基于“設計的學習”的化學教學四種策略

石鵬 黃都 陳翩

【摘 ? 要】簡要介紹基于設計的學習（design-based learning）的基本內涵，闡述基于“設計的學習”的化學教學的四種策略：明確導向，系統(tǒng)規(guī)劃，營造文化，檢測反饋。以此有效促進學生對化學知識的理解，提高學生的自主探究能力、化學實踐能力和化學學習興趣。

【關鍵詞】高中化學 ?基于設計的學習 ?教學策略

【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2015）12B-0057-03

一、問題的提出

化學是一門以實驗為基礎的科學，這意味著化學知識來源于實驗設計、實施、觀察與推理;化學又是一門實用的富有創(chuàng)造性的科學，人類的生命、生長、生計、生活、生產都離不開化學。人類依存的自然世界和人工制品世界說到底是化學物質，而化學知識是促進這兩個世界協(xié)同發(fā)展的重要基礎。基于這樣的認識，近10近來的化學基礎教育課程與教學改革著眼于讓學生在真實的現(xiàn)象、事實和問題情境中學習化學，并運用化學知識解決實際問題，即實驗問題與生產實際問題相結合，實驗室與社會實踐相結合。要使學生具備這種能力和素養(yǎng)，一種有效的教學方法就是讓學生在“做中學”，即在參與各類化學設計中學習。

這種思想不僅體現(xiàn)在課程標準對日常教學的要求上，而且還體現(xiàn)在各類考試命題的導向之中。例如，2015年高考化學試題全國2卷第28，36，38題，均為基于實驗與工業(yè)設計的問題探析，廣西考生的考試數據如下：

第28題為必考題，考查二氧化氯（ClO2）生產工藝流程及實驗室檢驗方法。平均分3.7033，難度0.2469，標準差2.8711，區(qū)分度0.3271。

第36題為《化學與技術》選考題，考查用異丙苯氧化法生產苯酚和丙酮的工藝流程。選答的考生人數為24570，占考生總數的16%。平均分5.7914，難度0.3861，標準差2.8292，區(qū)分度0.2554。

第38題為《有機化學基礎》選考題，考查聚戊二酸丙二醇酯（PPG）合成路線的相關分析。選答的考生人數為53071，占考生總數的35%。平均分3.8896，難度0.2593，標準差3.1016，區(qū)分度0.3255。

從考試數據可看出：（1）學生在實驗與工業(yè)相結合的問題情境中，運用化學知識解決問題的能力總體偏弱;（2）選考《化學與技術》的考生得分率高，而且這些考生往往來自二、三類普通學校，這表明基于化學工業(yè)設計、化學實驗室設計的化學學習，其難度并不是高不可攀，關鍵在于我們是否集中精力，聚焦于基于化學設計的學習。（3）有機化學合成路線解析是傳統(tǒng)意義上的難題，原因之一是學生親歷實驗與工藝設計的經驗基礎比較薄弱。

再從現(xiàn)行的中學化學課程來看，課程所安排的化學實驗，多是演示實驗和驗證實驗，極少有創(chuàng)新實驗，更沒有設計實驗，學生沒有接受創(chuàng)新與設計的學習、訓練的機會，沒有經歷創(chuàng)新與設計的實踐體驗，這是學生解決此類問題能力缺失的重要原因。

基于上述理論與事實，筆者認為，在化學教學實踐中，應當重視基于設計學習的教學實踐，探尋相應的教學策略，提升學生解決實驗與工業(yè)生產相結合的情境中的問題的能力。

二、設計學習的理論基礎

基于設計的學習（design-based learning，以下簡稱設計學習），最早由美國加州州立理工大學多林·尼爾森（Doreen Nelson）教授提出。設計學習是學生為解決問題而設計產品和方案的過程，在這個過程中學生主動學習學科內容、分析問題、建立標準、探索問題、最終創(chuàng)造性地解決問題。設計學習能夠較好地促使學生把學習和現(xiàn)實生活聯(lián)系起來，從而獲得直接的經驗和知識。用自己的親身體驗來掌握科學和社會知識，并從中體會到學習的樂趣和重要性，與他人一起分享自己的知識、學習經歷及對生活的感悟。學生創(chuàng)作作品的過程不僅是他們建構自己知識的過程和解決問題的過程，而且也是學生將多門學科知識進行整合的過程，是培養(yǎng)學生的設計能力、合作能力、問題解決能力以及創(chuàng)新能力的過程。通過設計學習，學生學會在設計中進行學習，學會全面思維，學會依據設計作品表達自己的思想，最終優(yōu)化課堂教學結構，提高學習效率，優(yōu)化教學效果。

