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生物化学实验的教学主要还是“填鸭式”模式,即先由实验老师讲解实验原理、实验操作步骤以及实验注意事项,然后再让学生进行实验操作的教学方式.这种教学模式实际上只注重结果,忽视学生的实验过程.结果导致学生普遍存在重视理论学习忽视实验操作、重视撰写实验报告忽视实验过程、重视理解实验原理忽视实验步骤的思想.实验的前期准备工作全部由实验老师完成,学生对此知之甚少,甚至一无所知.同时所选的实验教学内容绝大部分是验证性实验,实验结果学生已经知晓,导致部分学生对实验不感兴趣,从而限制了学生的扩散思维,束缚了学生的创新能力和创造思维的培养.
2蚌埠学院生物化学实验教学存在的问题
实践教学是实现教学目标最有效的方法,生物化学实验教学目前存在的主要问题有:(1)实验项目只是简单验证了理论知识(.2)部分实验内容与其他实验课程重复,同时又不完整,与其他课程没有密切的联系(.3)综合性、设计性实验相对较少(.4)实验内容更新速度相对较慢,没有赶上生物化学知识爆炸式增长的速度水平(.5)实验室、实验仪器没有充分整合,没有产生较高的利用效率(.6)专职实验老师缺口较大.
3我院生物化学实验教学改革及创新人才培养举措
2014年11月23日至28日,教育部专家对蚌埠学院进行了本科教学合格评估,我们以这次评估为切入口,改革现有的生物化学实验教学.根据蚌埠学院“地方性、应用型、工程化”的办学定位,对以前的实验教学体系进行多方位改革.根据我系目前所开设的制药工程、生物工程、食品科学与工程三个工学类本科专业的具体情况,在工学一级学科平台上构建完整的、贯通的实验课程教学体系.将这三个工学专业的生物化学实验课程进行整合、优化,具体分为《生物化学综合设计实验》、《生物化学专业实验》、《生物化学基础实验》三个不同层次,重新修订完成2014版生物化学实验大纲,组建综合实验室.
3.1构建生物化学实验课程新体系《生物化学基础实验》的内容具体涉及生命科学领域的一些主干课程如遗传学、细胞生物学、分子生物学、生物化学等课程的基础实验.在第三学期进行,为专业实验打下坚实基础《.生物化学专业实验》的内容分三个工学专业进行选做.食品科学与工程专业:课程包括生物化学无机和有机合成实验、生物化学分析测量实验、食品化学及分析实验、食品工艺学实验.生物工程专业:生物化学无机和有机合成实验、生物化学分析测量实验、分子遗传学实验、分子生物学实验等.制药工程专业:生物化学合成实验、生物化学分析测量实验、药物合成实验、药剂学实验、药理(毒理)实验等.该课程在第五学期开设《.生物化学综合设计实验》的内容以研究性和设计性实验为主,重点培养学生的创新科学思维和基本科研能力.该课程在第七学期开设.
3.2改进实验教学方法由于本课程以实验为主,要求每个学生动手进行实验操作.上课后,任课教师需向学生讲清楚课程的性质、任务、要求、课程安排和进度、平时考核内容、期末考试方法、实验守则及实验室安全制度等.实验前学生必须进行预习.实验2人1组,在规定的时间内,由学生独立完成,出现问题,教师要引导学生独立分析、解决,不得包办代替.学生应按实验目的和要求进行实验,每项实验结果须经教师检验,认可后方可离开实验室.任课教师要认真上好每一节课,实验前清点学生人数,实验中按要求做好学生实验情况及结果记录,实验后认真填写实验开出记录.每次实验结束后,学生应按照自己的实验结果独立写出实验报告.其中实验结果与分析、实验结论与讨论是每次报告的重点部分.
3.3完善实验考核手段加大对平时成绩考核的力度.本实验课程的考核标准明确,对预习、实验过程、实验报告进行综合评价,对在实验过程中肯于动脑、动手的学生给予充分肯定.采用平时考核(主要是操作技能),结合每次实验的实验报告评分,综合评定期末成绩,期末不另设独立的实验考试.期末总评成绩中平时考核占70%(出勤和实验操作各占50%),实验报告占30%.实验成绩分:优、良、中、及格、不及格五级.
3.4引入综合性和设计性实验由于学校按照教育部和安徽省教育厅的要求对生物化学理论课时进行压缩,生物化学实验的课时也相应减少,由原来的32学时改为现在的24学时,所以我们将综合性和设计性实验引入课堂,编写进生物化学实验大纲.结果显示,学生的学习兴趣和动手操作能力在有限的学时内得到最大的提升.
3.5应用PPT授课通过PPT授课,不仅节省了教师讲解的时间,同时也提高了学生学习积极性.通过一些经典的演示实验和模拟实验录像的观看,让学生了解实验的规范操作过程,养成良好的习惯.
3.6开放实验室生物化学实验在理论开课的学期向学生开放.实验老师根据实验大纲选定的实验项目准备实验材料、药品和仪器设备,学生提前一周向授课老师提出申请,经系实验室主任批准即可利用课余时间进入开放实验室自主实验.
3.7企业参与实验教学由于我系生物工程等工学专业学科多年来坚持产学研结合的办学思路,积淀下众多的合作伙伴,这些企业不仅与学校、与教师保持着良好的科研合作关系,也逐步树立起长远的眼光,重视人才培养,越来越多的企业更加主动地关心学生在校期间的教育,尤其是实验环节,并从多方面参与到生物化学实验教学当中.
3.7.1企业参与研究制定实验教学.每年学校都会组织一批相关企业与学生见面,企业掌握了学生的第一手材料后,学校会组织教师与企业的座谈,听取企业的反响,尤其对学生的知识结构、实践能力的评价,并将其作为修订实验教学大纲的重要参考.每次到企业实习时,带队的指导教师都要认真听取企业负责人、受聘的企业指导教师对学生实验能力培养的意见、建议,并带回学校,在学科教研活动中传达,从而用于指导本科实验教学.近几年来,我系根据企业的建议,优化调整了生物化学实验的部分实验内容.
3.7.2企业参与指导、考核和教材编写.生物工程等专业聘请的企业客座教授和兼职教师积极参与学生实验的整个过程,不仅对实验项目进行调整和建议,还积极参与实验指导书的编写工作,理论与实践相结合,对学生能力的培养大有裨益.
3.8重视实验教材建设和选用工作严格执行任课教师推荐教材版本、教研室集体讨论、分管教学主任审核的教材选用程序.要求优先选用省级以上获奖教材、新近出版的国家级规划教材、面向“21世纪课程教材”、教育部或教学指导委员会推荐教材,确保教材的质量.我们为本科生选用科学出版社2014年最新出版的由南京大学陈钧辉教授等主编的《生物化学实验(第五版)》教材.
