基于合作學習的化學實驗教學模式探究

張潤杰

(首都師范大學 初等教育學院, 北京 100048)

目前高校實驗教學中,從觀念到實踐都強調獨立學習或競爭學習,即單人單組獨立完成實驗項目,即使分組也多是因為條件所限(如大型儀器不能人手一臺等)。這為所有學生提供了平等、充分的動手實踐機會,每個學生的學習目標和任務也相對清晰,教師的教學效率也因為同質化的教學過程而相對較高。然而,這種方式一定程度上營造了過于競爭的學習氛圍,弱化了學生間的互助性學習,從而不利于群體學業成績的整體提升。特別是從20世紀末開展的實驗室評估,把單人單組作為考核指標,一定程度上強化了單人獨自操作的實驗教學模式。

與獨立學習相對應的是合作學習,即將課堂活動變成將學術學習與社會學習相結合,并通過社會學習促進學術學習的教學組織模式和學習策略。以學習小組形式構建積極的相互依存關系,個體通過與環境中的其他個體或者群體的相互作用,利用彼此的資源和技能,通過相互詢問信息、評估對方想法、監督對方工作等策略,使自己和彼此的學習效果最大化,達到學生集體完成任務實現學業目標的目的[1]。合作學習有著堅實的哲學、社會學和心理學理論基礎,它的優勢在于整合了學術和人際關系技能這兩個看似不同的目標,一個學習過程可以實現多種教育目的。Ross將成功的合作學習任務描述為智力要求高、創造性強、開放的任務[2],實驗教學中的實驗項目就是這樣的任務,基于問題解決并采取合作學習模式,定能取得更好的教學效果。

1 合作學習實驗教學模式和學習策略的優勢

1.1 合作學習體現因材施教并優化了實驗教學評價

教學的最高層次是因材施教,找出適應個體差異而廣泛有效的教學策略,一直是教育工作者面臨的主要挑戰之一,個體差異往往通過個性化教學或小組來應對。而合作學習可以輕而易舉地解決問題,因為這種方式在課堂上具有直接容納個體差異的潛力,個體差異被直接用來促進學習,因為個體差異正是學生取長補短的有利條件。

合作學習為教師客觀評價學生及其學習效果創造了條件。每位教師都應公正、準確地評價學生的學習,簡單地從考試百分比和作業中計算出一個學生的分數是不夠的,因為這會忽視實驗教學的其他重要屬性。在非競爭性的合作環境下,學生可以自由討論對問題的理解,教師則可從對學生的充分傾聽中,得到學生對知識理解程度的信息,從而評估學生對實驗中重要科學概念的掌握程度,并能及時澄清和解答學生的疑問[3],為教師提供客觀評價學生的機會[4]。

1.2 合作學習營造了和諧積極的教學環境

研究表明,學習環境和氛圍顯著地影響學生獲得知識的程度[5],社會支持程度越高,學生的學習成績越好。

合作學習有利于積極的學習心理的形成。基于合作學習的實驗教學,創設了以學習者為中心的學習環境,打破了以教師為中心的教學模式,在班內建立一個支持性的學習共同體,面向小組全體成員,以團體成績為評價標準,改善了班級內的社會心理氛圍,創建了一個共贏的學習環境。增加了所有學生成功完成作業的可能性,每個團隊成員的任務都得到了加強,學生具有強烈的歸屬感,從而有效促進所有學生的學習。強調競爭的單人單組實驗教學模式和學習策略,往往使學生主要關注他們的個人成績及其在班級中的排名,這會導致學生的緊張、焦慮和自我懷疑。因為競爭往往是零和的,優秀的學生獲得所有的獎勵和認可,平庸的學生則永遠處于劣勢,少數學生的成功意味著多數學生的不成功,造成學生間相互排斥甚至相互敵對,更有甚者,對成績好的所謂“教師的寵兒”進行孤立和責難,不利于學生的發展和成長。這種強調每個個體要比其他人做得更好的環境,會導致更多對人性的負面看法。

合作學習強調積極的同伴關系氛圍,發揮人際交互活動對學習的促進作用。以小組為單位完成實驗項目,小組成員間為了共同的學習目標,集體決策,彼此合作,相互依賴,分享觀點,取長補短,互勉互助[6]。學生可以自由地表達自己的意見和想法,而不必害怕失敗或批評,讓學生在和諧的學習氛圍中獲得提升。

