學習進階視閾下的化學實驗教學設計與實踐

梁雪峰

摘要： 概述學習進階理論的內涵，基于學習進階理論，以“金屬的腐蝕與防護”為例，對其進行教學設計。實踐發(fā)現(xiàn)：進階式實驗教學能有效喚醒學生學習的內驅力，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，提高實驗教學的成效。

關鍵詞： 學習進階? 化學實驗? 模式建立? 實踐? 反思

引言

學習進階理論早就在國際上流行，現(xiàn)正處于應用實踐階段，而我國對學習進階理論的研究還處于新興領域研究的探索階段。實踐是檢驗真理的唯一標準，沒有實踐的理論只是空談，學習進階理論的研究不僅要在理論研究上進行突破和創(chuàng)新，還要充分結合我國教育實情進入應用實踐階段，利用實踐來推動學習進階理論在我國的研究。

一、理論學習，掌握學習進階理論的內涵

2005年，美國國家研究委員會首次提出“學習進階”的概念：學習進階理論是指人對新知的學習是一個思維逐漸深入和復雜的過程。換句話說，知識不是獨立存在的，而是呈體系結構的，學習是一個不斷積累的過程，人們需要由淺及深、由點及面、由近及遠地進行循序漸進的學習。

學習進階理論主要由五個環(huán)節(jié)組成：

（1）進階目標：建立一個學習目標或者對自己的學習有一個發(fā)展預期。

（2）進階變量：這也是人們學習或探究過程的核心，以知識的推進為變量，通過學生對這些變量的掌握和理解情況對進度有一個整體的調控。

（3）成就水平：一個較大的學習目標需要由幾個階段性目標構成，每個相關聯(lián)目標的完成都代表學生水平的提升，并以此來逐步實現(xiàn)終極目標。

（4）學習表現(xiàn)：學生對各個階段目標的實現(xiàn)，不僅可以表現(xiàn)出學生對知識的掌握情況，還可以很客觀地表現(xiàn)出學生的學習能力，表現(xiàn)出終極目標的實現(xiàn)情況，這也是學生評價的真實依據(jù)。

（5）評價系統(tǒng)：為了促進學生進階目標的逐步實現(xiàn)，了解學生對知識的掌握情況，這些指標的掌握都需要評價系統(tǒng)進行測量。

二、精心研討，學習進階視閾下的教學設計

高中化學實驗中，有很多知識與之前學過的知識相關聯(lián)，要采用“進階式”的學習方式，追本溯源，在學生原有的基礎上進行延伸拓展，從而逐步完善學生的知識體系，實現(xiàn)最終目標。本文以“金屬的腐蝕與防護”為例，闡述其在學習進階視閾下的教學設計。

1.“金屬的電化學腐蝕”概念學習中的進階發(fā)展

從學習進階的視閾分析，“金屬的電化學腐蝕”要采用進階式的順序進行設計，從學生已有的認識出發(fā)搭建臺階，以確保學生的學習能夠由淺入深、由簡入難;要融合課標、考綱、教材和教學實踐，對教學有一個整體的把握，以便能夠科學劃分學習進階路徑和階段層次水平。

（1）水平1：九年級化學下冊中有“鐵釘銹蝕的條件”探究實驗，從化學反應的角度初步探究了鐵制品的腐蝕條件與防護措施。

（2）水平2：高中化學必修1學習了氧化還原反應，了解了反應本質及反應中電子之間的轉移。

（3）水平3：高中化學必修2中“原電池”的學習，初步介紹了原電池的形成條件，了解了形成原電池會加快金屬的腐蝕速率。

（4）水平4：高中化學選修2中介紹了析氫腐蝕、吸氧腐蝕;簡單介紹了金屬的防護。

（5）水平5：高中化學選修4中詳細學習了原電池、電解池的工作原理，從根本上闡述了電化學腐蝕的原理，詳細總結了電鍍防護、原電池防護和外加電源的保護。

可見，“金屬的腐蝕與防護”是氧化還原反應、電化學理論的綜合應用，教材中這塊知識的呈現(xiàn)遵循了學生知識建構的心理順序，采用了由易到難、循序漸進的方式，為“金屬的腐蝕與防護”進階性的學習奠定了基礎。

2.“金屬的電化學腐蝕”教學目標的進階制定

教學目標的制定要結合教學內容和學生認知，將大目標拆分成幾個環(huán)環(huán)相扣的小目標，建立具體的、切實可行的三維目標。

（1）知識與技能：結合以前所學的知識，定性了解析氫腐蝕與吸氧腐蝕;通過實驗繪制曲線，定量分析析氫腐蝕與吸氧腐蝕;對比學習析氫腐蝕與吸氧腐蝕，掌握其中的異同點，以加深對金屬電化學腐蝕的條件、原理的理解。

（2）過程與方法：通過“進階性”學習，掌握分析實驗的方法，理解定性與定量相結合的化學實驗研究方法;采用小組合作的方式，隨著實驗的推進讓學生進階性地把握對實驗問題、實驗數(shù)據(jù)的分析，并能夠掌握客觀、科學闡述實驗結果的方法。

