基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的“植物芳香油的提取”教學(xué)活動(dòng)

鄭衛(wèi)東

“植物芳香油的提取”是人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《生物(選修1)》生物技術(shù)實(shí)踐的一個(gè)課題，通過該課題的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，能夠加深學(xué)生對(duì)植物有效成分的認(rèn)識(shí)，增進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，鍛煉學(xué)生設(shè)計(jì)和安裝實(shí)驗(yàn)裝置的能力，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維能力，養(yǎng)成良好的科學(xué)素養(yǎng)。在教學(xué)中，針對(duì)課題的特點(diǎn)，采用建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論下的“任務(wù)驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)方法，精心設(shè)計(jì)教學(xué)過程，取得了很好的教學(xué)效果。

一、教材分析

教材中介紹的植物芳香油的提取方法有水蒸氣蒸餾法、壓榨法和萃取法。其中水蒸氣蒸餾法是植物芳香油提取的常用方法，可以細(xì)分為水中蒸餾、水上蒸餾、水氣蒸餾。教材推薦使用水中蒸餾(如圖1所示)，其優(yōu)點(diǎn)是裝置簡單、操作簡便，缺點(diǎn)是較難控制，容易出現(xiàn)原料糊焦和有效成分水解等問題。吳成軍老師設(shè)計(jì)的水氣蒸餾裝置[1](如圖2所示)克服了上述缺點(diǎn)，但儀器裝配稍顯復(fù)雜，還可能出現(xiàn)水汽在長頸圓底燒瓶中凝結(jié)而不能全部將芳香油帶出的情況。

圖1 水中蒸餾

圖2 水氣蒸餾

另外，此實(shí)驗(yàn)不是基于通常的生物實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)生缺乏蒸餾操作的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)需要較長的時(shí)間，還需要有前期植物原料采集的準(zhǔn)備工作。

這部分知識(shí)及實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作在整個(gè)知識(shí)體系中相對(duì)獨(dú)立，與學(xué)科其他知識(shí)關(guān)聯(lián)度較小。通過本課題教學(xué)，能夠加深學(xué)生對(duì)植物有效成分的認(rèn)識(shí)，增進(jìn)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，鍛煉學(xué)生設(shè)計(jì)和安裝實(shí)驗(yàn)裝置的能力。在教學(xué)中可充分利用教材提供的素材，對(duì)學(xué)生進(jìn)行生動(dòng)的科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)的教育，并激發(fā)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的興趣。通過對(duì)3種蒸餾方法優(yōu)缺點(diǎn)的比較，學(xué)會(huì)篩選優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，再讓其廣泛收集信息資料，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入分析，提出改進(jìn)意見，培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)

1.教學(xué)目標(biāo)

(1)了解植物芳香油的基本概念及常見植物芳香油的名稱和作用。

(2)了解提取植物芳香油的常見方法和基本原理。

(3)嘗試根據(jù)常見的實(shí)驗(yàn)材料選擇恰當(dāng)?shù)奶崛》椒皩?shí)驗(yàn)操作。

2.教學(xué)重點(diǎn)

植物芳香油的提取技術(shù)、信息收集、探究創(chuàng)新。

3.教學(xué)難點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)及探究創(chuàng)新。

4.教學(xué)策略

任務(wù)驅(qū)動(dòng)、實(shí)驗(yàn)探究。

5.過程設(shè)計(jì)

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)過程不是學(xué)習(xí)者被動(dòng)地接受而是積極地建構(gòu)知識(shí)的過程，個(gè)體有自己獨(dú)特的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，以此為基礎(chǔ)，在與情境的相互作用中進(jìn)行主動(dòng)探究、協(xié)商合作，來建構(gòu)知識(shí)體系，從而形成對(duì)周圍世界的認(rèn)識(shí)和解釋[2]。因此，“知識(shí)是被創(chuàng)造的而非被發(fā)現(xiàn)的”。在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生是知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)者，他人無法替代，教師的作用是引導(dǎo)、幫助和促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)體系的建構(gòu)。建構(gòu)主義教學(xué)觀主張學(xué)習(xí)是個(gè)體主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的過程，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的情境性，構(gòu)建平等的師生關(guān)系，倡導(dǎo)對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行多維方式評(píng)價(jià)。