4结语
关键词:化学教育研究方法
随着中学化学课程改革的推进,“教师即研究者”、“向教育科研要质量”已成为教育界乃至全社会普遍认同的理论和努力追求的目标。因此在化学教学中进行教育科研意义重大,化学教师掌握教育科研的基本理论势在必行。笔者就如何在化学教学中进行教育科研略谈拙见,以供参考。
一、化学教育科研的研究过程
化学教育科研是从客观存在的化学教育事实和现象出发,以推动化学教育教学实际工作的改善和发展为目的的一种科学行动研究活动。研究过程包括选定课题、制定方案、实施方案、分析资料、撰写论文五个部分。
1.选定课题
课题的选定是整个研究过程的首发环节,它决定研究的价值、意义,影响研究的效果。选题要注意课题的创新性,可行性,实效性和科学性。选题内容一般来自教师的教学理论和教学实践,主要包括化学课程与教材的研究;化学教学方法与策略的研究;化学学习方法的研究;化学实验及其教学的研究;化学教学基础理论的研究;化学教学中思想政治教育的研究;化学课外活动的研究;现代化学教学手段的研究等。
2.制定方案
研究方案是研究工作的统筹性规划,制定研究方案就是提出对研究活动的可操作性计划。涉及的内容主要包括查阅,了解前人对该课题作过哪些研究,有那些科学理论根据;研究者将在何时、何地、运用何方法进行研究活动。查文献时最好普查文献索引或目录,可查《全国报刊索引》(月刊)哲学版的文化教育类G部分(上海图书馆主办),或查《中学化学教育》(双月刊)复印报刊资料(人民大学主办)等。
3.实施方案
这是研究工作的主体落实阶段。研究者采用调查、实验、观察或其它各种不同的方法和手段进行研究的实践活动,从中搜集有关问题和资料。在搜集资料过程中,要不断记录研究中需要运用的资料以及自己对具体资料的分析意见和结果;要对资料分类和系统化以便于资料的系统保存和调用;要对资料进行整理,加以核对、考证,淘汰一些不必要和不真实的资料。对一些零乱的数据资料可以进行统计加工,使资料内含的规律能一目了然。
4.分析资料
教学过程和学生学习过程中搜集来的大量资料只是一些具体的研究事实或数据,须经过自己思考和集体讨论,进行去粗取精,去伪存真,由此及彼,由表及里的分析,从而发掘有关规律,掌握事物的本质。分析的方法有逻辑分析和统计分析两种。在具体的研究中往往根据研究的具体内容,以某一分析为主,或者两种分析方法综合运用。当分析、综合、概括出研究结论后,还需要到变化的实践中加以检验。
5.撰写论文
教学研究的结果要用论文或研究报告的形式表达出来,其目的一是总结,二是交流和推广。
二、化学教育科研的常用方法
化学教育科研方法是指在化学教学中,为达到研究目的而采用的途径、手段和工具的总和。常用的方法有文献法,观察法,实验法,调查法四种。在研究中往往采用起主导作用的某一种方法,又配合运用其它方法。
1.文献法
文献法是运用文献史料进行研究的方法。它适用于研究以往的化学教学实践和教学理论,通过研究历史资料来认识化学教学的发展规律,吸取历史上化学教学经验的精华,总结教训,探讨化学教材、教学和学习理论的原则和规律,以指导当前的化学教学实践。文献法的操作有四个步骤:一是文献检索,二是文献收集,三是文献鉴别,四是文献的研究与运用。在研究过程中应注意:尽可能搜集第一手材料;既要搜集正面材料,又要搜集反面材料;要善于辨证分析史料的价值,选择能反映本质规律的材料。
2.观察法
观察法是在教育教学处于自然状态下,研究者有目的、有计划地直接观察教学、学习和实验等外部表现,搜集化学教学的感性材料,探求化学教学规律或经验教训的一种方法。观察的方式有定量观察和定性观察两种。定量观察常通过填写观察量表来进行。设计观察量表最主要的是根据课题需要确定观察项目,再将项目分解成可以观察的目标行为。定性观察只需尽可能详细地对观察对象的表现做原原本本的记录,不追求量的确定。观察的要求是:观察要有目的、有计划、有重点;观察前要阅读有关的基本理论和经验总结等文献资料;观察者要作实事求是的、全面的、详细的记录;观察后要及时整理观察资料。
3.实验法
实验法是人们根据研究目的,适当控制或模拟客观现象,排除干扰,突出主要因素,有计划地逐步变化条件,探讨其条件与现象之间因果关系的研究方法。在化学教学研究中,这种方法应用是较多的。一般有实验室实验和现场实验之分。实验室实验较多应用于摸索某些实验的最优方案或化学反应机理等。现场实验一般用来检验不同教学方法,不同教学手段等。实验法的一般步骤是:首先是提出问题、订立计划;然后进行实验,再从理论上加以探讨验证;最后得出结论、撰写论文。其基本要求是:实验必须周密设计,系统进行,精确测量,反复进行;广泛参考、吸取前人的经验教训,不断学习新理论,采用新方法。
4.调查法
调查法是通过访问、问卷、座谈、测验等方式,有计划地收集化学教学工作某一方面的资料,并从大量事实中概括出化学教学的某些规律的方法。它常与实验法、观察法配合应用,方法比较简单易行。可以用它去研究范围较广,涉及面较大,时间较长的化学教学现象。调查的一般步骤为:一确定调查课题,制定调查计划。二搜集材料,这是调查的关键环节。可以综合运用实地考察、开调查会、问卷或测验等调查手段。必要时要设计调查表格,问卷过程中设计的调查表,较好的方法是让学生用“√”或“×”进行选择。三整理材料,将原始材料的可靠性和统一性进行检查并进行统计处理。四撰写调查报告。在调查过程中要求调查目的明确、选样方法科学、收集手段多样、统计方法合理。
三、化学教育研究论文的撰写
研究论文的撰写是课题研究的最后阶段,直接关系到科研成果的呈现。其基本组成包括:
1.题目、作者及单位、摘要和关键词。
题目要求醒目、新颖、具有科学性。作者及单位需如实填写。关键词是表示全文主要内容信息款目的单词或术语,字数一般控制在3~5个以内。摘要需用最简洁、精练的词语表达出论文研究的问题、方法、意义等,字数一般不超过论文总字数的5%.。:
2.绪论
绪论要求简明扼要,有吸引力。主要用以说明研究课题的背景,意义及方法。
3.本论
本论是全文的精髓,占论文的绝大部分篇幅。要求论述充分,论证有力,重点突出,层次分明,布局合理。要说明研究的过程、方法、样本和所使用的测量方法。用调查法或实验法研究的课题,要列出和研究密切有关的数据、表格和图表等等。
4.结论
主要论述研究结论,特别说明有创见的论点。
主要参考文献:
刘知新主编.化学教学论.第二版.北京.高等教育出版社,1997.325~350。
“3+理科综合”高考科目改革,对化学教师提出了前所未有的挑战。广大的中学化学教师正以此为契机,更新教育理念,深入教学研究和改革,致力自身知识的更新,以适应新的教学要求与教学模式。当然也应看到,有相当一部分教师还存在一些模糊的认识,有的认为理科综合涉及理、化、生等多门学科,教师应是通晓理、化、生等多门学科知识的全才;有的受“应试教育”“考什么,教什么,学什么”模式的影响,对化学教学的研究无所适从;有的急功近利,为应付考试,四处收集“模拟试题”,使学生沉浸在题海中。因此,我们认为有必要对高考科目改革背景下如何开展化学教学工作的问题作一番讨论。
一、贯彻“学为主体,教为主导”的教学原则
“学为主体,教为主导”是一个重要的教学原则,在高考科目改革的背景下,强调这一教学原则又赋予其新的含义。
一是学生的化学学习过程是学习主体在教师指导下对学习客体主动探索、不断变革,从而不断发现客体新质,不断改进已有知识和经验,建构自己的认知结构的过程。因此,教学过程必需是以培养学生的学习能力为核心,以促进学生整体素质全面提高为目的,以学生的主动参与、自主学习和积极实践探索为基础。教师主导作用的发挥主要表现在根据学生的年龄特点和能力水平,对学习材料进行加工和改造,创设有利于学生独立探索的活动情境,设计不同的探索发现方式,引导学生自己去思考问题,积极参与知识的探索发现过程。让学生学会学习,只有会学习的学生才可能有较强的综合能力。
