“鐵及其化合物”單元教學(xué)實踐與追蹤評價

朱成東 徐泓 吳宣東

摘要：以人教版教材“鐵及其化合物”相關(guān)內(nèi)容為基礎(chǔ)，開展“走近‘補鐵劑”單元教學(xué)設(shè)計和實踐活動，并在此基礎(chǔ)上通過訪談、調(diào)查問卷和測試等方式對單元教學(xué)效果進行實證性追蹤評價，發(fā)現(xiàn)單元教學(xué)在提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的專注度、發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)、改變教師教學(xué)行為和學(xué)生學(xué)習(xí)方式等方面，較傳統(tǒng)的碎片化知識解析的教學(xué)方式具有較明顯的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：單元教學(xué);設(shè)計;實踐;追蹤評價

文章編號：1008-0546（2022）09-0020-06中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）》倡導(dǎo)：教師在化學(xué)教學(xué)與評價中應(yīng)緊緊圍繞“發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”這一主旨，優(yōu)化教學(xué)過程，有效提高教學(xué)質(zhì)量，發(fā)展素質(zhì)教育，落實立德樹人根本任務(wù)。[1]這就要求：教學(xué)設(shè)計的單位應(yīng)從具體的知識點走向相對完整的學(xué)習(xí)單元，[2]即以明確的學(xué)科核心素養(yǎng)目標為導(dǎo)向，依據(jù)教材內(nèi)容、學(xué)生生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗重新組織一系列學(xué)習(xí)活動。教學(xué)實施的重點從關(guān)注知識點的解析走向關(guān)注學(xué)科核心素養(yǎng)的塑造。為增進省域內(nèi)高中化學(xué)教師對單元教學(xué)的理解和認同，安徽省教育科學(xué)研究院以教育部安徽省化學(xué)學(xué)科教研基地為依托，確立了分布于全省各地市的21所實驗校，結(jié)合高中化學(xué)新教材的使用，有計劃地在省域內(nèi)系統(tǒng)開展“普通高中化學(xué)基于素養(yǎng)導(dǎo)向的單元教學(xué)研討活動”。我們選擇人教版必修第一冊“鐵及其化合物”為主題，通過組織教師對該單元教學(xué)課例的系列集體備課、研討和面向全省的公開展示活動，以及對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的追蹤評價，積極探索素養(yǎng)導(dǎo)向下高中化學(xué)單元教學(xué)和素養(yǎng)表現(xiàn)評價方式。教學(xué)實踐和追蹤評價既加深了教師對素養(yǎng)導(dǎo)向下單元教學(xué)的直觀感受和體驗，為有效實施新課標和新教材，轉(zhuǎn)變教師教學(xué)觀念和教學(xué)行為進行了有益的嘗試;也豐富了區(qū)域內(nèi)教研活動的內(nèi)容和組織形式，為積極開展基于教研基地的深度教研，提升教師專業(yè)水平探索了新的路徑。現(xiàn)圍繞該單元教學(xué)課例開發(fā)過程中的教學(xué)實踐、教研方式，以及實施效果的追蹤評價進行回顧和總結(jié)，以期引發(fā)同行對單元教學(xué)的深入研究和探討。

一、單元整體設(shè)計

隨著新課標和新教材的實施，實現(xiàn)由傳統(tǒng)的“知識解析的碎片式”教學(xué)向新課程要求的“素養(yǎng)導(dǎo)向的整體化”教學(xué)的課堂轉(zhuǎn)型已經(jīng)迫在眉睫。為真正觸動并引起廣大教師對如何落實核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)改革的關(guān)注，我們從已被學(xué)界普遍形成共識并被很多先行者踐行的單元教學(xué)入手，通過組織部分骨干教師形成團隊開發(fā)出具有典型性和示范性的課例，影響并帶動更多教師參與到這一輪的課程改革中，讓核心素養(yǎng)真正“落地”。為此，團隊成員在大量研讀有關(guān)單元教學(xué)理論文獻、學(xué)習(xí)課程標準和教材、觀摩優(yōu)秀單元教學(xué)課例的基礎(chǔ)上，通過線上和線下、團隊教師的研磨，形成了融入我們自身理解、符合教學(xué)實際的單元教學(xué)課例，并在公開展示活動中得到相關(guān)專家和觀摩教師的認可。

