基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計與實(shí)踐

摘要：學(xué)習(xí)進(jìn)階以系統(tǒng)的教學(xué)序列促進(jìn)學(xué)生科學(xué)觀念和關(guān)鍵能力的形成與發(fā)展。基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)將高中階段鐵元素檢驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計為3個課題，進(jìn)行跨主題教學(xué)設(shè)計與實(shí)踐。學(xué)生逐步建構(gòu)由簡單體系到復(fù)雜體系物質(zhì)檢驗(yàn)探究活動思維模型，提升了學(xué)生進(jìn)行定性、定量物質(zhì)檢驗(yàn)的能力。有效促進(jìn)了“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”等核心素養(yǎng)的進(jìn)階發(fā)展。形成了基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計策略。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；學(xué)習(xí)進(jìn)階；鐵元素的檢驗(yàn)；實(shí)踐研究

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

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.004

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（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(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展是一個不斷形成與內(nèi)化的過程，不可能一蹴而就。學(xué)習(xí)進(jìn)階（Learning Progression）是對學(xué)生在一個時間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時，依次進(jìn)階、逐級深化的思維方式的描述。[1] 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論認(rèn)為學(xué)生對核心科學(xué)概念、科學(xué)解釋及科學(xué)實(shí)踐的理解與應(yīng)用能力，隨著時間推移而變得日益成熟和復(fù)雜，存在多個不同的進(jìn)階層級水平。[2-4] 學(xué)習(xí)進(jìn)階的始階水平（即最低水平）是學(xué)生開始學(xué)習(xí)時的已有概念與能力，終階水平（即最高水平）是學(xué)習(xí)結(jié)束時期望學(xué)生達(dá)到的科學(xué)理解和實(shí)踐能力，在始階與終階之間還包括中間層級水平。教學(xué)中應(yīng)基于學(xué)習(xí)進(jìn)階從更系統(tǒng)、更長遠(yuǎn)的眼光結(jié)構(gòu)化地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計與實(shí)施，幫助學(xué)生建立更為深入、系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)，形成科學(xué)觀念和關(guān)鍵能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展。本文選取高中階段物質(zhì)（離子）檢驗(yàn)的內(nèi)容，以魯科版教材（2019年版）中“物質(zhì)中鐵元素的檢驗(yàn)”為例開展跨主題教學(xué)實(shí)踐研究，探討基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)策略。

一、基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計

基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)，應(yīng)在“素養(yǎng)為本”的化學(xué)教學(xué)設(shè)計[5] 的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計。

1. 解析課標(biāo)、教材，挖掘教學(xué)價值

從表1中課程標(biāo)準(zhǔn)對物質(zhì)檢驗(yàn)的內(nèi)容要求、活動要求及學(xué)業(yè)要求，[6] 可以得出物質(zhì)（離子）檢驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，其中有關(guān)鐵元素的檢驗(yàn)是重中之重。課標(biāo)對物質(zhì)檢驗(yàn)提出5個方面的要求：學(xué)會物質(zhì)檢驗(yàn)基本技能；學(xué)會物質(zhì)檢驗(yàn)探究活動的核心思路與方法；知道常見離子的檢驗(yàn)方法；能夠解決生活中簡單的物質(zhì)檢測問題；能綜合運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理分析、解決復(fù)雜體系中物質(zhì)檢驗(yàn)問題。要求跨必修和選修層級水平依次升高，由定性檢驗(yàn)到定量原理分析逐步深入。