二是解决综合理科问题的主体是学生,学生在中学学习阶段同时学习物理、化学、生物等多门学科,已经掌握了解决理科综合问题所需的各学科的基础知识,一个化学教师感到难以解决的综合性问题,在学生来说也许并非难事。教师的主导作用的发挥主要体现在教学中加强解决问题的策略性知识的教学,引导学生掌握从总体观点出发、从不同角度认识同一个问题,综合几门学科的知识和技能解决问题的科学方法。
二、加强化学学科基础知识的教学
“3+理科综合”中的综合科目考试强调的是综合能力测试,但学生的综合能力并不是凭空产生的,它是以各学科知识为基础的。综合并不是要单科知识体系,恰恰相反,坚实的单学科基础知识体系是综合能力的基础与载体。自然科学的综合—分化—综合的辩证规律,充分说明没有分类学科的深入细致的研究和发展,就不可能有今天科学的大综合。同样,学生的中学单科学科没有打下厚实的基础,也不可能对付多学科的综合考试。
对于高考科目的改革,我们一定要清醒地认识到,基础的东西往往是最有价值的东西,只有当学科个性表现得淋漓尽致时,它与其他学科之间的交融才能够实现。因此,我们化学教师一定要更加注重夯实基础,应依据化学教学大纲进行教学,帮助学生形成良好的化学学科知识体系,构建完整的、立体的化学知识网络。
例如2000年全国理科综合高考试题第28题是一道理化综合题,只要学生对化学中质量守恒和物理中气体运动的知识有所理解,就可以轻松快捷地完成该题。
三、构建立体的知识网络
在理科综合问题中,一定有相当比例的需要跨学科的知识,不同学科能力集合才能解决的问题,而在物理、化学、生物科学中也存在着许多共用的关键性概念,如物质、能量、运动、作用力、平衡移动、体系与环境等。我们在加强化学学科的基础内容、核心内容教学的同时,要充分利用共用概念准确地进行跨学科的渗透,有的放矢地指导学生进行化学学科与其他学科之间的知识融合,帮助学生在化学知识网络的基础上构建跨学科的知识网络。部分跨学科的知识网络如附图。
附图部分跨学科的知识网络图
全国2000年理科综合高考试题第23题就是一道以物质(Co)为载体而设计的理、化、生综合试题,综合考查学生核反应、元素周期律、化学计算、作物诱变等知识的掌握情况和迁移应用能力。
四、注重理论联系实际
在科学技术和社会生产高度发展的今天,科学技术是第一生产力,是推动生产力发展的最活跃因素和社会进步的决定性因素,这是不容置疑的事实。综合理科既是科学又是技术的特征,使其已经渗透到科学技术、国民生产、人民生活等各个领域。在为全人类提供衣食住行,解决环境污染、能源危机和资源短缺,改善健康和征服疾病等方面取得的重大成就,科学理论的发现到转化为生产力的周期的缩短,大量高新科技产品的涌现,特别是人的遗传基因密码的破译,理科综合起着关键作用。理科各学科在社会发展中的作用决定了理科综合问题必须与生产实际相结合。在化学教学中紧密联系化学在解决人口膨胀、生态和环境恶化、能源危机、资源短缺、合成新材料、征服疾病、探索宇宙奥妙等等问题中的作用讲授化学知识,以社会发展的热点设计理科综合问题,从学生身边的事实和现象设计理科综合问题,引导学生综合运用各门自然科学、技术科学的知识、方法和手段进行研究和探索,不仅可使学生在解决问题中学习各门学科的科学知识,还能使学生产生探究的强烈欲望,掌握科学方法,提高解决综合问题的能力,培养科学的人生观和世界观。
五、重视学习策略的教学
所谓学习策略是指学习者在学习活动中,有效学习的规则、方法、技巧及其调控。学习策略主要是由两部分构成,一部分是直接对信息进行加工处理(获得信息)的具体方法(通常所说的学习方法和思维方法),又称为认知策略;一部分是对信息加工过程进行调节和控制的策略,称为元认知策略。
理科综合问题一般具有题示信息量大,知识涉及学科的门类多和解题方法的多样性、解题结果的探索性等特点,在化学教学中培养学生的认知策略,教师要帮助学生掌握综合理科问题解决的信息简约化策略、问题理解和表征的策略、模式识别策略、中介过渡策略、问题转换策略、实验探究策略、评价的策略等。
光谱技术是现代物理中有效测定物质组成和含量的方法,该方法在物理学,考古学等领域都有极大的运用,而将其利用到临床,也能发展出一套完善的物质检测技术。光谱分析技术是临床生物化学检验最常用的技术。该技术主要是利用物质对特定的光谱具有吸收或者发射或者散射的能力,来通过检测光谱对物质的种类和含量进行分析。按照物质发射光谱的能力进行临床检验的方法有火焰光度法、原子发射光谱法和荧光光谱法,分别检验特定物质发射的光谱来确定该物质的种类和量,其中火焰分析法,利用物质被电弧或者火花的作用,产生高温气态时变成等离子体,检测其激发的光谱,来确定物质组分和含量。按照物质吸收光谱的能力构建的检验方法是最为常见的光谱分析法,主要分为原子吸收分光光度法、红外光谱法和紫外可见光分光光度法,该类方法需发射特定的光线对相关物质进行照射,获取其吸收光谱数据,再确定物质种类和数量。按照散射光谱分析的方法主要有比浊法。
2电化学分析技术
化学电池可将化学能转化为电能,而在检验物质组分时,电能的量可以逆向地确定化学物质的种类和含量,利用该思想的检验方法即为电化学分析技术。电化学技术利用了物质的电性质来获取其组成成分和含量大小,物质的电化学性质有电流、电导、电阻等,通过检测这些性质,可以较为精确地获取物质的含量和种类,在精确度上,可以非常的高,同时使用仪器和检测方法简单。电化学检验通常会用待检测的溶液构成一个化学电池,检测该电池的电性质,即可确定物质量。以待检测液浓度在实验条件下的电性质进行分析的方法是最普通的电化学检验法,该类方法有电位分析法,电阻分析法,库伦分析法和伏安特性分析法。第二类方法是对待检测液进行滴定分析,以在突变时对物理量的变化进行分析,常见的有电位滴定、电导滴定、电流滴定。第三类方法是将待测液中的某成分通过电极转换为固相,由电极上析出固体的质量来分析组成成分的量,该法为电解分析法。目前较为常用的是离子选择电位分析法,该方法利用了电极的电位和待检测液中物质活性的区别进行检测,该方法灵敏度较高,操作简单,但是运行成本较高。电化学方法对离子层次的物质定量分析有较强的效果。
3生物芯片技术
前述的方法都是传统的临床检验,基于个体待检测数据,获取疾病的信息,而在未来,生理信息的检测数据量越来越大,尤其在人类基因组计划出现之后,大规模高通量的基因检测的需求摆在科学工作者和临床医生面前,传统仪器昂贵而单一,无法进行大规模的数据检测和收集,同时,需要经验丰富的人员对数据进行分析,也极大影响了大规模高通量的生物化学检测[3]。生物芯片技术是近年来新出现的检测方法,该方法结合了生物科学的大分子反应和集成电路、微流控方面的技术,将分子化学的反应集成到芯片上,进行分析,可以实现高速大容量的检测分析,生物芯片可以分为基因芯片,蛋白质芯片,细胞芯片和组织芯片,该方法的大规模检测能力十分突出。生物芯片将大量的大分子集成固化到芯片表面,形成一定排列,然后让待检测物通过芯片,对排列产生的信息进行分析,可以迅速获取物质种类和量,生物芯片目前得到最多利用的地方在基因检测上,生物芯片高通量大规模的特点对基因检测具有重要意义,同时,生物芯片为生物化学检测走出单一的分子组分检测,提供了一条新路,在基因遗传领域,即时检测也成为可能。
4总结
1.1所学内容紧扣学生专业特点
物理化学课程涉及的公式约有150个,教学时,要求学生掌握基本公式的推导和证明,能用基本公式去解决一些实际性问题.提倡学生平时自学,上课前复习巩固学过的知识,强调数学和物理基础知识的重要性,培养学生对所学知识进行综合应用的能力.利用高等数学知识,帮助学生掌握、理解物理化学公式.如从卡诺循环可以推导出可逆热温商之和为零;从理想气体发生PVT变化,可以求焓变、熵变、吉布斯函数变和吉布斯函数判据等参数;从肥皂可以了解润湿和乳化等概念.将现实生活中的某事件引入学习中,与物理化学紧密联系,加深学生对知识概念的理解,提高学生实际运用知识的能力.
