以設(shè)計(jì)為核心的學(xué)習(xí)模式在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

苗 慧，劉 杰，楊 松，崔玉民，王 鑫，馬克龍

（阜陽師范大學(xué) 化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 阜陽 236037）

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育教學(xué)體系的重要組成部分[1]。化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程重在鍛煉學(xué)生在教師提供的學(xué)習(xí)情境中對所學(xué)知識的綜合運(yùn)用與遷移，及實(shí)驗(yàn)過程中不斷學(xué)習(xí)、思考和解決問題的能力。合適有效的教學(xué)方法可以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，還能促使學(xué)生將所學(xué)的專業(yè)知識、技能與生活相聯(lián)系，用以解決現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問題。傳統(tǒng)“以教師為中心，以課堂為中心”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)使得學(xué)生過分依賴教師[2]，而自身很少主動參與探究，主動思考問題、發(fā)現(xiàn)問題的能力得不到較好的培養(yǎng)[3-6]。如果學(xué)生都是按照教師演示，跟著教師的“模板”被動學(xué)習(xí)，很少自主思考探討，做實(shí)驗(yàn)時缺少交流與討論，則發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力培養(yǎng)目標(biāo)難以達(dá)成，因此，多種有效的教學(xué)模式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)被廣泛研究[7-8]。設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)是一種基于項(xiàng)目的探究學(xué)習(xí)方法，學(xué)生通過反復(fù)探究的方式完成教師提出的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)，來學(xué)習(xí)所需的知識與技能[9]。為更好達(dá)成化學(xué)實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)，本文以有機(jī)藥物提取實(shí)驗(yàn)為例，運(yùn)用基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)模式（design-based learning模式），以學(xué)生為中心[10]，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過程，提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果[11]。

1 DBL在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

DBL模式是基于建構(gòu)主義理論和以問題解決為目的的探究型教學(xué)模式，以“發(fā)布任務(wù)—準(zhǔn)備與實(shí)驗(yàn)—產(chǎn)出成果”三個階段的學(xué)習(xí)為主線應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)[12-14]。DBL模式化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程圖如圖1。教師輔助或引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生根據(jù)發(fā)布的任務(wù)明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、查閱文獻(xiàn)，然后討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、收集準(zhǔn)備原料，最后制備產(chǎn)品并撰寫報(bào)告進(jìn)行交流展示。在此過程中學(xué)生自主對相關(guān)知識進(jìn)行重新的整理深化，結(jié)合情境設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并通過對方案的循環(huán)修改而不斷思考與提高，最終落實(shí)實(shí)驗(yàn)任務(wù)并促成自身能力的提升。

圖1 DBL模式化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程圖

1.1 任務(wù)

教師發(fā)布任務(wù)，鼓勵學(xué)生主動參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究，學(xué)生跟著自己的思維模式去思考并學(xué)習(xí)。DBL模式中，任務(wù)應(yīng)根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)及學(xué)生知識水平提出，注重基于化學(xué)學(xué)科主題的整體設(shè)計(jì)，而不應(yīng)只局限于局部[15]，學(xué)生在完成任務(wù)過程中起主導(dǎo)作用，注重對實(shí)際操作能力的鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生主動參與任務(wù)的積極性，有效提高教學(xué)效果。

1.2 準(zhǔn)備與實(shí)驗(yàn)

任務(wù)發(fā)布后，學(xué)生分小組迅速分工準(zhǔn)備與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的內(nèi)容?；谠O(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)模式在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段給予學(xué)生較多的發(fā)揮空間，也是學(xué)生能力培養(yǎng)的重要階段。

知識與實(shí)驗(yàn)工具的準(zhǔn)備。學(xué)生學(xué)習(xí)并熟練使用各種渠道進(jìn)行文獻(xiàn)檢索與查閱，自主學(xué)習(xí)掌握實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識，并預(yù)測、分析、解決實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題。教師開放實(shí)驗(yàn)室并提供可能用到的實(shí)驗(yàn)儀器，并對儀器進(jìn)行管理與講解；學(xué)生進(jìn)行原材料的收集與制備。整個過程中，教師需要適量為學(xué)生提供設(shè)計(jì)任務(wù)案例等相關(guān)知識方面的支持。

