基于發展性任務的情境化教學設計與實踐

姚明站 楊硯寧 張先根 徐雯

摘要：發展性任務是指在課堂教學中，為達成教學目標，教師依托問題情境，精心設計的梯度合理、結構鮮明、富有啟發性和生成導向的若干個學習任務或活動場域。文章以“煙氣中SO2的吸收”復習為具體案例，建構了解決歸因類問題的思維模型，設計了12個具體的學習任務，構成發展性任務，進行了情境化教學設計與實踐，提煉了歸因類問題的解答步驟，提高了學生解決歸因類問題的能力，培養了學生的化學核心素養。關鍵詞：發展性任務;情境化教學;思維模型;核心素養

文章編號：1008-0546（2022）04-0042-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04.009

一、基于發展性任務的情境化教學

國務院辦公廳《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》中明確指出，要注重培養學生的學習能力，積極探索基于情境、問題導向的互動式、探究式、體驗式等課堂教學，重在培養學生運用所學知識認知、分析和解決問題的能力;教育部考試中心研制了“一核四層四翼”的中國高考評價體系整體框架，明確規定高考的考查載體是情境，以此承載考查內容，實現考查要求[1]?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準》（2017年版）（以下簡稱2017版課標）在實施建議部分提出，教師要注意設計真實情境下不同復雜和陌生程度的問題解決活動，促進學生從學科知識向學科核心素養的轉化[2]?？梢?，情境化教學成為了課程改革、課堂教學和新高考的應然追求。

發展性任務是指在課堂教學中，為達成教學目標，教師依托問題情境，精心設計的梯度合理、結構鮮明、富有啟發性和生成導向的若干個學習任務或活動場域[3]。對教學而言，教師可依據2017版課標要求，在深度解讀教材的基礎上，梳理和提煉化學學科知識及學科觀念，結合學生認知規律和個性差異，從知識、思維和方法等視角，科學合理地設計具有能夠激發思辨、引發探究的學習任務。對學習而言，學生能夠借助教師創設的發展性任務，從化學視角去認知、分析和解決與化學相關的問題或社會議題，基于知識關聯、認識思路和核心觀念對化學學科知識進行結構化認知，運用不同的方法表征化學學科知識，在學習過程中認同化學學科的育人功能和社會價值，形成對化學學科的本質認知和具有化學學科特征的科學思維[4]。

二、基于發展性任務的情境化教學案例

1.教學設計模型

以“煙氣中SO2的吸收”復習為具體案例，構建發展性任務與思維進階的教學設計模型（見圖1），通過一系列學習任務，引導學生獲取和處理信息，以期增強學生證據推理意識，提高學生歸因類問題的解決能力，培養學生的學科核心素養，促進學生知識結構化和認知模型化。

2.教學具體環節

環節一：聚焦任務目標

+

[任務1]預測往FeCl3溶液中通入SO2的實驗現象，并說明判斷依據。

[學生]可發生反應2Fe+SO2+2H2O=2Fe+SO

3+2+2-4H+，溶液由棕黃色變成淺綠色。

[實驗1]向試管中加入5mL1mol·L-1FeCl3溶液，通SO2氣體至飽和，觀察實驗現象。

[學生]溶液迅速由棕黃色變成紅棕色。

設計意圖：學生由熟悉的反應預測現象出發，通過實驗的“異?，F象”，創設“有問題”的化學課堂，引發學生的探究和思維的熱情，聚焦任務目標，體現了發展性任務矛盾性的特征。

環節二：尋找關鍵因素

[任務2]往5mL1mol·L-1FeCl3溶液中通入SO2，溶液由棕黃色變成紅棕色，并不是預測的實驗現象，請結合已有知識猜測、解釋出現紅棕色的可能原因？如何設計實驗驗證推理？

[學生]首先，溶液沒有變成預計的淺綠色，說明可能并非發生預想的氧化還原反應;

可能原因1：從物質類別的角度考慮，Fe3+易水解產生紅棕色的Fe（OH）3膠體;

可能原因2：從物質結構的角度考慮，Fe3+有空軌道，能與某些粒子如SCN-配位形成紅色的配合物，所以這里也可能與SO2等配位絡合成新物質;

......