1.2引入物理化学科学家的故事进行励志教育
在学习物理化学课程时,会涉及到很多著名的物理学家和化学家,讲到相关内容时,教师会讲解他们的个人简历和趣闻逸事.一方面,可以提高学生学习的积极性,集中他们的注意力,缓解课堂的学习气氛;另一方面,每一位科学家的成功都离不开其自身不断努力奋斗的过程,通过了解他们的经历,不仅丰富了课堂教学内容,而且学生对科学的发展也产生了兴趣,对科学家产生了崇拜,成为学生学习的榜样.如首次提出物理化学这个概念的是1901年和1909年先后获得诺贝尔化学奖的两位化学家:荷兰的范特霍夫和德国的奥斯特瓦尔德,正是他们的研究促成了物理化学学科的诞生.其中范特霍夫是首位诺贝尔化学奖的获得者,他50多岁时还经营着一家牧场,亲自送牛奶,被誉为“牧场化学家”.在讲到稀释定律时,介绍奥斯特瓦尔德的生平事迹,他出身普通家庭,求学时对化学产生浓厚的兴趣,1884年在博士论文中提出了电离假设,1888年提出了以他名字命名的奥斯特瓦尔德稀释定律,1909年因在催化作用、化学平衡和氨制硝酸等方面的杰出贡献而获得诺贝尔化学奖.
2教学方法与考核方式改革
2.1多媒体教学与传统教学相结合
传统教学采用粉笔板书的方式,书写需要一定时间,导致学生接受知识量较少.而利用PPT课件,结合Flas,能使教学内容生动、信息量大,给学生更直观的印象,提高课堂效率.物理化学课程公式多,逻辑性强,有些问题比较抽象,单纯采用多媒体呈现,导致学生思维跟不上文字显示的速度,因此不能仅用多媒体一种教学方式.结合教学实际,采用多媒体教学与板书相结合的方式授课,学生能充分地消化吸收所学的知识,教学速度适中,从而提高教学质量和效率.
2.2考核方式的改革与创新
物理化学课程考核方法普遍采用平时成绩加期末考试两大块的组合,存在期末考试成绩在总评成绩中比例偏重的问题.考核方式改革前,平时成绩占20%,期末考试成绩占80%.这种考核方式可能导致学生平时学习不认真,期末考试前突击,因而不能起到督促学生平时学习的作用.考核方式改革后,采取平时成绩占20%,阶段考试或考核成绩占30%,期末考试成绩占50%的形式.在原有基础上,降低了期末考试的比例,规定小于等于48学时的课程,期间加一次阶段性考试或考核;大于48学时小于等于64学时的课程,期间加两次阶段性考试或考核.虽然教师的工作量比改革前增加了,但学生学习的主动性和积极性得到了提高.学生要想取得优秀的成绩,就不能忽视阶段性成绩.另外,也尝试在总评成绩中增加其它一些(如课堂讨论、课程论文等)考核方式,从而促进学生积极学习.
3设计实验教学环节,培养学生创新能力
化学是一门充满乐趣的学科,以实验过程吸进学生的注意力,增强学生的动手能力,让学生通过实验得出化学知识.化学课堂中的教学设备简单而复杂,如化学药品、实验器材、多媒体动画等,教学设备生活化,即将生活中的废品组建成实验器材,如用泥水做过滤实验,食盐水做蒸发实验,生活中常见的纯碱解释碳酸氢钠的化学性质,用水果作水果电池等,吸引学生的注意力,提高学生的学习兴趣.对于一些较复杂的教学实验,教师可利用网络资源,为学生展示实验过程,并讲解实验理论.例如,对于化学元素周期表的学习,教师可在课前布置任务,利用挂图,使学生直观观察,巧妙利用生活中常见的材料,提高学生的学习兴趣.通过化学实验,使学生理解化学元素,并了解理论知识与实践的区别.
二、利用化学实验充实化学课堂
1.创建教学情景在以课本实验教学为基础的前提下,教师首先需要创建教学情景,渲染课堂气氛,锻炼学生的化学思维,激发学生的学习兴趣,从而有助于学生理解化学知识.在做化学实验之前,教师应使学生大胆假设实验结果,锻炼学生的创新能力,在假设的实验结果基础上,讨论实验步骤,通过亲自动手实验,得出实验结果,与假设相对比.在课堂实验过程中,教师可发现学生的脑力发展空间无限大,思维创新能力也较强.这样的实验教学,不仅激起教师的教学兴致,而且激发学生的学习欲望,促进学生的学习效率.
2.增加实验课堂教师尽量将化学课本的结论,通过学生实验,使学生在实验过程中自己发现总结化学知识,并锻炼学生的动手动脑能力,促进学生的团结协作关系.在化学实验中,可将学生分为若干小组,提供比赛机会,增强学生的学习动力,鼓励学生在课下利用日常实验器具做一些简单的化学小实验.例如,教师可以引导学生进入厨房,利用小苏打与食醋的反应,观察酸碱中和反应,并鼓励学生举一反三,学以致用,学会利用醋酸去除水垢的日常小常识.与此同时,促使学生喜爱化学,让学生感受到化学的魅力,学会通过自己动手进行化学实验,得出结论,提高学生的学习信心.
3.教师教学注意事项
(1)引课的重要性引课作为一堂课的开端,教师应特别注意.在课堂开始,教师可利用生活情景,吸引学生的注意力,逐步将知识由浅入深引入课堂.在备课时,要求教师查阅足够的相关资料,尤其注意新发现的科技成果,紧密结合所学内容与生活实际.在教学方式上,大胆引用新型方案,对教材进行整合,设计实验,带领学生探究化学问题.
(2)开放性课堂在课堂教学中,教师应鼓励学生大胆发表自己的看法,并及时与全班同学分享,不仅锻炼了学生的语言表达能力,而且拓展了学生的知识面.对于不正确的看法,尽快对其进行评判,并解释清楚,不允许学生走进误区.多举生活实例,使学生对化学产生亲切感,感受化学的重要性,掌握学习方法,为今后更深层的学习奠定牢固的基础.通过分析生活实际问题,让学生对生活更加热爱,提升价值观.三、生活化化学教学的意义化学是一门实用性学科,它与人们实际生活密切相关.化学来源于生活,高于生活,生活化的化学教学意义重大,化学的学习一定深受教育者的重视.所以高中化学教学应紧密联系生活实际,遵守新课标教学目标,对其进行有效改革.第一,将高中化学生活化,有利于提高学生的学习兴趣.改变以往的教学方法,不仅注重知识内容的学习,更加强调将其联系生活实际,使学生学会主动学习,喜爱化学,积极参加化学实验,使学生走进实际生活,学以致用,学会用所学知识解释生活中化学现象,进而提高教学效率.第二,开展生活化高中化学的教学,可以提升学生的动手动脑能力.在课堂教学中增加实验操作,教导学生利用日常生活材料进行简单的化学实验,促进学生的学习动力,有利于学生更深刻地理解化学理论知识.第三,联系生活实际,是为了让学生在学会化学知识的基础上,掌握学习方法,使其能够独立获得更多的知识.在日常遇见的生活情景中,自己联系化学知识,拓展知识的学习,这是生活中处处皆学问.