魯科版教材中關(guān)于鐵元素檢驗(yàn)的內(nèi)容有 2 處，①必修第一冊第3章第1節(jié)“活動·探究”：補(bǔ)鐵劑中鐵元素價態(tài)的檢驗(yàn)；②選擇性必修1第三章第4節(jié)“離子反應(yīng)的應(yīng)用”物質(zhì)檢驗(yàn)與含量的測定：Fe 3+ 等離子的檢驗(yàn)。教材在必修模塊中學(xué)習(xí)了Fe 3+ 、Fe 2+ 的檢驗(yàn)，在選擇性必修模塊再次研究Fe 3+ 的檢驗(yàn)，其用意很明顯，是應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理分析復(fù)雜體系中離子檢驗(yàn)的原理，從而達(dá)到對離子檢驗(yàn)由定性分析到定量解釋的深入認(rèn)識。可見無論課標(biāo)還是教材對物質(zhì)檢驗(yàn)都進(jìn)行了跨模塊學(xué)習(xí)進(jìn)階安排。

2. 制定學(xué)習(xí)進(jìn)階目標(biāo)與實(shí)施規(guī)劃：

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)劃分為4個等級水平，在物質(zhì)檢驗(yàn)的探究活動中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的5個方面都能得到不同水平的發(fā)展。但物質(zhì)檢驗(yàn)是通過實(shí)驗(yàn)探究，收集證據(jù)，綜合分析，確定物質(zhì)所含元素及價態(tài)。因此物質(zhì)檢驗(yàn)主題側(cè)重發(fā)展學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)。基于以上對課標(biāo)和教材的分析，基于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律制定“物質(zhì)中鐵元素的檢驗(yàn)”主題教學(xué)的學(xué)習(xí)進(jìn)階目標(biāo)與實(shí)施規(guī)劃（見表2）。逐步建構(gòu)并完善物質(zhì)檢驗(yàn)探究活動的思維模型，達(dá)到定性、定量認(rèn)識物質(zhì)檢驗(yàn)的原理，提升物質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究能力，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的進(jìn)階發(fā)展。

表2 “物質(zhì)中鐵元素的檢驗(yàn)”學(xué)習(xí)進(jìn)階實(shí)施規(guī)劃表2中課題2安排在必修結(jié)束，對生活中的真實(shí)問題進(jìn)行探究，得出結(jié)論。有利于提高學(xué)生主動運(yùn)用化學(xué)知識解決實(shí)際問題的意識和能力，感受化學(xué)的價值，促進(jìn)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識” “科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”等核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展。課題3安排在選擇性必修1第三章結(jié)束，應(yīng)用水溶液中的離子平衡與平衡移動原理綜合分析檢驗(yàn)原理，深化反應(yīng)原理對物質(zhì)檢驗(yàn)的理論指導(dǎo)、解釋；或者課題3安排在高三復(fù)習(xí)階段，將無機(jī)物性質(zhì)、檢驗(yàn)與化學(xué)反應(yīng)原理融合，形成研究無機(jī)物的整體認(rèn)識思路，綜合解決復(fù)雜問題的能力。

3. 設(shè)定素養(yǎng)進(jìn)階層級水平

素養(yǎng)進(jìn)階層級水平是對學(xué)習(xí)進(jìn)階目標(biāo)的具體化，是連接學(xué)習(xí)進(jìn)階目標(biāo)與課堂教學(xué)的橋梁，是在深入分析學(xué)習(xí)進(jìn)階目標(biāo)與學(xué)生學(xué)習(xí)情況的基礎(chǔ)上，基于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律及知識形成過程而設(shè)定的。素養(yǎng)進(jìn)階層級水平要符合核心素養(yǎng)等級水平，但比核心素養(yǎng)等級水平要更細(xì)，要在學(xué)生現(xiàn)有水平的基礎(chǔ)上逐步提升，體現(xiàn)學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展的歷程（見圖1）。

4. 教學(xué)流程

在主題教學(xué)規(guī)劃、學(xué)習(xí)進(jìn)階目標(biāo)及素養(yǎng)進(jìn)階層級水平的框架下，制定具體教學(xué)序列、流程，如圖1所示。創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，設(shè)計有價值的問題，在真實(shí)問題的解決過程中，促進(jìn)核心素養(yǎng)進(jìn)階目標(biāo)的達(dá)成。

