首页 -> 2007年第10期
用科学的方法培养未来的科学人才
作者：王 平 邱文教
学习内容。
2．指导性的探究实验(Guided Inquiry Lab)——植物营养。传统的教法是老师在理论课上告诉学生植物需要什么营养物质，每种营养物质的功能是什么，如果缺乏植物会产生什么症状。然而，根据LCM组织的教学却有很大的不同。以下简要描述了有关教学过程，一些具体的实验操作和营养液配制可参见相关的教科书和实验教材。
(1)引出和讨论学生的知识。首先让学生讨论“植物需要什么才能生长”，简单地讨论一下营养缺失症有助于学生理解植物营养缺失症，比如由维生素缺乏引起的坏血症。问学生“什么样的营养物质是植物生长所必需的呢”，在黑板上列出学生提出的植物必需的营养物质(非有机物)。
(2)实验设计。讨论并让学生决定使用哪些营养物质作为实验变量，引导学生讨论对照实验，如：使用全营养液和无营养液(蒸馏水或去离子水)。讨论收集什么类型的数据，如：植物高度、叶子大小数量、花的大小、叶子形状、茎的颜色和状况。
(3)实验。老师事先准备各种营养液，包括全营养液、单一营养液、缺少某种物质的营养液、蒸馏水等。学生们以小组为单位，选择一两种营养液培养一种生长周期短的植物。
(4)收集和分析数据，新知识形成。每组学生每周收集两次数据，连续4周。以小组为单位仔细审阅全班学生收集的数据，讨论并依据所得的数据回答“植物需要什么才能生长”，阅读课本有关介绍营养物质对植物根、茎、叶和花的影响的内容，讨论营养元素缺乏症状及原因。
(5)应用。用化学的方法测试不同土壤的营养元素_--含量，并讨论在不同土壤上生长的植物的可能状况。收集不同类型肥料的空包装，以小组为单位审阅肥料包装的标签上元素成分和含量，讨论使用这些肥料对植物的影响。
(6)评估。让学生作概念图图示植物营养元素对植物的影响，设计或操作土壤肥料测试或分析，让学生通过口头、图表、墙报或书面报告结果。
在上述依据“学习循环模式”展开的实验教学中，学生们共同合作，讨论实验方法，收集数据，寻找和发现答案，交流实验结果。实验室成为构建新知识的场所，而不是仅仅作为证实书本内容的地方。
对使用“学习循环模式”的理科课程改革项目的评估表明，与传统型教学相比，“学习循环模式”使学生获得更多的知识，学得更好。学生不再是教师或书本知识的被动接受者，而是主动、积极的学习者。寻找问题的答案及其过程是未知的，充满了挑战。使用“学习循环模式”能够使学生建立知识间的联系和真正的理解，有利于学生的终身学习能力的提高。学生反映这一模式提供了让他们思考的机会；对小组合作学习有积极的态度，认为小组合作学习有助于帮助彼此理解学习内容：很多学生产生了研究科学的兴趣。
三、美国大学理科教学实施LCM给我们的启示
美国使用LCM的实践及优势对中国大学理科教育有着重要的启迪。尽管中美两国大学理科教学的情形有很多相似之处，但是，中国如果想要采用同样的模式来改革大学理科教学，仍有至少以下几个问题和困难需要思考和克服。
1．理论研究严重滞后。美国LCM及相关理论的研究已有超过50年的历史，可以说现在大学理科教学的改革实践是建立在广泛而深入的理论基础上的。美国国家自然科学基金最近几年一直在大力支持大学理科的教学改革，对大学理科教学实施LCM的成效进行科学的评估，这会进一步促进理论的发展。而我国在LCM及其理论方面的研究还很少见，建议国家相关部门加大这方面的投资，以确保和促进理科教学的改革和发展在理论的指导下进行，高效、科学地培养未来的科学人才。
2．理科教师和教研人员缺乏合作。由于美国多数综合性大学有教育学院，因而，理科教师和理科教学研究人员的合作相对容易开展。在我们经历和观察的实施LCM的学校，教学研究人员经常进入课堂和实验室观察、记录、研讨老师的教学和学生的学习，和理科教师共同编写教材，制定教学计划。这种合作有利于理科教师学习和应用现代教育理论，促进学生的学习。同时，教研人员也能了解到有关的科学新进展，深入体会科学研究的本质，更好地为理科教师提供教学指导。
我国绝大多数大学理科教师很少或从没有接受过有关教学的学习和培训，除有师范专业的学校外，我国多数综合性的理科或工科大学少有或根本没有教育教学研究人员。因此，我们必须探索某些机制，激励大学理科教师，特别是那些没有师范专业的综合性理工科大学，与教学研究人员合作，学习和实践LCM，提高学生学习科学的兴趣和效果。
3．教学时间不足。为了能反映当代的科学成就，大学理科教学内容越来越多，通过讲授可以覆盖尽可能多的信息，而实施LCM学生需要更多的时间进行思考、质疑和交流讨论，因此，在教学内容上必须有所选择，同时要适当增加授课时间。美国大学的一个做法是通过广泛和深入的讨论，选择在学科领域公认的、最基本的、最主要的、最核心的内容。
4．实验教学不够重视。多数大学虽然强调重视实验，但实际上对实验的重视程度仍不够，比如：学分值少于理论课，成绩所占比例少，指导实验的老师通常职位低等等。实施LCM要求给予学生时间设计、制定实验计划并进行实验，而不是按事先定好的所谓“菜单式”的实验操作步骤开展实验并得出可以预期的结果。LCM要求把实验作为建立——而不是验证——知识的一个环节，也不仅仅是实验操作技能的训练。因此，实施LCM可能需要安排比传统实验教学更多的课时，在评价教师教学和学生学习时同等对待理论课和实验课。此外，增加实验课时，理论讲授教师参与协助指导实验，打通实验教学和理论教学，模糊两者的界限都会有助于LCM的实施。
毫无疑问，美国大学实施LCM为我们改革大学理科教学提供了有价值的参考经验，同时我们面临的挑战和困难也很多。然而，面对信息迅变、全球化、技术含量高的现代社会，大学理科教学的目的不是造就科学信息知识的载体和容器，而是把学生培养成有效的学习者，使他们能够在个人生活和社会事务中作出科学的决策。在探究式教学环境中学生学到的知识和技能，如：发现和提出问题、设计和寻求解决问题的方案、运用科学思维做出合理的解释和决定等，将使学生受益终身。因此，我们应该借鉴美国实施LCM的经验，开创中国特色的大学理科“学习循环模式”。
王 平，东南大学学习科学研究中心讲师；邱文教，东南大学教务处教务科科长，副研究员。
[责任编辑：余大品]
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