（3）情感態(tài)度與價值觀：“進階性”地讓學生明白科學探究的重要性，點燃學生的學習熱情，幫助學生維持持久、穩(wěn)定的學習狀態(tài);小組合作中學會合作、交流與探討，積極參與科學探究，培養(yǎng)主人翁意識，樹立責任感。

3.“金屬的電化學腐蝕”教學流程的進階設計

結合學習進階理論，教學思路選擇“一明一暗”兩條線：明線對知識的推進和計劃有個明確的規(guī)劃，使課堂能夠落實得更為具體、實效; 暗線貼近學生發(fā)展，根據(jù)學生的具體發(fā)展采用進階式的推進方法。

基于明暗兩條線的融合，教學流程大致分為四個環(huán)節(jié)：

（1）提出問題，借用實驗問題情境激活學生對金屬腐蝕問題的思考。

（2）實驗過程，包括實驗方案設計、實驗操作兩部分，學生根據(jù)已有的知識設計相關實驗方案，并進行匯報展示，從而挑選出合理的實驗方案;小組實驗，通過小組實驗鍛煉學生的動手能力、觀察能力。

（3）討論辨析，對比不同實驗中的現(xiàn)象，學會定性分析和定量分析;利用所學知識解決實際問題，得出保護金屬的方法與措施。

（4）合理評價，適當?shù)卦囶}檢測，以幫助學生鞏固知識和活躍思維。

在這四個環(huán)節(jié)中，進階目標會在第一個環(huán)節(jié)提出，提出問題的同時讓學生明確學習目標，以幫助學生形成思維主線;進階變量、成就水平和學習表現(xiàn)都會貫穿整個過程，隨時隨地掌握學生的水平提升情況，以使課堂能夠有條不紊、真實有效地推進;評價體系的建立，既要貫穿其中發(fā)揮語言力量鼓勵學生的持續(xù)性、深度性學習，又要在新知結束時利用試題的形式進行檢測，了解學生的掌握情況，因為學生的提高就是課堂的成功。

三、靈活生成，學習進階視閾下的教學實踐

課堂生成具有一定的意外性、隨意性，并不完全在預設的范圍內。對此，筆者針對這一學習進階視閾下的課堂設計進行了實踐，以期能夠在實踐中有更多的收獲。

1.溫故知新，問題情境，點明主題

在新知的學習中，教師可以以舊知為起點將其延伸，利用學生對問題的發(fā)現(xiàn)來點明主題，明確學習目標和探究任務，以照亮學生前行的道路。

問題情境：大家還記得我們初中學過的“鐵釘腐蝕條件的探究”這一實驗嗎？誰來回顧一下？

學生回答：初中運用了五個對比實驗來探究鐵釘?shù)母g條件，將五個鐵釘分別放在五個試管中，每個試管中分別為煮沸的蒸餾水、干燥的空氣、潮濕的空氣、食鹽水和空氣、食醋和空氣。

教師可以讓這個實驗重現(xiàn)，讓學生對這一問題進行討論，學生明白了鐵釘腐蝕的條件：水和氧氣。同時，學生也發(fā)現(xiàn)了新的問題。

學生問題：為什么鐵釘在食鹽水和食醋中腐蝕得比較嚴重？與在潮濕的水中有什么不同嗎？

問題的進階式出現(xiàn)，引起了學生的共鳴，學生雖然明白了鐵釘腐蝕的條件，但鮮明的對比無法用腐蝕條件進行解釋，學生的迷惑在心中形成，很大程度上點明了學生的思考方向，為進一步的實驗探究提供了學習動機。

2.實驗過程，觀察發(fā)現(xiàn)，變量推進

實驗是解除疑惑的有效手段。學生對心中的疑惑進行思考、猜想和討論，進而建立實驗方案，嘗試對自己的猜想進行驗證。在教師的指引下，學生進行了資料查閱，得知了鐵粉、碳與食鹽水（或食醋）形成了無數(shù)個微型的原電池。學生為了對微電池進行實驗驗證，利用實驗將其擴大化。

實驗設計：建立兩個相同的實驗，如下圖所示，將U型管、純鐵片、碳棒、水、靈敏電流表、導線按下圖進行連接，觀察實驗現(xiàn)象，記錄數(shù)據(jù)。

實驗步驟：（1）用自來水做電解質溶液，觀察靈敏電流計的示數(shù);（2）在其中一個裝置的U型管中滴加飽和食鹽水，在碳棒附近滴入酚酞，觀察實驗現(xiàn)象及電流計示數(shù)的變化，記錄示數(shù);（3）在另一個裝置的U型管中滴加較濃的食醋，觀察實驗現(xiàn)象及電流計示數(shù)的變化，記錄示數(shù)。

進階式的實驗操作，提高了學生的動手能力，促進了學生對實驗的全面觀察。學生看到了電流表的變化，看到了滴入食鹽水時碳棒附近溶液變紅，看到了食醋中碳棒上氣體的生成。一系列的現(xiàn)象讓學生產生了收獲的喜悅，明白了利用知識進行猜想并利用實驗進行驗證的科學探究，真正在“做科學”中獲取知識，掌握實驗技巧，領悟化學思想，用“手巧”提升了“心靈”。

