基于DOK分級模式的研究型課堂教學設計

張建波

摘要： 將DOK分級模式應用于化學課堂教學設計；用具體的課例，詳細說明不同的DOK分級在教學中的對應呈現方式。通過設計相應的教學活動，有助于研究型課堂的打造。

關鍵詞： DOK分級模式； 知識深度分級； 研究型課堂； 教學設計

文章編號： 1005-6629（2018）7-0063-05 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

1 關于DOK分級模式與教學設計對應點的簡述

1997年，美國學者諾曼·韋伯（Norman L. Webb）在對課程標準和學業成就評價之間的一致性進行系統研究時，提出了DOK（Depth Of Knowledge，即知識深度）分級模式[1]。DOK是韋伯用以判斷學業評價與課程標準是否一致的一個維度，本是教育評價領域的分析模式，但如果把DOK分級看作是一個依次展開的學習或研究的過程，可以發現它與平時課堂教學活動展開的進程呈現出較好的一致性，也比較符合課題研究的一般思路。筆者嘗試通過設置若干對應點，將這個分級模式應用于教學設計之中，或許能有助于研究型課堂的打造。

2 關于教學設計對應點的課例說明

下面以高一化學教材[2]（以下簡稱“教材”）中的“物質在溶解過程中有能量變化嗎？”一課為例對教學設計對應點進行詳細說明。

2.1 DOK Level 1——回顧

教材中本節的標題是一個問題形式：“物質在溶解過程中有能量變化嗎？”。對于這個問題，學生根據初中所學知識即可做出回答。通過在教學中設計回顧環節，知識深度為DOK 1級，以學生舉例說明的方式引導其重現已有概念或認知。

師： 物質在溶解過程中有能量變化嗎？你能舉個例子來說明嗎？

生： 有，濃硫酸溶于水，會放出大量熱。

師： 你能舉例說明這個知識的實用意義嗎？

生： ① 濃硫酸稀釋，要濃硫酸入水，否則迅速升溫，會導致液體飛濺。

② 如果不小心濃硫酸沾到手上，要立刻用抹布擦去，再用水沖洗，否則還會灼傷。

從教學過程來講，“回顧”環節往往是在課的引入階段，雖然從知識深度的等級來講只是1級，教師還是要盡量避免給學生留下生硬的對已有知識進行簡單復述的印象。可以設計如上的第二個問題，創設一個可感知的重現情境，引導學生將注意力、興趣點和思維逐漸集中到本節課的主題上來，有助于后續研究活動的順利開展。

2.2 DOK Level 2——預測與實驗

2.2.1 預測

預測是學生積極調用已有知識對新問題開展的主動分析，要比“回顧”從知識深度上來講更高一級。預測是科學研究極為重要的組成部分，切不可忽視。教師可以在預測環節，深入了解學生的思維方式，對于學生進一步開展深入的科學研究有重要的指導意義。

供學生實驗的試劑，除教材提到的氯化鈉、氯化銨、氫氧化鈉三種物質外，建議增加第四種物質——無水乙醇。在進行具體的實驗測定之前，先要求學生對這四種物質溶解過程中的能量變化進行現象預測，并說明預測的依據。具體情況列于表2。

學生對前三種物質所做的預測中，關于氯化鈉在溶解過程中的能量變化的共識度較高，生活經驗是比較公認的一個預測依據。關于氯化銨和氫氧化鈉，預測結果存在一定的差異，主要與學生初中學校來源不同有關，有些學生在初中時已做過這兩個實驗或者聽初中教師講到過，有些則沒有任何可預測的依據，就憑感覺猜想。

需要特別注意的是，憑感覺猜，可能不準、可能沒有科學依據，但不可被忽視，學生做出的這個猜測，至少會讓他（她）對實驗結果更加期待，會更加注意對實驗現象的觀察，也會對實驗中可能出現的異常現象感知更加敏銳，這個幾乎完全主觀的猜，會讓學生更好地調動起他（她）的非智力因素，會使他（她）更接近于課堂中的主體地位，學習因此開始變得有意義起來。在研究型課堂的打造上，教師要對學生的主觀猜測持足夠的包容的態度，并隨著教學活動的展開，逐步將之引導到科學的思考上來。

