以生活痛点为驱动性问题的项...——深色和浅色衣物混洗串色_刘建立.pdf
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1、以生活痛点为驱动性问题的项目式实验教学实践 深色和浅色衣物混洗串色刘建立 赵旭孙昌何鹏,(江南大学纺织科学与工程学院江苏无锡 ;东北师范大学化学教育研究所吉林长春 ;密歇根州立大学教育学院密歇根东兰辛 )摘要在项目式教学中,驱动性问题的设计和实施是保证项目式学习高效运行的关键。以生活痛点“深色和浅色衣物混洗串色”为真实情境,开展驱动性问题的设计和实施策略研究,开展基于实验教学目标达成度的驱动性问题反思与再设计研究,对轻化工程专业实验教学进行创新改革尝试,以突破传统的验证性实验教学的弊端。关键词驱动性问题生活痛点混洗串色项目式教学实施策略 :项 目 式 学 习(,)已成为我国化学教学理论研究和教
2、学实践改革的重要途径之一,为一线教师探索基于化学学科核心素养和实践创新能力的课堂和实验教学提供了有益借鉴。项目式学习的核心是驱动性问题的设计、实施、管理、评估与反思。驱动性问题一般源于真实问题情境,在教师的科学合理设计下,衍生出一系列子问题以开启项目式教学和项目式学习,激发学生进行持续的、有意义的探索性学习,使学生获得通过科学研究或者实践创新进而解决问题的沉浸式学习体验。在项目式学习中,项目的选择和设计是教与学成败的关键因素,是决定教师教学效果、学生 参 与 度 和 科 学 素 养 培 养 成 效 的 重 中 之重。项目式学习将为大学化学实验教学提供教学理论和实践上的借鉴,推动大学化学实验教学
3、从实验验证性、调动趣味性和动手参与性实验逐渐转向科学探究性、综合实践性和工程能力性项目式学习实验。高质量实验教学项目的选择和设计将全面提高化学理论和实验教学质量,实现化学教学的创新改革。在驱动性问题设计和实施中,逐渐将真实情境设计与科学探索融合,实现驱动性问题设计中兼顾探究型和解释型问题的交叉,从而全面培养学生科学与工程实践、科学问题挖掘、理论解释和实验设计与实施等化学核心素养。近年来,国内化学教学论研究学者和一线授课教师围绕项目式学习开展了探索性改革和教学实践研究。然而,现有的化学项目式学习大多以初高中课堂教学为主,关于大学化学项目式学习的研究较少。目前,在高等教育中,项目式学习在大学英语教
4、学中应用最为广泛 。但是,需要指出的是,国内关于项目式学习在大学化学教学中的理论和实践研究尚处于空白状态。为此,笔者将以生活痛点“深色和浅色衣物混洗串色(以下简称 混洗串色)”为真实情境,开展驱动性问题的设计和实施策略研究,对轻化工程专业综合训练阶段的实验教学进行创新改革尝试,以突破传统的重复性、验证性实验教学的弊端。混洗串色实验教学实践中的驱动性问题设计在日常生活中,深色棉衣物与浅色棉衣物混洗容易发生串色现象,已成为家庭洗涤常见的痛点。衣物混洗串色导致浅色衣物颜色污染,影响其美观,降低衣物服用性能,造成纺织品在使用阶段的资源浪费。混洗串色是源自于生活的真实场景,具有浓厚的烟火气息,相比于课本
5、上的化学实验更加具有生活情趣。基于此,以真实生活痛点为驱动性问题设计既要涵盖真实生活场景元素,比如深色衣物、浅色衣物和混洗串色,又要具有导向性、探索性和科学性,能够引导和驱动学生持续不断地挖掘隐藏在生活痛点背后的科学问题,探索可行的解决方案或者改进措施。为此,在“混洗串色”实验教学实践中,驱动性问题的设计应源于生活,但要超越生活回归科学问题研究,能够驱动学生在实验环节中深度学习、年第 卷第 期化学教育(中英文)(:)江南大学 年本科教育教学改革研究项目()通信联系人,:持续探索和创新实践,提高学生的工程实践水平、科研创新能力和化学科学素养。同时,“混洗串色”实验教学环节的驱动性问题设计应考虑轻