“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”[3]是一種基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的教學(xué)方法，它以具有教育性、實(shí)踐性、創(chuàng)造性、發(fā)展性的學(xué)生主體活動(dòng)為主要形式來建構(gòu)知識(shí)，以激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與、主動(dòng)實(shí)踐、主動(dòng)探索和主動(dòng)創(chuàng)新為基本特征，以促進(jìn)學(xué)生整體素質(zhì)全面提高為目的的新型教學(xué)方法。它要求在教學(xué)過程中，以完成一個(gè)個(gè)具體的任務(wù)為線索，把教學(xué)內(nèi)容巧妙地隱含在每個(gè)任務(wù)之中，讓學(xué)生自己討論問題或提出問題，并經(jīng)過自己的思考和教師的點(diǎn)撥，自己解決問題。它強(qiáng)調(diào)學(xué)生要在真實(shí)情境中的任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，在探索任務(wù)和完成任務(wù)的過程中，在自主學(xué)習(xí)協(xié)作學(xué)習(xí)的環(huán)境下，在討論和對(duì)話的氛圍中，進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)，這樣學(xué)生不僅可以學(xué)到知識(shí)，還可提高動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)探索創(chuàng)新精神。

本課題的實(shí)施環(huán)節(jié)如下：

自主學(xué)習(xí)→收集信息→合作探究→實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)→實(shí)驗(yàn)操作→分析討論→展示交流→探索創(chuàng)新→總結(jié)評(píng)價(jià)→成果匯集。

由于該單元教學(xué)內(nèi)容的特殊性，我們不是將教學(xué)安排在1～2節(jié)課內(nèi)完成，而是讓學(xué)生在一個(gè)階段的時(shí)間內(nèi)自主進(jìn)行，僅“實(shí)驗(yàn)操作”環(huán)節(jié)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，“分析討論”“展示交流”“總結(jié)評(píng)價(jià)”等環(huán)節(jié)相對(duì)集中在教學(xué)時(shí)間里完成，并且是以“科技活動(dòng)小組”形式先行進(jìn)行各環(huán)節(jié)的主要活動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)全體學(xué)生共同完成任務(wù)。

三、教學(xué)實(shí)施

1.自主學(xué)習(xí)

此階段學(xué)生帶著任務(wù)學(xué)習(xí)教材所給的素材，掌握基礎(chǔ)知識(shí)(側(cè)重于水蒸氣蒸餾法的學(xué)習(xí)和探究)。

[任務(wù)一]

(1)天然香料的主要來源、提取植物芳香油的發(fā)展歷史、植物芳香油的廣泛應(yīng)用。

(2)植物芳香油的提取方法。

(3)水蒸氣蒸餾法提取植物芳香油的原理。

(4)比較水中蒸餾、水上蒸餾、水氣蒸餾的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)(展示圖片和實(shí)物裝置。由于水上蒸餾的裝置不易使用常用的實(shí)驗(yàn)儀器來裝配，采用廚房中加工食物的方法來對(duì)水上蒸餾的原理進(jìn)行解釋。如蒸饅頭、清蒸食物等，很容易理解，不同點(diǎn)在于，蒸食物是將其蒸熟，而水上蒸餾是將其有效成分蒸出來)。

至此，學(xué)生對(duì)該單元的內(nèi)容已經(jīng)有了大概的了解。

2.收集信息

此階段側(cè)重于信息收集、信息處理及知識(shí)面的拓展。

[任務(wù)二]

在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，廣泛收集“植物芳香油的提取”“水蒸氣蒸餾法”相關(guān)知識(shí)，深入了解水蒸氣蒸餾法的原理，接受更豐富的知識(shí)。

[師生活動(dòng)]

學(xué)生課外在網(wǎng)上查到了很多相關(guān)資料，對(duì)水蒸氣蒸餾法有了進(jìn)一步的了解。

學(xué)生發(fā)現(xiàn)：

吳成軍老師[1]設(shè)計(jì)了“水氣蒸餾”裝置；百度百科對(duì)“水蒸氣蒸餾法”的解釋除了有“水中蒸餾”“水上蒸餾”“水氣蒸餾”，還有“水?dāng)U散蒸氣蒸餾”[4](也叫“水?dāng)U散法”)，這是教材中沒有介紹的；進(jìn)一步搜索“水?dāng)U散蒸氣蒸餾”，找到了有關(guān)文章[5]的介紹，知道了基本原理。

對(duì)此，師生展開了熱烈的討論，開始了探究的過程。

3.合作探究

此階段結(jié)合教材基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)前期收集的信息進(jìn)行加工梳理，合作探究，為后期的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)探究打下基礎(chǔ)。

[任務(wù)三]

(1)分析水中蒸餾、水上蒸餾、水氣蒸餾的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，考慮用哪種方法進(jìn)行植物芳香油的提取更好？

(2)結(jié)合網(wǎng)上收集的資料，分析水?dāng)U散法與上述3種方法的優(yōu)劣。

(3)水?dāng)U散法提取芳香精油是新型技術(shù)，沒有現(xiàn)成的參考裝置，該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置？該方法與常用的水蒸氣蒸餾本質(zhì)的區(qū)別在何處？