供學生實驗的試劑中增加了無水乙醇，是有特殊教學使命的。

師： 酒精溶于水，會有怎樣的能量變化呢？你來預測一下。

生： 可能會升溫吧……不對，可能是降溫……不知道……（各種猜測都有）

師： 那我用酒精棉球在你手上擦一下，有什么感覺呢？

生： 涼。

師： 為什么呢？這個過程是物理變化，還是化學變化呢？

生： 酒精揮發，吸熱。物理變化。

師： 物理變化，意味著微粒種類沒有變化，那揮發的過程什么在變呢？

生： 微粒的間距，在變大。

師： 為什么微粒間距擴大——也就是向空氣中擴散開去——會吸熱呢？

生： 因為要克服分子間作用力……哦，懂了，酒精溶解時，也是降溫。

師： 為什么呢？

生： 溶解也相當于酒精在水里擴散，所以，也要克服分子間作用力，所以，會降溫。

師： 對你剛才所做的分析，從原理上，從邏輯上，再確認一下……最后的預測結論是？

生： 我覺得我的分析沒有問題，應該就是降溫！

師： （對所有學生）你們覺得他的分析有道理嗎？大家認可他的講法嗎？

生： 有道理。

師： 那就有問題了。

如果你們認為他的講法是對的，那么剛才三種溶質溶解也都會有個擴散的過程，都需要克服微粒間的作用力，都要降溫才對，那氯化鈉怎么會溫度變化不明顯呢？氫氧化鈉居然還升溫了呢？

如果你們認為他的講法是對的，那就意味著前面這兩個預測都是錯的，而你們的生活經驗或者有些同學的初中的學習經驗明明告訴你，原來的預測應該沒有問題啊！到底哪個預測是對的呢？怎么辦？

生： （實驗）做做看唄。

顯然，增加無水乙醇，既是激發矛盾，也是引發思考。這段教學過程中，學生所做的預測一波三折。先是憑感覺猜，表明學生在面對新問題時，思維上還沒有一個合適的切入口。一時沒有思考的方向或角度，可見學生雖然具有相關的知識和概念，但還處于儲存狀態，沒法立即調用，教育就是要幫助學生打通思維之路，讓知識能夠靈活遷移。在教師設計情境的引導下，學生開始調動已有的經驗和概念，進行理論分析和邏輯推理，做出對酒精溶于水會降溫的預測判斷。教師接下來所做的一連串反問，有助于引導學生對所做的預測進行評價，激發矛盾，從而很自然地將學生的思考推向實驗環節。

2.2.2 實驗

這里進行的測溫實驗，是一項基本操作技能，知識深度為DOK 2級。可以使用一般的數字測溫儀進行數據測定，注意測定初始水溫，并保證整個實驗過程中，溫度計始終處于溶液中。也可以通過溫度傳感器、數據采集器與計算機相連，直觀地呈現溫度變化圖線。

實驗測定結果分別為：

氯化鈉（晶體）溶于水，溶液溫度略有下降；

氯化銨（晶體）溶于水，溶液溫度明顯下降；

氫氧化鈉（晶體）溶于水，溶液溫度明顯上升；

無水乙醇（液體）溶于水，溶液溫度明顯上升。

學生在進行課堂實測時，發現氯化鈉溶于水的過程中，溶液溫度出現略有下降的現象。雖然在《上海市高中化學學科教學基本要求（試驗本）》[3]中對該過程的現象表述為“溶液溫度基本不變”。但在教學過程中，教師無需去做“應該溫度基本不變”的“糾正”，完全可以放手讓學生根據實際測定情況做相應的分析。考慮到氯化鈉溶解時的熱效應與所用水量、添加氯化鈉晶體的量的多少等因素有關，在這些因素沒有界定的情況下，進行“溶解時溫度基本不變”這樣的表述本身也不夠科學。在楊德壬先生主編《中學教學全書化學卷》[4]中，也可查得氯化鈉（固）的溶解熱為3.88kJ/mol，氯化銨（固）的溶解熱為14.78kJ/mol，因此，與氯化銨相比，氯化鈉溶于水時，溶液溫度略有下降也可理解。就此問題，反倒可以作為一個學生的實驗研究課題，成為研究型課堂教學在課外的自然延伸，體現研究型課堂的開放性。