6、化工程专业大学三年级上学期开设的核心课程“染色工艺与原理(下)”中“第二章染色基本理论”中“第一节染料上染的可逆过程”中的内容目标的包容性,建立在学生对活性染料性能理解和对棉织物活性染料染色工艺掌握的知识体系上。基于此,笔者选择“活性染料染色的深色和浅色纯棉衣物混洗会造成串色现象”这一具有较高共识度的生活痛点作为项目基本真实问题情境。基于该情境,依据驱动性问题设计的基本原则,确定整体性驱动问题为:深浅色衣物混洗串色的机理是什么?根据“活性染料染色的深色和浅色纯棉衣物混洗会造成串色现象”所涉及的科学与工程实践问题拆分成切实可行的多个子项目场景和对应的环节驱动性问题,使得学生能够在子项目场景中沉浸
7、式体验,激发实践创新能力去解决各个环节驱动性问题。具体而言,围绕生活痛点“混洗串色”开展实验教学时,驱动性问题的整体设计如图所示。图生活痛点“混洗串色”实验教学中的驱动性问题设计在图所示的驱动性问题设计中,围绕具有真实生活场景和高共识度的“混洗串色”生活痛点开展环节驱动性问题设计。在本文中,设计的个驱动性子问题可以分探究型和解释型等类。驱动性子问题和属于探究型驱动性问题。在驱动性子问题中,需要学生在该问题激发下开展染料的筛选、深色和浅色棉织物试样的制备、模拟洗涤设备的搭建。如果进一步探究该问题,会涉及到深色棉织物试样和浅色棉织物试样的染色工艺、染色母液的配制和试样颜色属性的表征等细节方案的探究
8、,直至细化具体到可行的试样制备和模拟实验测试。在驱动性子问题中,需要学生测试不同浓度下染料的吸光度并绘制标准曲线,需要学生开展洗涤参数的单因素和正交实验,讨论洗涤参数,如洗涤时间、温度、和浴比(织物重量与洗涤用水质量比值)对染料脱落量的影响,并讨论洗涤参数之间的交互作用。驱动性子问题和属于探究型和解释型驱动性问题的融合,囊括了探究型实验的设计与解释型的科学机理,是生活痛点启发的实验教学中最为常见的驱动性问题。在驱动性子问题和中需要从理论上阐明活性染料的脱落机理、混洗串色机理和化学教育(中英文)(:)年第 卷第 期浮色生成与吸附机理,属于典型的解释型驱动性问题。但是,在驱动性子问题和中也设计了研
9、究性实验,其需要设计探索性实验来验证脱落的染料与浅色织物之间是发生了化学反应,还是物理吸附。同时,需要设计探索性实验对串色的浅色织物进行液相色谱表征测试。以生活痛点为驱动性问题的项目式实验教学实施策略 开启驱动性问题所需的知识储备以生活痛点“混洗串色”开展轻化工程专业“染整实验综合训练”实践教学改革是江南大学实验类课程改革的试点课程,课程安排在大三下学期的周短学期综合训练环节中开展。经过个学期的专业课学习,轻化工程专业本科生已基本掌握了“染色工艺与原理”课程中活性染料的结构与性能、棉织物活性染料染色机理、染色的动态平衡和可逆过程等理论知识框架,以及棉织物染色预处理、染色工艺和质量评价的实践知识