[師生活動(dòng)]

討論以后得出結(jié)論：

水中蒸餾的優(yōu)點(diǎn)是裝置簡單、易于裝配、操作簡便；缺點(diǎn)是控制稍難，會(huì)出現(xiàn)原料糊焦和有效成分水解等問題。

水上蒸餾比較容易操作，不存在上述缺點(diǎn)，但在實(shí)驗(yàn)室用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器不易裝配，在工業(yè)化生產(chǎn)中可以廣泛使用。

水氣蒸餾也不存在上述缺點(diǎn)，但儀器裝配稍顯復(fù)雜，另外可能會(huì)出現(xiàn)水汽在長頸圓底燒瓶中凝結(jié)而不能全部將芳香油帶出的情況。

水?dāng)U散法取3種方法的優(yōu)點(diǎn)，克服了缺點(diǎn)，是最佳方法，但沒有現(xiàn)成的參考裝置，需要全新設(shè)計(jì)，難度較大。我們可以進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

水?dāng)U散法與通常的水蒸氣蒸餾的本質(zhì)差別在于：水蒸氣是在低壓下自上而下地通過植物層，植物芳香油只要從腺體里擴(kuò)散出來，不必經(jīng)過氣化就可能被水帶出。

4.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

[任務(wù)四]

(1)根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和方法的理解，依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本要求，設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案，關(guān)注實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意的事項(xiàng)。

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)儀器安裝的連接順序。

(3)水?dāng)U散法的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)。

(4)實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備。

[師生活動(dòng)]

在師生的共同努力下，利用實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有條件，分別組裝了幾套水中蒸餾、水氣蒸餾的裝置，并創(chuàng)新設(shè)計(jì)了水?dāng)U散蒸氣蒸餾裝置(如圖3所示)。利用這些裝置，我們讓興趣小組成員先進(jìn)行安裝、操作訓(xùn)練，在具體實(shí)驗(yàn)操作階段帶動(dòng)全班學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并作對(duì)比觀察，理解各方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

圖3 水?dāng)U散蒸氣蒸餾裝置

5.實(shí)驗(yàn)操作

[任務(wù)五]

(1)實(shí)驗(yàn)操作，注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

(2)分析實(shí)驗(yàn)中需要注意的事項(xiàng)及實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題。

[師生活動(dòng)]

由于學(xué)生對(duì)提取芳香油實(shí)驗(yàn)非常感興趣，在實(shí)驗(yàn)過程中，非常關(guān)注每一步進(jìn)展，認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，仔細(xì)記錄，期待有很多的芳香油被提取出來。當(dāng)?shù)谝坏我后w流進(jìn)錐形瓶中，學(xué)生不約而同地歡呼：“我們成功了！”

當(dāng)?shù)谝坏我后w滴入錐形瓶中，就有學(xué)生急著去聞氣味，期望能聞到玫瑰芳香，但是沒有聞到，于是，對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了疑問。教師引導(dǎo)學(xué)生注意兩點(diǎn)：①這時(shí)出來的完全是芳香油嗎？②在芳香物很少的時(shí)候能聞到它的氣味嗎？學(xué)生經(jīng)過思考和了解，明白了大量的提取物只能在后面得到，先流出來的液體基本上是水。要正確看待實(shí)驗(yàn)結(jié)果與我們預(yù)期之間的出入，以鮮玫瑰花瓣為例，蒸餾得到的油水混合物是油少水多，精油的香味和純度都不夠。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一段時(shí)間以后，從接收裝置中散發(fā)出芳香氣味。學(xué)生體會(huì)到了成功。

在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生還提出了疑問：哪些物質(zhì)可以用這樣的方法提??？教師沒有直接給出答案，而是讓他們繼續(xù)收集資料。

有的學(xué)生還提問：“食用植物油與植物芳香油是一回事嗎？”教師也沒有直接給出答案，而是讓他們自己去查閱資料，分清兩者的區(qū)別。

有的學(xué)生在對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察的同時(shí)還提出了這樣的問題：“‘水?dāng)U散法’中，蒸氣從導(dǎo)管進(jìn)入三頸燒瓶，我們不知道其中的壓力大小，怎么才能知道其中的壓力是否過大呢？內(nèi)部壓力大小如何控制？如何解決這一問題？”教師與學(xué)生一起討論得出結(jié)論：在裝置中的B端接一個(gè)安全檢測裝置并可適時(shí)排空。師生再對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