對學生而言，實測結果既有意料之中的，也有意料之外的，與真實的科學研究情境比較吻合，使整節課的研究氛圍得以繼續推進。

2.3 DOK Level3——分析與推理

本節內容在教材中的標題是一個“有沒有”的問題，但對于學習和研究來講，更重要的顯然是回答“為什么”的問題，即“為什么不同物質在溶解過程中會有不同的熱效應？”。根據實驗現象——尤其是預測與實測的矛盾——展開思考，分析現象背后的原因，才是本節課的重點。

但分析很快就遇到了“瓶頸”。在預測酒精溶解過程中的能量變化時，學生已經認同的擴散吸熱是一個繞不開的存在。如何解釋不同的溶解熱效應？顯然就需要做一些推理了。

師： 看來溶解過程中，可能還不止存在擴散吸熱這一個過程。從熱效應上來講，至少還要有個什么過程存在，才能解釋這些現象？

生： 放熱過程。

師： 如果有另一個放熱的過程存在，你會解釋這四種物質溶解過程中的熱現象嗎？

生： 氯化鈉溶于水，擴散吸收的熱量略大于另一個過程放出的熱量。

師： 如果像有些文獻上說的，溶液溫度基本不變呢？

生： 那就是擴散吸收的熱量與另一個過程放出的熱量大致相當，抵消了。

師： 其他幾個呢？

生： 氯化銨溶于水： 擴散吸收的熱量明顯大于另一個過程放出的熱量。

氫氧化鈉溶于水： 擴散吸收的熱量明顯小于另一個過程放出的熱量。

酒精溶于水： 跟氫氧化鈉一樣的情況。

師： 這另一個放熱過程是什么呢？大家可以查閱教材[5]，查閱文獻也是科學研究的一種常用手段。

生： 水合。

師： 仔細閱讀教材中關于水合過程的相關文字，以氯化鈉為例，氯化鈉水溶液中存在的微粒有哪些？

生： 水分子、鈉離子、氯離子……水合鈉離子、水合氯離子。

分析和推理，是面對具體問題展開的策略思考，需要合理調用知識，并展開積極的聯想和遷移，形成一定的邏輯鏈，教學設計中將這個環節與DOK 3級中的短期策略思考相對應也是比較合理的。

2.4 DOK Level 4——驗證

之所以能夠解釋“為什么不同物質在溶解過程中會有不同的熱效應？”這個問題，是因為提出（推理出）了一個物質溶于水的機理，即： 溶解過程分為擴散過程和水合過程。擴散是溶質在水分子的作用下，克服微粒間作用力向溶液中分散的過程，因此是個物理的吸熱過程。溶質微粒又會與水分子結合形成水合分子或水合離子，是個化學的放熱過程。

北大嚴宣申教授在回憶傅鷹、戴安邦等前輩的教學理念時[6]，提到傅鷹先生的一個觀點： 提出一種機理解釋一種現象并不困難，困難的是如何以實驗證明它是正確的，而且是唯一正確的。

顯然，這節課的教學過程到上述機理的提出、并對實驗現象做出解釋就結束的話，實在是少了最重要的科學驗證環節。要用科學實驗來驗證某個機理的正確性，需要進行微觀分析、宏觀推理、實驗設計、儀器選擇、現象觀察等更深刻的思考，完全可以達到DOK 4級即拓展思考的深度。

通過對上述機理的反復推敲，至少有兩個方面可以進行相關實驗驗證，并以此設計教學過程，引導學生進一步展開科學的思考和研究。

2.4.1 關于擴散過程中存在水分子作用的實驗驗證

教材上說擴散是在水分子作用下，克服微粒間作用力的過程。以氯化鈉為例，水分子是如何幫助氯離子和鈉離子克服離子鍵的作用的呢？能設計實驗來證明水分子的這個作用的存在嗎？

微觀分析： 如果水分子的這個作用存在，就意味著，水分子必須要能跟帶正電荷的鈉離子、帶負電荷的氯離子產生某種作用力，把兩者拉開，從而使鈉離子和氯離子擺脫彼此間離子鍵的束縛，讓它們自由地向溶液中擴散。