二、教學(xué)實(shí)踐

限于篇幅，下面以課題3 “補(bǔ)鐵口服液中鐵元素的檢驗(yàn)”的教學(xué)實(shí)踐為例。

1. 提出問題、實(shí)驗(yàn)探究

情境：人體缺鐵需要補(bǔ)鐵，一種常見的補(bǔ)鐵口服液含乳酸亞鐵，檸檬酸，結(jié)構(gòu)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(bǔ)鐵劑相比有何優(yōu)點(diǎn)？

學(xué)生：存在解離和絡(luò)合平衡，實(shí)現(xiàn)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(xué)生：可以控制條件做對比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)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(fù)雜，我們先定性檢驗(yàn)Fe 2+ 看是否能得到結(jié)論。

學(xué)生設(shè)計并完成實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)試劑略），教師指導(dǎo)。匯總結(jié)果如表3。

教師：H 2 O 2 用量繼續(xù)增大，溶液紅色是否會加深呢？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：向滴9 mol/L H 2 O 2 變紅的溶液中繼續(xù)滴加H 2 O 2 ，溶液褪色。結(jié)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(yàn)Fe 3+ 有何新的認(rèn)識？

學(xué)生：我認(rèn)為Fe 3+ 遇SCN - 變紅是檢驗(yàn)Fe 3+ 的特征反應(yīng)。通過以上探究得知，當(dāng)反應(yīng)體系復(fù)雜時，要綜合分析體系中存在的微粒及其作用，結(jié)合定量計算，選擇合適的試劑及用量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，才能得到正確的結(jié)論。

教師：回答得很好！檢驗(yàn)試劑除了選擇性，我們還要考慮什么呢？

學(xué)生：檢驗(yàn)試劑與被檢物反應(yīng)程度要大，很少量就能產(chǎn)生明顯現(xiàn)象，這樣靈敏性高。比如檢驗(yàn)Fe 2+ 的專一、靈敏試劑是K 3 [Fe（CN） 6 ]。

4. 總結(jié)提升、優(yōu)化模型

總結(jié)：復(fù)雜體系中物質(zhì)（微粒）檢驗(yàn)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(zhì)檢驗(yàn)試劑，標(biāo)準(zhǔn)：①專一性；②靈敏性；（3）設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，關(guān)注試劑的用量、順序等，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，收集證據(jù)；（4）處理數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)、現(xiàn)象得出結(jié)論；（5）質(zhì)疑、反思實(shí)驗(yàn)中的異常現(xiàn)象，提出新的實(shí)驗(yàn)設(shè)想，進(jìn)一步探究。

三、教學(xué)評價與反思

學(xué)習(xí)進(jìn)階水平評價包括課堂評價和課后評價，用于測量學(xué)生對核心知識或?qū)嵺`活動的理解和掌握情況。可追蹤學(xué)生核心素養(yǎng)沿著學(xué)習(xí)進(jìn)階的發(fā)展水平。課堂評價采用教、學(xué)、評一體化設(shè)計與實(shí)施。課后進(jìn)行訪談和測評，設(shè)計如下問題，分別對應(yīng)三個課題，考查學(xué)生進(jìn)行物質(zhì)檢驗(yàn)的思維路徑與實(shí)踐能力的發(fā)展水平。

（1）設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案檢驗(yàn)?zāi)橙芤褐惺欠窈蠳H + 4 、SO 2- 4 。

（2）設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案檢驗(yàn)海帶中的碘（及其含量）。

（3）現(xiàn)有一瓶標(biāo)簽上注明為葡萄糖酸鹽（鈉、鎂、鈣、鐵）的復(fù)合制劑，請?jiān)O(shè)計實(shí)驗(yàn)確認(rèn)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(jié)束后找學(xué)生訪談，學(xué)生表示從高一到現(xiàn)在有關(guān)鐵元素的檢驗(yàn)進(jìn)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(qiáng)，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(jié)構(gòu)清晰、學(xué)得明白。從測評可以得出，學(xué)生能夠應(yīng)用相應(yīng)的物質(zhì)檢驗(yàn)思維模型解決不同類型的物質(zhì)檢驗(yàn)問題，基本掌握了物質(zhì)檢驗(yàn)的思路和方法，達(dá)到了相應(yīng)的素養(yǎng)進(jìn)階水平。可見基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)效果較好。