1.單元學(xué)習(xí)主題的確定和單元教學(xué)設(shè)計思路

單元的確定應(yīng)該依據(jù)課程標準、教材和學(xué)情，一個單元就是一個學(xué)習(xí)事件、一個完整的學(xué)習(xí)故事。[3]為此，我們的思路是：首先，確定課程標準中必修課程主題2“常見的無機物及其應(yīng)用”中的“鐵及其化合物”為單元主題，明確單元的學(xué)科大概念：元素觀、分類觀和轉(zhuǎn)化觀，并具化相關(guān)的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求（見表1）。

其次，研究該主題在教材（人民教育出版社2019年版高中化學(xué)第一冊）中的具體內(nèi)容及呈現(xiàn)方式，并建立知識點與學(xué)科大概念間的聯(lián)系，厘清本單元的知識層級關(guān)系（見圖1）。第三，調(diào)研教學(xué)對象的認知基礎(chǔ)和始能狀態(tài)，通過問卷和訪談發(fā)現(xiàn)學(xué)生對元素化合物的學(xué)習(xí)單純依賴于記憶，導(dǎo)致知識的碎片化;同時傳統(tǒng)教學(xué)中本內(nèi)容的學(xué)習(xí)往往存在“重知識輕能力的被動學(xué)習(xí)容易走入單純的記憶誤區(qū)、重動手輕思維的實驗容易形式化、重細節(jié)輕整合的教學(xué)容易導(dǎo)致學(xué)時緊張”[4]等問題。最后，綜合考慮上述因素，結(jié)合選擇的情境素材對相關(guān)內(nèi)容進行重新整合，規(guī)劃課時安排并進行單元和課時教學(xué)設(shè)計。

2.單元教學(xué)情境的選擇和單元學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

指向素養(yǎng)的學(xué)習(xí)是有真實情境與任務(wù)介入的真實學(xué)習(xí)，只有在真實情境下運用某種或多種知識完成特定的任務(wù)，才能評估關(guān)鍵能力、必備品格和價值觀念。[5]我們在準備本次單元教學(xué)活動的一開始，就把重點放在：選擇什么樣的素材創(chuàng)設(shè)一個真實而完整的教學(xué)情境將整個單元的教學(xué)串聯(lián)起來？如何確定各課時的教學(xué)主題和教學(xué)目標？如何設(shè)計多樣化、進階式的學(xué)習(xí)任務(wù)？最后，基于對學(xué)習(xí)內(nèi)容及其承載的學(xué)科價值的整體考慮，我們選擇了較為熟悉的“補鐵劑”為貫穿整個單元的大情境，確定了“走近‘補鐵劑”的單元主題名稱，具體以燕麥中的鐵、第一代補鐵劑（硫酸亞鐵）、第二代補鐵劑（如乳酸亞鐵等）等創(chuàng)設(shè)課時情境。具體涵蓋的核心化學(xué)知識、化學(xué)觀念及其化學(xué)學(xué)科思想方法、化學(xué)學(xué)科價值見表2。