J.L.Kolodner等人構建了“基于設計的學習循環(huán)模型”（如圖1所示），為教學設計與實施者提供了有實際意義的實踐路徑：

圖1 ?基于設計的學習循環(huán)模型

在該模型中，“需要做……”是工作目標，指向即將開發(fā)的設計作品;“需要知道……”是新知學習，指向已有知識的回顧、新知識的理解與內化，以及新技能、新方法、新經驗的獲得。設計作品的開發(fā)過程是一個“設計—展示—解釋—反思—再設計……”的螺旋式的進步過程。新知學習的過程是閱讀、調查、觀察、實驗、驗證假設、形成確定性結論等過程，這是一個自主的、探究的學習過程。這一模型體現(xiàn)“知做合一，知行并進，知做耦合”的教育思想，在同一教學中，既讓學生的實踐能力得到提升，又讓學生體會到所學知識的實用價值。

例如，在“化學變化”概念教學中，通過交流與討論，學生基本認同化學變化就是我們日常所說的“變質”“變味”“蛻變”等現(xiàn)象，并確立了判斷化學變化的標準是“看看是否有新的物質生成”。因此，接下來的學習任務應進入基于設計的學習：設計實驗說明以下過程是否發(fā)生了化學變化——醋中加糖、醋中加草木灰、醋加氫氧化鈉、醋中加鹽。在設計學習中，學生對化學變化的本質更為深入地了解，還查閱相關知識，找到可以判斷物質變化的“指示劑”，同時也感受到化學的實證思想、化學實驗設計的趣味性和挑戰(zhàn)性。

三、基于設計的化學教學策略

（一）明確導向

每堂課都有需要完成的教學任務，因此就有與之相應要達成的教學目標，因此能有效完成課堂教學目標是課堂的基本要求。基于設計的化學學習，固然要在一定程度上尊重學生的自主性，設計一定的任務讓學生親身參與，從而促進化學知識在生活實踐中的應用。但過于寬泛、雜亂的“設計任務”使學生的實際操作存在一定的不可預測性，結果使得教師變成“無頭蒼蠅”，教學偏離預設目標，最終失去設計學習的意義。因此設計學習的“設計”應具有導向性，這就要求教師在備課時需查閱有關的化學實驗、化學實踐資料，確立與知識目標相匹配的“設計任務”。如學習HClO的漂白性時，可以讓學生設計探究HClO加入紫色石蕊試液的實驗，讓學生通過觀察實驗產生的現(xiàn)象來理解和掌握相關知識。如果僅僅是為了觀察現(xiàn)象，那么在設計時將Cl2通入紫色石蕊試液，也能得到明顯的效果，但很多同學會產生疑問，到底是Cl2還是HClO具有漂泊作用。這樣就會使得整個課堂的負荷增加，教學主題也由探究HClO轉變?yōu)樘骄緾l2。最終因為設計任務導向不夠明確，不能及時完成教學任務。在設計學習中，教師要對整個教學任務有宏觀把控，對課堂活動要有一定的經驗性的預測，并在此基礎上平衡學生的主體性和教師的主導性，提升“設計任務”的導向作用和針對性，從而提高教學效率。

（二）系統(tǒng)規(guī)劃

教學實踐雖然具有靈活多變的特點，但每節(jié)課都是相對完整的體系，有著明確的教學目標、教學方法、教學活動等，因此設計學習也要與之相吻合，而不是簡單地將一個或者幾個設計任務生硬拼接。與之相反，教師要在整合學生特點、教學任務、教學情境等因素的基礎上進行系統(tǒng)規(guī)劃，使得整個設計學習成為有機統(tǒng)一的整體并更好地服務于化學教學。在系統(tǒng)的設計任務驅動下，學生積極參與，從而獲得全面發(fā)展。在化學教學中具體體現(xiàn)為由單一設計、局部設計到整體設計。如實驗裝置設計，應充分考慮反應、收集、尾氣處理等細節(jié)，強調學生對化學知識的宏觀把握;由簡單設計到復雜設計，如溶液中離子檢驗，通過縝密的論證、推敲，設計嚴謹的檢驗步驟，促進學生更高的思維能力發(fā)展;由模仿設計到獨創(chuàng)設計，如從實驗裝置的改進過渡到實驗方法的改進，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力;由課內設計到課外設計，如用化學知識解決生活實際中的問題，提升學生對化學知識的應用能力;由必修課滲透到選修課，如從化學理論延伸到化學史的發(fā)展，拓寬學生的學科知識視野。要想做好這些系統(tǒng)性的規(guī)劃，教師應在課前調查學生興趣、知識水平等，并根據調查結果分析并找出學生亟待解決的問題，進而有針對性地設計任務，讓學生參與，在參與中再設計。

