促進學科能力發展的教學改進

王星喬 王仕杰 張金水 崔超亞

摘要：以學科能力框架為理論依據，對課程標準和教材進行分析，制定“有機化合物”主題的學科能力發展目標，有針對性地改進教學內容組織、教學活動設計和教學實施過程。通過教學實驗及其前、后測數據的分析，證實了基于學科能力的主題式復習有利于學生學科能力的發展，尤其是預測能力要素提升顯著。提出常規復習與“主題式”復習互為補充、相得益彰以及基于測評數據改進教學提高精準度等教學啟示。

關鍵詞：學科能力；主題式單元復習；有機化合物；教學改進

文章編號：10056629（2023）12003705

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

1 問題提出

“有機化合物”在必修課程中占有重要地位。從學生認識發展價值來看，通過本章學習初步建立起認識有機化合物的核心角度——結構和反應，對豐富和完善“結構決定性質，性質反映結構”的學科觀念具有重要價值；從學科本體、社會應用價值來看，有機化合物與能源、材料、飲食、健康、環境及其他科技領域有著密切聯系和相互作用、影響^［1］。

通過文獻檢索，現有的與“有機化合物”復習相關的教學研究主要有以下幾種類型：（1）主題式復習，如以“釀酒過程中有機化合物的相互轉化”為主線，精心設計問題鏈，在問題解決過程中實現知識的結構化與思維能力的提升^［2］；（2）項目式復習，如以“人工合成肉桂酸”為項目，在解決問題的過程中，幫助學生形成內化的有機化學認知體系^［3］。目前，鮮有以學科能力發展為視角開展必修課程中“有機化合物”的復習教學改進研究的報道。

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（以下簡稱“3×3四維”學科能力框架）為理論依據^［4］，制定必修課程“有機化合物”教學單元的學科能力發展目標，開發相應的測評工具，確定教學改進的關鍵點和發展點，有針對性地改進教學內容組織、教學活動設計及教學實施過程，基于測評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 制定學科能力發展目標

項目組首先分析《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》中對“有機化合物”教學單元的內容要求、學業要求^［5］，進而比較三種不同版本教材中涉及“有機化合物”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，典型有機化合物的結構和反應、有機高分子材料是必修階段“有機化合物”主題的核心內容。結構（分子組成、碳骨架、官能團）和反應（反應類型、反應物、生成物、試劑條件、現象）是認識有機化合物的核心角度；碳原子的成鍵特點、典型有機化合物的組成結構、物化性質、檢驗鑒別、使用保存、合成轉化，常見有機高分子材料的結構特點、主要類別、性能應用等內容是必修“有機化合物”學習單元的研究對象和化學問題，具有一定的穩定性。依據“3×3四維”學科能力框架，參考王磊教授團隊的研究成果^［6］，構建了“有機化合物”學習單元的學科能力發展目標，如表2所示。

3.2 基于前測明確教學改進關鍵點、發展點

教學改進研究需要對實驗班和對照班進行測試，以準確了解學生的起點水平，為確定教學改進的關鍵點和發展點提供證據支持。

項目組依據“有機化合物”學科能力框架進行測試工具的開發：在試題廣度上，覆蓋7個二級學科能力要素，且每個學科能力要素至少命制2道試題進行測查；在試題效度上，由1位特級教師、3位高級教師組成的審核小組依據學科能力發展目標對每道試題進行認真審查、研磨，以確保指向能力測查；在制定評分標準時，根據學生作答所反映出的能力水平的不同進行分級評分^［7］。試題及評分標準樣例如表3所示。

前測結束后，項目組利用SPSSPRO在線數據分析平臺對各能力要素的得分率情況進行分析。前測數據表明，測評試題Cronbachs α系數為0.77，達到測量學要求。前測中實驗班和對照班在各項能力要素上的得分率如圖1所示：

教學前測顯示，實驗班總體得分率為54.08%，對照班總體得分率也達到52.99%，說明兩者能力水平總體相近。實驗班、對照班學生在A1辨識記憶能力要素上得分率可達到82.66%、83.74%，說明學生能夠辨識典型代表物的官能團，描述其主要化學性質；A2概括關聯能力要素上得分率也分別達到67.07%、65.85%，說明學生基本上能夠建立性質與應用之間的關聯、構建常見有機化合物之間的相互轉化關系。但是學生在A3、B2、B3、C1等各項能力要素上得分率偏低，據此本次教學改進的關鍵點、發展點設定為：能從實驗現象、經驗事實、文獻資料等方面獲取證據說明典型有機化合物的性質；能從有機化合物的組成、結構等方面預測簡單陌生有機化合物性質，以及分析、解釋相關實驗現象和它們在生產、生活中的應用；能妥善保存、合理使用常見的有機物質；能從有機化合物及其性質對有關能源、材料、飲食、健康、環境等實際問題進行分析、討論和評價。