3.單元教學(xué)目標的設(shè)計及單元整體規(guī)劃

（1）單元和課時教學(xué)目標

基于上述分析，設(shè)計本單元和課時的教學(xué)目標見表3。

（2）單元整體規(guī)劃

為更好地整合教學(xué)內(nèi)容，將教材第二節(jié)“金屬材料”中的第一部分內(nèi)容“鐵合金”與第一節(jié)中導(dǎo)入部分的“鐵的存在和我國古代冶鐵史”以微課的形式融入本單元的教學(xué)中。微課設(shè)計從考古工作者的視角，以中國古代冶鐵史為主要線索，通過我國古代不同時期鐵制品及性質(zhì)的介紹，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)有關(guān)鐵合金的知識的過程中，滲透“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、功能決定應(yīng)用”的學(xué)科觀念;了解鐵器的冶煉與應(yīng)用對人類社會的發(fā)展起到重大作用，同時在有關(guān)“鐵制品”的介紹中感受化學(xué)學(xué)科的社會價值和璀璨的中華文化，增強學(xué)生文化自信，同時也為引入本單元第一課時的教學(xué)奠定基礎(chǔ)。其他內(nèi)容規(guī)劃到3課時的教學(xué)中，即針對不同“補鐵劑”，分別圍繞其成分認識鐵的各類化合物，并初步構(gòu)建鐵的價類二維圖;圍繞其性質(zhì)的探究認識鐵的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，并掌握變價元素的學(xué)習(xí)方法;圍繞其檢驗和制備運用已有知識和方法解決簡單實際問題，具體見圖2。

二、單元教學(xué)效果追蹤評價

在進行單元整體設(shè)計的基礎(chǔ)上，來自實驗校的孫永妹、俞陳麗和盛儉發(fā)老師采取借班（下文稱為“實驗班”）上課的方式進行了教學(xué)實踐。為準確了解單元教學(xué)實施的效果，我們通過課后對部分學(xué)生的訪談、設(shè)計問卷開展調(diào)查和期末測試中設(shè)計相關(guān)內(nèi)容的試題測評等多種方式進行了追蹤評價。

1.課后對部分學(xué)生的訪談

為及時了解學(xué)生在教學(xué)實施過程中的感受和意見，課后我們隨機選取了幾位同學(xué)進行了訪談。

（1）訪談目的與內(nèi)容

訪談目的：初步評估3課時單元整體教學(xué)的效果;對學(xué)生參與學(xué)習(xí)的情意因素、自我效能感進行質(zhì)性評估;搜集進一步改進教學(xué)設(shè)計的信息。

訪談內(nèi)容：主要提供以下幾個話題，從這一個單元3課時的課堂教學(xué)中學(xué)到了哪些？教師的哪些方式或方法給你留下深刻印象？與日常化學(xué)課相比，自我感受（如從投入程度、學(xué)習(xí)態(tài)度或效率等）有什么不同？學(xué)習(xí)過程中還有哪些困惑？

（2）學(xué)生反饋

參與訪談的同學(xué)幾乎一致表達了對整個3節(jié)課的內(nèi)容和形式“非常感興趣”“與以前相比在課堂上精力更集中了”，不僅學(xué)習(xí)了鐵單質(zhì)以及不同價態(tài)鐵的化合物的性質(zhì)，還普遍感受3位老師都在利用價類二維圖引導(dǎo)他們“使學(xué)習(xí)更加有系統(tǒng)”。在談到“留下深刻印象”的話題時，同學(xué)們一方面都談到利用含鐵的燕麥、藥片（硫酸亞鐵片）和菠菜做實驗很有趣;另一方面也都一致提到“價類二維圖”，談到從類別和價態(tài)角度學(xué)習(xí)鐵元素及其化合物知識給他們帶來的不一樣感受和積極體驗。學(xué)生在交流上也由最初的拘謹、沉悶變得主動、興奮和樂于表達，反映了引導(dǎo)學(xué)生“豐富認識物質(zhì)的思路和方法”單元教學(xué)目標的初步達成。如同學(xué)甲表示“感覺這樣圖示很新鮮，每節(jié)課都在圍繞它，讓我對各類含鐵物質(zhì)學(xué)習(xí)變得有條理。”也有同學(xué)提到一些學(xué)習(xí)細節(jié)，如同學(xué)乙談到第一課時學(xué)習(xí)鐵與水蒸氣反應(yīng)的體會時，說道“要是以前，自己肯定只是背一下反應(yīng)的方程式就完了，但課堂上老師先是讓他們對鐵與水的反應(yīng)產(chǎn)物進行猜測，把以前學(xué)過的鈉與水的反應(yīng)，還有金屬活動性都聯(lián)系起來了，并通過實驗的方法證明產(chǎn)物是氫氣不是氧氣，是四氧化三鐵不是氫氧化鐵或氧化亞鐵等，再讓我們來寫方程式，印象更深了。”這些都反映了單元教學(xué)給學(xué)生帶來了積極的情感體驗，提高了學(xué)生參與課堂學(xué)習(xí)的投入度和專注度，為“讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生”提供了基礎(chǔ)。同時也體現(xiàn)了模型認知、證據(jù)推理等學(xué)科素養(yǎng)在教學(xué)中的有效滲透。在談到“學(xué)習(xí)困惑”時，有同學(xué)提到“茶水中加硫酸亞鐵藥片顏色為什么會變深”等知識性問題。這也提醒我們在后續(xù)教學(xué)中應(yīng)進一步圍繞核心知識優(yōu)化設(shè)計，避免超出學(xué)生認知基礎(chǔ)和單元核心內(nèi)容以外知識的出現(xiàn)。

