基于网络的大学生结构化学小组协作学习教学改革实践

赵海霞 张渊明 梁静 李娟 黎景培

摘 要 网络环境下的协作学习目前已成为课堂教学与互联网环境下一种重要的教学模式，具有交互方便、灵活多样、面广效高等特点。依据结构化学的课程特点，结合协作学习相关理论，对建构网络环境下协作学习进行教学设计和教学实施。基于网络的协作学习是协作学习的一种具体学习方式，这种方式对于促进学生开展各种高级认知活动和提高学生解决与处理问题的能力具有明显的作用。

关键词 网络环境；结构化学；协作学习

中图分类号：G642.0 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2013）03-0013-03

结构化学课程是本科化学专业、材料化学专业的基础课程之一，是一门研究原子、分子和晶体的微观结构，研究原子和分子运动规律，研究物质的结构和性能关系的科学。该课程是化学基础课中比较抽象、难懂的一门课程，需要学生有较强的数理性、抽象性、空间想象能力和理解能力，需要学生具备较扎实的化合物知识、高等数学和物理基础。因此，多数大学生总感到结构化学理论深奥、空间操作纷繁复杂，宏观微观的联系难以想象。所以结构化学的授课教师总要想尽办法提高学生的学习兴趣，让学生掌握基本知识以完成教学目标。

1 网络环境下的协作学习应用于结构化学课程教学的优势

网络环境下的协作学习是指借助网络及多媒体等相关技术，在教师的指导下，由多个学习者组成协作小组，共同完成某一学习任务，在此过程中，学习者借助一定的网络交互平台，分工协作，各司其职，互帮互助，发挥集体协同效应，共同完成任务。网络环境下的协作学习为学习者提供了一个能使学习过程生动而丰富的环境，有助于学习者高级认知能力的发展。其教育主张与我国当前倡导的素质教育和创新教育的教育思想具有基本的一致性。这已成为数字化生存环境中越来越受欢迎的崭新学习形式。

网络的开放性、自主性、虚拟性和链接的非线性为学习者的个性化学习、自主学习创设了一个良好的学习“情境”；网络的交互性和共享性便于“会话”的开展；网络资源的丰富性和知识呈现的多样性有利于协作者的“意义建构”；而“协作”发生在学习过程的始终，在协作的过程中，对学习资料的搜集与分析、假设的提出与验证，学生不断反思自己的思考过程，把对事物的各种理解进行组织或者重组，有利于学生学习能力的提高和知识更新的掌握。

下面介绍网络环境下的协作学习应用于结构化学课程教学的优势。

1）充分发挥计算机网络媒体优势，激发学习兴趣，进行基于网络的自主探究和协作研究，提高学习效率。结构化学基本内容涉及许多抽象的空间问题，学生对复杂的二维视图和剖面图往往一筹莫展，形不成立体的感觉，参看挂图和实物模型也常常弄不清楚其中的原理变化。传统的教学方法让学生感到枯燥无味，且难以理解原理与结构之间的内在联系。因此，教师可以充分发挥计算机网络媒体的优势，一方面将抽象概念形象化，利用ChemOfice、Flash、3D MAX等软件制作分子结构图、动态图片和三维立体变化模型，模拟原子、分子等的结构和变化机理，使抽象的三维空间变得直观化，以生动、形象、清晰的画面向学生展示出分子结构模型等，通过幻灯片放映还可以使学生在最短的时间获得大量知识；另一方面，学习材料放置于学校网络教学平台，使学生随时随地进行基于网络的自主探究和协作研究，提高学习效率。

2）协作学习可以有效促进学习的主动性、创新性，使学习更加全面深化，有效加强结构化学理论学习的深度。结构化学是一门理论性较强的学科，如何使学习突破理论学习的瓶颈，进行学习的深化是教学的难点。通过采用协作学习与在学习过程中对传统教学组织形式即课堂启发式教学进行更进一步的补充，有效促进学习的主动性、创新性。在小组协作学习中，学生成为主体，教师在课堂教学中为学生创设了一个能够充分表现自我的空间，使每个人都有表现的机会，有利于培养学生的自主性和独立性。小组成员在小组内进行充分的语言、思维、胆量的训练，通过相互交流，大胆发表自己的见解，彼此尊重，共同分享成功的快乐，使每一个学生进一步表现自我、认识自我、发现自我，从而逐步培养学生主动与人交流、形成独立见解的意识。