實驗驗證方法：丁達爾效應檢驗是否形成Fe（OH）3膠體，并與Fe（OH）3膠體作對比。

[任務3]Fe3+能與SCN-配位形成紅色的配合物，從物質結構的角度分析，Fe3+能不能與SO2形成配合物？Fe3+能否與SO2--[5-8]、HSO

[學生]Fe3+有空軌道，SO2中心原子以sp2雜化，配形成配合物呢？位原子為2個氧原子，硫原子剩有一對孤電子對，分子結構為V形，所以兩者有可能形成配合物（圖2）。

[教師]資料顯示，Fe3+與SO2可以配位絡合：Fe3++

不同的研究者提出的不同機理，其反應物和產物都一樣，只是中間體一配合物的形式不一樣。

[任務4]隨時間推移，溶液由紅棕色逐漸變淺，最終變為淺綠色[如圖3所示，未通SO2和通SO（2用煤油液封）的FeCl3溶液顏色變化對比]，其可能原因是什么？

[學生]發生了2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO2-+4H+4的反應。

[任務5]往5mL1mol·L-1FeCl3溶液中通入SO2至飽和，溶液迅速由棕黃色變成紅棕色，后經較長時間最終變為淺綠色。請從化學反應速率和化學平衡等角度解釋該現象變化的原因？

（2）從現象變化的先后快慢來說，反應I速率較快，反應II速率較慢。反應II進行時，溶液中c（Fe3+）和c（SO2）減小，導致反應I平衡逆向移動，且反應II幾乎完全進行，導致反應I幾乎完全逆向移動，[Fe（SO2）6]3+分解完全，最終溶液慢慢變成淺綠色。設計意圖：通過分析討論，挖掘出現象背后的原理和影響因素，并從化學反應速率和化學平衡的角度進行解釋。讓學生置身于自由、科學、民主的“學習場”中，通過師生、生生平等交流和傾聽，學生能夠提出自己獨特的觀點（大膽的假設、有證據的猜想），充分體現了發展性任務思辨性的特征。

環節三：建立要素關系

[任務6]某同學認為反應II是一個不可逆反應，請設計實驗證明。

[學生]（1）向5mL1mol·L-1FeCl3溶液中通入SO2至飽和，加入煤油液封，放置一天;

（2）取少量反應后的溶液于試管中，滴加2滴KSCN溶液，觀察溶液顏色變化。

[任務7]如何加快反應II的化學反應速率？

[學生]增大反應物濃度、增大壓強、適當升溫、使用催化劑和增大接觸面積（如將導管出氣口換成多孔球泡）等。

[實驗2]研究溫度和溶液酸性對反應II的化學反應速率的影響，如表1。

[學生]實驗1中微熱溶液時，溶液顏色明顯比未加熱的溶液淺，說明加熱可以加快反應II的速率;滴加濃鹽酸，通入SO2至飽和，溶液沒有變成紅棕色。

[任務8]FeCl3溶液吸收SO2時，增強溶液的酸性沒有出現“異常現象”，其可能的原因是什么？

[學生]溶液酸性增強，SO2的溶解度減小，不利于[Fe（SO2）6]3+的生成。

[教師]信息提示，不同pH的溶液中SO2的溶解度，如表2所示。

追問：滴加濃鹽酸，避免了“異常現象”的發生，對反應II的速率有何影響？

[學生]酸性增強，SO2的溶解度減小，導致反應II的速率減小;酸性增強，抑制Fe3+水解，使c（Fe3+）增大，導致反應II的速率增大。因此，取決于兩者對速率的影響程度的大小。

設計意圖：通過實驗設計，深度挖掘影響化學反應的因素以及如何控制反應，進一步探討該反應，體現發展性任務探究性和發展性的特征。在完成任務的過程中，引導學生像學科專家那樣去思考和解決問題，在探究過程中建構結構化認知（見圖8），進而發展學生的化學學科理解。

環節四：優化模型結構

[任務9]不同溫度下，將pH=2、0.05mol·L-1FeCl3溶液和含SO2的煙氣按不同的液氣比通過填料塔，隨溫度升高SO2的去除率變化如圖4所示[9]。SO2的去除率先升高后降低，可能原因是什么？（該題還可以如何設問？）

[學生]在低于40°C時，隨溫度升高化學反應速率加快，導致SO2的去除率升高;當溫度大于40°C時，隨溫度升高SO2的溶解度減小、鐵離子水解程度增大，導致SO2的去除率降低。

[任務10]在相同溫度下，將pH=2、0.05mol·L-1FeCl3溶液和含SO2的煙氣按不同的液氣比通過填料塔，測定不同液氣比時SO2去除率變化如圖5所示，該項目選擇10L/m3的液氣比[9]，解釋其原因。

[學生]在10L/m3的液氣比時，SO2的去除率已達80%左右，增大液氣比SO2的去除率提高不大，造成吸收成本的增加。

設計意圖：通過實際應用，讓學生能夠從化學的視角去認知、分析和解決生產生活的問題，形成具有化學學科特質的思維方法和思維模型（見圖8），感受化學科學的社會價值，提升學生的科學態度和社會責任感。