论文摘要:概括与分析我校近几级学生分析化学实验课考核方法以及考核过程中存在的一些问题,为保证实验教学质量,进一步提高实验教学效果,总结经验,形成了分析化学实验课自己独特的考核方法。
在高等农业院校,分析化学实验课是一门十分重要的基础课,在整个教学过程中起着极为重要的作用,它是培养学生科学素质的一种有效形式,是培养农业生产和科研等合格人才不可缺少的教学基本环节。通过学习,使学生更深刻地理解有关的理论知识,提高学生实际操作技能及分析问题、解决间题的综合能力。图分析化学实验课考核方法有笔试、操作等。实验操作考试是考查学生实际操作能力、动手能力和基本实验技能的一项考试,是培养学生基本科学素养的一项必不可少的工作。以笔试的方法进行考试无助于培养学生的动手能力和实验操作能力,在检验学生实际操作能力和基本实验技能方面,实验操作考试是其他考试形式不能替代的。为保证教学质量,提高教学效果,我们在重视教学实践的同时,不断地改革了分析化学实验课的考核方法。总结考试经验,形成了我们分析化学实验课自己独特的考核方法:即采用实验的有关理论考试与实验技能考核相结合的办法(口试加操作)。
一、我校分析化学实验课旧的考核方法
(一)2001级学生采用闭卷笔试的方式
试卷内容包括分析化学实验中的实验原理、实验现象、所加试剂的作用以及所用仪器的使用方法等。像文化课统一时间统一科目进行。考前对试题进行了保密。
(二)2002级学生采用实验操作考试
考前操作内容也是保密的。具体是:自己的老师监考,考试时间为每人30分钟,一组02人,所有学生实验操作内容一样,都是通过酸碱滴定计算溶液的浓度?学生操作完成后将数据以及计算结果记录到试卷上,老师根据记录结果打分。上实验的全部学生考了4、5天才能结束。
(三)2003级学生采用实验操作考试
具体是:每个学生考试时间10分钟,学生按班级、学号排序进行考试,一个老师一次监2个学生,10分钟后再进2名学生,依此类推。全部学生实验考试内容都相同,都是完成一次酸碱滴定,老师要对每个学生每一个操作要领和操作要求正确与否打分。5天全部学生考试完毕。
二、旧的考核方法中存在的一些问题
分析化学实验课旧的考核方法中存在很多的间题,比如笔试存在抄袭现象,所以不能体现出学生的实际水平,对学习好的学生也不公平。2002级学生虽然采用实验操作考核方法,但也没有检查学生的操作要领,只是通过最后的计算数据是否接近准确值来判分。这两种考核方法都没有关注学生实验过程中的操作是否规范,技术要领掌握与否。2003级学生采用的考核方法虽然检查了学生的实验操作技能,但不能检查出学生对实验理论知识的掌握程度。这样传下去对以后做实验的学生的影响也不好。以后的学生在做实验的过程中就不会深刻理解理论知识,也不认真观察和分析实验现象,更不分析产生误差的原因,执照老师给定的步骤完成实验,使用仪器的操作要领和要求也不管规范与否,因为考试时只要打听一下使用那种仪器,突击记忆它的正确使用方法即可过关。这样考核的结果并没有达到开设实验课的目的要求,以提高学生实际操作和动手能力以及培养学生独立思考和分析问题的能力,实验操作并不是非要让学生得出一个即定结果,而是让学生掌握实验基本知识和操作技能,这才是实验的目的。除此之外,还有一些间题如下:
(一)分数不成正态分布
实验成绩不成正态分布,一是因为闭卷考试时有些学生在考场上作弊了(有的抄袭学习好的学生的答案,有的抄了书本),二是因为操作时一次考生人数多,有的学生抄袭别人的数据,这样不能体现学生的实际水平。
(二)试题保密
我觉得实验考核试题没有必要保密。因为实验操作考试主要考查学生的动手能力与实际操作能力,而不是考查理论知识,不能像文化课统一时间统一科目进行闭卷笔试。以笔试的方法进行实验考试无助于培养学生的动手能力和实验操作能力,所以不应该保密的,再说操作考试全部学生要进行4、5天,也保密不了,所以实验考试本身应该开卷考试。
(三)突击训练问题
后面考的有的学生向已考过的学生打听操作所用仪器,然后进行突击训练。操作姿势和要求是靠平时积累和培养的,不是靠突击训练。有的仪器使用方法突击也没用。分钟内不但要完成一个完整的操作,还要考虑仪器使用方法的话时间是比较紧张的。上课使用的每种仪器老师都详细的讲到它的正确使用方法和操作姿势。只要你平时都按照要求使用,考试01分钟是足够的。
三、分析化学实验课新考核方法
为了使学生成绩能够客观地反映学生对实验基本知识和操作技能的掌握程度,激励学生学习的积极主动性,我们采用平时实验报告成绩与期末考试成绩相结合的办法给出最终成绩:即平时实验报告成绩占50%,其中包括预习报告、实验态度、实验操作技能以及实验结果的准确度与精密度。考试成绩占50%,其中包括实验有关理论考试成绩和操作考试成绩。为了提高实验课的教学效果和加强学生对实验知识的理解和掌握,我们提出新的实验考核方法:即采用实验的有关理论考试与实验技能考核相结合的办法(口试加操作。具体做法如下,
(一)试题
试题内容为口试加操作。考试试题的难易程度一致,保证考试的公平性。口试内容为实验有关理论:即所做过的分析化学实验中的实验原理、实验现象、所加试剂的作用以及所用仪器的使用方法等,比如标准溶液的配置方法有几种,Ha、Na0H溶液如何配置,标定二者使用哪种基准物质、采用哪种指示剂辨别终点以及终点颜色如何变化,自来水硬度测定终点颜色如何变化,K2C2r07测FeZ+实验中加H3P4O的作用是什么,甲醛法测N%实验原理,分光光度计的组成部分以及每部分的作用,电子天平的称量方法以及差减称量法的步骤和注意事项等内容。对实验有关理论我们摘录出来做成卡片,每一个问题一个卡片,一个卡片一个编号。实验操作内容所有学生一样,并且提前通知学生,都是完成一个完整的滴定分析操作:即将烧杯中溶液准确定容至容量瓶中,移液管准确移取一定量溶液至锥形瓶中,用标准液滴定至终点后记录滴定管数据后报告老师。操作内容及步骤我们做成试题形式。每名监考老师拿一份实验理论卡片以及实验操作要领评分细则,监考老师们考前要统一口试题的正确答案。
(二)考试过程
每个考场4张实验台,每次考试一个考场进4名学生,每个考场2名监考老师,即每个监考老师每次监2名学生。
1、试题的摆放
我们把操作内容及操作步骤试题贴在每个考生的实验台上,所需仪器和药品也整齐地摆放在实验台上。
2、学生进场考试
学生不按照平时做实验的地点和代课老师进行,而是按班级、学号排序先在准备室抽考场号,准备室的老师宜读考场规则和注意事项。每个考场先进4名学生,每个老师监2名学生。先考操作,每个学生10分钟,到时做不完的监考老师会让学生停止。监考老师根据每一步操作要领评分细则打记号,比如容量瓶的洗涤用水是否过量,从烧杯向容量瓶中转移溶液是否使用玻璃棒,定容是否过量;移液管操作手法是否规范;滴定管涂油、洗涤、润洗、装液、排气泡、读数姿势以及有效数字位数、滴定过程中活塞的控制以及终点颜色的判断等一系列的操作是否规范。实验操作结束后到监考老师处抽理论口试卡片编号,阅读完题意回答问题,时间为5分钟,在此时间内最多有三次抽卡机会,满分逐渐降低,比如第一次满分01分,第二次满分8分,第三次满分6分。考试结束后监考老师根据回答内容酌情打分。4名学生考完后监考老师收拾好仪器和药品后再进4名学生,依此类推.我觉得实验考核试题没有必要保密。因为实验操作考试主要考查学生的动手能力与实际操作能力,而不是考查理论知识,不能像文化课统一时间统一科目进行闭卷笔试。以笔试的方法进行实验考试无助于培养学生的动手能力和实验操作能力,所以不应该保密的,再说操作考试全部学生要进行4、5天,也保密不了,所以实验考试本身应该开卷考试。
(三)突击训练问题
后面考的有的学生向已考过的学生打听操作所用仪器,然后进行突击训练。操作姿势和要求是靠平时积累和培养的,不是靠突击训练。有的仪器使用方法突击也没用。分钟内不但要完成一个完整的操作,还要考虑仪器使用方法的话时间是比较紧张的。上课使用的每种仪器老师都详细的讲到它的正确使用方法和操作姿势。只要你平时都按照要求使用,考试01分钟是足够的。
三、分析化学实验课新考核方法
