基于合作学习的化学实验教学模式探究

张润杰

(首都师范大学 初等教育学院, 北京 100048)

目前高校实验教学中,从观念到实践都强调独立学习或竞争学习,即单人单组独立完成实验项目,即使分组也多是因为条件所限(如大型仪器不能人手一台等)。这为所有学生提供了平等、充分的动手实践机会,每个学生的学习目标和任务也相对清晰,教师的教学效率也因为同质化的教学过程而相对较高。然而,这种方式一定程度上营造了过于竞争的学习氛围,弱化了学生间的互助性学习,从而不利于群体学业成绩的整体提升。特别是从20世纪末开展的实验室评估,把单人单组作为考核指标,一定程度上强化了单人独自操作的实验教学模式。

与独立学习相对应的是合作学习,即将课堂活动变成将学术学习与社会学习相结合,并通过社会学习促进学术学习的教学组织模式和学习策略。以学习小组形式构建积极的相互依存关系,个体通过与环境中的其他个体或者群体的相互作用,利用彼此的资源和技能,通过相互询问信息、评估对方想法、监督对方工作等策略,使自己和彼此的学习效果最大化,达到学生集体完成任务实现学业目标的目的[1]。合作学习有着坚实的哲学、社会学和心理学理论基础,它的优势在于整合了学术和人际关系技能这两个看似不同的目标,一个学习过程可以实现多种教育目的。Ross将成功的合作学习任务描述为智力要求高、创造性强、开放的任务[2],实验教学中的实验项目就是这样的任务,基于问题解决并采取合作学习模式,定能取得更好的教学效果。

1 合作学习实验教学模式和学习策略的优势

1.1 合作学习体现因材施教并优化了实验教学评价

教学的最高层次是因材施教,找出适应个体差异而广泛有效的教学策略,一直是教育工作者面临的主要挑战之一,个体差异往往通过个性化教学或小组来应对。而合作学习可以轻而易举地解决问题,因为这种方式在课堂上具有直接容纳个体差异的潜力,个体差异被直接用来促进学习,因为个体差异正是学生取长补短的有利条件。

合作学习为教师客观评价学生及其学习效果创造了条件。每位教师都应公正、准确地评价学生的学习,简单地从考试百分比和作业中计算出一个学生的分数是不够的,因为这会忽视实验教学的其他重要属性。在非竞争性的合作环境下,学生可以自由讨论对问题的理解,教师则可从对学生的充分倾听中,得到学生对知识理解程度的信息,从而评估学生对实验中重要科学概念的掌握程度,并能及时澄清和解答学生的疑问[3],为教师提供客观评价学生的机会[4]。

1.2 合作学习营造了和谐积极的教学环境

研究表明,学习环境和氛围显著地影响学生获得知识的程度[5],社会支持程度越高,学生的学习成绩越好。

合作学习有利于积极的学习心理的形成。基于合作学习的实验教学,创设了以学习者为中心的学习环境,打破了以教师为中心的教学模式,在班内建立一个支持性的学习共同体,面向小组全体成员,以团体成绩为评价标准,改善了班级内的社会心理氛围,创建了一个共赢的学习环境。增加了所有学生成功完成作业的可能性,每个团队成员的任务都得到了加强,学生具有强烈的归属感,从而有效促进所有学生的学习。强调竞争的单人单组实验教学模式和学习策略,往往使学生主要关注他们的个人成绩及其在班级中的排名,这会导致学生的紧张、焦虑和自我怀疑。因为竞争往往是零和的,优秀的学生获得所有的奖励和认可,平庸的学生则永远处于劣势,少数学生的成功意味着多数学生的不成功,造成学生间相互排斥甚至相互敌对,更有甚者,对成绩好的所谓“教师的宠儿”进行孤立和责难,不利于学生的发展和成长。这种强调每个个体要比其他人做得更好的环境,会导致更多对人性的负面看法。

合作学习强调积极的同伴关系氛围,发挥人际交互活动对学习的促进作用。以小组为单位完成实验项目,小组成员间为了共同的学习目标,集体决策,彼此合作,相互依赖,分享观点,取长补短,互勉互助[6]。学生可以自由地表达自己的意见和想法,而不必害怕失败或批评,让学生在和谐的学习氛围中获得提升。