環節五：應用思維模型

[任務11]Fe（III）/鑄鐵屑填充濕法吸收煙氣中SO2，鐵屑腐蝕過程和鐵離子的協同作用可以增強SO2的吸收。該法吸收煙氣中SO2轉化途徑示意圖如圖6所示[9]，用必要的化學用語和文字來描述此過程。

[學生]SO2被溶液吸收形成電解質溶液，鐵屑中鐵與碳構成原電池，鐵失電子被氧化：Fe-2e-=Fe2+，O2在碳電極得電子被還原：O2+4e-+2H2O=4OH-，Fe2++2OH-=Fe（OH）2，Fe（OH）2被O2氧化成FeOOH;部分FeOOH與H+轉化為Fe3+，進入溶液的Fe3+與SO2-發生反應：2Fe3++SO2-2+2-+

分FeOOH轉化為含SO2-3和SO

[任務12]Fe（III）/鑄鐵屑填充濕法吸收煙氣中SO2，鐵屑腐蝕過程和鐵離子的協同作用可以增強SO2的吸收。在40°C、以相同的液氣比通過鐵屑填充的填料塔，在不同pH溶液條件下，對SO2的去除率的影響如圖7所示[9]。在低pH和高pH下，SO2的去除率上升階段和下降階段存在明顯差異，可能原因是什么？

[學生]與高pH相比，在低pH值的條件下，階段ISO2去除率上升快，階段II下降也快。與高pH相比，在低pH值條件下，階段I時，隨SO2吸收進入溶液，鐵的腐蝕速率被不斷增加的H+加快，產生更多的鐵離子，從而加快SO2的吸收速率，導致SO2的去除率上升得快;階段II時，低pH下因腐蝕產生更多鐵銹的阻礙作用，造成腐蝕速率下降，減弱SO2的吸收，導致SO2的去除率降低得快。

設計意圖：通過對反應機理的認知，進一步深化理解模型及其本質，從而達到能夠應用思維模型分析復雜體系能力（見圖8）。在復雜問題分析中，可以探查學生的化學知識掌握程度和學科理解程度，提高學生的化學知識遷移應用、溝通與合作和交流與表達能力，培養學生的反思與批判思維、社會責任意識。

三、基于發展性任務的情境化教學思考

1.設計優質高效的學習任務

學習任務的設計要重視問題情景的創設。情境要來自生產生活的實際，達到課程標準的要求，滿足教學的需要。本節課緊扣煙氣中SO2的吸收這個真實情景，實驗設計科學新穎，富有啟發性和生成導向。問題情景可根據課堂教學的實際需要，適當加以取舍。

學習任務的設計要關注核心素養的培養。教師要注重開展推理活動，培養學生的思維品質，提升學生的關鍵能力。本節課核心素養的培養貫穿了整個教學過程（見圖1）。

學習任務的設計要考慮學業水平的提升。只有充分了解學情和現有的學習能力，合理地確定學習任務的個數和具體梯度、科學地安排教學時間，才能取得良好的教學效果。本節課學生基礎較好，學習任務設計梯度合適，雖然多達12個，但也能完成教學任務。

2.提煉同類問題的解答步驟

通過教學實踐，我們引導學生逐步提煉出歸因類問題的4個解答步驟（見圖8），建構解決歸因類問題的思維模型。

參考文獻

[1]教育部考試中心.中國高考評價體系說明[Z].北京：人民教育出版社，2019：6-7.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：74.

[3]朱志平.范導式教學：價值、內涵與實踐路徑[J].上海教育科研，2019（4）：77-80.

[4]胡先錦.為理解而教：課堂的應然追求——我們需要什么樣的化學課堂[J].化學教學，2020（4）：33-37.

[5]鐘國華.基于三元整合策略提高學生問題解決能力的高三專題復習研究[J].化學教學，2021（2）：33-37.

[6]姚小紅等.酸性條件下Fe3+氧化SO2的脫硫反應機理[J].環境科學，1998（5）：16-17.

[7]盛錫銘.SO2與FeCl3反應異常實驗現象的探討[J].中學化學教學參考，2013（5）：71-72.

[8]?施亞鈞等.含鐵離子催化劑的稀硫酸液吸收煙道氣中二氧化硫的吸收模型和氧化模型的探討[J].華東化工學院學報，1980（2）：11-19.

[9]江舉輝.Fe（III）/鑄鐵屑吸收SO2新方法及其工藝的研究[D].上海：上海交通大學，2008：24-58.