基于“设计的学习”的化学教学四种策略

石鹏 黄都 陈翩

【摘   要】简要介绍基于设计的学习（design-based learning）的基本内涵，阐述基于“设计的学习”的化学教学的四种策略：明确导向，系统规划，营造文化，检测反馈。以此有效促进学生对化学知识的理解，提高学生的自主探究能力、化学实践能力和化学学习兴趣。

【关键词】高中化学  基于设计的学习  教学策略

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2015）12B-0057-03

一、问题的提出

化学是一门以实验为基础的科学，这意味着化学知识来源于实验设计、实施、观察与推理;化学又是一门实用的富有创造性的科学，人类的生命、生长、生计、生活、生产都离不开化学。人类依存的自然世界和人工制品世界说到底是化学物质，而化学知识是促进这两个世界协同发展的重要基础。基于这样的认识，近10近来的化学基础教育课程与教学改革着眼于让学生在真实的现象、事实和问题情境中学习化学，并运用化学知识解决实际问题，即实验问题与生产实际问题相结合，实验室与社会实践相结合。要使学生具备这种能力和素养，一种有效的教学方法就是让学生在“做中学”，即在参与各类化学设计中学习。

这种思想不仅体现在课程标准对日常教学的要求上，而且还体现在各类考试命题的导向之中。例如，2015年高考化学试题全国2卷第28，36，38题，均为基于实验与工业设计的问题探析，广西考生的考试数据如下：

第28题为必考题，考查二氧化氯（ClO2）生产工艺流程及实验室检验方法。平均分3.7033，难度0.2469，标准差2.8711，区分度0.3271。

第36题为《化学与技术》选考题，考查用异丙苯氧化法生产苯酚和丙酮的工艺流程。选答的考生人数为24570，占考生总数的16%。平均分5.7914，难度0.3861，标准差2.8292，区分度0.2554。

第38题为《有机化学基础》选考题，考查聚戊二酸丙二醇酯（PPG）合成路线的相关分析。选答的考生人数为53071，占考生总数的35%。平均分3.8896，难度0.2593，标准差3.1016，区分度0.3255。

从考试数据可看出：（1）学生在实验与工业相结合的问题情境中，运用化学知识解决问题的能力总体偏弱;（2）选考《化学与技术》的考生得分率高，而且这些考生往往来自二、三类普通学校，这表明基于化学工业设计、化学实验室设计的化学学习，其难度并不是高不可攀，关键在于我们是否集中精力，聚焦于基于化学设计的学习。（3）有机化学合成路线解析是传统意义上的难题，原因之一是学生亲历实验与工艺设计的经验基础比较薄弱。

再从现行的中学化学课程来看，课程所安排的化学实验，多是演示实验和验证实验，极少有创新实验，更没有设计实验，学生没有接受创新与设计的学习、训练的机会，没有经历创新与设计的实践体验，这是学生解决此类问题能力缺失的重要原因。

基于上述理论与事实，笔者认为，在化学教学实践中，应当重视基于设计学习的教学实践，探寻相应的教学策略，提升学生解决实验与工业生产相结合的情境中的问题的能力。

二、设计学习的理论基础

基于设计的学习（design-based learning，以下简称设计学习），最早由美国加州州立理工大学多林·尼尔森（Doreen Nelson）教授提出。设计学习是学生为解决问题而设计产品和方案的过程，在这个过程中学生主动学习学科内容、分析问题、建立标准、探索问题、最终创造性地解决问题。设计学习能够较好地促使学生把学习和现实生活联系起来，从而获得直接的经验和知识。用自己的亲身体验来掌握科学和社会知识，并从中体会到学习的乐趣和重要性，与他人一起分享自己的知识、学习经历及对生活的感悟。学生创作作品的过程不仅是他们建构自己知识的过程和解决问题的过程，而且也是学生将多门学科知识进行整合的过程，是培养学生的设计能力、合作能力、问题解决能力以及创新能力的过程。通过设计学习，学生学会在设计中进行学习，学会全面思维，学会依据设计作品表达自己的思想，最终优化课堂教学结构，提高学习效率，优化教学效果。