1.3 合作学习有利于培养学生的科学思维和科学技能

基于合作学习的实验教学模式,有利于培养学生的科学思维。合作学习就是让学生一起完成具有挑战性的任务[7],小组中的每位学生都对完成任务负有责任。在合作学习中,学生都能积极参与,他们用自己的语言定义和解答问题,而不是复制教师或教科书提供给他们的材料。他们会比其他学生讨论更多问题,并试图向其他人解释自己对某个问题的了解,或者试图理解同伴所解释的内容,有效地加强了彼此的沟通交流。学生在学习中处于主动地位,能够真正参与到学习过程中,进行主动学习,这对激发学生学习积极性,使学生较长时间保持精力集中并获得良好的学习效果,具有直接的正向影响。当小组成员出现分歧时,他们会通过深入思考,对各自的观点做出调整,从而有助于学生进一步制定出更加完善的策略,有助于强化学生对科学问题的持久关注力,增加学生未来从事科学工作的成功机会[8]。

合作学习有利于培养学生的科学技能。合作完成实验项目过程中,学生齐心协力面对科学挑战,使用算法、理论、程序和概念等来验证他们的想法,是完全遵循科学家团队从事科学研究的一般程序的过程。而这种情况很少发生在学生独自进行实验的过程中,也很少发生在实验室中按照食谱或药方程序一步一步操作的教学过程中。此外,合作小组往往将学习拓展到实验教学内容以外更广阔的领域,从而引发更加深入的学习。

1.4 合作学习有助于学生塑造正确的价值观和提升社会参与能力

合作学习有助于学生塑造认识事物、辨别是非的思维或取向,即价值观。在合作小组中学习的学生,比竞争性学习和独立学习的学生更能发展出健康的教育价值观。合作学习发展了学生间的友谊,学生比在竞争驱动下更利他、更自律、更有爱心、更有同情心、更有责任感。合作学习鼓励积极的相互依存,小组成员在心理上互相联系,并在学习过程中互相帮助,学业较差的学生受益于其他学生的帮助而成为更好的学生,能力较高的学生在帮助其他伙伴的过程中实现自身的成长。成功的合作学习提升了学生能力,增强了学生信念,使他们相信自己确实能在这门课程中获得成功,即提高了自我效能。合作学习促进了不同学习风格和能力的学生之间的相互理解,解决了风格差异问题。

合作学习有利于提高学生的社会参与能力[9]。基于合作学习的实验教学模拟真实生活,学生在学习中能够体验各种社会角色,增强对他人的责任感,培养对人性的尊重,促进人际关系的改善。合作学习有利于培养与未来职业有关的技能,如领导能力、口头和书面交流能力、进行建设性询问能力、材料传播能力等。合作学习帮助学生友好地解决彼此的分歧,能够学会如何挑战自己的想法,并通过个性化的陈述来表明自己的立场。

2 基于合作式学习的实验教学构建原则及模式

2.1 构建原则

2.1.1 团队协作原则

合作学习是基于小组的教学模式,是通过学生共同努力,最大限度地发挥团队作用的学习。但合作学习不仅仅是让学生聚集在一起,也不仅仅是期望简单学习活动的发生,成功地实施合作学习需要4个条件。第一,明晰的团体目标和个体分工。小组必须有明确的团队目标以及每个个体必须承担的明确任务,并将个体责任与群体目标联系起来。评价该实验项目完成情况,不仅必须考核该小组实现其目标的情况,而且必须考核每个人对团队的贡献,即不能在别人的工作上“搭便车”。第二,积极的相互依存。每个实验项目的完成即团队目标的实现是复杂的、耗时的,要想成功就需要大家的协作,要让小组中的每个人建立一荣俱荣一损俱损的观念,要让学生知道他们要么一起游泳,要么一起下沉,也就是必须进行合作,否则无法完成任务。第三,保持持续的面对面交流。学生要以值得信赖的方式行事,关心彼此的成功,互相鼓励和帮助,经常性地进行资源交流、信息反馈和总结经验。第四,顺畅的团队运作。教师要帮助学生提升领导、决策、建立信任、进行沟通和冲突管理等技能,学生必须不断评估他们的团队运作状态,如果项目进展出现问题,应及时查找原因、修正方向、改进流程。