1.3 合作學習有利于培養學生的科學思維和科學技能

基于合作學習的實驗教學模式,有利于培養學生的科學思維。合作學習就是讓學生一起完成具有挑戰性的任務[7],小組中的每位學生都對完成任務負有責任。在合作學習中,學生都能積極參與,他們用自己的語言定義和解答問題,而不是復制教師或教科書提供給他們的材料。他們會比其他學生討論更多問題,并試圖向其他人解釋自己對某個問題的了解,或者試圖理解同伴所解釋的內容,有效地加強了彼此的溝通交流。學生在學習中處于主動地位,能夠真正參與到學習過程中,進行主動學習,這對激發學生學習積極性,使學生較長時間保持精力集中并獲得良好的學習效果,具有直接的正向影響。當小組成員出現分歧時,他們會通過深入思考,對各自的觀點做出調整,從而有助于學生進一步制定出更加完善的策略,有助于強化學生對科學問題的持久關注力,增加學生未來從事科學工作的成功機會[8]。

合作學習有利于培養學生的科學技能。合作完成實驗項目過程中,學生齊心協力面對科學挑戰,使用算法、理論、程序和概念等來驗證他們的想法,是完全遵循科學家團隊從事科學研究的一般程序的過程。而這種情況很少發生在學生獨自進行實驗的過程中,也很少發生在實驗室中按照食譜或藥方程序一步一步操作的教學過程中。此外,合作小組往往將學習拓展到實驗教學內容以外更廣闊的領域,從而引發更加深入的學習。

1.4 合作學習有助于學生塑造正確的價值觀和提升社會參與能力

合作學習有助于學生塑造認識事物、辨別是非的思維或取向,即價值觀。在合作小組中學習的學生,比競爭性學習和獨立學習的學生更能發展出健康的教育價值觀。合作學習發展了學生間的友誼,學生比在競爭驅動下更利他、更自律、更有愛心、更有同情心、更有責任感。合作學習鼓勵積極的相互依存,小組成員在心理上互相聯系,并在學習過程中互相幫助,學業較差的學生受益于其他學生的幫助而成為更好的學生,能力較高的學生在幫助其他伙伴的過程中實現自身的成長。成功的合作學習提升了學生能力,增強了學生信念,使他們相信自己確實能在這門課程中獲得成功,即提高了自我效能。合作學習促進了不同學習風格和能力的學生之間的相互理解,解決了風格差異問題。

合作學習有利于提高學生的社會參與能力[9]。基于合作學習的實驗教學模擬真實生活,學生在學習中能夠體驗各種社會角色,增強對他人的責任感,培養對人性的尊重,促進人際關系的改善。合作學習有利于培養與未來職業有關的技能,如領導能力、口頭和書面交流能力、進行建設性詢問能力、材料傳播能力等。合作學習幫助學生友好地解決彼此的分歧,能夠學會如何挑戰自己的想法,并通過個性化的陳述來表明自己的立場。

2 基于合作式學習的實驗教學構建原則及模式

2.1 構建原則

2.1.1 團隊協作原則

合作學習是基于小組的教學模式,是通過學生共同努力,最大限度地發揮團隊作用的學習。但合作學習不僅僅是讓學生聚集在一起,也不僅僅是期望簡單學習活動的發生,成功地實施合作學習需要4個條件。第一,明晰的團體目標和個體分工。小組必須有明確的團隊目標以及每個個體必須承擔的明確任務,并將個體責任與群體目標聯系起來。評價該實驗項目完成情況,不僅必須考核該小組實現其目標的情況,而且必須考核每個人對團隊的貢獻,即不能在別人的工作上“搭便車”。第二,積極的相互依存。每個實驗項目的完成即團隊目標的實現是復雜的、耗時的,要想成功就需要大家的協作,要讓小組中的每個人建立一榮俱榮一損俱損的觀念,要讓學生知道他們要么一起游泳,要么一起下沉,也就是必須進行合作,否則無法完成任務。第三,保持持續的面對面交流。學生要以值得信賴的方式行事,關心彼此的成功,互相鼓勵和幫助,經常性地進行資源交流、信息反饋和總結經驗。第四,順暢的團隊運作。教師要幫助學生提升領導、決策、建立信任、進行溝通和沖突管理等技能,學生必須不斷評估他們的團隊運作狀態,如果項目進展出現問題,應及時查找原因、修正方向、改進流程。