實(shí)驗(yàn)方案的預(yù)設(shè)。教師根據(jù)學(xué)情發(fā)布實(shí)驗(yàn)任務(wù)，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)情景，給出多種可選擇的實(shí)驗(yàn)建議方案的輪廓。學(xué)生結(jié)合自己的知識自主選擇實(shí)驗(yàn)方案，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)并完成實(shí)驗(yàn)。在這個過程中，鍛煉了學(xué)生自主思考能力，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜狀況的能力。學(xué)生準(zhǔn)備過程中，教師只需提供適量的幫助和維持實(shí)驗(yàn)制度的管理，而學(xué)生則需要按照教師提供實(shí)驗(yàn)任務(wù)的目標(biāo)，自主組成學(xué)習(xí)小組并合作交流探究完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

合作與交流。強(qiáng)化小組合作交流的學(xué)習(xí)方式，在完成分組后，各小組迅速分配好組員的工作，并開始決定實(shí)驗(yàn)方向，討論制定初步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。在教師的指導(dǎo)下，各小組展示本組的實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)思路，提出設(shè)計(jì)任務(wù)時碰到的難題，通過小組討論或聽取其他小組的意見或建議解決。在學(xué)習(xí)過程中，提升學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的意識，能夠分享交流自己的想法，加強(qiáng)學(xué)生的邏輯思維、解決問題以及語言表達(dá)能力。

評價反思與循環(huán)論證。DBL模式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的特點(diǎn)在于不會以設(shè)計(jì)出一次性任務(wù)方案為終點(diǎn)，而是在學(xué)生展示自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成果后，在師-生、生-生之間展開交流與討論，接受評價與指導(dǎo)，查閱文獻(xiàn)解決具體問題，對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)加以完善之后進(jìn)入多次循環(huán)再設(shè)計(jì)過程。這樣不停循環(huán)論證以獲得更加完善的方案。學(xué)生在不斷思考與討論，接受教師和組員的指導(dǎo)和評價，對自己的設(shè)計(jì)方案不斷修改、完善的過程中有效的提升了創(chuàng)造性和批判性思維。學(xué)生可以充分的將書本上的知識運(yùn)用到實(shí)踐中，加深對已獲得知識的理解和重構(gòu)，從而激發(fā)出對實(shí)驗(yàn)課程的熱情。

試驗(yàn)與操作。學(xué)生完成經(jīng)過深度參與、精心準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)方案后，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)試劑與儀器，開展試驗(yàn)與操作，進(jìn)一步熟悉實(shí)驗(yàn)流程，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技能和方法，完成知識內(nèi)化的同時，拓展各方面的能力。

1.3 成果

在DBL模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)完成后，學(xué)生通過探索得出滿足任務(wù)要求的成果。各實(shí)驗(yàn)小組通過實(shí)驗(yàn)探究得到優(yōu)化的有機(jī)藥物蘆丁提取試驗(yàn)路線，完成教師的課題任務(wù)。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)等方式掌握了實(shí)驗(yàn)探究本領(lǐng)，學(xué)會了各種實(shí)驗(yàn)技巧，不再依靠教師提供的“模板”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，掌握了學(xué)習(xí)的主動性，取得了好的學(xué)習(xí)效果。