同时，通过网络，学习者可以实现范围更广和质量更高的协作式学习。通过网络讨论，还可以学习他人使用网络的方法和技巧，促进学习者高层次信息能力的培养；网络既可以实时也可非实时地进行交流，突破了时空的限制，避免了学生固定时间面对面交流的弊端。可以说，在网络环境中，学习者在学习过程中的交流、协作和竞争得到真正体现。

3）可以充分发挥计算机网络媒体的优势，便于学习者之间更好地交互，提高了沟通效率，有助于学习者之间进行更为有效的信息组织。传统的课堂班级式教学是集体化的教学方式，无法适应人的个性和特点，学生始终处于被动的学习环境中。利用网络协作学习，学生可参加各种类型的专题讨论组，对感兴趣的问题进行自由讨论和发言，发挥各自的特点，相互争论，相互帮助，相互揭示或进行分工协作，最终通过讨论达到一致的答案，这就使得课堂学习、小组讨论和协作学习等教学方式交互辉映。通过协作学习，成员之间相互协作，取长补短，培养了学生善于听取别人意见、乐于助人的良好品质。

4）通过计算机网络促进小组中相互交流，可以培养学生的信息能力、学习能力和社会交往技能。协作过程中的既分工又协作，资源共享扩大了知识面，培养了团体协作的精神，而协作精神被认为是21世纪人的一种必备素质，有助于学生适应班级教学以外的校外学习与远距离学习，有助于培养学生的终身学习能力。

5）学生学习由被动变为主动，可以充分发挥学生主体的发展作用。在借助于计算机网络的协作学习中，教师更多的作用是“向导”和“监控者”，而学生可以充分地自主学习，学生的学习态度是能动的。基于网络的小组协作者，对教师所发表的问题，可以实时或非实时地把各自的看法发到讨论区（或互发邮件等），也可以对别人发表的观点进行质疑，提出自己的观点或看法，还可以通过互联网搜索与这一主题相关的论证材料来论证自己的观点和看法，在讨论或争论中进行意义建构。

2 网络环境下结构化学课程协作学习的教学设计与实施

目前对结构化学整门课程内容都采用自主性学习的教学方式是不合适的，因此必须挑选部分学生较容易理解的、与实际应用关系较密切的内容进行试验，逐步探索基于网络的小组协作学习模式，使教师和学生逐渐摆脱传统教学方法的束缚。笔者挑选了“分子对称性”课程中30%的内容在应用化学专业2009级本科学生中进行了基于网络的小组协作学习模式和设计的试验。

分子对称性是结构化学课程中的一章，是基于分子的空间结构对分子进行分类，是研究化学基本问题——“结构与性能”关系的重点。

首先，这一章涉及许多抽象的空间问题，学生对复杂的二维视图和剖面图即使参看挂图和实物模型也常常弄不清楚其中的原理变化。如何进一步改进教学方法，促进现代信息技术在该课程教学中的应用，具有现实意义。

其次，就是将对称性的概念应用到微观的分子上，由于分子空间结构的复杂性和对其进行几何处理的困难，学生在学习这部分内容时常常无所适从，很难从几何学中的点、线、面等基本几何元素出发，找出形状各异的分子几何要素。

最后，一个难点是分子点群概念的引入，很多学生会觉得繁琐，难以记忆。

下面这个关于“分子对称性”的教改单元是在网络环境下应用协作学习模式的具体实例，其主要目标是让学生通过学生组成团队进行面对面、网络相结合的基于问题的协作学习方式，了解和掌握基于分子的空间结构、分子对称性、分子点群，加强培养学生较强的空间想象能力和理解能力，需要突破教与学的瓶颈，取得较好的学习效率和学习效果。

具体三大主题的教学内容，每个主题3个学时，进行三轮的行动研究，采用一体化设计的思想：

第一主题：对称性概念与分子的对称性；

第二主题：分子点群的种类和确定；

第三主题：分子对称性与分子的物理性质。

1）创设情境，进行重点、难点的启发式教学，层层深入，步步巩固。教师利用已经完成的网络课件课堂集中讲授知识框架，进行重点、难点的启发式教学，适时地利用多媒体和网络技术，将一些抽象的、难理解的分子和它的对称元素（如对称轴、对称中心、对称面）以及相应的对称操作（如旋转、反演、反映等）采用三维立体变化模型形象、直观呈现，帮助学生高效地理解模型的结构和对称原理，加强认知和应用的深度，从而增强教学效果、提高教学质量。课程立体化网络资源方便学生随时随地进行基于资源的自主学习和协作研究。