2.1.2 解决挑战性的问题原则

通常导致合作学习效果不佳的一个重要原因,就是目标设定不到位,不需要合作即可达成。因此,实验教学中,要精心设计实验项目,使之适合合作学习的模式。实验项目要贴近生活,让学生在解决实际问题中培养兴趣。实验项目要具有一定难度,要有充分的挑战性,例如稍稍超出学生的能力,且单靠学生个体难以完成,以此来激发学生的求知欲望,提升学习动机水平。实验项目还要具有开放性、多答案或多方法的特点。没有具体答案或多答案的实验项目,往往更能鼓励个体为团队的目标做出贡献。对于可以采用多种方法的问题,可以使小组在解决问题的过程中,从殊途同归的角度拓宽思维,提升解决问题的能力。

2.1.3 教师辅助支持原则

随着对学生中心教学理念的广泛认可[10]和信息技术的发展,教师已不再单纯定位在知识的传授者,而是学习的引导者、支持者、合作者,实验教学同样如此。教师是项目团队运转秩序的维护者,是具体既定秩序的代表,是严格纪律的执行者,要保障项目小组安全顺畅运转。教师是实验条件的创造者[11],成功的团队学习,需要教师通过精心策划、周到安排和全面准备,提供实验所需的一切必要条件。教师是实验过程的辅导者,要积极地“旁观”,观察记录每个小组和个体的表现,指出问题,接受咨询,提出建议,适时进行心理支持和及时鼓励。教师是实验结果的评价者,要根据项目完成情况和项目小组整体表现,对整个项目小组进行评分,而不体现小组内部个体的差异性。

2.2 教学模式

2.2.1 实验教学过程

(1) 教师导引。教师要告知学生采取分组合作的实验教学模式,给出关于合作学习的必要说明,特别要突出合作学习的意义,激发学生的学习兴趣,并强调小组目标、个体责任、评价方式等内容。要简要介绍关于团队管理、沟通交流、冲突解决的基本技巧,告诉学生如何进行合作,强调彼此信任、有效沟通的重要性。还要对学生进行安全教育,并为学生创设一个安全实验环境,要列举实验室安全隐患,要求学生具有强烈的安全观,训练学生具备基本的危险识别和应急处置能力。

(2) 分组分工。在组建合作小组时,要充分尊重学生,按照自愿原则自由组合。同时要考虑组内的异质性,尽量将学习成绩、能力、性别、性格、特长等方面不同的学生分在一个小组内,保持组内个体间的差异性和互补性,发挥互相学习、相互帮助、取长补短的合作学习优势。组的大小依据实验项目的难易程度和任务量多寡而定,一般以2～6人为宜。此外还要保证各组间的同质性,让各个小组处在同一起跑线上,在保持组间适当竞争的同时,强调组间合作,实现更高水平的群体交互,达到共赢目标。分组完成后,要进行组内分工。在教师指导下,小组成员通过充分讨论分解实验任务,并根据各自优势承担各自责任。可根据工作性质分配角色(如组长、信息整理员、实验操作员、安全保障员、环境保护员等),也可根据工作内容分派任务(如合成、表征、应用等),在不同的实验中要进行角色轮换,以使每个学生都能得到全面的锻炼。组长是关键角色,负责整个小组的管理并对教师负责。

(3) 项目完成。在分工的基础上制定工作计划和小组运转机制,明确相关的制度和纪律,用规章、标准、程序等规范学生行为,保证成员间的顺畅交流和相互支持。要根据工作计划开展系列学习活动,包括实验项目设计、资料收集、实验操作、观察记录、结果整理、报告撰写、成果展示等。要把安全和环境保护作为重要环节,把组内和组间集体讨论贯穿始终。教师要对小组成员进行全程监控,定期评价,及时发现问题,并对小组活动进行调整和改善,确保教学目标的完成。

