基于學習進階的實驗探究教學設計

摘要：進階性學習是提升學生實驗探究能力的有效途徑。物質的量濃度是高中化學教學的重要內容之一，教學價值大，研究其學習進階能在大單元教學中逐步滲透實驗探究觀念，提高學生的實驗探究水平。

關鍵詞：學習進階 物質的量濃度 實驗探究水平

學生的認知遵循由表入里、由低級向高級發展的規律，2019年人教版新教材在內容編排上也呈現出階段性發展、螺旋式上升特點，為此，我們需要把握好課堂的學習進階，使教學活動符合學生的身心發展規律。

一、學習進階概念

學習進階是對學生在各學段學習同一主題概念遵循連貫的、典型的學習路徑的描述，一般呈現為圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復雜、相互關聯的概念序列。一個完整的學習進階包括5個基本要素：第一是學習目標，即學生到達一個進階終點的目標表現；第二是發展變量，比如對核心概念的理解應用和練習；第三是發展層級，即學習發展路徑中的多個中間層級；第四是學生表現，即處于不同發展層級學生完成任務的相應表現；第五是測量工具，一套基于模型測量學生發展的工具。

學習進階是提升學生實驗探究能力的有效途徑。基于學習進階理論的大單元教學設計能打破課時的限制，有助于教師從全局思考教學內容，從“知識為本”的教學轉移到“觀念建構”的教學，關注學生的化學學科觀念和實驗探究能力的“持久性”達成。

顯然，以大單元教學為推手的濃度教學進階設計要求教師根據學生已經具備的初中知識、結合高中必修和選擇性必修應該達到的學習目標，對教學內容進行分析、整合、重組形成相對完整的教學主題，在大單元教學中逐步滲透實驗探究觀念，培養學生的實驗探究能力，發展學生的化學學科核心素養。

二、實驗探究背景下的濃度教學進階設計

（一）物質的量濃度教學價值分析

高中階段濃度教學內容主要涉及兩個維度，即物質的量濃度的配制和含量測定。該內容貫通于初中、高中的化學教學：初中化學“物質的溶解度”介紹質量分數的定義和簡單配制方法；人教版高中化學必修一第二章介紹了物質的量濃度的定義和配制，選擇性必修一《化學反應原理》第三章介紹了中和滴定。物質的量濃度配制和測定等有關教學內容對學生理解物質的量濃度概念、掌握實驗技能、測定物質含量的意義重大。相關文獻指出，物質的量濃度“遵循了物質轉化過程的定量關系，在化學定量研究中具有重要意義，物質的量濃度引入和測定源于生產生活的需要又服務于生產生活”。

綜上所述，濃度教學進階設計以元素化合物知識為載體，從實驗探究的角度完整揭示濃度測定的“精確定量化”過程（定性描述、粗略配制、準確配制和精確標定），發展和豐富學生研究物質世界的特有學科認識方式，達到“定性—定量”高級認識水平。

（二）物質的量濃度教學內容進階

人教版教材中物質的量濃度相關知識和考核要求如下表（表1）：

（三）物質的量濃度教學中實驗探究水平進階

根據化學核心素養“實驗探究與創新意識”水平層次，本文確定物質的量濃度教學中實驗探究水平發展的4個層次如下：

水平1：核心儀器制造化，掌握重要的實驗操作。學生能“制造”出容量瓶；依據操作方便性、讀數精確性評價滴定管的構造特點；熟練掌握定容、檢漏、滴液操作。

水平2：教材問題操作化，形成分析誤差的量化模型。學生能針對教材限定性問題設計實驗方案且能獨立完成實驗操作，根據C計算公式形成分析配制誤差、滴定誤差的模型。

水平3：生活問題探究化，建構精準測定濃度的思路。學生能針對生活中的化學問題設計實驗方案并合作完成實驗操作；能從樣品預處理、濃度標定、數據處理等角度，構建精準測定濃度的實驗思路。

水平4：復雜問題評價化，建立定量分析的多維系統。學生能對開放性問題提出多種探究方案；能用數據、圖表、符號等處理實驗信息；能評價三種常見的定量測定方案，初步建立“原理—儀器—操作—誤差”等定量分析問題的多維系統。

表2中學習目標的劃分以“教材知識編排順序”的階段目標為基礎，發展變量以“如何提高測定數據的準確性（定量實驗的關鍵）”考查學生提出假說、關聯事實的能力，發展層級是學習目標的細化，學生表現是“可觀察的階段性的學習成果”，學生實驗能力的培養和思維水平的發展按“學考選考要求”分層次達成，符合學生由簡單到復雜、由具體到一般的認知心理規律，利于教師分階段實施濃度配制和測定的單元教學。

（四）物質的量濃度教學設計

課題：物質的量濃度的配制。

課型：新授課。

教學對象：高一學生。

本節課集中體現近遷移的學習途徑：學生回顧初中質量分數配制過程，學習“物質的量濃度”的配制操作，以探究“誤差與儀器、操作的關聯性”。課堂上設置了“溶液組成的描述方式”“儀器和濃度的精度匹配問題”“實驗操作的他人評價和個人體驗”等環節，能提升學生的低階實驗探究水平，培養學生領會、分析、應用等綜合思維。

課題：物質含量測定。

課型：復習課。

教學對象：高三學生。

本節課鮮明體現遠遷移的學習途徑：學生從高中常見的沉淀法、量氣法的重量分析轉向酸堿滴定、氧化還原滴定的容量分析，深刻理解滴定分析具有儀器精度高、操作簡單、終點指示科學、實驗誤差小的優點。課堂上設置“滴定終點判斷技巧”“電勢滴定與濃度變化關系”“含量測定實驗的解題模式”等環節能培養學生的評價、歸演、創造等高階思維。

三、實驗探究背景下的濃度教學進階設計尚需討論的問題

教學進階要對固定樣本（學生）進行一個周期的教學活動研究，才能全面診斷、反映學生認知水平的發展變化。本研究主要通過學生課堂表現、化學思維發展和實驗探究水平層次等定性方式進行評價。目前最有效的方式是通過刻畫學習之路診斷不同階段的學業質量。學習之路是知識狀態的層級結構，體現了存在偏序關系的知識狀態間的聯系。學生對知識屬性掌握的級別越高、屬性之間的聯系越豐富、解決問題的手段越豐富、對概念的發展趨勢理解得越深刻，學業質量就越好，但刻畫學習之路描述學業質量的理論尚需完善，操作也較煩瑣。筆者將關注最新的教學測量理論，以期尋找實用的測量工具，科學地、方便地描述學生的實驗探究能力的發展層次。

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責任編輯：趙瀟晗