10、框架。但是,大三下学期的轻化工程专业本科生未学习“实验设计与数据分析”和“仪器分析”这两门在大四上学期讲授的课程,不具备系统的实验设计与数据分析的能力,未掌握化学实验中常用的单因素实验和正交实验的设计能力。同时,学生对于高效液相色谱和液质联用测试的理论和实践知识也处于空白状态,不具备采用仪器分析理论中的色谱知识对活性染料水解产物进行表征分析的先验知识和实际实验操作能力。实验设计、数据分析、仪器测试和分析表征等知识的欠缺是“混洗串色”实验教学的挑战。为此,在开展实验教学前,要求学生通过借阅图书、百度文库课件、中国大学慕课 和哔站等途径学习单因素实验设计、正交实验设计、方差检验、液相色谱原理和色谱
11、分析等知识点。建议人一个小组,人负责“实验设计与数据分析”,人负责“仪器分析”中相关学习资料的收集准备。然后,以小组自主学习和教师集中培训相结合的方式开展知识储备,时间为天。其中,在教师授课时,以已发表的与染色相关的科研论文中的数据为素材,对已讲解的理论部分进行实例分析,增强学生的沉浸式体验学习,强化实验设计与分析表征的理论知识。驱动性问题的实验教学实施策略相比于教室课堂上课,依托实验教学,尤其是以生活痛点为真实情境且实验内容为综合性实验项目的实验教学实践,开展教学中的驱动性问题设计难度更大。如何使得图所示的个驱动性子问题能够有效贯穿周的实验教学,真正激发学生在既具有真实生活认识度、又具有探索
12、挑战的综合实验实践中培养科学素养和科研创新能力是一大难题。为此,个驱动性子问题在实施中需要进一步拆分,不仅要囊括生活痛点真实场景的引入以及其科学属性挖掘,更要包括学生在实验中提出的且不在教师预设驱动性问题中的问题。基于此,在驱动性问题设计时可以在预设内容的基础上进行动态调整,对实验教学中学生新提出和教师新构思的问题实时灵活引入。在实验教学中,将图所示的个驱动性子问题划归到个环节中进行实施,分别是生活痛点真实情境的引入与驱动性问题的提出,驱动性问题的讨论与方案组织规划,驱动性问题的组织与实施,驱动性问题的细节反思与整体再设计。相应地,个环节中驱动性问题的实施策略如表所示。在表所示的驱动性问题设计
13、与实施策略中,更多是考虑相较于常规的有实验室指导书的验证性实验,以生活痛点为真实场景的探索性和研究性实验如何保证学生的沉浸式参与,激发学生的科学探索热情,培养学生的科学素养和实践创新能力。需要指出的是,在个学期(至 学年下学表不同环节中驱动性问题的实验教学实施策略 环节实验教学实施驱动性问题设计策略环节:真实情境的引 入 与 驱 动 性问题的提出【真实情境引入】教师通过雨课堂 中预先制作的视频课件向学生展示一件深色衣服和一件浅色衣服混洗的过程,并展示串色的浅色衣服,描述真实生活中“混洗串色”的生活痛点【驱动性问题的提出】展示和描述完毕,教师通过 向学生介绍驱动性问题:深色和浅色衣物混洗串色的机
14、理是什么?同时,在 中展示图所示的驱动性问题整体设计框架【驱动性问题的下达】通过雨课堂 ,学生下载微信云盘文件中的驱动性问题设计文档并打印,教师对驱动性问题进行解读【目的】该环节旨在为以生活痛点“混洗串色”为基础的实验教学引入真实生活场景,与学生引起共鸣,增加学生对问题的共识度【策略】在实验教学实施环节,教师和学生需要提前下载安装雨课堂 ,并将学生 加 入 课堂群,实 现 课 件 资 料 的共享 年第 卷第 期化学教育(中英文)(:)续表环节实验教学实施驱动性问题设计策略环节:驱动性问题的 讨 论 与 方 案规划【驱动性问题的讨论】教师按照驱动性子问题至的顺序与学生进行讨论,指出要解决每个驱动
