基于“教、學、評”一體化的深度學習實踐

摘要 創(chuàng)設“補鐵劑中鐵元素的檢驗”情境，以“補鐵劑中鐵元素價態(tài)檢驗、尋找更優(yōu)的檢驗試劑、選擇適宜的酸堿性條件、粗測補鐵劑中鐵元素含量”為任務主線，從定性上升到定量，融合離子檢驗、配位平衡、競爭反應等相關(guān)知識，開展一系列學習活動，感受配合物應用價值，體會不同試劑和條件對實驗結(jié)果的影響，形成結(jié)構(gòu)化的物質(zhì)檢驗思路，提升真實復雜問題解決的能力，促進深度學習。

關(guān)鍵詞 “教、學、評”一體化 深度學習 補鐵劑 鐵元素檢驗

一、問題提出

化學深度學習旨在激發(fā)學生的思維深度參與，培養(yǎng)核心素養(yǎng)，并深入探索科學本質(zhì)。在學習目標方面，強調(diào)在獲得化學核心知識的基礎(chǔ)上，促進化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展；在學習過程方面，強調(diào)化學學科特有的學習活動和思維方式，開展以化學實驗為主的多種探究活動，從宏微結(jié)合、變化守恒視角，運用證據(jù)推理與模型認知的思維方法，解決綜合復雜問題，實現(xiàn)學生積極參與，產(chǎn)生情感共鳴；在學習結(jié)果方面，強調(diào)化學學科思想方法的理解與運用[1]?！敖獭W、評”一體化是促進學生深度學習的有效路徑?！敖獭W、評”一體化要求把評價融入課堂教學中，通過追問、點評等多種評價方式，借助課堂觀察量表、測試題等評價工具，評價學生的知識學習、核心能力、學科思維、情感體驗，確定學生所處的學習狀態(tài)及與學習目標存在的差距[2]。通過評價反饋，實現(xiàn)從淺層學習走向深層學習，幫助教師調(diào)整教學，提高教學效能。一體化程度越高，教學效果越好，越有利于深度學習的發(fā)生，促進學生全面發(fā)展。本文以“補鐵劑中鐵元素的檢驗”為例，聚焦“應用配合物進行物質(zhì)檢驗”，開展基于“教、學、評”一體化的深度學習的探索和實踐。

二、教學設計理念

（一）立足大觀念，整合知識結(jié)構(gòu)

學科大觀念是教學內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的重要手段，教學內(nèi)容結(jié)構(gòu)化是素養(yǎng)為本教學的基本要求。本文基于物質(zhì)檢驗方法的選擇和優(yōu)化整體優(yōu)化設計教學內(nèi)容。學生聯(lián)想已有知識經(jīng)驗，設計檢驗葡萄糖酸亞鐵口服液中Fe3+、Fe2+的檢驗方案，通過一系列宏觀證據(jù)，發(fā)現(xiàn)原有檢驗方法的局限性。在此基礎(chǔ)上，向?qū)W生提供陌生配體素材，引導學生先從理論分析形成配合物的可能性，再通過實驗篩選合適的檢驗試劑，并認識到不同酸堿性條件對物質(zhì)檢驗結(jié)果的影響。在原有認知基礎(chǔ)上，生發(fā)出新的認知體系，完善物質(zhì)檢驗的一般思路。

（二）創(chuàng)設真實情境，重視活動與體驗

“活動與體驗”是深度學習的核心特征，是判斷深度學習能否發(fā)生的證據(jù)之一[3]。創(chuàng)設真實情境，是進行有效學習活動、獲得真實體驗的前提。本文選取貼近學生生活的補鐵劑情境，激發(fā)學生的學習興趣。為了更好地實現(xiàn)“補鐵劑中鐵元素的檢驗”問題的解決，設置了一系列挑戰(zhàn)性活動。例如，通過補鐵劑中Fe3+、Fe2+檢驗活動，強化從“價-類”視角設計物質(zhì)檢驗的一般思路，借助實驗現(xiàn)象證據(jù)，體會原有的檢驗方法已不再適用復雜體系的物質(zhì)檢驗，引發(fā)強烈的認知沖突，為學生帶來深刻情感體驗，發(fā)展學生思維能力。通過尋找更優(yōu)的檢驗試劑活動，讓學生親歷Fe3+和Fe2+檢驗試劑的選取，親歷實驗條件對試劑檢驗效果影響的探究，從微觀視角分析現(xiàn)象差異的原因，幫助學生認識到復雜體系中存在多個反應間的競爭，樹立“化學反應是可以調(diào)控”的學科思想，深化對配位反應的認知，建構(gòu)物質(zhì)檢驗基本模型，發(fā)展“證據(jù)推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”化學學科核心素養(yǎng)，提升解決實際問題的能力。

三、教學目標

1.通過設計補鐵劑中鐵元素檢驗方案，建立物質(zhì)檢驗的價態(tài)視角和物質(zhì)類別視角，初步形成實驗方案設計能力和探究能力，以及評價能力。

2.通過實驗和結(jié)構(gòu)，分析、篩選Fe2+、Fe3+的檢驗試劑，形成宏觀與微觀相結(jié)合收集證據(jù)的能力，加深對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”學科觀念的理解，形成證據(jù)推理能力。