有的學(xué)生提問：“芳香油可不可以人工合成？怎么檢驗(yàn)芳香油是從植物中提取出來的還是人工合成的？”師生討論結(jié)果為：可以用現(xiàn)代檢測方法測出植物芳香油的成分，可以用人工合成方法合成芳香油，天然植物芳香油與人工合成的芳香油可以用碳-14檢測法加以檢測和區(qū)別。

6.分析討論

給學(xué)生的任務(wù)：完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，總結(jié)實(shí)驗(yàn)心得，對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行探討，自行解決問題，提出今后繼續(xù)探究的意向。

7.展示交流

此階段讓學(xué)生把自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)心得相互傳閱，相互評(píng)價(jià)，推介好的實(shí)驗(yàn)報(bào)告供大家借鑒學(xué)習(xí)。

8.探索創(chuàng)新

按傳統(tǒng)的教學(xué)方法，該單元的教學(xué)任務(wù)已經(jīng)完成，但是教師沒有就此結(jié)束，而是讓興趣小組的學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行探究活動(dòng)。

[任務(wù)六]

(1)對(duì)水?dāng)U散法裝置進(jìn)行驗(yàn)壓、減壓的設(shè)計(jì)。

(2)查閱資料，了解哪些植物材料可以用水蒸氣蒸餾法進(jìn)行芳香油的提取、用不同的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較。

[師生活動(dòng)]

興趣小組的學(xué)生與教師一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并作對(duì)比分析；興趣小組的學(xué)生撰寫相關(guān)的小論文；興趣小組的學(xué)生準(zhǔn)備解答其他學(xué)生提出的疑問。

9.總結(jié)評(píng)價(jià)

經(jīng)過上述一系列活動(dòng)后，我們對(duì)活動(dòng)進(jìn)行了總結(jié)與評(píng)價(jià)，在學(xué)生相互評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上由教師進(jìn)一步評(píng)價(jià)，評(píng)選出了系列最佳，即資料篩選、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作、問題探究、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、問題答疑及小論文方面表現(xiàn)最好的學(xué)生，還評(píng)選出小小老師、小發(fā)明家。還讓興趣小組成員給學(xué)生進(jìn)行釋疑解答。

10.成果匯集

最后，讓學(xué)生對(duì)活動(dòng)的資料進(jìn)行收集，匯集成該課題下的“精選資料集”“實(shí)驗(yàn)方案集”“實(shí)驗(yàn)報(bào)告集”“問題探討集”“小論文集”。教師也進(jìn)行了總結(jié)和思考，撰寫了《水?dāng)U散法提取植物芳香油》[6]一文。

四、教學(xué)感想

“任務(wù)驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)法的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是學(xué)生成了學(xué)習(xí)的主體，改變了傳統(tǒng)的“教師講、學(xué)生聽”的以教定學(xué)的教學(xué)模式，創(chuàng)造了學(xué)生主動(dòng)參與、自主合作、探究創(chuàng)新的新型學(xué)習(xí)方式。教師的角色是學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)者、學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計(jì)者、學(xué)習(xí)資源的提供者。

在教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生提出疑問、突破固定思維模式約束的能力，鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜想、判斷，并將其作為邏輯推理的一種形式和發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造力的一種重要手段，幫助學(xué)生克服思維定勢，同時(shí)注意對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)方法能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣和求知欲望，增進(jìn)師生關(guān)系，容易被學(xué)生所接受，在不知不覺中培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，使學(xué)生的觀察能力、想象能力、審美能力、邏輯思維能力都得到鍛煉，教學(xué)效果更加明顯，對(duì)全面推進(jìn)素質(zhì)教育、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有重要的意義。

當(dāng)然，不同的教學(xué)方法適用于不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，不同的學(xué)生也不能完全適用同樣的教學(xué)方法。只有我們用心去探索，找出最適合自己學(xué)生的教學(xué)方法，才會(huì)在提高教學(xué)效果方面大有收獲。

[1]吳成軍.“植物芳香油的提取”的教學(xué)組織[J].生物學(xué)通報(bào),2009(3):37-39.

[2]林竹.基于傳統(tǒng)教學(xué)觀與建構(gòu)主義教學(xué)觀整合的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].南京工程學(xué)院學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2011(3):52-55.

[3]范晶,付繼強(qiáng).讓任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法取得最大收益[J].山東教育,2011(Z4):106-107.

[4]百度百科·百科.水蒸氣蒸餾法[EB/OL].http://baike.baidu.com.

[5]何玉娟,李士雨.天然香料的提取技術(shù)[J].化工進(jìn)展,2004(9):972-973.

[6]鄭衛(wèi)東,馬春生.水?dāng)U散法提取植物芳香油[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2011(12):41-42.