促進學科能力發展的“配合物”教學研究

王星喬，張金水，陳孝娜，滕瑛巧

摘要： 以學科能力框架為理論依據，對“配合物”教學單元進行分析，從研究對象和化學問題、能力活動任務類型、知識基礎、認識方式四個維度構建“配合物”教學單元的學科能力模型，制定學科能力發展目標，設計以學科能力為導向的教學方案。通過教學實驗和前、后測的數據分析，證實基于學科能力的教學改進有利于農村學校學生學科能力的發展，提出教學實踐中應有層次、有梯度地發展農村學校學生化學學科能力。

關鍵詞： 學科能力； 配合物； 教學改進； 農村學校

文章編號： 1005-6629（2023）02-0042-07? ??中圖分類號： G633.8? ??文獻標識碼： B

1? 問題的提出

“配合物”在《物質結構與性質》模塊中占有重要地位。從學生認識發展價值來看，配位鍵是一種特殊的共價鍵，對共價鍵的成鍵實質與特征的認識、全面了解微觀原子的相互作用具有重要價值；從學科本體、社會應用價值來看，配位化學已成為化學領域中的重要分支學科，配合物在催化合成、分析分離、濕法冶金、環境保護和藥物化學等方面具有廣泛的應用［1］。

通過文獻檢索，現有與配合物相關的教學研究主要有以下幾種類型［2，3］：（1）探討如何在化學學科核心素養的指導下引導學生更好地進行配合物知識的學習；（2）通過配合物晶體制備實驗研究，探索試劑濃度和用量對制備銅氨配合物晶體的影響。根據已有的文獻來看，尚無以學科能力發展為視角、以農村學校學生為對象開展“配合物”的教學研究。

2? 研究任務

本研究以王磊提出的“學習理解、應用實踐、遷移創新”學科能力框架為理論依據（以下簡稱“3×3四維”學科能力模型）［4］，制定“配合物”教學單元的學科能力發展目標；依據發展目標開發相應的測評工具，進而設計以學科能力為導向的“配合物”教學方案；基于試教、研討改進教學設計，并通過課堂觀察以及對實驗班和對照班學生學科能力發展情況的測查分析，獲得學生學科能力發展的實踐證據。本研究實踐學校為寧波市某農村學校，選取的實驗班與對照班為同一教師任教的平行班，學生組成無明顯差異。

3? 研究內容

3.1? 構建學科能力模型

運用“3×3四維”學科能力模型對“配合物”教學單元進行分析，從研究對象和化學問題、能力活動任務類型、知識基礎、認識方式四個維度構建“配合物”教學單元的學科能力模型［5］。課程內容是人們在不同階段對某一認識域的認識結果，因此，可以通過對課程標準、教材內容的文本分析提煉相應的研究對象和化學問題、知識基礎、認識方式等［6］。

首先分析《普通高中化學課程標準（2017年版）》中對“配合物”教學單元的內容要求、學業要求［7］，進而比較三種不同版本教材中涉及“配合物”教學單元的顯性知識、隱性知識，具體如表1所示。

通過分析可見，配位鍵和配合物是本單元的核心知識也是認識角度；配位鍵的形成條件及特征，配合物的概念及組成結構、性質、應用與制備等內容具有一定的穩定性，是“配合物”學習單元的研究對象和化學問題。依據“3×3四維”學科能力模型，構建“配合物”學習單元的學科能力模型，如圖1所示。

3.2? 制定學科能力發展目標

將學科能力模型中四個維度進行連接組合，結合王磊教授團隊的研究成果［8］，制定“配合物”主題學科能力的發展目標（學習表現指標），如表2所示。課題組就能力發展目標咨詢多位名優教師意見，他們認為學習表現指標描述清晰、內容完備，對課堂教學、教學評價具有極大的參考價值。

3.3? 基于前測明確教學改進關鍵點、發展點

依據“配合物”學科能力模型，結合學科能力發展目標，開發測試工具，以診斷學生對于配合物知識的掌握情況及能力表現現狀。在試題命制過程中項目組對每道試題進行精心研磨，以確保試題的效度；在試題設置上，覆蓋全部的學科能力要素，且每個學科能力要素命制了多道試題進行考查。在制定評分標準時，首先保證答案與學科能力指標保持一致，即只有達到與學科能力指標水平一致的答案才能得分；其次，有些試題不同的答案所反映的能力水平不同，則依據能力的高低賦以不同的分值，即分級評分［9］，試題及評分標準樣例見表3。