3.討論辨析，深刻理解，成就水平

觀察現(xiàn)象是揭示本質的第一步，討論辨析是探索本質的有效手段，為學生揭開了思維的一角，擁有了抵達成功的彼岸的動力。結合學習進階理論，學生的討論一方面顯示了學生的水平階段，另一發(fā)面促進了思維碰撞，大腦的劇烈運動進一步促進了學生思維水平的提升。

本質討論：通過實驗，大家清楚地看到了電流的產生，哪個是正極？哪個是負極？各自發(fā)生了什么反應？形成原電池的本質是什么？

在討論中，學生結合初中物理所學過的電流，明白了電子從負極向正極移動，得到了鐵棒做負極、碳棒做正極的結論;學生利用硫氰化鉀溶液、氯水對溶液中的離子進行了檢驗，證明了Fe2+的生成;進一步結合現(xiàn)象得出了鐵釘電化學腐蝕的本質。

金屬腐蝕本質：

（1）析氫腐蝕 負極：2Fe-4e-=2Fe2+ 正極：2H++2e-=H2↑

總反應：2Fe+2H+=Fe2++2H2↑

（2）吸氧腐蝕 負極：2Fe-4e-=2Fe2+? 正極：O2+2H2O+4e-=4OH-

總反應：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

Fe（OH）2進一步被O2氧化生成Fe（OH）3，F(xiàn)e（OH）3脫去一部分水生成Fe2O3·nH2O，它就是鐵銹的主要成分。

進階式地討論，循序漸進地推進，使學生的思維水平得到了螺旋式的上升，學生逐步了解了金屬腐蝕的本質，進而學會了創(chuàng)新，利用這一原理建立了金屬腐蝕的防護——犧牲陽極陰極保護法。這樣的學習，不僅貼近知識本質，還貼近學生的最近發(fā)展區(qū)，使學生在本有的能力內“跳一跳”，逐步提升自己的綜合水平。

4.科學評價，構建體系，融會貫通

評價體系的建立也是符合學習進階理論要求的，賞識與鼓勵是定性的評價，試題測試是定量的評價。在教學中，教師要能夠將定性評價與定量評價相結合，讓學生時時刻刻感受到來自學習的力量，激活學生心中的競爭意識。

在學習了“金屬的電化學腐蝕”之后，教師就可以利用試題的形式對學生進行定量評價，以檢測學生對知識的掌握情況，了解學生靈活運用知識的能力，幫助學生形成科學、靈活的知識網絡。

試題評價：利用如圖裝置進行實驗，開始時，a、b兩處液面相平，密封好，放置一段時間.下列說法不正確的是（? ）

A.a管發(fā)生吸氧腐蝕，b管發(fā)生析氫腐蝕

B.一段時間后，a管液面高于b管液面

C.a處溶液的pH增大，b處溶液的pH減小

D.a、b兩處具有相同的電極反應式：Fe-2e-=Fe2+

在試題的分析中，學生自動地采用進階式的思維方式，先從學過的析氫腐蝕、吸氧腐蝕進行考慮，然后結合以前所學的知識引入容器內壓強的大小，從而準確得出結論。這樣的評價方式，幫助學生清楚地了解自己的水平所在，認識了自己，塑造了一個更好的自己。

結束語

學習進階視閾下的高中化學實驗課堂，尊重了學生的心理，改變了化學學科知識零散且缺乏銜接的現(xiàn)狀，真正采用“學習進階”的方式，實現(xiàn)了明暗兩條線的融合。從明線上看，課程的推進，將初中到高中所有關于“金屬腐蝕”的相關知識編制成網，在思考、實驗、辨析及總結中獲取了知識的內涵，形成了一張科學且靈活的知識網絡;從暗線上看，關注了學生的心理，利用賞識、激勵的方式杜絕了學生的懈怠情緒，將學生的精力集中在學習上，學生的能力自然就得到了提升。當然，在實踐過程中，還會存在這樣或那樣的生成，這需要廣大教師充分結合學生的需求，在進階視閾下進行改進，以逐步完善我們的教學，全面滿足素質教育的需求，切實推進教育事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]周建秋.促進學生定量計算能力發(fā)展的“學習進階”[J].現(xiàn)代中小學教育，2018，34（10）：49 52.

[2]汪兵兵，凡廣偉，程瑤琴，等.基于任務驅動的翻轉課堂教學研究——以高中化學“金屬的電化學腐蝕”為例[J].化學教與學，2018（09）：7 11.

[3]王振，張明月，胡志剛.淺談學習進階視域下的實驗教學——以“空氣中氧氣含量的測定”為例[J].化學教學，2018（04）：50 56.

[4]許志勤，張榮.基于學習進階理論的氧化還原反應教學設計[J].化學教與學，2017（11）：75 77.

[5]徐暢.中學化學“氧化還原反應”核心概念及其學習進階研究[D].華中師范大學，2017.