2.一周后對平行班的問卷調(diào)查

由于接受訪談的同學(xué)有限，個別的訪談不能全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，我們又設(shè)計了一份問卷，選擇與實驗班日常由同一化學(xué)教師執(zhí)教、中考成績和男女比例基本相同的平行班為對照班。設(shè)置變量為：該單元內(nèi)容的教學(xué)方式，即對照班仍由原授課教師按傳統(tǒng)方式組織教學(xué);而實驗班由3位教師采取上述單元教學(xué)設(shè)計組織授課，一周后利用書面問卷對兩個班級同時進行調(diào)查，試圖通過實證的方式了解單元教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，會給學(xué)生帶來哪些變化。

（1）調(diào)查目的

定量比較兩種不同教學(xué)方式，評價學(xué)生掌握有關(guān)鐵及其化合物核心知識的差異程度;了解兩種不同教學(xué)方式對學(xué)生學(xué)習(xí)鐵及其化合物的學(xué)習(xí)方法的影響。

（2）調(diào)查內(nèi)容

問卷由1道選擇題、3道填空題和2道簡答題組成，前5題均為以核心知識和學(xué)科素養(yǎng)為考查目標，每題賦分為5分，多為開放性或半開放性問題。如第1題為“寫出不少于10種含鐵物質(zhì)的化學(xué)式”;第3題為“寫出Fe→FeSO4、Fe→Fe3O4的化學(xué)方程式”。1-4題主要評價學(xué)生有關(guān)基礎(chǔ)核心知識的掌握和理解情況。其中第4題直接引用人教版教材第一冊72頁第5題，主要考查Fe2+的還原性、Fe3+的氧化性、設(shè)計簡單實驗方案和用化學(xué)方程式表征熟悉反應(yīng)的水平。第5題以鐵鹽制備高鐵酸鹽為情境，從提供的幾種試劑中作出選擇并說明理由，以此評價學(xué)生遷移和應(yīng)用能力。第6題以“在‘鐵及其化合物這節(jié)內(nèi)容的課堂教學(xué)中，哪些教學(xué)內(nèi)容或?qū)W習(xí)方法給你留下的印象最深刻？請依次至少寫出3點”開放式設(shè)問，主要測評學(xué)生在學(xué)習(xí)方法上的感悟情況。

