基于建构主义学习理论的“植物芳香油的提取”教学活动

郑卫东

“植物芳香油的提取”是人教版普通高中课程标准实验教科书《生物(选修1)》生物技术实践的一个课题，通过该课题的学习与实践，能够加深学生对植物有效成分的认识，增进学生对实验原理的理解，锻炼学生设计和安装实验装置的能力，培养他们的科学思维能力，养成良好的科学素养。在教学中，针对课题的特点，采用建构主义学习理论下的“任务驱动式”教学方法，精心设计教学过程，取得了很好的教学效果。

一、教材分析

教材中介绍的植物芳香油的提取方法有水蒸气蒸馏法、压榨法和萃取法。其中水蒸气蒸馏法是植物芳香油提取的常用方法，可以细分为水中蒸馏、水上蒸馏、水气蒸馏。教材推荐使用水中蒸馏(如图1所示)，其优点是装置简单、操作简便，缺点是较难控制，容易出现原料糊焦和有效成分水解等问题。吴成军老师设计的水气蒸馏装置[1](如图2所示)克服了上述缺点，但仪器装配稍显复杂，还可能出现水汽在长颈圆底烧瓶中凝结而不能全部将芳香油带出的情况。

图1 水中蒸馏

图2 水气蒸馏

另外，此实验不是基于通常的生物实验原理，学生缺乏蒸馏操作的基础，实验需要较长的时间，还需要有前期植物原料采集的准备工作。

这部分知识及实验原理和实验操作在整个知识体系中相对独立，与学科其他知识关联度较小。通过本课题教学，能够加深学生对植物有效成分的认识，增进对实验原理的理解，锻炼学生设计和安装实验装置的能力。在教学中可充分利用教材提供的素材，对学生进行生动的科学、技术、社会的教育，并激发学生动手实践的兴趣。通过对3种蒸馏方法优缺点的比较，学会筛选优化实验方案，培养学生的科学思维能力，再让其广泛收集信息资料，对实验进行深入分析，提出改进意见，培养学生良好的科学素养。

二、教学设计

1.教学目标

(1)了解植物芳香油的基本概念及常见植物芳香油的名称和作用。

(2)了解提取植物芳香油的常见方法和基本原理。

(3)尝试根据常见的实验材料选择恰当的提取方法及实验操作。

2.教学重点

植物芳香油的提取技术、信息收集、探究创新。

3.教学难点

实验操作技术及探究创新。

4.教学策略

任务驱动、实验探究。

5.过程设计

建构主义学习理论认为，学习过程不是学习者被动地接受而是积极地建构知识的过程，个体有自己独特的知识与经验，以此为基础，在与情境的相互作用中进行主动探究、协商合作，来建构知识体系，从而形成对周围世界的认识和解释[2]。因此，“知识是被创造的而非被发现的”。在学习的过程中，学生是知识的主动建构者，他人无法替代，教师的作用是引导、帮助和促进学生对知识体系的建构。建构主义教学观主张学习是个体主动建构知识的过程，强调学习的情境性，构建平等的师生关系，倡导对学习结果进行多维方式评价。

“任务驱动”[3]是一种基于建构主义学习理论的教学方法，它以具有教育性、实践性、创造性、发展性的学生主体活动为主要形式来建构知识，以激励学生主动参与、主动实践、主动探索和主动创新为基本特征，以促进学生整体素质全面提高为目的的新型教学方法。它要求在教学过程中，以完成一个个具体的任务为线索，把教学内容巧妙地隐含在每个任务之中，让学生自己讨论问题或提出问题，并经过自己的思考和教师的点拨，自己解决问题。它强调学生要在真实情境中的任务驱动下，在探索任务和完成任务的过程中，在自主学习协作学习的环境下，在讨论和对话的氛围中，进行学习活动，这样学生不仅可以学到知识，还可提高动手实践能力，培养探索创新精神。

本课题的实施环节如下：

自主学习→收集信息→合作探究→实验设计→实验操作→分析讨论→展示交流→探索创新→总结评价→成果汇集。

由于该单元教学内容的特殊性，我们不是将教学安排在1～2节课内完成，而是让学生在一个阶段的时间内自主进行，仅“实验操作”环节在实验室进行，“分析讨论”“展示交流”“总结评价”等环节相对集中在教学时间里完成，并且是以“科技活动小组”形式先行进行各环节的主要活动，进而带动全体学生共同完成任务。

三、教学实施

1.自主学习

此阶段学生带着任务学习教材所给的素材，掌握基础知识(侧重于水蒸气蒸馏法的学习和探究)。

[任务一]