由于是新授課，測試之前給所有學生30min時間讓他們借助教材等學習資源進行自主學習，以便了解學生的現有水平。前測數據表明，測評試題信度為0.842，達到較理想的水平。前測中實驗班和對照班在各項能力要素上的得分率如圖2所示。

教學前測顯示，實驗班總體得分率達到44%，對照班總體得分率達到42.2%。通過自主學習，實驗班、對照班學生在A1能力要素上的得分率分別達到77.08%、 81.73%，說明學生能夠辨識配位鍵、配合物的基本概念；實驗班、對照班學生在B2能力要素上的得分率分別達到65.10%、 69.23%，說明學生基本能夠依據原子結構推測配位鍵的形成。但是學生在A2、 A3、B1、 B3、 C1等各項能力要素上的得分率偏低，由此本次教學改進的關鍵點、發展點設定為：能概括簡單配位鍵的形成實質及其條件；能以銨根離子、銀氨離子、銅氨離子為例，說明配位鍵是如何形成的；判斷簡單陌生配合物的組成結構，利用配位鍵理論解釋某些反應的發生或某些配合物的形成及其應用；能設計實驗方案證明常見配離子的存在，依據實驗說明論證配合物的穩定性及轉化關系。

3.4? 教學改進過程

3.4.1? 原始教學設計

在對對照班和實驗班完成前測后，授課教師根據原始教學設計在對照班展開“配合物”主題教學，具體見表4。

該教學設計體現了傳統教學的特點，教師將重點放在配位鍵和配合物等概念認知和相關表征上，課堂活動以教師講述、演示和學生練習為主，無法有效促進B1、 B2、 B3等學科能力的發展。

3.4.2? 基于學科能力的教學設計

結合“配合物”主題學科能力發展目標，授課教師完成教學設計并進行了試教，具體見表5。

整節課通過創設情境、實驗輔助、問題驅動等形式幫助學生理解、掌握相關知識，發展學科能力。通過研討、試講，項目團隊發現以下問題：B2、 B3能力要素在教學設計中未體現；整節課情境素材過多，導致學生認知超負荷；問題指向性不夠明確，例如“氨水為何能夠溶解氫氧化銅”學生不知道從哪個角度入手作答；由于是演示實驗，學生沒有很好地觀察到實驗現象，因而課堂參與度不夠高。

3.4.3? 基于證據的教學改進

基于前測數據確定的教學改進關鍵點、發展點以及試教后的研討，主要從以下幾方面加以改進：（1）增設B2、 B3相關的能力活動，例如要求學生判斷“在H+、 H2O、 F-、 Cu2+、 Ag+、 NH3、 CN-、 Fe3+、 Al3+、 CO中，哪些可以提供孤對電子，哪些可以提供空軌道”“生成的［Cu（NH3）4］2+能否電離出Cu2+？請設計簡單實驗加以證明”等；（2）強化學科能力發展點，例如在最后一環節中增加“問題解決”，要求學生從微觀結構分析問題“CuSO4·5H2O晶體為何呈現藍色”以此來發展B1能力要素；（3）優化教學細節，刪除“王水溶金”“CO中毒”等情境素材，將銅氨溶液制備演示實驗改成學生分組實驗，提供問題思考角度，如“藍色沉淀是什么？從沉淀溶解平衡角度分析溶解的原因”“從結構角度分析，為什么Cu2+與NH3形成的配位鍵比Cu2+與H2O形成的配位鍵強”。改進后的教學設計見表6。

4? 教學改進效果

教學結束后，我們對實驗班和對照班學生進行了能力表現后測。

4.1? 實驗班前后測能力發展情況

實驗班前后測各能力要素得分率情況如圖3所示。由圖可知，通過基于學科能力的教學改進，實驗班的學生在后測時各能力要素有了明顯進步，尤其是在A2概括關聯、B1分析解釋、B3簡單設計、C1復雜推理等能力要素上后測較前測有較大程度的提升。

