项目式化学实验对学生创新力提升的实证研究

汤小梅

摘    要：高中化学实验是学生掌握化学学科基本知识和技能的重要途径，有效的实验模式可以提炼化学学科的核心思想，发展学生科学探究与创新的能力。研究发现，项目式化学实验使学生在好奇心、冒险性、想象力、挑战性四个维度上均有提高，可以弥补常规教学对学生创新力提升的限制。

关键词：项目式;化学实验;创新力;创造性倾向量表

一、研究背景

高中化学实验是学生掌握化学学科基本知识和技能的重要途径，有效的实验模式可以提炼化学学科的核心思想，发展学生科学探究与创新的能力。

项目式实验教学模式让学生以解决问题为导向参与所有实验学习过程，建构隐含在问题中的学科知识，教师起现场辅助作用。

本研究设计了项目式化学实验，对学生进行创新力测试，以观察项目式实验教学对学生的思维干预，检验实验课程的开设对学生创新力的干预效果。

二、研究方法

（一）测试对象

随机选取高一学生76名，经过测试在体现创新力的冒险性、好奇性、挑战性及想象力四个维度上无显著性差异。38名对照组学生修习高一全日制高中化学课程，38名试验组学生在修习高一全日制高中化学课程的同时完成项目式实验课程。

（二）试验干预模式

实验课程中，对照组学生两学期完成《普通高中课程标准实验教科书·化学1》中要求的“活动与探究”10项（3项为实验设计教学）、“观察与思考”8项，《普通高中课程标准实验教科书·化学2》中“活动与探究”10项、“观察与思考”6项。

试验组学生两学期除了完成与对照组相同的常规高中化学实验以外，还增加包括“鉴别离子化合物和共价化合物”“果汁和软饮料中的含酸量”“药店出售的双氧水中H2O2的含量”等16个实验课程内容，四人一组进行实验，共同完成实验报告。每次实验时间为80min。

（三）测量设计

实验教学为期一年。前后均采用“威廉姆斯创造性倾向量表”（Williams Prefer Measurement Forms，简称WPMF）测试学生创造性倾向，了解其倾向性变化。

（四）测量工具

WPMF用于测量创造性人格，包含冒险性、好奇心、想象力和挑战性四个维度。该量表在国内外应用广泛，具有较好的信度和效度[1]。研究中总量表及分量表的克朗巴哈系数（Cronbach α）在0.74～0.89之间，其分半信度在0.81～0.90之间[2]53。

（五）数据处理与分析

研究数据使用SPSS22.0分析，采用独立样本t检验方法分析教学路径不同对各组学生创新力的影响。

三、结果与分析

（一）冒险性干预结果

冒险性包括勇于面对失败和批评、在杂乱的情境中完成任务和为自己的观点辩护的能力[3]。对学生进行冒险性前测，方差齐性检验（F检验）结果为显著性0.875，>0.05，表明方差齐性，即所有参与测试的两组学生在冒险性上无显著性差异。

基于方差齐性检验，对学生学习前后进行的冒险性双样本t检验（见表1），其中试验组学生通过学习，在冒险性的维度上，干预出现显著性差异（Sig为0.020，<0.05），而对照组则没有出现显著性差异（0.815，>0.05）。

（二）好奇性干预结果

好奇性包括富有追根到底的精神、乐于接触暧昧迷离的情景、肯深入思索事物的奥妙等能力[2]51。方差齐性检验结果表明在学习课程前，两组学生的好奇心无显著性差异（显著性0.659，>0.05）。

通过课程学习，对学生进行的前后测t检验后发现（见表2），两组学生通过干预在好奇心维度上均有显著性差异（Sig均<0.05）。

（三）想象力干预结果

想象力包括视觉化和建立心像、幻想尚未发生过的事情等[4]619。两组学生在学习前想象力表现无明显差异（显著性0.786，>0.05）。

基于无差异的前后测t检验（见表3），发现经过学习，试验组学生在想象力上有了显著性差异（Sig为0.004，<0.05），对照组学生无显著变化。

（四）挑战性干预结果

挑战性包括寻找各种可能性、能够从杂乱中理出秩序和愿意探究复杂的问题等[4]619。前测方差齐性检验发现两组学生在挑战性方面无显著性差异（Sig为0.733，>0.05）。

基于无差异的前后测t检验（见表4），发现经过学习，试验组学生在挑战性上显著性有差异（Sig为0.060，略>0.05），对照组学生则无显著变化（Sig为0.550，>0.05）。

四、分析与讨论

创造性倾向F检验结果，所有参与测试的学生在冒险性、好奇心、想象力、挑战性四个维度上均无显著性差异，说明参与测试的学生在未干预前均具有相似的创造性倾向。经过一年的项目化实验教学，试验组学生在冒险性、想象力两个维度有明显的干预效果，挑战性维度有一定的干预效果，而对照组学生在三个维度上均无显著性变化。高中生的年龄特征使学生对化学实验始终保持着好奇心，通过检测也发现两组学生在好奇心上都有明显变化。

从实验内容来看，以物质鉴别为例的高中教材 “鉴别碳酸钠和碳酸氫钠固体”，内容为“根据提供信息：相同温度下两种物质的溶解度、NaHCO3热稳定性等等，设计实验方案鉴别碳酸钠和碳酸氢钠固体”。根据教材要求学生只需要完成实验设计，不要求实验操作。项目式实验教学的“物质检验”教学内容为：用导电性传感器、溶解性、熔点、酸碱性等实验手段鉴别四种物质，所选物质为表5中的任意四种，学生需要在得出结论的同时，描述得出结论的手段和理由。