(1)天然香料的主要来源、提取植物芳香油的发展历史、植物芳香油的广泛应用。

(2)植物芳香油的提取方法。

(3)水蒸气蒸馏法提取植物芳香油的原理。

(4)比较水中蒸馏、水上蒸馏、水气蒸馏的优点和缺点(展示图片和实物装置。由于水上蒸馏的装置不易使用常用的实验仪器来装配，采用厨房中加工食物的方法来对水上蒸馏的原理进行解释。如蒸馒头、清蒸食物等，很容易理解，不同点在于，蒸食物是将其蒸熟，而水上蒸馏是将其有效成分蒸出来)。

至此，学生对该单元的内容已经有了大概的了解。

2.收集信息

此阶段侧重于信息收集、信息处理及知识面的拓展。

[任务二]

在网上查阅相关资料，广泛收集“植物芳香油的提取”“水蒸气蒸馏法”相关知识，深入了解水蒸气蒸馏法的原理，接受更丰富的知识。

[师生活动]

学生课外在网上查到了很多相关资料，对水蒸气蒸馏法有了进一步的了解。

学生发现：

吴成军老师[1]设计了“水气蒸馏”装置；百度百科对“水蒸气蒸馏法”的解释除了有“水中蒸馏”“水上蒸馏”“水气蒸馏”，还有“水扩散蒸气蒸馏”[4](也叫“水扩散法”)，这是教材中没有介绍的；进一步搜索“水扩散蒸气蒸馏”，找到了有关文章[5]的介绍，知道了基本原理。

对此，师生展开了热烈的讨论，开始了探究的过程。

3.合作探究

此阶段结合教材基础知识，对前期收集的信息进行加工梳理，合作探究，为后期的实验设计、实验操作、实验探究打下基础。

[任务三]

(1)分析水中蒸馏、水上蒸馏、水气蒸馏的优点和缺点，考虑用哪种方法进行植物芳香油的提取更好？

(2)结合网上收集的资料，分析水扩散法与上述3种方法的优劣。

(3)水扩散法提取芳香精油是新型技术，没有现成的参考装置，该如何设计实验装置？该方法与常用的水蒸气蒸馏本质的区别在何处？

[师生活动]

讨论以后得出结论：

水中蒸馏的优点是装置简单、易于装配、操作简便；缺点是控制稍难，会出现原料糊焦和有效成分水解等问题。

水上蒸馏比较容易操作，不存在上述缺点，但在实验室用现有的实验仪器不易装配，在工业化生产中可以广泛使用。

水气蒸馏也不存在上述缺点，但仪器装配稍显复杂，另外可能会出现水汽在长颈圆底烧瓶中凝结而不能全部将芳香油带出的情况。

水扩散法取3种方法的优点，克服了缺点，是最佳方法，但没有现成的参考装置，需要全新设计，难度较大。我们可以进行创新设计。

水扩散法与通常的水蒸气蒸馏的本质差别在于：水蒸气是在低压下自上而下地通过植物层，植物芳香油只要从腺体里扩散出来，不必经过气化就可能被水带出。

4.实验设计

[任务四]

(1)根据对实验原理和方法的理解，依据实验方案设计的基本要求，设计可行的实验方案，关注实验时要注意的事项。

(2)实验时仪器安装的连接顺序。

(3)水扩散法的实验装置设计。

(4)实验材料的准备。

[师生活动]

在师生的共同努力下，利用实验室的现有条件，分别组装了几套水中蒸馏、水气蒸馏的装置，并创新设计了水扩散蒸气蒸馏装置(如图3所示)。利用这些装置，我们让兴趣小组成员先进行安装、操作训练，在具体实验操作阶段带动全班学生分组进行实验操作，并作对比观察，理解各方法的优缺点。

图3 水扩散蒸气蒸馏装置

5.实验操作

[任务五]

(1)实验操作，注意观察实验现象，记录实验结果。

(2)分析实验中需要注意的事项及实验过程中发现的问题。

[师生活动]

由于学生对提取芳香油实验非常感兴趣，在实验过程中，非常关注每一步进展，认真观察实验现象，仔细记录，期待有很多的芳香油被提取出来。当第一滴液体流进锥形瓶中，学生不约而同地欢呼：“我们成功了！”

当第一滴液体滴入锥形瓶中，就有学生急着去闻气味，期望能闻到玫瑰芳香，但是没有闻到，于是，对实验产生了疑问。教师引导学生注意两点：①这时出来的完全是芳香油吗？②在芳香物很少的时候能闻到它的气味吗？学生经过思考和了解，明白了大量的提取物只能在后面得到，先流出来的液体基本上是水。要正确看待实验结果与我们预期之间的出入，以鲜玫瑰花瓣为例，蒸馏得到的油水混合物是油少水多，精油的香味和纯度都不够。

