采用行为研究法，实验的时间为每学期末考试结束，采集试验数据，试验中收集到的两个班级的考试成绩和问卷结果等相关数据，使用SPSS for Windows V22.0进行统计分析，从多个角度检验应用抛锚式教学前后在成绩和能力方面的差异性。

(三)试验数据分析

1.考试成绩结果与分析，见表1。

表1 考试成绩结果分析

由表可见，第一学期实验班均分比对照班平均要高3.53分，及格率平均高3.2%；第二学期(不包括2020级)实验班均分比对照班平均要高3.0分，及格率平均高4.0%。p代表t检验中衡量差异性的依据，P大于0.05，表示无差异性;P小于0.05，表示存在差异性。其中2019级在第二学期因为新冠肺炎疫情影响实行线上授课，无法进行对比实验，所以成绩没有统计；2020级第二学期在论文写作时期末考试成绩还未统计。可见，抛锚式教学在无机化学教学中已发挥了作用，实验班的成绩优于对照班的成绩。

2.学生问卷调查结果与分析

(1)编制调查问卷

根据多年教学经验及征求有关化学教师意见，编制学生调查问卷，见表2。在表中空格内打“√”，设计问卷中1～3题主要调查学生对无机化学的学习兴趣、4～9题主要调查学生进行自主学习的习惯和能力、10～12题主要调查学生合作学习习惯和能力、13～15题主要调查学生应用知识分析问题和解决问题能力。

表2 学生调查问卷表

调查问卷向2018级、2019级、2020级大一学生发放，采集数据并对问卷的信度和效度进行检验，检测结果为信度系数 0.901， 效度系数0.743，该问卷的信度系数和效度系数均处于合理的数值区间，说明问卷的可信度和效度合适，应该可以采用。

(2)结果分析

试验前后分别对对照班级和实验班级进行问卷调查，将前后测定的分值列成表，见表3。

表3 问卷成绩比较分析

由表3中可见，实验前各班级各项测定指标相差不大，实验后，实验班各项指标比实验前平均提高9.03%；实验班与对照班相比平均提高率为7.43%。由此说明，抛锚式教学模式对培养学生的学习兴趣、自主学习能力、合作学习能力和知识应用能力等均有较大促进作用。

四、结论

CTGV抛锚式教学模式对传统的教学理论提出了巨大的挑战，启示我们反思传统教学盲目崇拜书本、过分注重知识传授而轻视学生能力培养的教学模式,要改变传统的师生角色，教师要由“讲师”转变为“导师”，学生要成为课堂的主人。未来社会需要培养大批学会认知、学会做事、学会共同生活、学会生存、具有创新意识和可持续发展能力的学生，只有建立新的教学体系和教学模式才能满足这一要求，抛锚式教学模式已经显示出一定的优越性，但是它在面对诸如教学活动如何有序组织开展以保证高效课堂、如何保证教学进度、如何使学生都得到发展、教材的编写和教学资源的有效利用、在教学活动中“放”与“收”等问题时，要求有成熟的应对之策和解决方法，而且该模式也不能完全取代传统教学模式。这些都需要对知识建构的机制、途径、策略等进行深入的研究。