3.3 基于學科能力的教學改進

3.3.1 教學內容組織的改進

常規復習將重點放在有機物官能團的回顧和化學方程式的書寫上，課堂活動以教師講述和學生練習為主，對于A1、A2等學科能力發展有較大幫助，但無法有效促進B2、C1等學科能力的發展。本次教學改進實驗班采取主題式復習模式，選取乳酸作為主題，將烷烴、烯烴、醇、醛、酸、酯、糖類等有機物的官能團性質及相互轉化等相關知識融合其中，建立起“結構和反應”的認識角度，形成“分析結構→辨識官能團→探究性質→建立官能團與有機反應的關聯”的認識思路。

3.3.2 教學活動設計的改進

學科能力活動既是學科能力發展水平的外在表現，也是促進知識學習轉化為學生自覺、主動的認識方式的重要途徑。因此，整個教學設計的學科能力活動覆蓋了從A1到C1的能力任務類型，著力從圍繞“知識”設計問題和教學流程轉變為圍繞促進“認識轉變”和突破“認識發展障礙點”來設計問題和教學流程，具體如表4所示。例如環節2中，要求學生根據乳酸的分子組成推測可能存在的含氧官能團，然后設計實驗驗證含氧官能團的存在，再結合兩分子乳酸形成六元環酯的信息反推乳酸結構，發展學生的分析解釋、推論預測、簡單設計等實踐應用能力。

3.3.3 教學實施過程的改進

通過試教及課堂觀察，項目團隊發現了一些問題，教學效果沒有達到預期目標。通過課后研討，執教老師對教學實施過程作了必要的改進，以提升學生的參與度、完善知識結構和強化學科能力發展點，具體如表5所示。

4 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

通過基于學科能力的教學改進，實驗班的學生后測時在A1、A3、B1、B2、C1等能力要素上取得了不同程度的進步，尤其是B2能力要素后測較前測有顯著提升，得分率從36.04%提升到56.10%，具體如圖2所示。

4.2 實驗班、對照班前后測能力發展情況

實驗班和對照班前后測各項能力表現發展情況如表6所示。

在各項能力要素得分率上，實驗班較對照班在A1辨識記憶、A3說明論證、B2推論預測、C1復雜推理等能力要素上得到不同程度的提升，其中B2推論預測能力要素得分率上有顯著差異，初步建立基于官能團的認識角度并預測陌生有機化合物性質；在總體得分率上實驗班與對照班不存在明顯差異。通過常規教學，對照班的學生在A2概括關聯、B1分析解釋能力要素上提升幅度較大，說明常規教學對能力發展也是有作用的。無論是實驗班還是對照班，兩者在B3簡單設計、C1復雜推理等能力要素上得分率仍偏低，說明設計實驗的能力以及處理復雜問題的能力仍需在今后教學中持之以恒加以提升。

5 結論與啟示

本研究證實了基于學科能力發展目標的主題式復習有利于學生學科能力的發展，尤其是推理預測能力要素提升顯著?；仡櫿麄€教學改進歷程，有以下兩點啟示：

第一，常規復習與“主題式”復習互為補充、相得益彰。研究表明，對照班采取常規復習方式，對于必修“有機化合物”主題A2概括關聯、B1分析解釋能力要素提升上更為有效；實驗班以“乳酸”為主題進行單元復習在提升B2推論預測能力要素上具有顯著優勢。因此，普通學校（如非重點中學）進行“有機化合物”單元復習時建議先開展常規復習，后開展“主題式”復習，以使學科能力得到有效均衡的發展。

第二，基于測評數據改進教學，體現精準教學要義。教學前測表明，實驗班學生在A3、B2、B3、C1等各項能力要素上得分率偏低?；诖爽F狀，教學改進過程中需調整、優化教學活動，例如改用學生充分討論、設計方案、小組實驗等方式預測和驗證乳酸中可能存在的官能團，增設“從自然界物質循環的角度解釋利用乳酸合成高分子材料對環境保護的重要意義”等能力活動任務。測試結果表明，A3、B2、C1等相關能力得到了有效的發展，利用測評數據確定教學改進的關鍵點和發展點提升了教學改進的精準度。

參考文獻：

［1］［7］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，2017：509～511，32～43.

［2］滕瑛巧，王星喬，包朝龍等. “主題鏈接，問題驅動”促進單元復習知識結構化［J］. 化學教學，2021，（7）：47～52.

［3］曾璐，皺映波. 人工合成肉桂酸——基于項目式學習的有機復習［J］. 化學教學，2019，（6）：57～60.

［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］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，2020：21～23.

［6］王磊，支瑤. 普通高中教科書教師用書·化學必修第二冊［M］. 濟南：山東科學技術出版社，2019：185～278.