結構觀統攝下高三一輪復習單元作業的設計與實踐

王西宇 李婉清 郭肖連

(1.廣東省深圳市第二十二高級中學;2廣東省深圳市深圳大學附屬實驗中學;3.海南師范大學)

一、問題的提出

我國對于創新型人才的要求逐漸提高,這對于培育學生的化學學科核心素養也提出了更大挑戰。作業作為教學的重要環節之一,現大多依賴于教輔資料,作業類型較為單一,效果不佳,且高三學生存在時間緊,作業多,休息少等問題,故學生希望能夠在一輪復習中得到高效的能力提升并遠離“題海戰術”。基于《教育部關于做好2021年普通高校招生工作的通知》中提出“引導學生減少死記硬背和機械刷題”的教學改革趨勢,化學作業改革需要從學科知識的培養轉換為學科素養的培養,并建立化學基本觀念。

化學學科的專屬性在于學生需要建立宏觀與微觀之間的聯系,而化學結構觀傾向于從物質的組成、性質、變化規律及空間構型等角度進行定義,與化學作為一門在微粒層面上研究物質組成結構和化學反應及其用途的科學這一學科定義具有高度一致性。“結構觀”作為宏觀與微觀認識之間的橋梁,需要有目的地培養學生的化學結構觀,建立“結構決定性質”的學科思想,解決化學學科本質問題,從而促進學生化學學科核心素養的發展。

傳統作業存在主題專屬性不明顯,無法較系統地外顯化學學科基本觀念等問題,可能會忽視學生在認知范圍、思維模式的個體性差異,對于在課堂中培養的化學學科素養無法有效地落實和評價,會導致學生逐漸喪失學習化學的興趣。“結構觀”的相關研究大多聚焦于理論研究、水平測查、教學設計研究,圍繞“結構觀”開展作業設計的研究較少,因此有必要開展高三復習課作業的設計與實踐研究。對于學生而言能發展學科能力,培養學習熱情;對于教師而言能加強作業設計能力,增進自身對化學學科本原性與結構化的理解。

二、作業設計思路與步驟

(一)作業設計思路

以學科觀念、化學學科核心素養、高考評價體系、學業質量要求、教學評一體化為理論指導思想,參照“確立學科觀念—確定設計對象—制定作業目標—設計測試任務—開展診斷評價—分析目標達成—優化試題效度”為步驟設計高三一輪復習作業(具體如圖1所示)。

圖1 結構觀視域下的作業設計流程圖

(二)作業設計步驟

1.確立學科觀念

一方面基于作業設計的研究現狀,以及“結構決定性質”這一具有化學學科思想的典型特點;另一方面,物質結構的知識貫穿高中多本教材,可以將關于物質結構的知識進行整合,建立知識框架,促進學生觀念的結構化與認識思路的結構化。于是確立“結構觀”作為作業設計的核心思想。

通過梳理高中化學人教版5本教材中關于“物質結構”的相關知識,結合新課標中關于“結構”的具體表述,再搜索了結構觀的相關文獻,得到結構觀的內涵:(1)物質由不同微粒構成(結構構成觀);(2)微粒通過微粒間一種或多種相互作用聚集成物質(結構作用觀);(3)某些微粒具有一定的空間構型(空間結構觀);(4)可以通過化學實驗、儀器分析、模型等手段表征物質結構(結構表征觀);(5)元素在元素周期表中的位置、原子結構與元素性質間的關系,物質結構(微粒種類、化學鍵、官能團)與物質性質間的關系(結構性質觀)。

2.確定設計對象

本作業的設計對象為高三平行班的學生共93人。這些學生的學業水平成績相當,男女學生比例相當,且都處于高三一輪復習的初期階段,他們關于高中階段物質結構的相關知識還未進行深入的思考與總結,未形成結構觀的整體脈絡。因此,選擇他們為施測對象一方面可以診斷課后教學的具體效果,另一方面通過試題講解也可以幫助他們厘清“結構”知識在高考中的具體呈現,便于在后續教學中形成知識與觀念的結構化。

3.制定作業目標

首先依據結構觀的內涵,梳理了學業質量水平中關于“結構”的表述,其次匹配了結構觀對應的高考必備知識考點(具體如表1所示),最后結合學業質量水平高低、SOLO分類水平、具體測試內容三方面一起形成作業設計目標(具體如表2所示)。