（3）調(diào)查結(jié)果分析

由2位教師對調(diào)查前5題進行獨立評分，取平均分后統(tǒng)計兩個班的成績見表4。1～4題所考查的基礎(chǔ)核心知識掌握程度，兩個班均分無明顯差異，分差最大的是第4題僅相差0.22分;第3題對照班的均分甚至高于實驗班。第5題對應(yīng)用能力的考查分差則達到0.44分，實驗班優(yōu)于對照班。但從學(xué)生的具體回答看，明顯存在差異，如第1題雖然兩個班化學(xué)式書寫的正確率相當(dāng)，但從書寫含鐵物質(zhì)化學(xué)式的規(guī)律看，實驗班更體現(xiàn)了分類意識;又如第3題要求寫出Fe→Fe3O4的化學(xué)方程式，同樣兩個班的正確率相差不大，對照班寫得更多的是鐵與氧氣反應(yīng)的方程式，而實驗班寫得更多的是鐵與水蒸氣反應(yīng)的方程式，說明實驗班同學(xué)對新知識的接受更快。但通過對前5題的t檢驗，P=0.432>0.05，說明從知識的掌握程度和知識應(yīng)用能力看，單元教學(xué)與傳統(tǒng)方法差異不大。

依據(jù)第6題的學(xué)生回答內(nèi)容統(tǒng)計，兩個班同學(xué)表現(xiàn)了較明顯的差異（圖3和圖4分別是對照班和實驗班學(xué)生的典型回答）。對照班學(xué)生認為教學(xué)中印象深刻的內(nèi)容或?qū)W習(xí)方式排前三位的依次是：課堂實驗、記憶方程式、對比方法（如不同的氧化物放在一起對比），分別占比為56.8%、36.4%、15.9%。實驗班則依次是：學(xué)習(xí)內(nèi)容與生活相聯(lián)系、實驗活動、價類二維圖（或如圖3所示紅框內(nèi)類似的表述），分別占比為52.4%、45.2%、42.9%。學(xué)生的表述可能有不同，但基本反映了單元教學(xué)給學(xué)生在學(xué)習(xí)鐵及化合物的方法上帶來的積極影響。從該問題的回答統(tǒng)計中也不難得出：前面1、3等題中，學(xué)生對相關(guān)化學(xué)方程式的表述正確率雖然相差不大，但對照班獲取成績的途徑主要是靠記憶和背誦等低階思維活動，而實驗班則主要是借助理解和遷移等高階思維活動的方式達成。

3.期末時對平行班的測試評價

為測試較長時間后學(xué)生對鐵及其化合物單元的學(xué)習(xí)效果，我們在期末調(diào)研測試中圍繞本單元的內(nèi)容設(shè)計了3道試題，對學(xué)生的知識掌握和能力水平進行追蹤評價，試圖通過與對照班的成績比較，進一步了解單元教學(xué)的實施效果。

（1）測試目的

單元教學(xué)目標的達成度如何？與教師傳統(tǒng)采用的“偏重記憶和訓(xùn)練的知識點解析”方式相比，采取單元教學(xué)方式是否會影響學(xué)生的考試成績？單元教學(xué)如何更有效地對學(xué)生核心素養(yǎng)水平進行測試等。

（2）測試內(nèi)容設(shè)計

圍繞本單元的知識和素養(yǎng)要求編制了2道選擇題和1道綜合題，分值占比分別為6%和11%。其中第12題和13題為選擇題，主要是以鈉和氯及其化合物的價類二維圖創(chuàng)設(shè)問題情境。第12題要求學(xué)生從類別和價態(tài)兩個不同視角對熟悉、常見鈉和氯元素的化合物進行辨識和關(guān)聯(lián)，著重考查物質(zhì)分類、符號表征等學(xué)科素養(yǎng)，達到課標中學(xué)業(yè)質(zhì)量水平“2-2能從不同角度對典型物質(zhì)及其主要變化進行分類”要求。第13題以選擇二維圖中學(xué)生相對陌生的ClO2為研究對象，要求學(xué)生建立Cl2向ClO2的轉(zhuǎn)化關(guān)系，并結(jié)合氧化還原反應(yīng)知識和題給信息“Cl2氧化NaClO2生成ClO2”，分析和預(yù)測反應(yīng)的另一產(chǎn)物，考查運用氧化還原反應(yīng)的理論模型推測物質(zhì)變化的學(xué)科素養(yǎng)，處于學(xué)業(yè)質(zhì)量水平“2-3根據(jù)已有經(jīng)驗和資料作出預(yù)測”要求。第22題以黑木耳中鐵元素檢測的實驗流程圖為情境，選擇鐵元素的檢驗、物質(zhì)的分離、物質(zhì)的量計算等知識為載體，從定性和定量兩個方面考查學(xué)生利用物質(zhì)性質(zhì)、概念、實驗等核心知識，經(jīng)過多角度分析、系統(tǒng)推理解決相對陌生和較復(fù)雜問題的能力，具有較強的綜合性，達到學(xué)業(yè)質(zhì)量水平“3-3能基于現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進行分析推理得出合理結(jié)論”要求。