2.1.2 解決挑戰性的問題原則

通常導致合作學習效果不佳的一個重要原因,就是目標設定不到位,不需要合作即可達成。因此,實驗教學中,要精心設計實驗項目,使之適合合作學習的模式。實驗項目要貼近生活,讓學生在解決實際問題中培養興趣。實驗項目要具有一定難度,要有充分的挑戰性,例如稍稍超出學生的能力,且單靠學生個體難以完成,以此來激發學生的求知欲望,提升學習動機水平。實驗項目還要具有開放性、多答案或多方法的特點。沒有具體答案或多答案的實驗項目,往往更能鼓勵個體為團隊的目標做出貢獻。對于可以采用多種方法的問題,可以使小組在解決問題的過程中,從殊途同歸的角度拓寬思維,提升解決問題的能力。

2.1.3 教師輔助支持原則

隨著對學生中心教學理念的廣泛認可[10]和信息技術的發展,教師已不再單純定位在知識的傳授者,而是學習的引導者、支持者、合作者,實驗教學同樣如此。教師是項目團隊運轉秩序的維護者,是具體既定秩序的代表,是嚴格紀律的執行者,要保障項目小組安全順暢運轉。教師是實驗條件的創造者[11],成功的團隊學習,需要教師通過精心策劃、周到安排和全面準備,提供實驗所需的一切必要條件。教師是實驗過程的輔導者,要積極地“旁觀”,觀察記錄每個小組和個體的表現,指出問題,接受咨詢,提出建議,適時進行心理支持和及時鼓勵。教師是實驗結果的評價者,要根據項目完成情況和項目小組整體表現,對整個項目小組進行評分,而不體現小組內部個體的差異性。

2.2 教學模式

2.2.1 實驗教學過程

(1) 教師導引。教師要告知學生采取分組合作的實驗教學模式,給出關于合作學習的必要說明,特別要突出合作學習的意義,激發學生的學習興趣,并強調小組目標、個體責任、評價方式等內容。要簡要介紹關于團隊管理、溝通交流、沖突解決的基本技巧,告訴學生如何進行合作,強調彼此信任、有效溝通的重要性。還要對學生進行安全教育,并為學生創設一個安全實驗環境,要列舉實驗室安全隱患,要求學生具有強烈的安全觀,訓練學生具備基本的危險識別和應急處置能力。

(2) 分組分工。在組建合作小組時,要充分尊重學生,按照自愿原則自由組合。同時要考慮組內的異質性,盡量將學習成績、能力、性別、性格、特長等方面不同的學生分在一個小組內,保持組內個體間的差異性和互補性,發揮互相學習、相互幫助、取長補短的合作學習優勢。組的大小依據實驗項目的難易程度和任務量多寡而定,一般以2～6人為宜。此外還要保證各組間的同質性,讓各個小組處在同一起跑線上,在保持組間適當競爭的同時,強調組間合作,實現更高水平的群體交互,達到共贏目標。分組完成后,要進行組內分工。在教師指導下,小組成員通過充分討論分解實驗任務,并根據各自優勢承擔各自責任。可根據工作性質分配角色(如組長、信息整理員、實驗操作員、安全保障員、環境保護員等),也可根據工作內容分派任務(如合成、表征、應用等),在不同的實驗中要進行角色輪換,以使每個學生都能得到全面的鍛煉。組長是關鍵角色,負責整個小組的管理并對教師負責。

(3) 項目完成。在分工的基礎上制定工作計劃和小組運轉機制,明確相關的制度和紀律,用規章、標準、程序等規范學生行為,保證成員間的順暢交流和相互支持。要根據工作計劃開展系列學習活動,包括實驗項目設計、資料收集、實驗操作、觀察記錄、結果整理、報告撰寫、成果展示等。要把安全和環境保護作為重要環節,把組內和組間集體討論貫穿始終。教師要對小組成員進行全程監控,定期評價,及時發現問題,并對小組活動進行調整和改善,確保教學目標的完成。