J.L.Kolodner等人构建了“基于设计的学习循环模型”（如图1所示），为教学设计与实施者提供了有实际意义的实践路径：

图1  基于设计的学习循环模型

在该模型中，“需要做……”是工作目标，指向即将开发的设计作品;“需要知道……”是新知学习，指向已有知识的回顾、新知识的理解与内化，以及新技能、新方法、新经验的获得。设计作品的开发过程是一个“设计—展示—解释—反思—再设计……”的螺旋式的进步过程。新知学习的过程是阅读、调查、观察、实验、验证假设、形成确定性结论等过程，这是一个自主的、探究的学习过程。这一模型体现“知做合一，知行并进，知做耦合”的教育思想，在同一教学中，既让学生的实践能力得到提升，又让学生体会到所学知识的实用价值。

例如，在“化学变化”概念教学中，通过交流与讨论，学生基本认同化学变化就是我们日常所说的“变质”“变味”“蜕变”等现象，并确立了判断化学变化的标准是“看看是否有新的物质生成”。因此，接下来的学习任务应进入基于设计的学习：设计实验说明以下过程是否发生了化学变化——醋中加糖、醋中加草木灰、醋加氢氧化钠、醋中加盐。在设计学习中，学生对化学变化的本质更为深入地了解，还查阅相关知识，找到可以判断物质变化的“指示剂”，同时也感受到化学的实证思想、化学实验设计的趣味性和挑战性。

三、基于设计的化学教学策略

（一）明确导向

每堂课都有需要完成的教学任务，因此就有与之相应要达成的教学目标，因此能有效完成课堂教学目标是课堂的基本要求。基于设计的化学学习，固然要在一定程度上尊重学生的自主性，设计一定的任务让学生亲身参与，从而促进化学知识在生活实践中的应用。但过于宽泛、杂乱的“设计任务”使学生的实际操作存在一定的不可预测性，结果使得教師变成“无头苍蝇”，教学偏离预设目标，最终失去设计学习的意义。因此设计学习的“设计”应具有导向性，这就要求教师在备课时需查阅有关的化学实验、化学实践资料，确立与知识目标相匹配的“设计任务”。如学习HClO的漂白性时，可以让学生设计探究HClO加入紫色石蕊试液的实验，让学生通过观察实验产生的现象来理解和掌握相关知识。如果仅仅是为了观察现象，那么在设计时将Cl2通入紫色石蕊试液，也能得到明显的效果，但很多同学会产生疑问，到底是Cl2还是HClO具有漂泊作用。这样就会使得整个课堂的负荷增加，教学主题也由探究HClO转变为探究Cl2。最终因为设计任务导向不够明确，不能及时完成教学任务。在设计学习中，教师要对整个教学任务有宏观把控，对课堂活动要有一定的经验性的预测，并在此基础上平衡学生的主体性和教师的主导性，提升“设计任务”的导向作用和针对性，从而提高教学效率。

（二）系统规划

教学实践虽然具有灵活多变的特点，但每节课都是相对完整的体系，有着明确的教学目标、教学方法、教学活动等，因此设计学习也要与之相吻合，而不是简单地将一个或者几个设计任务生硬拼接。与之相反，教师要在整合学生特点、教学任务、教学情境等因素的基础上进行系统规划，使得整个设计学习成为有机统一的整体并更好地服务于化学教学。在系统的设计任务驱动下，学生积极参与，从而获得全面发展。在化学教学中具体体现为由单一设计、局部设计到整体设计。如实验装置设计，应充分考虑反应、收集、尾气处理等细节，强调学生对化学知识的宏观把握;由简单设计到复杂设计，如溶液中离子检验，通过缜密的论证、推敲，设计严谨的检验步骤，促进学生更高的思维能力发展;由模仿设计到独创设计，如从实验装置的改进过渡到实验方法的改进，培养学生的创新能力;由课内设计到课外设计，如用化学知识解决生活实际中的问题，提升学生对化学知识的应用能力;由必修课渗透到选修课，如从化学理论延伸到化学史的发展，拓宽学生的学科知识视野。要想做好这些系统性的规划，教师应在课前调查学生兴趣、知识水平等，并根据调查结果分析并找出学生亟待解决的问题，进而有针对性地设计任务，让学生参与，在参与中再设计。