3.通過實驗探究不同酸堿性條件對檢驗效果的影響，初步形成分析問題能力。

4.通過實驗粗測補鐵劑中鐵元素的含量，提升計算能力，感悟化學知識的應用價值。

四、教學過程

【情境引入】鐵是人體必需的微量元素之一，對人體健康有著重要的影響。補鐵劑能有效地補充人體鐵元素缺失。補鐵劑也經(jīng)歷了更新?lián)Q代，第一代補鐵劑是以硫酸亞鐵為代表的無機鐵。20世紀60年代，又出現(xiàn)了第二代補鐵劑，是以葡萄糖酸亞鐵為代表的小分子有機鐵。為了追求吸收效果更好、不良反應更小的新型補鐵劑，研發(fā)了第三代補鐵劑，以血紅素鐵為代表的有機大分子螯合鐵。

【資料】常見的補鐵劑

考慮到價格因素，市售補鐵劑仍以第一、第二代補鐵劑為主。本節(jié)課以第二代補鐵劑，葡萄糖酸亞鐵為例進行研究。

（一）任務一：補鐵劑中鐵元素價態(tài)檢驗

1.檢驗補鐵劑是否變質(zhì)

問題1：補鐵劑中鐵元素的化合價是多少？

[生]正2價。

問題2：可以采用什么方法檢驗補鐵劑是否變質(zhì)？請設計實驗方案。

[學生表現(xiàn)]檢驗是否含有Fe3+。方案1：滴加KSCN溶液，若溶液變?yōu)檠t色，則含有Fe3+，說明補鐵劑已經(jīng)變質(zhì)；方案2：滴加NaOH溶液，若產(chǎn)生紅褐色沉淀，則含有Fe3+，說明已變質(zhì)。

追問：這兩種方案是否合理？

[生]方案1更合理。因為葡萄糖酸亞鐵口服液中可能含有Fe2+，和NaOH溶液反應產(chǎn)生Fe（OH）2沉淀，F(xiàn)e（OH）2沉淀很容易轉(zhuǎn)化成紅褐色的Fe（OH）3，所以選擇NaOH溶液為檢測試劑容易干擾Fe3+的檢驗。

【設計意圖】通過檢測試劑的選擇，培養(yǎng)學生運用化學知識解決真實問題能力，初步形成基于物質(zhì)類別進行物質(zhì)檢驗能力。通過對方案合理性的評價，培養(yǎng)學生分析評價能力。

2.檢驗補鐵劑的變質(zhì)程度

[師]如果補鐵劑部分變質(zhì)，里面將同時含有Fe2+和Fe3+，方案1也無法檢測變質(zhì)程度。

問題3：如何檢驗補鐵劑的變質(zhì)程度？即，有多少Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+呢？

[生]檢驗Fe2+的量。如果沒有Fe2+，則為完全變質(zhì)；如果有Fe2+，則為部分變質(zhì)。

問題4：如何檢驗補鐵劑中是否含F(xiàn)e2+？請設計實驗方案。

[學生表現(xiàn)]方案1：滴加酸性KMnO4溶液，若溶液紫紅色褪去，則含有Fe2+；方案2：先滴加KSCN溶液，溶液變?yōu)檠t色，再滴加H2O2或氯水，若溶液紅色加深，則含有Fe2+。

追問：這兩種方案是否可行？

[生]方案1不可行。因為補鐵劑中含有多種有機物，如蔗糖的結(jié)構(gòu)中含有－OH，能將高錳酸鉀還原，而使高錳酸鉀溶液褪色，所以溶液褪色只能說明體系中含有還原性物質(zhì)，不一定含有Fe2+。

[生]方案2也不可行。SCN－中S和N的價態(tài)分別為－2和－3，處于最低價，具有一定的還原性，可能被雙氧水氧化，使溶液紅色褪去。

【設計意圖】問題3的目的是培養(yǎng)學生選擇物質(zhì)檢驗角度。問題4的目的是根據(jù)被檢測物質(zhì)選擇合理的檢測試劑。追問的目的是根據(jù)所選擇試劑的氧化還原能力，評價方案的可行性，培養(yǎng)根據(jù)元素價態(tài)視角進行分析評價的能力。