15、性子问题学生需要具备的知识体系和工程能力【学生问题的提出】学生提出深色和浅色织物试样、模拟洗涤,实验设计与数据分析和高效液相色谱分析相关的问题。教师评估学生提出问题与预设问题的吻合情况,并通过预先准备的课件给出建议和解决路径【方案规划】在组织实施中,要求先按照名学生一组进行分组,剩余学生穿插在已组队的小组中。要求每个小组内部学生进行分工和协作,小组根据实验任务制定周内的详细规划方案。为每个班级配备名研究生助教,协助指导学生实验,解答学生问题【目的】该环节旨在与学生进行驱动性问题的讨论,激发学生围绕驱动性问题寻求解决方案,进行方案的组织规划【策略】在实验教学实施环节,教师为学生指出每个驱动性子问
16、题备选或者可选的参考性解决方案,指出学生要完成实验任务,需要具备的知识体系和工程能力。在长周期的实验中,为每个班级配备一个助教,组建一个微信群环节:驱动性问题的组织与实施【驱动性问题的组织】驱动性问题的组织具有推动整个实验项目开展实施的功能,在实验教学中需要对每个驱动性子问题制定实施方案,组织学生学习需要的知识体系、辅助学生完成实验装置的搭建、实验材料的准备和试样的制备,监控实验过程的合规性和安全性【驱动性问题的实施】驱动性问题的实施是保证实验实践顺利完成的基础,在实施中需要教师、助教和学生三方协作,将驱动性问题分解成阶段性任务,依据次序按部就班开展。实验中,紧盯实验内容与驱动性问题预设任务是
17、否一致,及时对不规范内容进行纠偏。同时,及时纠正实验错误和防范实验风险,保证学生人身安全【目的】在组织中,建议学生将每个驱动性子问题设计成单独的实验,组员协同完成。在实施中,教师和助教对学生实验方案和步骤全程指导和监督,规范实验步骤,防范实验风险【策略】实验教学贯穿于学生整个实验过程,在实验的每个步骤和阶段,围绕“混洗串色”生活痛点,培养学生的科学探索和实践能力环节:驱动性问题 的 细 节 反 思、整体 再 设 计 与 再组织【驱动性问题的细节反思】以生活痛点“混洗串色”为真实情境的轻化工程综合实验教学是江南大学实验教学改革的尝试,相比于常规的有实验指导书作参考的验证性实验更具有挑战性。为保证
18、实验教学的顺利开展,需要对驱动性问题,尤其是对子问题进行反思和动态调整【驱动性问题的整体再设计与再组织】在对驱动性问题反思的基础上,对驱动性子问题进行再设计,融入实验中助教和学生的提问与建议,全面结合实验中出现的各种细节性问题,在第次实验教学中对实验方案进行改进,并再次精心组织和实施【目的】该环节旨在反思以生活痛点为真实场景的实验探索性教学中驱动性问题的评价、再设计与再组织,提升实验教学质量【策略】在 驱 动 性 问 题 设 计 的 反 思 时,要充分结合实验中出现的问题,要以提升学生的实验实践和创新能力为目标,适当增加问题的挑战性期和 至 学年下学期),分别通过 级和 级轻化工程专业 多名本
19、科生的参与,可以发现图所示的预设驱动性问题可以有效开启生活痛点“混洗串色”引导的实验实践教学,有效激发了学生的科研探索兴趣,促使学生自主完成了知识领域的拓展。以生活痛点为驱动性问题的实验教学实践 实验教学时间安排以江南大学轻化工程 班 名学生为教学对象,围绕生活痛点“混洗串色”为真实情境,开展为期周的项目式学习实验教学实践。为了保证实验按部就班推进,完成预设目标,制定表所示的实验教学日历。基于目标达成度的驱动性问题反思与再设计根据表所示的驱动性子问题和对应的达成目标,设计表所示的实验教学目标达成度分析表,对学生提交的实验报告中相应实验内容完成情况进行达成度评价。其中,单个目标的达成度预期均为
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