为了使学生成绩能够客观地反映学生对实验基本知识和操作技能的掌握程度,激励学生学习的积极主动性,我们采用平时实验报告成绩与期末考试成绩相结合的办法给出最终成绩:即平时实验报告成绩占50%,其中包括预习报告、实验态度、实验操作技能以及实验结果的准确度与精密度。考试成绩占50%,其中包括实验有关理论考试成绩和操作考试成绩。为了提高实验课的教学效果和加强学生对实验知识的理解和掌握,我们提出新的实验考核方法:即采用实验的有关理论考试与实验技能考核相结合的办法(口试加操作。具体做法如下,
(一)试题
试题内容为口试加操作。考试试题的难易程度一致,保证考试的公平性。口试内容为实验有关理论:即所做过的分析化学实验中的实验原理、实验现象、所加试剂的作用以及所用仪器的使用方法等,比如标准溶液的配置方法有几种,Ha、Na0H溶液如何配置,标定二者使用哪种基准物质、采用哪种指示剂辨别终点以及终点颜色如何变化,自来水硬度测定终点颜色如何变化,K2C2r07测FeZ+实验中加H3P4O的作用是什么,甲醛法测N%实验原理,分光光度计的组成部分以及每部分的作用,电子天平的称量方法以及差减称量法的步骤和注意事项等内容。对实验有关理论我们摘录出来做成卡片,每一个问题一个卡片,一个卡片一个编号。实验操作内容所有学生一样,并且提前通知学生,都是完成一个完整的滴定分析操作:即将烧杯中溶液准确定容至容量瓶中,移液管准确移取一定量溶液至锥形瓶中,用标准液滴定至终点后记录滴定管数据后报告老师。操作内容及步骤我们做成试题形式。每名监考老师拿一份实验理论卡片以及实验操作要领评分细则,监考老师们考前要统一口试题的正确答案。
(二)考试过程
每个考场4张实验台,每次考试一个考场进4名学生,每个考场2名监考老师,即每个监考老师每次监2名学生。
1、试题的摆放
我们把操作内容及操作步骤试题贴在每个考生的实验台上,所需仪器和药品也整齐地摆放在实验台上。
2、学生进场考试
学生不按照平时做实验的地点和代课老师进行,而是按班级、学号排序先在准备室抽考场号,准备室的老师宜读考场规则和注意事项。每个考场先进4名学生,每个老师监2名学生。先考操作,每个学生10分钟,到时做不完的监考老师会让学生停止。监考老师根据每一步操作要领评分细则打记号,比如容量瓶的洗涤用水是否过量,从烧杯向容量瓶中转移溶液是否使用玻璃棒,定容是否过量;移液管操作手法是否规范;滴定管涂油、洗涤、润洗、装液、排气泡、读数姿势以及有效数字位数、滴定过程中活塞的控制以及终点颜色的判断等一系列的操作是否规范。实验操作结束后到监考老师处抽理论口试卡片编号,阅读完题意回答问题,时间为5分钟,在此时间内最多有三次抽卡机会,满分逐渐降低,比如第一次满分01分,第二次满分8分,第三次满分6分。考试结束后监考老师根据回答内容酌情打分。4名学生考完后监考老师收拾好仪器和药品后再进4名学生,依此类推。:
3、判分及登记分数
1.1试验材料采集
选取来自安徽省、江西省和上海市的水稻秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆和棉花秸秆共计127个样品,不同地块或不同品种的样品记作不同的样品。根据当地种植区域分布及样品种类选择采样点,保证采样科学、具有代表性,采集不同品种的样品以保证实验数据适用于本样品的全部品种。水稻秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆和棉花秸秆采集分布如表1所示。样品采集时间选择在该作物的收获期,在每个地块根据地形科学布点,每个样品采集3~5kg,使用已做好标记的绳子将样品捆扎结实;同时,完成现场记录表的填写,将样品的采集时间、地点、样品品种、种植方式、收获季节等信息记录完整。
1.2试验材料制备
将采集好的秸秆按种类分类标记,风干后使用枝桠粉粹机(福轮力特112M-4)进行粗粉,得到粗粉样品放入45℃烘箱中烘干;然后用中药粉碎机(大德药机DFY-500)中进行细粉,细粉样品再经40目筛分(粒径<0.63mm);样品制备完成后装于自封袋中,做好标签,放在干燥器中保存,用于试验测试。
1.3试验方法
以制备好的秸秆粉末样品为原料,采用四分法选取50g样品进行纤维素(cellulose)、半纤维素(hemi-cellulose)、木质素(lignin)、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维及粗蛋白等化学性质的测定。各指标的测定多采用国家标准、美国材料与试验协会ATSM标准和AOAC国际标准。对水稻秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆和棉花秸秆进行化学特性测定,各指标测定标准如表2所示。1)纤维素、半纤维素:纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖,半纤维素是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体。这些糖是五碳糖和六碳糖,包括木糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖等。本测试采用高效液相色谱(Waters1515-2414)法通过测量糖的含量来测定纤维素和半纤维素的含量。2)木质素:采用紫外分光光度法测得酸性可溶性木质素,用灼烧法(575℃)测差重得到不可溶性木质素、木质素的总含量及两部分的总和。3)中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维:用纤维测定仪测定。4)粗蛋白:用凯氏定氮仪测定。
1.4试验仪器
枝桠粉碎机、中药粉碎机、天平、VELP纤维测定仪FIWE6、烘箱、马弗炉、Waters1515-2414高效液相色谱仪、UV-1800型紫外分光光度计、凯氏定氮仪等。1.5数据分析方法采用MicrosoftExcel2010、IBMSPSSStatistics20单因素方差分析等方法。
2结果与分析
2.1纤维素、半纤维素和木质素含量变化
纤维类物质包括纤维素、半纤维素和木质素。纤维类物质含量的高低可以作为生物质能原料选择的重要依据。图1为水稻秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆和棉花秸秆的纤维类物质含量。由图1可知,4种秸秆之间纤维素、半纤维素和木质素的含量差异显著。根据试验,可以得出水稻秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆和棉花秸秆的纤维类物质的含量范围如下:纤维素23%~53%、24%~41%、21%~34%、23%~44%,半纤维素10%~26%、18%~26%、9.7%~38%、11%~20%,木质素14%~33%、22%~32%、17%~19%、41%~46%。其中,纤维素和半纤维素含量与文献报道中的范围一致[7]。由于秸秆中的木质纤维素含量较高,不能被厌氧菌有效地降解,相对于畜禽粪便等易消化的物料,秸秆制取沼气技术要困难得多,尤其是对于木质素含量最高的棉花秸秆。但我国秸秆资源量巨大,农村沼气池的推广工作开展顺利。为解决秸秆难以降解制取沼气的问题,需要解决一些关键性的技术问题。首先,需要研究各种预处理方法,通过预处理提高秸秆的可生物消化性能、消化效率和产气率;其次,根据秸秆体积大、密度小、不具有流动性等特点,可研究适合其物料特性的专用高效厌氧消化反应器,并研究出较优的反应器运行参数[8]。相比沼气,秸秆在生物质热解或炭化时,纤维素和半纤维素主要产生挥发性物质,而木质素主要分解为焦炭[9]。由图1可知,棉花秸秆的木质素含量最高,不适合热裂解液化产生生物油,其次为玉米秸秆。有研究表明,纤维素和半纤维素发生热化学气化反应时碳的转化率高,可转化为CO、CO2,且提高温度,有利于提高CO含量和降低CO2含量[10];而木质素中碳的转化率低,多转化为CH4[11],此过程主要发生在800℃,且CH4的生成量受温度影响大。木质纤维素原料生产乙醇的过程主要分为两步:纤维素和半纤维素水解为可发酵性糖,糖发酵成醇。水解过程通常用酸或酶作为催化剂;而木质素本身结构很稳定,很难被一般的溶剂溶解,因此木质纤维素生物质制取乙醇的过程中,木质素一般需要去除。纤维素/半纤维素的比值大更适合生产乙醇[12],因此水稻秸秆更适合生产乙醇。