表1 結構觀內涵及對應的學業質量水平與高考必備知識細目

續表

表2 結構觀作業設計目標

4.設計測試任務

基于高考必備知識細目的梳理,一共有19個典型考點,故一共設置19道試題。不僅如此,考慮到常規作業設計的模式化,遂將內容與形式相匹配,設計二段式、填空題、選擇題、判斷題、簡述題、思維導圖等任務形式多樣的作業。其次,既需要考慮學生在一輪復習的整體水平,又需兼顧廣東卷高考試題的引領作用,故在作業設計中呈現約60%的基礎題,重視基礎知識的掌握;約25%的中檔題,培養學生的近遷移能力;約15%的難題,重視知識整合與遠遷移能力的培養,同時也供能力較強的同學使用。且在所有題目中依據難度梯度,設置25%的高考真題或者高考真題節選部分,使學生體會高考試題的具體考向。具體試題見第三部分:作業設計樣例。

5.開展診斷評價

在教學后期開展終結性評價,需關注化學知識的邏輯性,使其與學生認知、心理發展順序等相符;此外開展評價過程中,一定要關注知識梯度設計以及難點的分散,從而控制好學生學習的水平層次。

6.分析目標達成

基于診斷結果,可以分析學生對應能力水平的達成情況,分析一些典型錯誤的產生原因,也可以據此指導下一階段的教學。具體分析見第四部分:作業測試結果。

7.優化試題效度

可以依據學生測試情況、Rasch模型檢驗、專家評定等多個方法檢驗所測試題的效度,合理調整作業的結構、容量與難度。

三、作業設計樣例

【結構構成觀】

1.(基礎題)物質可由分子、原子、離子構成,下列物質的微觀構成情況與其他三者不同的是

( )

A.CO2B.NH3C.金剛石 D.Ar

2.(基礎題)基態Cr原子的價層電子排布式為________。

3.(中檔題)高分子化合物在材料領域發揮著重要作用,寫出以下高分子的單體。

①含有手性碳;②含有三個甲基;③含有苯環。

【結構作用觀】

5.(基礎題)下列說法不正確的是

( )

A.π鍵由兩個p軌道以“肩并肩”的形式重疊形成

B.通過π鍵連接的原子或原子團可繞鍵軸旋轉

C.σ鍵和π鍵的強度不同

D.乙烷分子中的共價鍵全為σ鍵而乙烯分子中含σ鍵和π鍵

6.(基礎題)[Cu(H2O)4]SO4中存在的微粒間相互作用不包括

( )

A.離子鍵 B.配位鍵

C.非極性共價鍵 D.極性共價鍵

【結構空間觀】

7.(基礎題)簡述順反異構產生的條件。

8.(基礎題)繪制s軌道與p軌道電子的電子云輪廓圖。

10.(難題)銠摻雜SrTiO3形成的催化劑,在光催化CO2還原反應中有很高的催化效率。SrTiO3的晶胞結構如圖所示。

①其中Sr2+位于晶胞的體心,則Ti4+所處的位置為晶胞的________(填“頂角”或“棱心”);每個Ti4+周圍緊鄰的O2-共有________個。

②當有1%的Ti4+被Rh3+替代后,晶體中會失去部分O2-產生缺陷,此時平均每個晶胞所含O2-數目為________(保留三位小數)。

【結構表征觀】

11.(基礎題)寫出或畫出乙烯的球棍模型________、空間填充模型________、結構式________、結構簡式________、鍵線式________、實驗式________。

12.(中檔題)我國科學家實現了二氧化碳到淀粉的人工合成。有關物質轉化過程示意如下:

下列說法不正確的是

( )

A.反應①中分解H2O制備H2需從外界吸收能量

B.反應②中CO2→CH3OH,碳原子的雜化方式發生了變化

C.核磁共振、X射線衍射等技術可檢測合成淀粉與天然淀粉的結構組成是否一致

D.C6→淀粉的過程中只涉及O—H鍵的斷裂和形成

13.(2023年全國乙卷節選,難題)奧培米芬(化合物J)是一種雌激素受體調節劑,以下是一種合成路線(部分反應條件已簡化)。

F的核磁共振氫譜顯示為兩組峰,峰面積比為1∶1,其結構簡式為________。

【結構性質觀】

14.(基礎題)判斷下列關于堿金屬元素相關說法是否正確。

A.堿金屬單質的顏色均為銀白色

( )

B.隨核電荷數增加,堿金屬單質熔、沸點逐漸降低

( )

C.隨核電荷數增加,堿金屬單質的密度逐漸升高

( )

D.隨核電荷數增加,堿金屬元素原子的電子層逐漸增多,原子半徑逐漸增大

( )

E.隨核電荷數增加,原子核對最外層電子的引力逐漸減弱,原子失去最外層電子的能力逐漸增強

( )

F.隨核電荷數增加,堿金屬元素的金屬性逐漸增強,堿金屬單質的還原性逐漸減弱

( )