2）提出协作研究问题。组织学生根据所关心的问题进行科学选题，提高协作有效性。协作研究问题的选择要从已知与未知的知识联系中引出问题；在重点与难点处制造问题；在理论与现实的结合点寻找问题。选好协作的主题后，要对这一主题进行科学的教学设计，提出完成这个问题的具体要求、方式和步骤。如表1所示，每个小组的研究题目分别独立，但在三轮行动研究中保持研究的延伸性和针对性。

3）创建协作小组，明确任务分工。学习小组的组建是协作学习活动顺利开展的前提。教师要对学生的分组进行认真研究设计，遵循“组内异质，组间同质”的原则，使各个小组总体水平基本一致，以保证各小组开展公平竞争。每组6人，分为8组后，教师进行协作学习的学法指导。如第一主题任务每组要求找3个分子，将其所有对称元素标于分子上。明确的学习目标和责任分工是进行小组协作学习的关键要素。各小组推选出一名组长，组长组织成员讨论主题，并明确成员分工，责任到人，帮助小组其他成员共同达到预期的协作学习目标。每个成员明白各自应该承担的角色，掌握各自所分配的任务，分工协作，使协作学习有序有效地进行。如选择搜索能力强的学生负责选材，选动手能力强的学生负责制作，选口头能力表达较好的学生负责最后介绍本组作品，整个过程由组长负责。

4）协作过程进行以问题研究为主的混合式团队协作学习，达到问题解决，进而进行团队协作研究成果展示。

以问题研究为主的混合式团队协作学习主要包括：

①学生利用网络资源和教师提供的网络教学资源以研究问题为核心进行自主探究学习；

②进行面对面与网络环境相结合的基于问题的小组协作学习；

③进行基于网络资源利用的团队协作研究；

④进行团队研究成果展示。

在学习过程中每一个学习者都应该明确自己的任务，在线讨论、进入虚拟实验室、网络查资料、汇总、深度讨论和形成研究报告。教师引导分别对各小组的结论进行分析，指出好的地方和不足之处，对学生提出要求和给予鼓励。小组形成课题总结，给出正确结论，完成研究性学习报告，以网页或小型专题网站的形式进行汇报和在线答辩。

5）小组间互动上采取小组竞争回答机制，达到多元化建构知识、共同学习的目标。如第一主题的对抗学习要求找到某一分子的所有对称元素，但并不公示，向其他3组学生提问，回答采取竞争机制。其他研究小组的学生按照教学目标的要求和教学计划，自主浏览该小组的研究课题，可提出问题进行讨论、辩论和答疑，进行对抗式学习。教师发现疑难问题给予适当辅导。学生根据讨论和反馈意见，修改补充、完善研究性学习报告。上述过程还可通过该课程的网络教学平台上的论坛进行。

6）实时评价与多元评价相结合，总结反思，整合多元观点，促使协作知识多维建构。小组协作学习作为一种教学活动，当然也要教学过程的管理，即对小组协作学习进行指导、监督、检查和考核。评价与反思是网络环境下小组协作学习的一个重要环节。对学生的评价应体现评价主体的多元性和评价的发展性，即坚持以评价学习的过程为主，以对小组协作整体评价为主，小组评价与个人评价相结合的原则。在整个过程中教师进行实时点评和总结。教师可结合学生报告展开对学习内容的提问，并对其论据是否充分、论点是否切题，条理的有序性、结论合理性等方面对学生的学习效果进行总结评价。学生最终形成对知识综合、多维、协作建构，强化科学的知识体系。

3 总结与体会

协作学习具有惊人的潜力和无穷的魅力。物理学家海森堡说过：“科学根源于交谈。在不同的人协作之下，可能孕育出极为重要的科学成果。”小组协作学习是现代教育的一种重要教学组织形式。网络环境下基于问题的协作学习，既可以培养学生的自主学习能力、研究能力、团体协作精神和创新能力，还可以提高学生的信息素养。小组协作学习不仅注重竞争，而且注重协作，把具有刺激作用的竞争与具有促进作用的协作双方协调起来，从而展开实质性的讨论交流，实现促进性互动，培养学生的协作精神和竞争意识，激发学习兴趣，让学生感受不同的思维方式和解决问题的策略，有助于因材施教，弥补差异教学的不足，使每个学生都得到发展，形成以学生学习为中心的教学模式，从而促进教学效果的优化。

参考文献

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