2.2化学分析
秸秆作为饲料时,其营养品质主要取决于秸秆中粗蛋白、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤洗维(ADF)的含量。对水稻秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆和棉花秸秆进行了中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和粗蛋白的测定,结果如表3所示。水稻秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆和棉花秸秆的中性洗涤纤维的含量范围分别是42.6%~77.7%、56.7%~82.9%、65.4%~75.9%和54.7%~84.2%;酸性洗涤纤维的含量范围分别是31.9%~58.8%、31.4%~55.8%、54.9%~65.3%和40.8%~69.7%;粗蛋白含量范围分别是3.2%~11.5%、3.9%~11.4%、2.2%~9.4%和3.2%~11.3%。玉米中洗涤纤维和粗蛋白含量与文献中范围一致[13]。其中,品种不同,含量有所差异。油菜秸秆中粗蛋白含量文献值稍高,可能是由于不同地区粗蛋白含量有所差异。水稻秸秆和棉花秸秆中粗蛋白的含量与文献含量范围一致[14-15]。秸秆经过酵母菌或其他微生物发酵,粗蛋白含量大大提高,同时提高粗纤维的降解率,从而更加适于作畜禽饲料[6]。
3结论
论文摘要:建构性学习是一种自我调节的学习,建构主义学习理论强调在教学中应以学生为中心,教师是意义建构的帮助者,在课堂教学实践中利用情境、协作、对话、意义建构等要素充分发挥学生的主动性、积极性和创新精神,使学生能有效地实现对所学知识的意义建构。根据建构主义学习理论,对化学教学方式方法进行探讨,能使化学教学更好地适应时代和社会的要求。
一、建构主义学习理论及建构主义的教学模式
(一)建构主义学习理论
建构主义源自关于儿童认知发展的理论,由于个体的认知发展与学习过程密切相关,因此利用建构主义可以比较好地说明人类学习过程的认知规律,即能较好地说明学习如何发生、意义如何建构、概念如何形成,以及理想的学习环境应包含哪些主要因素等等。因此,在建构主义思想指导下可以形成一套新的比较有效的认知学习理论,并在此基础上实现较理想的建构主义学习环境。建构主义学习理论的基本内容可从“学习的含义”(即关于”什么是学习”)与“学习的方法”(即关于“如何进行学习”)这两个方面进行说明。建构主义认为,知识不是通过教师传授得到,而是学习者在一定的情境即社会文化背景下,借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定的情境即社会文化背景下,借助其他人的帮助即通过人际间的协作活动而实现的意义建构过程。因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。“情境”:学习环境中的情境必须有利于学生对所学内容的意义建构。这就对教学设计提出了新的要求,也就是说,在建构主义学习环境下,教学设计不仅要考虑教学目标分析,还要考虑有利于学生建构意义的情境的创设问题,并把情境创设看作是教学设计的最重要内容之一。“协作”:协作发生在学习过程的始终。协作对学习资料的搜集与分析、假设的提出与验证、学习成果的评价直至意义的最终建构均有重要作用。“会话”:会话是协作过程中的不可缺少环节。学习小组成员之间必须通过会话商讨如何完成规定的学习任务的计划;此外,协作学习过程也是会话过程,在此过程中,每个学习者的思维成果(智慧)为整个学习群体所共享,因此会话是达到意义建构的重要手段之一。“意义建构”:这是整个学习过程的最终目标。所要建构的意义是指:事物的性质、规律以及事物之问的内在联系。在学习过程中帮助学生建构意义就是要帮助学生对当前学习内容所反映的事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间的内在联系达到较深刻的理解。这种理解在大脑中的长期存储形式就是前面提到的“图式”,也就是关予当前所学内容的认知结构。由以上所述的“学习”的含义可知,学习的质量是学习者建构意义能力的函数,而不是学习者重现教师思维过程能力的函数。换句话说,获得知识的多少取决于学习者根据自身经验去建构有关知识的意义的能力,而不取决于学习者记忆和背诵教师讲授内容的能力。
(二)建构主义的教学模式
与建构主义学习理论以及建构主义学习环境相适应的教学模式为:“以学生为中心,在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用,利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神,最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。”在这种模式中,学生是知识意义的主动建构者;教师是教学过程的组织者、指导者、意义建构的帮助者、促进者;教材所提供的知识不再是教师传授的内容,而是学生主动建构意义的对象;媒体也不再是帮助教师传授知识的手段、方法,而是用来创设情境、进行协作学习和会话交流,即作为学生主动学习、协作式探索的认知工具。显然,在这种场合,教师、学生、教材和媒体等四要素与传统教学相比,各自有完全不同的作用,彼此之间有完全不同的关系。但是这些作用与关系也是非常清楚、非常明确的,因而成为教学活动进程的另外一种稳定结构形式,即建构主义学习环境下的教学模式。在建构主义的教学模式下,目前已开发出的、比较成熟的教学方法主要有:
1.支架式教学“支架式教学应当为学习者建构对知识的理解提供一种概念框架。这种框架中的概念是为发展学习者对问题的进一步理解所需要的,为此,事先要把复杂的学习任务加以分解,以便于把学习者的理解逐步引向深入。”支架原本指建筑行业中使用的脚手架,在这里用来形象地描述一种教学方式:儿童被看作是一座建筑,儿童的“学”是在不断地、积极地建构着自身的过程;而教师的“教”则是一个必要的脚手架,支持儿童不断地建构自己,不断建造新的能力。支架式教学由以下几个环节组成:
(1)搭绞手架——围绕当前学习主题,按“最邻近发展区”的要求建立概念框架。
(2)进入情境——将学生引入一定的问题情境。
(3)独立探索——让学生独立探索。探索内容包括:确定与给定概念有关的各种属性,并将各种属性按其重要性大小顺序排列。探索开始时要先由教师启发引导,然后让学生自己去分析;探索过程中教师要适时提示,帮助学生沿概念框架逐步攀升。
(4)协作学习——进行小组协商、讨论。讨论的结果有可能使原来确定的、与当前所学概念有关的屙I生增加或减少,各种属性的排列次序也可能有所调整,并使原来多种意见相互矛盾、且态度纷呈的复杂局面逐渐变得明朗、一致起来。在共享集体思维成果的基础上达到对当前所学概念比较全面、正确的理解,即最终完成对所学知识的意义建构。
(5)效果评价——对学习效果的评价包括学生个人的自我评价和学习小组对个人的学习评价,评价内容包括:①自主学习能力;②对小组协作学习所做出的贡献;③是否完成对所学知识的意义建构。
2.抛锚式教学这种教学要求建立在有感染力的真实事件或真实问题的基础上。确定这类真实事件或问题被形象地比喻为“抛锚”,因为一旦这类事件或问题被确定了,整个教学内容和教学进程也就被确定了(就像轮船被锚固定一样)。建构主义认为,学习者耍想完成对所学知识的意义建构,即达到对该知识所反映事物的性质、规律以及该事物与其它事物之问联系的深刻理解,最好的办法是让学习者到现实世界的真实环境中去感受、去体验(即通过获取直接经验来学习),而不是仅仅聆听别人(例如教师)关于这种经验的介绍和讲解。由于抛锚式教学要以真实事例或问题为基础(作为“锚”),所以有时也被称为“实例式教学”或“基于问题的教学”或“情境性教学”。抛锚式教学由这样几个环节组成:
(1)创设情境——使学习能在和现实情况基本一致或相类似的情境中发生。