（3）測試結(jié)果分析

選擇上文2.2提到的兩個平行班統(tǒng)測統(tǒng)改后的成績進行分析見表5。總成績對照班高于實驗班1.68分，實驗班在12題和13題上的均分與對照班基本相當(dāng)，22題雖然實驗班均分低于對照班0.56分，通過t檢驗p值均小于0.95，說明單元教學(xué)雖然在記憶用訓(xùn)練的時間上比傳統(tǒng)方式要少，但成績并無顯著性差異。第12題和13題的數(shù)據(jù)還說明單元教學(xué)方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)理解和實踐應(yīng)用能力略優(yōu)于傳統(tǒng)方式，單元教學(xué)對在發(fā)展學(xué)生宏觀辨識和模型認知等素養(yǎng)具有一定的積極作用。通過對兩個平行班在第22題得分上的進一步分析發(fā)現(xiàn)，二者在該題的高分段比例幾乎一致，只是在低分段上實驗班多于對照班，且實驗班學(xué)生丟分主要在綜合物質(zhì)的量計算這一內(nèi)容的小題，說明該題得分的差異并非由本單元教學(xué)導(dǎo)致，而是由于有關(guān)“物質(zhì)的量”內(nèi)容的教學(xué)所致。

三、結(jié)語

通過本單元的教學(xué)實踐以及訪談、調(diào)查、測試等形式的實證性追蹤評價，可以發(fā)現(xiàn)單元教學(xué)在提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的專注度、發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)、改變教師教學(xué)行為和學(xué)生學(xué)習(xí)方式等方面均具有較明顯的優(yōu)勢。具體表現(xiàn)在本單元教學(xué)中：豐富、真實的情境素材，大大改善了多數(shù)學(xué)生原有對元素學(xué)習(xí)“枯燥繁雜、機械記憶”的不良體驗，使學(xué)生能更主動、積極地參與到課堂學(xué)習(xí)中，為培育學(xué)生核心素養(yǎng)奠定了基礎(chǔ);整體化、進階性的任務(wù)設(shè)計，不斷提升了學(xué)生的思維品質(zhì)，使學(xué)生從低水平的識記和辨識轉(zhuǎn)向高水平的應(yīng)用和遷移，為發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)創(chuàng)造了機會;多樣化的活動實施和多層次的問題設(shè)置，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，使學(xué)生無論是在核心知識的理解、學(xué)科能力的發(fā)展，還是在學(xué)習(xí)態(tài)度和方式的轉(zhuǎn)變上，都取得了較好的成效，為評價學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)水平提供了可能。

當(dāng)然，由于本單元教學(xué)只是一次針對鐵及其化合物的相對獨立的實踐性活動，教學(xué)范圍也具有一定的局限性，其實施效果還有待于更全面地實施單元教學(xué)后的檢驗。此外，在單元整體設(shè)計、問卷內(nèi)容和方式、測試試題編制的科學(xué)性，以及實驗變量控制等方面還需要在今后的教學(xué)實踐和研究中進一步改進和完善。

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