（三）营造文化

各类设计探究活动，其目的是让学生参与并有所提高，而不是为了设计而设计，否则将导致结果只保留了空壳和形式，失去真正意义。因此设计要在科学的框架下，不断丰富，鼓励学生积极广泛参与，形成一种学生喜闻乐见的教学形式，才能获得预期效果，实现设计学习的目的。要让学生积极参与，对于中学生而言，最重要的是兴趣，因此课堂教学要营造设计文化氛围。具体可以从两方面着手，一方面，教师在教学过程中尽量设置科学合理的设计任务，让学生积极参与，并定期给学生留下探究问题，让其用所学知识设计解决方案。在这样长期的训练中，学生逐渐适应，设计能力有所提升，从而获得更多的兴趣和信心。另一方面，为了强化学生的化学设计学习能力，学校可以设置化学知识设计大赛等活动，加强设计成果展示交流活动的组织，以竞赛的强度和力度促进学生发展。在举行竞赛活动时，班级通过黑板报、海报等形式积极宣传，教师在课堂鼓励学生将自己的设计作品投稿参赛，形成竞赛氛围。特别是基础较差的学生，要消除他们内心的怯怵与不自信感，提倡小组合作，通过互帮互助、互补互促、以强带弱，让基础较差的学生有勇气参与。通过教师潜移默化的影响和化学设计竞赛活动的强化，可有效营造设计学习文化，让学生在富有趣味性、挑战性和创造性的设计活动中主动学习，有所收获并增强自信心。

（四）检测反馈

任何实践活动，只有及时反馈并总结活动取得的成效和不足，才能便于后面有针对性地改正、提高，才能更有效地突显活动的成效。化学设计作为化学知识的实践应用活动，同样需要及时有效地反馈。如何反馈？可以通过当面谈话、问卷调查等获取反馈信息。面对数量大、情况复杂的中学生而言，最直接可行的方法就是进行检测。具体方法是教师将学生设计作品转化为能力测试题，让学生重新回顾自己的设计作品。例如化学实验装置设计，原理是否科学、药品使用是否恰当、操作步骤是否可行和实验过程是否安全等。让学生进行自我检查以发现新的问题，然后总结改进，使自己的化学知识有一个新的飞跃;或者将师生设计过程中遇到的问题转化为测试题，利用生成性资源，有效调动学生兴趣，在发现问题—解决问题—发现新问题—再解决问题的循环中螺旋上升;或者邀请经验丰富的教师、专家、技术工人构建开放设计实验能力测试活动，通过多元、开发的测试，及时掌握各个层次学生的学习状况。（下转第66页）（上接第58页）通过多种渠道检测以后，教师应针对反馈信息及时汇总、整理、总结，从而调整教學重点、进度、深度等，并根据反馈结果设置有针对性的设计任务。这样也就能便于有计划、有针对性地安排下一次的设计学习任务，为随后的检测、指导提供依据，从而提升设计学习的价值。

在设计中学习化学，事实上已经在中学化学教学实践中普遍存在并频繁使用，但我们却较少对之进行理论研究和经验提炼。设计学习涉及的主要内容为化学实验与工业设计。本文所举例子主要为实验设计，而工业设计主要为工业模型设计。除此之外，还涉及其他领域的设计，如化学学习进程设计（学习计划）、化学调查研究设计等。在后续研究中，我们将进一步实施案例研究和准实验研究，探寻有利于提高学生化学学习成效的教学法。

【参考文献】

[1]R·布里斯罗（美）.化学的昨天、今天和明天：一门中心的、实用的和创造性的科学[M].北京：科学出版社，1998.

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

【项目基金】广西教育科学“十二五”规划2014年度委托A类重点课题《中学高效教学行为的分析、诊断与设计研究 》（立项编号2014AA068）的阶段性研究成果。

（责编    卢建龙）