2.2.2 實驗教學評價

(1) 小組自評。包括組長對每名成員的評價、組員間相互評價和個體自我評價。主要評測點包括態度是否積極主動、溝通交流是否順暢、操作是否規范嚴謹、分工任務是否完成等。

(2) 組間互評。基于平時的觀察交流、組間聯席會、總結交流大會等對彼此的了解,進行組間互評。主要側重小組是否團結協作、組員是否積極認真等方面。

(3) 教師終評。教師作為積極的“旁觀者”,指導和協助整個實驗教學過程。教師終評主要側重實驗結果和團隊表現,給出小組整體分數,而不對每名組員進行評分。其中,實驗結果主要參考實驗記錄和實驗報告,根據小組真實的實驗數據和對數據的解讀進行評價。團隊表現主要參考小組自評、組間互評及教師的觀察記錄進行評價。主要評測點包括團隊協作是否順暢、技術操作是否規范、安全保護是否到位、實驗結果是否達標等。

3 實驗教學案例

下面介紹大學化學綜合實驗課程——生活中“牛奶新鮮度的檢測”實驗案例。

生活中鑒別牛奶是否變質的通常做法是觀察和品嘗,這既不準確，也不安全。在實驗室中,可以通過滴定法和pH計測定法定量地測定牛奶的新鮮度,也可以通過酒精實驗法,定性地測定牛奶的新鮮度。

根據Ross提出的合作學習任務的3個特征——智力要求高、創造性強、開放性,選擇合作學習的案例。首先,“牛奶新鮮度的檢測”實驗需要學生熟練掌握實驗的基本原理,以及乳酸度、吉爾涅爾度等基本概念,對學生的智力提出一定要求。其次,“牛奶新鮮度的檢測”實驗方法多樣,在實施實驗時并不限于一種檢測方法,而是可以采用多樣的實驗路徑,符合任務開放性的特征。最后,由于任務對智力的挑戰性和實驗本身的開放性原因,學生在進行實驗時必須付出一定的心智努力,充分發揮自身的創造性,才能成功完成任務。

“牛奶新鮮度的檢測”實驗遵循前述的3個基本原則,即團隊協作原則、解決挑戰性問題原則和教師輔助支持原則。基于團隊協作原則,在檢測牛奶新鮮度之前,教師根據學生的學習成績、能力、性別、性格、特長等將全班學生分為6組,每個組的學習目標和教學目標相一致,都是對3組牛奶樣品的新鮮度進行檢驗。不同學生擔任不同的角色,有管理員、記錄員、操作員等,每個學生都要對檢測牛奶新鮮度的總目標負責,接受考評。不同的學生之間不止有個體分工,更有相互的面對面的交流,需要時時反饋實驗進展,例如滴定法中標準液體積和顏色的變化等。基于解決挑戰性問題原則,在滴定法中,遇到的挑戰性問題主要包括滴定終點的確定、由NaOH標準液的體積數計算乳酸度和吉爾涅爾度等。運用其他方法(如滴定酸度法和酒精實驗法)時,還可能遇到pH計校準問題、酒精陽性乳和酒精陰性乳鑒別等問題。通過一系列遞進的挑戰性問題,為學生合作學習的逐步展開奠定基礎。基于教師輔助支持原則,在本實驗的合作學習中,教師負責維護項目運轉、創造實驗條件、指導實驗過程、評價實驗結果等工作。具體包括：維持實驗室秩序；輔助學生準備好NaOH標準液等藥品以及PHS-3D功能型pH計等器材；當學生無法判斷滴定終點時,給予及時指導；當學生完成實驗操作時,要按照對牛奶新鮮度的測定情況,對學生進行評價。

4 結語

基于合作學習的實驗教學,能夠包容學生個體間的差異性,為學生營造主動學習的環境,為學生提供深度學習的機會,將學生參與度的提高與更真實的科學實踐和實驗室明確的學習目標聯系在一起[12],是提高成績、提高自尊、刺激認知發展、改善人際關系有效方法。為了取得更好的實驗教學效果,在設計和實施合作學習活動時,必須考慮小組人員構成、任務結構、學生角色、群體規范、獎勵和評價等,特別是要建立積極的相互依存和個人問責制,確保每個學生都為團隊做出貢獻并承擔責任。同時,要盡量降低合作學習的群體取向對個人的影響,注意提升不同類型學習者的學習效能。