4.2? 實驗班、對照班前后測能力發展情況

在本研究中，我們設立了對照班，并使用常規教學設計進行教學，同樣也經過了前后測。實驗班和對照班前后測各項能力表現發展情況如表7所示。

教學前測顯示，對照班與實驗班總體得分率相近，兩個班級沒有顯著性差異；在各項能力要素得分率上，除了C1復雜推理，其余沒有顯著差異。能力要素C1要求高，本節新授課前學生無法達到學科能力的目標要求，前測時得分率過低，實驗班學生得分率明顯高于對照班，可能原因是實驗班有部分學生提前預習或接觸過該類試題。通過常規教學，對照班的學生在各項能力要素上也得到了較大程度的提高，說明常規教學對能力發展也是有作用的。后測數據顯示，實驗班與對照班在總體得分率上存在顯著差異；在各項能力要素得分率上，實驗班較對照班在A2概括關聯、A3說明論證、B1分析解釋、B2推理預測等能力要素上得到不同程度的提升，其中A3說明論證、B1分析解釋這兩項得分率存在明顯差異。

總體來看，實驗班學生通過基于學科能力的教學改進，在學科能力表現上有較明顯的提升，初步建立了宏微結合認識角度，說明論證、分析解釋更加清晰。但學生在A3說明論證、B3簡單設計、C1復雜推理等能力要素上得分率仍偏低，說明分析思路還不夠穩固，處理復雜問題能力還有待提升。

5? 結論與啟示

本研究運用“3×3四維”學科能力模型對“配合物”教學單元進行分析，從研究對象和化學問題、能力活動任務類型、知識基礎、認識方式四個維度構建“配合物”教學單元的學科能力模型，制定了“配合物”主題的學科能力發展目標，進而設計了學科能力為導向的“配合物”教學實施方案。通過教學實驗和前后測數據的分析，證實了基于學科能力的教學改進同樣有利于農村學校學生學科能力的發展。具體操作流程詳見圖4。

回顧整個研究歷程，有以下幾點啟示：

第一，構建學科能力模型、制定學科能力發展目標的基礎在于對教學內容本體的研究。教師可以通過對課程標準、不同版本教材文本的分析提煉出相關主題穩定的研究對象和化學問題、知識基礎、認識方式等，這是至關重要的基礎。

第二，基于學科能力發展目標改進教學確保了教學評的精準性和一致性。常規教學中教師主要依據經驗確定教學的重難點，而在本研究中基于學科能力發展

目標研制了測評試題，利用測評數據確定教學改進的關鍵點和發展點，使得教學定位更加精準。此外，以學科能力發展目標為依據進行教學設計使得課堂教學活動任務更加有效。與對照班相比，實驗班的課堂教學增設了學生自主分析四氨合銅配離子的形成過程、微觀結構分析CuSO4·5H2O晶體呈現藍色的原因等的說明論證、分析解釋類任務，測試結果表明相關能力得到了有效發展。

第三，要有層次、有梯度地發展農村學校學生化學學科能力。通過自主學習，學生能夠辨識配位鍵、配合物的基本概念，說明A1辨識記憶并不是課堂教學的重點。通過本實驗我們發現，基于學科能力的教學改進使得學生在A2概括關聯、B1分析解釋、B2推理預測等能力要素上得分率可以達到70%～80%，教學成效明顯，處于學生能力最近發展區，因此農村學校學生“配合物”新授課過程中應側重發展這三者的能力要素。至于A3說明論證、B3簡單設計、C1復雜推理等能力要素的發展并不是一蹴而就的，需要在后續教學中予以重點關注。

參考文獻：

［1］［8］王磊， 魏銳. 普通高中教科書教師用書·化學選擇性必修2·物質結構與性質［M］. 濟南： 山東科學技術出版社， 2020： 194～195， 261～264.

［2］諶冰潔. 化學學科核心素養指引下的“配合物”教學探討［J］. 化學教育（中英文）， 2020，（21）： 42～48.

［3］吳孫富， 李永平. 制備銅氨配合物晶體實驗探討［J］. 化學教學， 2011，（10）： 47～48.

［4］王磊， 支瑤. 化學學科能力及其表現研究［J］. 教育學報， 2016，（4）： 46～56.

［5］孫澤浩， 黃勁嵩， 王磊. 學科能力導向的“物質構成的奧秘”教學研究［J］. 化學教育（中英文）， 2020，（1）： 41～48.

［6］支瑤. 高中生化學認識方式及其發展研究［D］. 北京： 北京師范大學博士學位論文， 2011： 61.

［7］中華人民共和國教育部制定. 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： 39～42.

［9］王磊. 基于學生核心素養的化學學科能力研究［M］. 北京： 北京師范大學出版社， 2017： 32～43.