2.2.2 实验教学评价

(1) 小组自评。包括组长对每名成员的评价、组员间相互评价和个体自我评价。主要评测点包括态度是否积极主动、沟通交流是否顺畅、操作是否规范严谨、分工任务是否完成等。

(2) 组间互评。基于平时的观察交流、组间联席会、总结交流大会等对彼此的了解,进行组间互评。主要侧重小组是否团结协作、组员是否积极认真等方面。

(3) 教师终评。教师作为积极的“旁观者”,指导和协助整个实验教学过程。教师终评主要侧重实验结果和团队表现,给出小组整体分数,而不对每名组员进行评分。其中,实验结果主要参考实验记录和实验报告,根据小组真实的实验数据和对数据的解读进行评价。团队表现主要参考小组自评、组间互评及教师的观察记录进行评价。主要评测点包括团队协作是否顺畅、技术操作是否规范、安全保护是否到位、实验结果是否达标等。

3 实验教学案例

下面介绍大学化学综合实验课程——生活中“牛奶新鲜度的检测”实验案例。

生活中鉴别牛奶是否变质的通常做法是观察和品尝,这既不准确，也不安全。在实验室中,可以通过滴定法和pH计测定法定量地测定牛奶的新鲜度,也可以通过酒精实验法,定性地测定牛奶的新鲜度。

根据Ross提出的合作学习任务的3个特征——智力要求高、创造性强、开放性,选择合作学习的案例。首先,“牛奶新鲜度的检测”实验需要学生熟练掌握实验的基本原理,以及乳酸度、吉尔涅尔度等基本概念,对学生的智力提出一定要求。其次,“牛奶新鲜度的检测”实验方法多样,在实施实验时并不限于一种检测方法,而是可以采用多样的实验路径,符合任务开放性的特征。最后,由于任务对智力的挑战性和实验本身的开放性原因,学生在进行实验时必须付出一定的心智努力,充分发挥自身的创造性,才能成功完成任务。

“牛奶新鲜度的检测”实验遵循前述的3个基本原则,即团队协作原则、解决挑战性问题原则和教师辅助支持原则。基于团队协作原则,在检测牛奶新鲜度之前,教师根据学生的学习成绩、能力、性别、性格、特长等将全班学生分为6组,每个组的学习目标和教学目标相一致,都是对3组牛奶样品的新鲜度进行检验。不同学生担任不同的角色,有管理员、记录员、操作员等,每个学生都要对检测牛奶新鲜度的总目标负责,接受考评。不同的学生之间不止有个体分工,更有相互的面对面的交流,需要时时反馈实验进展,例如滴定法中标准液体积和颜色的变化等。基于解决挑战性问题原则,在滴定法中,遇到的挑战性问题主要包括滴定终点的确定、由NaOH标准液的体积数计算乳酸度和吉尔涅尔度等。运用其他方法(如滴定酸度法和酒精实验法)时,还可能遇到pH计校准问题、酒精阳性乳和酒精阴性乳鉴别等问题。通过一系列递进的挑战性问题,为学生合作学习的逐步展开奠定基础。基于教师辅助支持原则,在本实验的合作学习中,教师负责维护项目运转、创造实验条件、指导实验过程、评价实验结果等工作。具体包括：维持实验室秩序；辅助学生准备好NaOH标准液等药品以及PHS-3D功能型pH计等器材；当学生无法判断滴定终点时,给予及时指导；当学生完成实验操作时,要按照对牛奶新鲜度的测定情况,对学生进行评价。

4 结语

基于合作学习的实验教学,能够包容学生个体间的差异性,为学生营造主动学习的环境,为学生提供深度学习的机会,将学生参与度的提高与更真实的科学实践和实验室明确的学习目标联系在一起[12],是提高成绩、提高自尊、刺激认知发展、改善人际关系有效方法。为了取得更好的实验教学效果,在设计和实施合作学习活动时,必须考虑小组人员构成、任务结构、学生角色、群体规范、奖励和评价等,特别是要建立积极的相互依存和个人问责制,确保每个学生都为团队做出贡献并承担责任。同时,要尽量降低合作学习的群体取向对个人的影响,注意提升不同类型学习者的学习效能。