G.隨核電荷數增加,堿金屬與水反應越劇烈,堿金屬單質在空氣中燃燒生成的氧化物種類愈發復雜

( )

15.(基礎題)(不定項)下列因果關系表達錯誤的是

( )

A.因為鍵角AsH3>NH3,因此沸點高低順序為AsH3>NH3

B.因為C-C鍵間的鍵能大小順序為C2H4

C.鍵長:C—C碳化硅>硅單質

序號結構特征可反應的試劑反應形成的新結構反應類型①—CHCH—H2—CH2—CH2—加成反應②氧化反應③

18.(基礎題)列舉蛋白質能發生的典型物理變化與化學變化。

19.(2023年湖南卷節選,中檔題)下列物質的酸性由大到小的順序是________(寫標號)。

四、作業測試結果

對高三年級的2個平行班,共93人進行測評,把試題的內容按照結構觀的內涵進行分類,具體結果如表3所示。

表3 測試結果

學生在結構構成觀水平上正確率較高,對于典型物質結構能做到宏觀與微觀層面的辨識與記憶,能較準確地認識原子的微觀結構,能正確書寫出簡單高分子化合物的單體與鏈節。對于縮聚型的高分子空白率較高,而且對于限定條件下有機物同分異構體的數目推斷錯誤率較高,說明學生可能比較畏懼此類題目,教師可以在二輪復習的課程中循序漸進,從簡單題開始訓練,加強學生的自信心,引導學生在后續考試中合理調整做題順序,將難題和推導量較大的題目置于中檔題之后。

學生在結構作用觀水平上正確率也較高,對有機物中碳的成鍵規律這一知識鮮有學生答錯,并且大部分學生能夠識別出微粒間的多種相互作用力,說明學生對成鍵本質有較深入的認識,可以在二輪復習中增大此部分內容的試題難度,培養學生的復雜推理與遠遷移能力。

學生在結構表征觀水平上正確率較低,大部分同學能正確識別出物質的相關模型、化學符號等表征方式。但對儀器分析的物質結構表征方法掌握程度不好,這可能由于此內容往往與有機合成路線、同分異構體等內容相關,學生需要結合多種信息進行推斷,并且發現學生較難應對涉及多個物質結構綜合變化的試題。因此,教師可以在二輪復習課中對此類問題進行歸納整理、總結方法。

學生在結構性質觀上處于中等偏上水平,但仍有較大提升空間。由學生的典型錯誤和課后調查可知,學生主要的錯因一方面在于對一些概念存在迷思概念,譬如認為電負性遞變規律與第一電離能遞變規律一致,未能從微觀本質上理解兩個性質的區別;另一方面在于對基團間相互影響的試題,思緒較為混亂,不知從哪里切入。因此,教師在后續教學中可以在作業測評后多找學生訪談,了解學生的障礙點,幫助學生建立解決此類問題的一般認識思路。

五、啟示與建議

結合作業設計過程與學生測評結果,為高三一輪復習作業設計與教學提供相應建議:

(一)精讀課程標準,抓住高考考向

做好高三一輪復習作業設計,教師首先需要認真鉆研課程標準中相關主題的內容要求與學業要求,其次需要梳理出對應教學內容的學業質量要求,結合化學學科核心素養水平、高考評價體系中的“一核四層四翼”,把握教學及作業設計方向。譬如,可以將學業質量要求、化學學科核心素養水平、高考評價體系中關于作業設計主題的內容進行羅列,通過梳理高考考點,進一步確定學生需要在作業中達到何種水平,這對高考備考有著較強的指導意義,避免作業布置與設計中的隨意性與盲目性。

(二)精挑作業素材,創設真實情境

隨著社會科學技術及化學學科的發展,作業素材與問題情境不僅要與時俱進,關注化學中的熱點問題,更需要深挖生產生活中的化學問題。教師也可以通過設置項目式學習等任務,達到學科育人的價值。尤其在高三階段,作業內容中應該重視學生的已有基礎與當前的復習進度,合理設置模擬題、高考題、原創題的比例,調節作業難度,設置多樣化的作業,提高作業的效度,促使學生能厘清認識該類問題的思路,掌握方法。

(三)精析反饋情況,改進后續教學

教師要對照學生試題的作答情況,分析學生能力的到達情況,以此判定教學目標的達成情況,結合學生課后訪談的反饋情況分析當前教學問題,明確教學改進方向。譬如,一方面可以根據學生的典型錯誤進行分析與討論,或用開展專題課的方法指導課程,幫助學生厘清迷思概念;另一方面,可以在課后指導學生繪制思維導圖,梳理知識點之間的關系,使學生在以后的復習中有抓手、有依據。