(2)确定问题——在上述情境下,选择出与当前学习主题密切相关的真实性事件或问题作为学习的中心内容。选出的事件或问题就是“锚”,这一环节的作用就是“抛锚”。
(3)自主学习——不是由教师直接告诉学生应当如何去解决面临的问题,而是由教师向学生提供解决该问题的有关线索,并特别注意发展学生的“自主学习”能力。
(4)协作学习——讨论、交流,通过不同观点的交锋,补充、修正、加深每个学生对当前问题的理解。
(5)效果评价——由于抛锚式教学的学习过程就是解决问题的过程,由该过程可以直接反映出学生的学习效果。因此对这种教学效果的评价不需要进行独立于教学过程的专门测验,只需在学习过程中随时观察并记录学生的表现即可。
3.随机进入教学由于事物的复杂性和问题的多面性,要做到对事物内在性质和事物之间相互联系的全面了解和掌握,即真正达到对所学知识的全面而深刻的意义建构是很困难的。往往从不同的角度考虑可以得出不同的理解。为克服这方面的弊病,在教学中就要注意对同一教学内容,要在不同的时间、不同的情境下、为不同的教学目的、用不同的方式加以呈现。换句话说,学习者可以随意通过不同途径、不同方式进入同样教学内容的学习,从而获得对同一事物或同一问题的多方面的认识与理解,这就是所谓“随机进入教学”。显然,学习者通过多次“进入”同一教学内容将能达到对该知识内容比较全面而深入的掌握。这种多次进入,绝不是像传统教学中那样,只是为巩固一般的知识、技能而实施的简单重复。这里的每次进人都有不同的学习目的,都有不同的问题侧重点。因此多次进入的结果,绝不仅仅是对同一知识内容的简单重复和巩固,而是使学习者获得对事物全貌的理解与认识上的飞跃。
随机进入教学主要包括以下几个环节:
(1)呈现基本情境——向学生呈现与当前学习主题的基本内容相关的情境。
(2)随机进入学习——取决于学生“随机进入”学习所选择的内容,而呈现与当前学习主题的不同侧面特性相关联的情境。在此过程中教师应注意发展学生的自主学习能力,使学生逐步学会自己学习。
(3)小组协作学习——围绕呈现不同侧面的情境所获得的认识展开小组讨论。在讨论中,每个学生的观点在和其他学生以及教师一起建立的社会协商环境中受到考察、评论,同时每个学生也对别人的观点、看法进行思考并做出反映。’
(4)学习效果评价——包括自我评价与小组评价,评价内容包括:①自主学习能力;②对小组协作学习所做出的贡献;③是否完成对所学知识的意义建构。
二、建构主义学习理论指导下的化学课堂教学
化学教学具有三大特殊性:以观察和实验为基础;以形成化学概念和掌握知识结构为中心;以化学教学紧密联系实际为原则。这就要求教师充分发挥学生学习的自主性,引导学生主动发现问题,主动收集、分析有关信息和资料,主动构建化学概念和化学规律,这正是建构主义学习理论的核心。因此,建构主义学习理论为化学教学提供了理论指导。
(一)化学教学方法变革
在教学方法上教师应以建构主义学习理论为指导,采用诸如:围绕事先确定的学习主题建立一个相关的概念框架去学习(支架式教学法),或根据事先确定的学习主题在相关的实际情境中去选定某个典型的真实事件或真实问题,围绕该问题展开进一步学习(抛锚式教学法),或从不同侧面、不同角度表现学习主题的多种情境,以便供学生在自主探索过程中随意进入其中任一种情境去学习(随机进入教学法)等各种教学方法,来促成学生主动建构的发生。例如采用支架式教学进行《强弱电解质和弱电解质》内容的教学,为使学生较好掌握强电解质和弱电解质的概念,设计了以电解质水溶液的导电能力作为学习主题,即强电解质和弱电解质。首先将有关概念,如电解质、电解质的电离等概念作为预备知识,由学生总结归纳,然后让学生进行电解质水溶液的导电实验,探讨不同的电解质水溶液的导电情况,记录各种条件下的实验数据,教师在其中起引导作用,最后让学生分组对实验数据进行整理、分析、讨论,抽象出强电解质和弱电解质的概念。在讲述《原电池》的内容时,可采取抛锚式教学法。开始时,教师可以向学生演示这样一个实验:在一瓣橘子上相隔0.5cm分别插入一小段铜片和铝片,把铜片和铝片的另一端通过导线接触耳机的两极,让学生听声音,然后展示干电池、纽扣电池等,引出课题《原电池》。这就是所谓的“抛锚”。然后直接告诉学生上述装置能产生电能,并提出问题:电能是怎样产生的呢?什么是原电池?但不直接给出原电池的装置,也不告诉学生原电池是由化学能转变为电能的一种装置。这就是所谓的“抛锚”。创设了这样一个情境后,让学生亲自动手做几个实验,学生完成实验后,教师让学生复述实验现象,教师作评价,将学生实验结果为素材,再创设问题情景,这些现象的出现是为什么呢?解释产生这些现象的原因。师生共同讨论分析,得出原电池原理。
(二)从学生已有的知识经验出发
在正式的科学学习之前,学生已经具有了一定的经验,形成了自己的看法,即使有些问题他们还没有接触过,没有现成的经验,当问题呈现在他们面前时,往往也可以基于相关或自以为相关的经验,依靠已具备的认知能力,力图形成对问题的某种解释,这种解释并不一定合理,但也并不都是胡乱猜测,而是从他们的经验背景出发推出的合乎逻辑的假设。教师在教学之前应认真考虑学生先前的知识经验,使要学习的科学知识落在学生可能的建构区范围之内,并与学生的经验紧密结合,只有这样,才能引导学生将新知识与已有知识经验联系起来,引起学生有意义的学习,不断丰富、发展和改造自己的理解。例如学习“化学反应中的能量变化”时,学生都有各自对能量的认识:钻木取火、水电站、风力发电、火力发电、森林着火、核能等。因此,在教学时首先提出问题:当今世界上使用最广的能源是哪种能源?你身边接触到的最为常见的能源是什么样的能源?接着让学生亲自实验:点燃酒精、煤油、汽油等液体燃料,感觉火焰的温度;向盛有锌粒的试管中加入稀硫酸,感觉反应的热效应等。再让学生小组讨论,通过学生在生活中经历的各种能量变化的例子,引导学生对“化学反应中的能量变化”这一知识的意义建构,得出“化学反应释放出的能量是当今世界上最重要的能源”;“化学反应中的能量变化,主要集中在热量问题上”的结论。
(三)重视创设良好的学习情境
建构主义学习理论认为,学是与一定的社会文化背景即“情境”相联系的,学习情景实质上是一种优化的、特定的学习环境。在实际情境下或通过多媒体创设的接近实际的情境下进行学习,可以利用生动、直观的形象有效地激发联想,唤醒长期记忆中有关的知识、经验或表象,从而使学生能利用自己原有认知结构中的有关知识与经验去同化当前学习到的新知识,赋予新知识以某种意义;如果原有知识与经验不能同化新知识,则要引起“顺应”过程,即对原有认知结构进行改造与重组。学习情境的创设,有利于激发学生的学习兴趣,有利于学生理解和应用知识以及学生探究能力的发展。对于化学这门学科,其内容有严谨结构,化学的现象和规律源于生活,应从生活实际出发。这就要求创设有丰富资源的学习环境,包含许多不同情境的应用实例和有关的信息资料,以便学生根据自己的兴趣、爱好去主动发现、主动探索。要创设与既定目标相符合的学习情境,首先要选择适当的素材,然后设计恰当的呈现方式。教师在化学教学活动中应注意通过生动具体的事实或问题来呈现学习情境。其中包括日常生活中与所学内容有关的物品、现象、事件和经验,与化学有关的社会热点问题,工农业生产问题以及能体现化学与社会、经济、人类文明发展有关的事实和材料,还有重要的化学史实、发明发现的故事等;通过化学实验可以创设许多真实、生动、直观而又富于启发性的学习情境,使学生通过动手、动脑的有机结合获得全面的发展;同时可以充分利用多媒体技术创设真实情境,如果再与仿真技术相结合,则能产生身临其境的逼真效果。例如《元素周期表》的教学,为创设理解元素周期律的教学环境,首先提出思考题:如何利用元素周期表判断元素金属性与非金属性的强弱?怎样通过实验归纳得出规律?激发学生的求知欲。教学中让学生自己动手实验,从同周期元素和同主族元素两方向进行研究。让学生观察实验现象,做好记录。引导学生边观察,边思考,边发现问题,解决问题,并根据实验记录加以分析、归纳和总结,如有条件还可以运用多媒体作动态演示,帮助学生从中得出同周期元素与同主族元素的结构、位置与金属性、非金属性变化的关系的结论。:
(四)重视互动的学习方式