基于核心素養學習進階的教學設計與實踐

摘要：學習進階以系統的教學序列促進學生科學觀念和關鍵能力的形成與發展。基于學習進階理論，依據課程標準將高中階段鐵元素檢驗的教學內容設計為3個課題，進行跨主題教學設計與實踐。學生逐步建構由簡單體系到復雜體系物質檢驗探究活動思維模型，提升了學生進行定性、定量物質檢驗的能力。有效促進了“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”等核心素養的進階發展。形成了基于核心素養學習進階的教學設計策略。

關鍵詞：核心素養；學習進階；鐵元素的檢驗；實踐研究

文章編號：1008-0546（2022）07-0021-06 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.004

《普通高中化學課程標準（2017 年版 2020 年修訂）》提出“宏觀辨識與微觀探析”等5方面的高中化學學科核心素養。學生核心素養的發展是一個不斷形成與內化的過程，不可能一蹴而就。學習進階（Learning Progression）是對學生在一個時間跨度內學習和探究某一主題時，依次進階、逐級深化的思維方式的描述。[1] 學習進階理論認為學生對核心科學概念、科學解釋及科學實踐的理解與應用能力，隨著時間推移而變得日益成熟和復雜，存在多個不同的進階層級水平。[2-4] 學習進階的始階水平（即最低水平）是學生開始學習時的已有概念與能力，終階水平（即最高水平）是學習結束時期望學生達到的科學理解和實踐能力，在始階與終階之間還包括中間層級水平。教學中應基于學習進階從更系統、更長遠的眼光結構化地進行教學設計與實施，幫助學生建立更為深入、系統的知識結構，形成科學觀念和關鍵能力，促進學生核心素養發展。本文選取高中階段物質（離子）檢驗的內容，以魯科版教材（2019年版）中“物質中鐵元素的檢驗”為例開展跨主題教學實踐研究，探討基于核心素養學習進階的教學策略。

一、基于核心素養學習進階的教學設計

基于核心素養學習進階的教學，應在“素養為本”的化學教學設計[5] 的基礎上進行設計。

1. 解析課標、教材，挖掘教學價值

從表1中課程標準對物質檢驗的內容要求、活動要求及學業要求，[6] 可以得出物質（離子）檢驗是中學化學的重點內容，其中有關鐵元素的檢驗是重中之重。課標對物質檢驗提出5個方面的要求：學會物質檢驗基本技能；學會物質檢驗探究活動的核心思路與方法；知道常見離子的檢驗方法；能夠解決生活中簡單的物質檢測問題；能綜合運用化學反應原理分析、解決復雜體系中物質檢驗問題。要求跨必修和選修層級水平依次升高，由定性檢驗到定量原理分析逐步深入。

魯科版教材中關于鐵元素檢驗的內容有 2 處，①必修第一冊第3章第1節“活動·探究”：補鐵劑中鐵元素價態的檢驗；②選擇性必修1第三章第4節“離子反應的應用”物質檢驗與含量的測定：Fe 3+ 等離子的檢驗。教材在必修模塊中學習了Fe 3+ 、Fe 2+ 的檢驗，在選擇性必修模塊再次研究Fe 3+ 的檢驗，其用意很明顯，是應用化學反應原理分析復雜體系中離子檢驗的原理，從而達到對離子檢驗由定性分析到定量解釋的深入認識。可見無論課標還是教材對物質檢驗都進行了跨模塊學習進階安排。

2. 制定學習進階目標與實施規劃：

化學學科核心素養劃分為4個等級水平，在物質檢驗的探究活動中化學學科核心素養的5個方面都能得到不同水平的發展。但物質檢驗是通過實驗探究，收集證據，綜合分析，確定物質所含元素及價態。因此物質檢驗主題側重發展學生“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”核心素養。基于以上對課標和教材的分析，基于學生認知發展規律制定“物質中鐵元素的檢驗”主題教學的學習進階目標與實施規劃（見表2）。逐步建構并完善物質檢驗探究活動的思維模型，達到定性、定量認識物質檢驗的原理，提升物質檢驗實驗探究能力，促進學科核心素養的進階發展。