（二）任務二：尋找更優(yōu)的檢驗試劑

[師]前面選擇的兩種試劑，檢測補鐵劑的變質(zhì)程度，均有不妥之處。請同學用【資料】中給定的試劑進行實驗探究Fe2+和Fe3+的變色情況。

【資料】常見絡合劑的結(jié)構(gòu)簡式如下：

實驗方案：在四只試管中分別加入1滴管的FeSO4溶液，再向四只試管中分別滴加2滴硫氰化鉀、苯酚、鄰二氮菲和EDTA溶液。

學生實驗探究結(jié)果，如表1所示。

問題5：哪個試劑更適合檢驗Fe3+和Fe2+？并說明選擇依據(jù)。

[生]從表1中可以看出，根據(jù)實驗現(xiàn)象分析，適合檢驗Fe3+的是硫氰化鉀、EDTA；適合檢驗Fe2+的是鄰二氮菲。

[生]從絡合劑結(jié)構(gòu)分析，EDTA由于能提供6個孤電子對，與Fe3+形成6個配位鍵，配合物更穩(wěn)定，所以EDTA更合適檢驗Fe3+。

【設計意圖】任務二的目的是通過實驗探究和結(jié)構(gòu)分析篩選檢測試劑，培養(yǎng)學生宏微結(jié)合的思維方式。

（三）任務三：選擇適宜的酸堿性條件

[師]酸堿性是影響溶液顏色的重要因素之一。以鄰二氮菲與Fe2+反應為例，考查溶液pH對溶液顏色的影響。

實驗方案：向FeSO4溶液中滴加2滴鄰二氮菲，并分成3等份，再分別加入等量的硫酸、氫氧化鈉溶液和蒸餾水，觀察對比顏色。

實驗結(jié)果，如圖1所示。

問題6：你能否從物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學平衡的角度加以解釋？

【資料】鄰二氮菲中的氮原子上有孤對電子，H+和Fe2+均有空軌道，兩者都可以和鄰二氮菲結(jié)合，體系中存在如下兩個配位平衡：

[生]酸性條件下，當H+濃度增大時，第一個平衡向右移動，鄰二氮菲濃度減小，第二個平衡向左移動，橙紅色配合物的濃度減小，顏色變淺。堿性條件下，OH－會與Fe2+生成沉淀，OH－和鄰二氮菲相互競爭Fe2+，F(xiàn)e2+濃度減小，第二個平衡左移，配合物濃度減小。

【設計意圖】通過實驗探究，讓學生感性認識溶液酸堿性對絡合物研究具有影響。通過從物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學平衡角度進行解釋，培養(yǎng)學生理論分析能力。

（四）任務四：粗測補鐵劑中+2價鐵元素含量

[師]課前在不同pH下測定的FeSO4溶液中滴加2滴鄰二氮菲反應后溶液顏色，如圖2所示。

實驗方案：取待測液10 mL，稀釋成1000 mL溶液，從中取出15 mL置于試管中。加入鄰二氮菲進行反應后，觀察顏色，并與比色管中的顏色比較。

[生]通過比色法，我們發(fā)現(xiàn)與3號試管顏色相近，所以待測液中鐵含量約為4×10－4 mol/L。根據(jù)稀釋倍數(shù)，求得10 mL補鐵劑中鐵含量約為0.04 mol/L。

【設計意圖】通過檢測補鐵劑中Fe2+的含量，培養(yǎng)學生實驗探究能力和計算能力。

五、課堂教學評價量表

評價是知識進行深加工的過程，考查學生綜合分析能力。課堂教學評價是實現(xiàn)深度學習不可或缺的環(huán)節(jié)。根據(jù)本節(jié)課內(nèi)容特征，開發(fā)了聯(lián)想與建構(gòu)、體驗與探究、質(zhì)疑與創(chuàng)新、實踐與應用、情感與態(tài)度五個維度構(gòu)成的促進深度學習的課堂觀察量表，如表2所示。采用師評、生評相結(jié)合的評價方式，促使實現(xiàn)深度學習，促進核心素養(yǎng)發(fā)展。

六、教學反思

（一）聯(lián)結(jié)新舊知識，助推深度學習

實現(xiàn)知識的重整、優(yōu)化與創(chuàng)造是深度學習的特征之一。建構(gòu)主義學習理論認為，知識具有發(fā)展性，會隨著外界的變化、事態(tài)的發(fā)展進行更新、修正。本節(jié)課選擇熟悉的“補鐵劑中鐵元素的檢驗”情境作為學生新知的生長點。學生借助原有的鐵及其化合物相關(guān)知識解決問題。此時，教師需引導尋找解決問題的其他角度或新辦法，激活學生思維。學生通過完成一系列的實驗探究活動，不斷改造、重組舊知識，建構(gòu)新知識，實現(xiàn)知識的螺旋上升，形成更為完善、觸及事物內(nèi)在聯(lián)系的高階認知，促進深度學習。

（二）重視教學評價，激發(fā)深度思維

深度學習下的課堂教學應充分關(guān)注學生知識進步和精神成長。教師要善于捕捉課堂有效反饋信息，關(guān)注學生的每一次討論、匯報、展示、實驗等表現(xiàn)，把握評價時機，運用多元化的評價方式，基于表現(xiàn)給予學生來自教師或同伴的評價反饋，幫助他們清晰地認識自己的思維障礙點。學生在教學評價活動中進行思維碰撞，實現(xiàn)思維的深度發(fā)展。

[參考文獻]

[1]隋穎.基于深度學習的“實驗方案設計”主題式復習教學：以“阿司匹林的制備和提純”為例[J].化學教育（中英文），2022，43（7）：26-30.

[2]洪清娟，張賢金.指向“教、學、評”一體化的逆向教學設計：以“化學反應與能量變化”為例[J].化學教學，2022（6）：34-39.

[3]郭華.深度學習的五個特征[J].人民教育，2019（6）：76-80.

（責任編輯：姜顯光）