師： 如果這個分析合理的話，那么我們拿一個帶正電荷或者負電荷的物體靠近水流，會產生怎樣的現象呢？

生： ……，把水流吸走？

師： 怎么找到一個帶正電荷或者帶負電荷的物體呢？電的問題，可以從物理方面考慮。

生： ……，用毛皮摩擦的橡膠棒？用絲綢摩擦的玻璃棒？

這是一個高三拓展型課程中的實驗[7]，用來驗證水分子是一種極性分子。高一的學生沒有學過分子的極性，但不妨礙這個實驗在這里的使用。當學生看到水流被絲綢摩擦的玻璃棒迅速吸引而發生大角度偏折時，發出了“妙啊”的歡呼聲。教師可以由此引導有興趣的學生進行分子極性方面的自學，這是培養學生開展自主學習和研究的一個良好的教育契機。

2.4.2 關于水合過程是放熱過程的實驗驗證

這個機理最重要的邏輯環節是，存在一個水合過程，且是放熱的。但如何用實驗來證明呢？在上面的實驗中，證明了溶質擴散時，水分子作用的存在，這個作用使水分子得以和溶質微粒結合在一起，可以理解為所謂的水合。但要證明水合是放熱的，就要避開擴散吸熱的干擾，實驗設計的要點就在于如何讓物質與水接觸，但要把擴散過程的影響減少到最小。或者，直接找一個單獨的水合過程，進行熱效應測定。

師： 如果將物質投入水中，溶解過程擴散吸熱的存在，必定會對水合放熱的測定造成干擾，怎么設計實驗，既讓物質與水接觸，又盡量減少擴散呢？

生： ……那就把少量的水加到大量的物質中，可以嗎？

這是一個逆向思維的培養，也是實驗設計中很重要的一個環節——條件控制。

進行具體實驗操作時，可使用膠頭滴管滴加幾滴水到白色的無水硫酸銅粉末中，同時用溫度傳感器測定過程中的熱效應。在美國的大學《普通化學》教材中[8]，也是采用這個實驗來證明水合是一個放熱過程的。

CuSO4（s）+5H2OCuSO4·5H2O（s）是一個典型的形成藍色水合銅離子的過程，這個化學變化，學生是可以理解的。學生也很熟悉膽礬又叫五水合硫酸銅，是一種結晶水合物。用上述實驗，既能簡單地驗證水合是一個化學的放熱過程，也能使學生體會和理解水合的含義以及水合過程中的熱效應。

3 結語

整節課的設計，圍繞一個問題的研究展開。從問題提出到結果預測，從實驗觀察到推理解釋，最后再進行新機理的實驗驗證，讓學生充分體驗科學研究的一般過程，對化學原理與實驗驗證之間的關系有了一定的認識。國家進行課程改革的一個重要理念或目標是為了培養學生的創新精神和研究能力，這就要求教師要具備進行研究型課堂教學設計的意識和能力。基于DOK分級模式的教學設計，能更有效地將科學研究分層融入教學設計中，引導學生科學地進行深度思考。知識更新非常快，掌握思考問題的方法（思維）比單純的知識獲取更重要。以學科知識的教學為載體，著重培養學生的思維能力和研究能力，對學科教育而言，有更深層次的意義。 參考文獻：

[1]Norman L. Webb. Criteria for Alignment of Expectation and Assessment in Maths and Science Education. Washington. DC： National Institute for Science Education University of WisconsinMadison and Council of Chief State School Officers， 1997.

[2][5]姚子鵬主編. 高級中學課本化學高中一年級第一學期（試用本）（第1版）[M].上海： 上海科學技術出版社， 2007.

[3]上海市教育委員會教學研究室編. 上海市高中化學學科教學基本要求（試驗本）（第1版）[M]. 上海： 華東師范大學出版社， 2017.

[4]楊德壬主編. 中學教學全書化學卷（第1版）[M]. 上海： 上海教育出版社， 1996.

[6]嚴宣申. 北大嚴宣申教授對實驗研究的建議[J]. 化學教與學， 2014， （7）： 2～3.

[7]姚子鵬主編. 高級中學課本化學拓展型課程（試用本）（第1版）[M]. 上海： 上海科學技術出版社， 2008.

[8]Darrell D. Ebbing， Steven D. Gammon. General Chemistry. Eighth Edition， New York Boston： Houghton Mifflin Company， 2005： 230.