表2 “物質中鐵元素的檢驗”學習進階實施規劃表2中課題2安排在必修結束，對生活中的真實問題進行探究，得出結論。有利于提高學生主動運用化學知識解決實際問題的意識和能力，感受化學的價值，促進“科學探究與創新意識” “科學態度與社會責任”等核心素養的形成與發展。課題3安排在選擇性必修1第三章結束，應用水溶液中的離子平衡與平衡移動原理綜合分析檢驗原理，深化反應原理對物質檢驗的理論指導、解釋；或者課題3安排在高三復習階段，將無機物性質、檢驗與化學反應原理融合，形成研究無機物的整體認識思路，綜合解決復雜問題的能力。

3. 設定素養進階層級水平

素養進階層級水平是對學習進階目標的具體化，是連接學習進階目標與課堂教學的橋梁，是在深入分析學習進階目標與學生學習情況的基礎上，基于學生認知發展規律及知識形成過程而設定的。素養進階層級水平要符合核心素養等級水平，但比核心素養等級水平要更細，要在學生現有水平的基礎上逐步提升，體現學生素養發展的歷程（見圖1）。

4. 教學流程

在主題教學規劃、學習進階目標及素養進階層級水平的框架下，制定具體教學序列、流程，如圖1所示。創設真實情境，設計有價值的問題，在真實問題的解決過程中，促進核心素養進階目標的達成。

二、教學實踐

限于篇幅，下面以課題3 “補鐵口服液中鐵元素的檢驗”的教學實踐為例。

1. 提出問題、實驗探究

情境：人體缺鐵需要補鐵，一種常見的補鐵口服液含乳酸亞鐵，檸檬酸，結構如圖2所示。乳酸亞鐵存在平衡FeL 2 Fe 2+ +2L - （L - 為乳酸根）

教師：乳酸亞鐵口服液與硫酸亞鐵補鐵劑相比有何優點？

學生：存在解離和絡合平衡，實現Fe 2+ 緩釋，有利于人體吸收，含檸檬酸可能口感好。

教師：如何證明乳酸亞鐵緩釋Fe 2+ 呢？

學生：可以控制條件做對比實驗，驗證乳酸亞鐵存在解離平衡；或定量測定口服液中的c （Fe 2+ ）。

教師：定量測定比較復雜，我們先定性檢驗Fe 2+ 看是否能得到結論。

學生設計并完成實驗（實驗試劑略），教師指導。匯總結果如表3。

教師：H 2 O 2 用量繼續增大，溶液紅色是否會加深呢？

學生實驗：向滴9 mol/L H 2 O 2 變紅的溶液中繼續滴加H 2 O 2 ，溶液褪色。結論：過量的H 2 O 2 會氧化SCN -使c （SCN - ）降低而褪色。

教師：你對KSCN檢驗Fe 3+ 有何新的認識？

學生：我認為Fe 3+ 遇SCN - 變紅是檢驗Fe 3+ 的特征反應。通過以上探究得知，當反應體系復雜時，要綜合分析體系中存在的微粒及其作用，結合定量計算，選擇合適的試劑及用量進行實驗，才能得到正確的結論。

教師：回答得很好！檢驗試劑除了選擇性，我們還要考慮什么呢？

學生：檢驗試劑與被檢物反應程度要大，很少量就能產生明顯現象，這樣靈敏性高。比如檢驗Fe 2+ 的專一、靈敏試劑是K 3 [Fe（CN） 6 ]。

4. 總結提升、優化模型

總結：復雜體系中物質（微粒）檢驗的思路和方法（見圖3）：（1）分析體系組成、相互作用、微粒的量；（2）選擇物質檢驗試劑，標準：①專一性；②靈敏性；（3）設計實驗方案，關注試劑的用量、順序等，進行實驗，收集證據；（4）處理數據，基于數據、現象得出結論；（5）質疑、反思實驗中的異常現象，提出新的實驗設想，進一步探究。

三、教學評價與反思

學習進階水平評價包括課堂評價和課后評價，用于測量學生對核心知識或實踐活動的理解和掌握情況。可追蹤學生核心素養沿著學習進階的發展水平。課堂評價采用教、學、評一體化設計與實施。課后進行訪談和測評，設計如下問題，分別對應三個課題，考查學生進行物質檢驗的思維路徑與實踐能力的發展水平。

（1）設計實驗方案檢驗某溶液中是否含有NH + 4 、SO 2- 4 。

（2）設計實驗方案檢驗海帶中的碘（及其含量）。

（3）現有一瓶標簽上注明為葡萄糖酸鹽（鈉、鎂、鈣、鐵）的復合制劑，請設計實驗確認其成分（已知：K sp [Fe（OH） 3 ]=2.79×10 -39 ，K sp [Mg（OH） 2 ]=5.61×10 -12 ）。