2 基于DBL模式的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

基于DBL模式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為“發(fā)布任務(wù)—準(zhǔn)備與實(shí)驗(yàn)—產(chǎn)出成果”三個主要階段?；贒BL模式的實(shí)驗(yàn)流程如圖2。首先由教師發(fā)布實(shí)驗(yàn)任務(wù)。本文以有機(jī)藥物提取實(shí)驗(yàn)為具體任務(wù)，提出“尋找身邊熟悉的植物并設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)提取其主要成分”為學(xué)習(xí)課題，以一個開放性課題鼓勵學(xué)生對周邊事物進(jìn)行觀察思考，提升學(xué)生的探索興趣，培養(yǎng)科學(xué)創(chuàng)新能力。學(xué)生通過對校園周邊的觀察，發(fā)現(xiàn)校園種植了許多槐樹已經(jīng)開花，在教師指導(dǎo)下，學(xué)生查閱文獻(xiàn)獲知槐花米中含有藥物成分蘆丁，以槐花米為原料進(jìn)行提取藥物蘆丁實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過文獻(xiàn)檢索與學(xué)習(xí)，了解了提取蘆丁的方法及影響收率的因素，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，采集了校園周邊的槐花米，并進(jìn)行了蘆丁提取實(shí)驗(yàn)探究，依據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，撰寫了實(shí)驗(yàn)報(bào)告并進(jìn)行了交流展示。整個模式以設(shè)計(jì)為核心，設(shè)計(jì)任務(wù)來源于實(shí)際生活，而完成這一任務(wù)的過程，便是將學(xué)生掌握的知識技能重新整合利用的過程。

基于教師提出“尋找身邊熟悉的植物并設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)提取其主要成分”為學(xué)習(xí)課題，學(xué)習(xí)小組通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料后決定以校園中生長的槐樹為目標(biāo)，以小組成員采集槐樹上的新鮮槐花米為原材料，通過曬干處理得到實(shí)驗(yàn)所用材料。在教師的適當(dāng)引導(dǎo)下，展示自己的實(shí)驗(yàn)思路，小組討論實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，吸取每個實(shí)驗(yàn)思路的優(yōu)點(diǎn)，并通過多次互相討論論證，明確實(shí)驗(yàn)方向和實(shí)驗(yàn)任務(wù)分配，最終確定各組實(shí)驗(yàn)的具體方案。

圖2 基于DBL模式的實(shí)驗(yàn)流程

各小組依照實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以不同影響因素為研究變量，對比不同條件下藥物蘆丁的產(chǎn)率及產(chǎn)物純度，得到最佳實(shí)驗(yàn)路線，解決了最初提出的問題?；贒BL模式應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)，以“從槐花米中提取藥物蘆丁”課題為導(dǎo)向，學(xué)生在討論制定詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案并將方案實(shí)施過程中，了解實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識，并熟練掌握實(shí)驗(yàn)用到的各種儀器，并由實(shí)驗(yàn)成果確定了以槐花米為原料提取藥物蘆丁的最佳實(shí)驗(yàn)路線，達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)。

3 基于DBL模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價

基于DBL模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，注重對學(xué)生解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)，以學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)為核心教學(xué)目標(biāo)[16]，讓學(xué)生不斷對所學(xué)知識進(jìn)行梳理和構(gòu)建，從而掌握新的知識與技能。在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、邏輯性思維和創(chuàng)造性思維，以及解決復(fù)雜問題的能力。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師發(fā)布一些開放性課題任務(wù)來提升學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程的參與興趣，鼓勵學(xué)生大膽創(chuàng)新與嘗試，學(xué)生在設(shè)計(jì)和完成課題的過程中，積累自主學(xué)習(xí)探究的能力。以學(xué)生為主體的實(shí)驗(yàn)探究過程中，學(xué)生居于主導(dǎo)地位，從而能夠很好的培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題能力，以及團(tuán)隊(duì)合作、獨(dú)立意識等優(yōu)良品質(zhì)。教學(xué)實(shí)踐證明，這種以設(shè)置開放性問題為導(dǎo)向設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，能夠促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、交流探討，結(jié)合實(shí)際確定實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方法，深化對實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識，最終達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)[17-19]。

4 小結(jié)

以有機(jī)藥物分離提取實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，探討了DBL在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，提出了DBL模式應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的詳細(xì)流程。在以設(shè)計(jì)為核心的學(xué)習(xí)模式應(yīng)用于分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生能夠了解如何從文獻(xiàn)中獲得自己需要的知識并將知識整理設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn)方案，能夠自主學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并在探究過程中占據(jù)主動性，能夠?qū)W習(xí)掌握相關(guān)儀器操作、數(shù)據(jù)處理軟件等實(shí)驗(yàn)儀器或工具的使用方法，能夠積累從事科學(xué)研究的知識與經(jīng)驗(yàn)，從而提高其科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。