实验进行一段时间以后，从接收装置中散发出芳香气味。学生体会到了成功。

在实验过程中学生还提出了疑问：哪些物质可以用这样的方法提取？教师没有直接给出答案，而是让他们继续收集资料。

有的学生还提问：“食用植物油与植物芳香油是一回事吗？”教师也没有直接给出答案，而是让他们自己去查阅资料，分清两者的区别。

有的学生在对实验进行观察的同时还提出了这样的问题：“‘水扩散法’中，蒸气从导管进入三颈烧瓶，我们不知道其中的压力大小，怎么才能知道其中的压力是否过大呢？内部压力大小如何控制？如何解决这一问题？”教师与学生一起讨论得出结论：在装置中的B端接一个安全检测装置并可适时排空。师生再对实验装置进行改进设计。

有的学生提问：“芳香油可不可以人工合成？怎么检验芳香油是从植物中提取出来的还是人工合成的？”师生讨论结果为：可以用现代检测方法测出植物芳香油的成分，可以用人工合成方法合成芳香油，天然植物芳香油与人工合成的芳香油可以用碳-14检测法加以检测和区别。

6.分析讨论

给学生的任务：完成实验报告，总结实验心得，对实验中出现的问题进行探讨，自行解决问题，提出今后继续探究的意向。

7.展示交流

此阶段让学生把自己的实验报告、实验心得相互传阅，相互评价，推介好的实验报告供大家借鉴学习。

8.探索创新

按传统的教学方法，该单元的教学任务已经完成，但是教师没有就此结束，而是让兴趣小组的学生继续进行探究活动。

[任务六]

(1)对水扩散法装置进行验压、减压的设计。

(2)查阅资料，了解哪些植物材料可以用水蒸气蒸馏法进行芳香油的提取、用不同的材料进行实验比较。

[师生活动]

兴趣小组的学生与教师一起进行实验，并作对比分析；兴趣小组的学生撰写相关的小论文；兴趣小组的学生准备解答其他学生提出的疑问。

9.总结评价

经过上述一系列活动后，我们对活动进行了总结与评价，在学生相互评价的基础上由教师进一步评价，评选出了系列最佳，即资料筛选、实验方案、实验操作、问题探究、实验报告、问题答疑及小论文方面表现最好的学生，还评选出小小老师、小发明家。还让兴趣小组成员给学生进行释疑解答。

10.成果汇集

最后，让学生对活动的资料进行收集，汇集成该课题下的“精选资料集”“实验方案集”“实验报告集”“问题探讨集”“小论文集”。教师也进行了总结和思考，撰写了《水扩散法提取植物芳香油》[6]一文。

四、教学感想

“任务驱动式”教学法的一个显著特点就是学生成了学习的主体，改变了传统的“教师讲、学生听”的以教定学的教学模式，创造了学生主动参与、自主合作、探究创新的新型学习方式。教师的角色是学习情境的创设者、学习任务的设计者、学习资源的提供者。

在教学过程中，培养学生提出疑问、突破固定思维模式约束的能力，鼓励学生大胆猜想、判断，并将其作为逻辑推理的一种形式和发展学生创造力的一种重要手段，帮助学生克服思维定势，同时注意对学生学习能力的培养。

用“任务驱动式”教学方法能充分调动学生的兴趣和求知欲望，增进师生关系，容易被学生所接受，在不知不觉中培养学生的实践能力和创新精神，使学生的观察能力、想象能力、审美能力、逻辑思维能力都得到锻炼，教学效果更加明显，对全面推进素质教育、培养创新型人才具有重要的意义。

当然，不同的教学方法适用于不同的学习内容，不同的学生也不能完全适用同样的教学方法。只有我们用心去探索，找出最适合自己学生的教学方法，才会在提高教学效果方面大有收获。

[1]吴成军.“植物芳香油的提取”的教学组织[J].生物学通报,2009(3):37-39.

[2]林竹.基于传统教学观与建构主义教学观整合的教学设计[J].南京工程学院学报:社会科学版,2011(3):52-55.

[3]范晶,付继强.让任务驱动教学法取得最大收益[J].山东教育,2011(Z4):106-107.

[4]百度百科·百科.水蒸气蒸馏法[EB/OL].http://baike.baidu.com.

[5]何玉娟,李士雨.天然香料的提取技术[J].化工进展,2004(9):972-973.

[6]郑卫东,马春生.水扩散法提取植物芳香油[J].中国现代教育装备,2011(12):41-42.