課題3結束后找學生訪談，學生表示從高一到現在有關鐵元素的檢驗進行了3次課，但每次都是新情境、新問題，每次問題難度加深、綜合性增強，解決問題的思路逐步深化。覺得這樣的系列課印象深刻、知識結構清晰、學得明白。從測評可以得出，學生能夠應用相應的物質檢驗思維模型解決不同類型的物質檢驗問題，基本掌握了物質檢驗的思路和方法，達到了相應的素養進階水平。可見基于核心素養學習進階的教學效果較好。

四、基于核心素養學習進階的教學策略

1. 課程實施應整體規劃與設計

化學教學應立足中學階段進行整體規劃與設計。從較長的時間范圍：中學階段、高中階段、一個學年等對化學核心知識進行歸類分析，并將同類知識所涉及的相關教學內容進行整體規劃，設定學習進階目標與進階發展層級水平，把握教學序列的跨主題（年級）設計。再從較短時間范圍細致地對每一個具體的內容進行教學分析，制定教學方案，從而實現各階段課程的無縫對接，有效促進學生核心素養連續一致的發展。[7]

“物質中鐵元素的檢驗”跨主題設計3個課題，以鐵元素的檢驗為知識載體，學生逐步建構由簡單體系到復雜體系物質檢驗探究活動的認知模型（見圖4、圖5、圖3）。從建模、用模到優化模型，教學指向明確，更關注學科知識與學科思想的整合與發展，核心素養的穩步提升。

2. 精準設定學習進階目標與層級發展水平

精準設定學習進階目標與層級發展水平能更好地規劃學生的發展路徑，是核心素養學習進階教學的關鍵。依據課程標準、教學內容和學生學情，分別從核心素養的內容與水平兩個視角進行系統設定，注重橫向上的整合性和縱向上的連續性與順序性，準確刻畫學生思維、能力的發展過程。在學習進階目標和層級發展水平框架下，就可以制定詳細的教學方案，設計教學情境、逐漸深入的探究問題、探究活動等；教師在教學中就知道“現在何處？” “應往何處去？”，就可以避免教學中存在脫節、斷層或踏步現象。從而有效促進學生核心素養的連貫發展。

學習進階從傳統的分割教授各知識模塊轉變為系統設計教學序列以促進學生的認知和元認知的發展。[8] 美國科瑞柴克團隊開展的中學能量學習進階研究表明，[9] 雖然起點相同的控制班學生經歷了更多教學課時，然而無論是即時訪談還是一年后的延時測試都表明實驗班的學生對能量概念的認識更系統、知識網絡更豐富且更善于解決實際問題。 “雙減”背景下，如何提質增效是課堂教學的關鍵問題。學習進階圍繞核心知識進行長遠的設計，使課堂教學更高效。

參考文獻

[1] 郭玉英，姚建欣. 基于核心素養學習進階的科學教學設計[J]. 課程·教材·教法，2016，36（11）：64-70.

[2] 姜小圩，等. 學習進階及其在科學教育改革中的生命線作用[J]. 寧波大學學報（教育科學版），2015，37（2）：121-125.

[3] 張穎之. 理科課程設計新理念： “學習進階”的本質、要素與理論溯源[J]. 課程·教材·教法，2016，36（6）：115-120.

[4] National Research Council. Taking Science to School：Learn?ing and Teaching Science in Grades K-8[M]. WashingtonDC：The National Academies Press，2007.

[5] 閆銀權. “素養為本”的化學教學設計策略 — —以“氧化劑和還原劑”教學為例[J]. 化學教與學，2021（3）：51-54，79.

[6] 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.

[7] 郭玉英，姚建欣，張靜. 整合與發展 — —科學課程中概念體系的建構及其學習進階[J]. 課程·教材·教法，2013，33（2）：44-49.

[8] 姚建欣，郭玉英. 為學生認知發展建模：學習進階十年研究回顧及展望[J]. 教育學報，2014，10（5）：35-42.

[9] Nordine J，Krajcik J，Fortus D. Transforming Energy Instruc?tion in Middle School to Support Integrated Understandingand Future Learning[J]. Science Education，2011，95（4）：670-699.