（三）營造文化

各類設計探究活動，其目的是讓學生參與并有所提高，而不是為了設計而設計，否則將導致結果只保留了空殼和形式，失去真正意義。因此設計要在科學的框架下，不斷豐富，鼓勵學生積極廣泛參與，形成一種學生喜聞樂見的教學形式，才能獲得預期效果，實現(xiàn)設計學習的目的。要讓學生積極參與，對于中學生而言，最重要的是興趣，因此課堂教學要營造設計文化氛圍。具體可以從兩方面著手，一方面，教師在教學過程中盡量設置科學合理的設計任務，讓學生積極參與，并定期給學生留下探究問題，讓其用所學知識設計解決方案。在這樣長期的訓練中，學生逐漸適應，設計能力有所提升，從而獲得更多的興趣和信心。另一方面，為了強化學生的化學設計學習能力，學校可以設置化學知識設計大賽等活動，加強設計成果展示交流活動的組織，以競賽的強度和力度促進學生發(fā)展。在舉行競賽活動時，班級通過黑板報、海報等形式積極宣傳，教師在課堂鼓勵學生將自己的設計作品投稿參賽，形成競賽氛圍。特別是基礎較差的學生，要消除他們內心的怯怵與不自信感，提倡小組合作，通過互幫互助、互補互促、以強帶弱，讓基礎較差的學生有勇氣參與。通過教師潛移默化的影響和化學設計競賽活動的強化，可有效營造設計學習文化，讓學生在富有趣味性、挑戰(zhàn)性和創(chuàng)造性的設計活動中主動學習，有所收獲并增強自信心。

（四）檢測反饋

任何實踐活動，只有及時反饋并總結活動取得的成效和不足，才能便于后面有針對性地改正、提高，才能更有效地突顯活動的成效?；瘜W設計作為化學知識的實踐應用活動，同樣需要及時有效地反饋。如何反饋？可以通過當面談話、問卷調查等獲取反饋信息。面對數量大、情況復雜的中學生而言，最直接可行的方法就是進行檢測。具體方法是教師將學生設計作品轉化為能力測試題，讓學生重新回顧自己的設計作品。例如化學實驗裝置設計，原理是否科學、藥品使用是否恰當、操作步驟是否可行和實驗過程是否安全等。讓學生進行自我檢查以發(fā)現(xiàn)新的問題，然后總結改進，使自己的化學知識有一個新的飛躍;或者將師生設計過程中遇到的問題轉化為測試題，利用生成性資源，有效調動學生興趣，在發(fā)現(xiàn)問題—解決問題—發(fā)現(xiàn)新問題—再解決問題的循環(huán)中螺旋上升;或者邀請經驗豐富的教師、專家、技術工人構建開放設計實驗能力測試活動，通過多元、開發(fā)的測試，及時掌握各個層次學生的學習狀況。（下轉第66頁）（上接第58頁）通過多種渠道檢測以后，教師應針對反饋信息及時匯總、整理、總結，從而調整教學重點、進度、深度等，并根據反饋結果設置有針對性的設計任務。這樣也就能便于有計劃、有針對性地安排下一次的設計學習任務，為隨后的檢測、指導提供依據，從而提升設計學習的價值。

在設計中學習化學，事實上已經在中學化學教學實踐中普遍存在并頻繁使用，但我們卻較少對之進行理論研究和經驗提煉。設計學習涉及的主要內容為化學實驗與工業(yè)設計。本文所舉例子主要為實驗設計，而工業(yè)設計主要為工業(yè)模型設計。除此之外，還涉及其他領域的設計，如化學學習進程設計（學習計劃）、化學調查研究設計等。在后續(xù)研究中，我們將進一步實施案例研究和準實驗研究，探尋有利于提高學生化學學習成效的教學法。

【參考文獻】

[1]R·布里斯羅（美）.化學的昨天、今天和明天：一門中心的、實用的和創(chuàng)造性的科學[M].北京：科學出版社，1998.

[2]Seel.N，Dijkstra.S.Curriculum，Plans，and Processes in Instructional Design：Inernational Perspectivers.Lawrence Erlbaum Associates，Inc.，Publishers.2004

【項目基金】廣西教育科學“十二五”規(guī)劃2014年度委托A類重點課題《中學高效教學行為的分析、診斷與設計研究 》（立項編號2014AA068）的階段性研究成果。

（責編 ? ?盧建龍）