四、基于核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)策略

1. 課程實(shí)施應(yīng)整體規(guī)劃與設(shè)計

化學(xué)教學(xué)應(yīng)立足中學(xué)階段進(jìn)行整體規(guī)劃與設(shè)計。從較長的時間范圍：中學(xué)階段、高中階段、一個學(xué)年等對化學(xué)核心知識進(jìn)行歸類分析，并將同類知識所涉及的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整體規(guī)劃，設(shè)定學(xué)習(xí)進(jìn)階目標(biāo)與進(jìn)階發(fā)展層級水平，把握教學(xué)序列的跨主題（年級）設(shè)計。再從較短時間范圍細(xì)致地對每一個具體的內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)分析，制定教學(xué)方案，從而實(shí)現(xiàn)各階段課程的無縫對接，有效促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)連續(xù)一致的發(fā)展。[7]

“物質(zhì)中鐵元素的檢驗(yàn)”跨主題設(shè)計3個課題，以鐵元素的檢驗(yàn)為知識載體，學(xué)生逐步建構(gòu)由簡單體系到復(fù)雜體系物質(zhì)檢驗(yàn)探究活動的認(rèn)知模型（見圖4、圖5、圖3）。從建模、用模到優(yōu)化模型，教學(xué)指向明確，更關(guān)注學(xué)科知識與學(xué)科思想的整合與發(fā)展，核心素養(yǎng)的穩(wěn)步提升。

2. 精準(zhǔn)設(shè)定學(xué)習(xí)進(jìn)階目標(biāo)與層級發(fā)展水平

精準(zhǔn)設(shè)定學(xué)習(xí)進(jìn)階目標(biāo)與層級發(fā)展水平能更好地規(guī)劃學(xué)生的發(fā)展路徑，是核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)的關(guān)鍵。依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生學(xué)情，分別從核心素養(yǎng)的內(nèi)容與水平兩個視角進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)定，注重橫向上的整合性和縱向上的連續(xù)性與順序性，準(zhǔn)確刻畫學(xué)生思維、能力的發(fā)展過程。在學(xué)習(xí)進(jìn)階目標(biāo)和層級發(fā)展水平框架下，就可以制定詳細(xì)的教學(xué)方案，設(shè)計教學(xué)情境、逐漸深入的探究問題、探究活動等；教師在教學(xué)中就知道“現(xiàn)在何處？” “應(yīng)往何處去？”，就可以避免教學(xué)中存在脫節(jié)、斷層或踏步現(xiàn)象。從而有效促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的連貫發(fā)展。

學(xué)習(xí)進(jìn)階從傳統(tǒng)的分割教授各知識模塊轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)設(shè)計教學(xué)序列以促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知和元認(rèn)知的發(fā)展。[8] 美國科瑞柴克團(tuán)隊(duì)開展的中學(xué)能量學(xué)習(xí)進(jìn)階研究表明，[9] 雖然起點(diǎn)相同的控制班學(xué)生經(jīng)歷了更多教學(xué)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(shí)驗(yàn)班的學(xué)生對能量概念的認(rèn)識更系統(tǒng)、知識網(wǎng)絡(luò)更豐富且更善于解決實(shí)際問題。 “雙減”背景下，如何提質(zhì)增效是課堂教學(xué)的關(guān)鍵問題。學(xué)習(xí)進(jìn)階圍繞核心知識進(jìn)行長遠(yuǎn)的設(shè)計，使課堂教學(xué)更高效。

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