从教学结果与评价来看，常规实验教学有些需要撰写实验报告，格式固定;有些使用实验手册，按固定格式填空，有标准答案;有些实验只需设计，无须撰写实验报告。在项目式实验教学中，小组合作完成实验，教师对整个小组进行统一评价。完成实验时，学生可以借助网络查询物质特性。实验评价中实验设计及记录占30%，操作过程安全占20%，鉴别结果正确性占10%，实验结果讨论开放式评价（与分析路径及理由相关）占40%。以试验组两组学生实验报告为例进行分析（见表6）。

通过对实验教学的内容、要求及评价进行对比，可以发现项目式实验教学具有下列特点，对学生创新力的培养是有帮助的。

（一）略高于知识结构平均水平的教学有利于学生创新力的提升

传统实验教学是知识教学的辅助，通常按部就班将知识具化为实验。而项目式实验教学在实验对象的选择上可以略高于学生的学

（满分100） 第一组 石蜡、胆矾、锌、氯化铵 操作正确，记录准确，结果正确 判断物质B为石蜡：“物质B在室温下呈白色立方体，无气味，不能溶于水，且不导电。没有熔点，因为当它融化时温度不断变化。它在相对较低的温度下融化和沸腾，液体为不透明无色。根据以上证据，B物质是蜡。”

判断W为锌粉：“当猜测W是哪种物质时，发现有两种可能的物质，锌或铝。网上搜索每种物质的特性。发现这两种物质具有不同的熔点，并且铝的熔点高于酒精灯外火焰的温度。所以确定W是锌。因此认为，当我们测试一种物质时，必须清楚地知道它的性质。” 96 第二组 水杨酸、胆矾、铜粉、固体碘 操作正确，记录正确，结果正确 讨论水杨酸的判断时“我们认为水杨酸的性质是令人惊讶的，把它倒入水中，传统上，我们认为酸可以溶解在水中;然而，水杨酸只溶解在油中，油是有机溶剂”。（注：学生忽略了苯甲酸也具有相似性质） 79 ]

习内容，但又和学习内容密切相关。在物质检验中将水杨酸、石蜡、苯甲酸作为研究对象，超过高中学生常规实验研究范畴。基于可认识

的更高层次的教学内容，丰富了学生的知识结构，因此对学生的学习挑战性更强，提升学生的认知冒险性。

（二）基于合作性学习的教学有利于学生个体创新力的提升

在项目式教学中，由于学生合作完成实验及实验报告，因此小组中每个成员可以在实验设计、操作或是在对实验现象的观察、判断中发挥不同作用。同时完成高要求实验，涉及知识综合性强，不同组员的思维方式和解决问题的手段，有利于学生得出更准确的结论，团队合作性强，充分调动学生自发学习的兴趣。这是传统实验教学无法达成的目标。

（三）鼓励多种获得知识构建途径的教学有利于学生挑战能力的提升

在“物质鉴定”实验中学生认为“测试一种物质时，必须清楚地知道它的性质”。常规的学习，解决问题的方法可以由教师边讲边实验，或是依照书本操作步骤进行实验，或从书本上直接得到答案。但项目式实验必须由学生自己设计、操作并做出判断，势必需要寻找教师、课本以外的知识获得途径，对学生的学习方式、信息的处理、结论的判断提出了新的挑战。

（四）自主完成完整的实验过程有利于学生思考独立性的提升

实施项目式实验教学，希望通过教学由学生团队完成观察→讨论→检索→讨论→设计→讨论→验算→讨论→展示→优化的过程[5]。其中“设计”环节将指向不同的展示结果，因此每个小组可以在展示过程中通过“成功”或“失败”的结果，对自己的设计进行优化。如果将设计从实验过程中割裂出来，学生只能建立理想模型，从书本中得到现有的知识，很难处理实际问题，泛式思考不利于独立性的提升。

（五）科学性评价有利于学生好奇心的提升

科学性评价在新实验教学中不是简单评判结论對错，是按照实验操作和过程对高中学生思维逻辑性的评价，是一种隐性的过程评价。项目式学习的实验报告要求描述实验结果判断依据。文字描述准确表达了情感因素中的好奇。

项目式实验教学通过学生解决问题建构知识，强调团队合作，社会性互动是认知发展的基础。教学中合理的评价方式可以促进学生对知识建构完整的考虑，鼓励学生表达实验思考过程有助于教师了解学生的学习思路，既能给学生的学习提供帮助，也有助于教师在教学中对学生学习情况的把握。

高中化学新课标在课程目标中明确指出，让学生“能发现和提出有探究价值的化学问题，能依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论;能和同学交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进的设想”。因此采用项目式实验教学方式无疑可以弥补一些常规教学对学生创新力提升的限制，对常规实验教学有很好的借鉴意义。

参考文献：

[1]罗晓路，林崇德.大学生心理健康、创造性人格与创造力关系的模型建构[J].心理科学，2006（5）：1031-1034.

[2]张洪家，汪玲，张敏.创造性认知风格、创造性人格与创造性思维的关系[J].心理与行为研究，2018，16（1）.

[3]聂衍刚，郑雪.儿童青少年的创造性人格发展特点的研究[J].心理科学，2005（2）：356-361.

[4]朱海雪，张庆林.创造性倾向对科学问题解决中原型位置效应的影响[J].心理与行为研究，2014，12（5）.

[5]余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015，21（4）：13-22.