基于UbD理論培養(yǎng)學(xué)考生化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

李世媛 支二娟

摘要：以UbD理論為導(dǎo)向，運(yùn)用逆向教學(xué)設(shè)計(jì)法對(duì)高一化學(xué)必修1《鐵及其重要化合物》單元的“Fe2+、Fe3+的性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化”一課進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)這一方法可以幫助教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，激發(fā)化學(xué)學(xué)考生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的理解，提高課堂教學(xué)的有效性，且為學(xué)生的表現(xiàn)性評(píng)價(jià)提供有力的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：UbD理論;元素化合物;逆向教學(xué)設(shè)計(jì);補(bǔ)鐵劑;真實(shí)問(wèn)題情境

文章編號(hào)：1008-0546（ 2019）07-0081-03

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.07.024

在新中考改革背景下化學(xué)成為了中考的一門(mén)選考科目，因此，許多初中沒(méi)有深入學(xué)習(xí)過(guò)化學(xué)的學(xué)生在高一需要繼續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)，參加高中化學(xué)學(xué)業(yè)水平考試，甚至是三年后的高考。對(duì)于需要通過(guò)高一一年時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)化學(xué)并通過(guò)學(xué)業(yè)水平考試的學(xué)考生而言，必修模塊的學(xué)習(xí)任務(wù)重且時(shí)間緊張。那么如何在有限的時(shí)間內(nèi)提升化學(xué)學(xué)考生的核心素養(yǎng)，使他們成為具有化學(xué)素養(yǎng)的合格公民呢？美國(guó)學(xué)者格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格提出了UbD（ Understanding by De-sign）理論，即“通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)，使更多的學(xué)生真正理解他們所要學(xué)習(xí)的知識(shí)[1]”，倡導(dǎo)教師幫助學(xué)生理解學(xué)科大概念，并在學(xué)生的表現(xiàn)中找到其理解的證據(jù)。筆者以這一理論為導(dǎo)向，對(duì)《必修l》模塊《鐵及其化合物》單元的“Fe2+、Fe3+的性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化”進(jìn)行了逆向教學(xué)設(shè)計(jì)的探索與實(shí)踐。

一、逆向教學(xué)設(shè)計(jì)法在《鐵及其化合物》單元教學(xué)中的應(yīng)用

格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格提出了幫助教師實(shí)現(xiàn)UbD理念的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)法，這包括以下三個(gè)階段（如圖1）：

1.確定預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果

對(duì)于無(wú)機(jī)化合物的教學(xué)來(lái)說(shuō)，其主題大概念應(yīng)該是元素觀。在必修課程階段，元素觀的發(fā)展內(nèi)涵包括：“認(rèn)識(shí)元素可以組成不同種類(lèi)的物質(zhì)，根據(jù)物質(zhì)的組成和性質(zhì)可以對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類(lèi);認(rèn)識(shí)同類(lèi)物質(zhì)具有相似的性質(zhì)，一定條件下各類(lèi)物質(zhì)可以相互轉(zhuǎn)化;認(rèn)識(shí)元素在物質(zhì)中可以具有不同價(jià)態(tài)，可通過(guò)氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)含有不同價(jià)態(tài)同種元素的物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化[2]?！被谶@些核心概念，結(jié)合我國(guó)2017年發(fā)布的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，我們把重點(diǎn)聚焦在了“鐵元素在不同物質(zhì)中的不同價(jià)態(tài)，以及通過(guò)氧化還原反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)不同價(jià)態(tài)同種元素的物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化”這一大概念上。據(jù)此，對(duì)于本單元中“Fe2+、Fe3+的性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化”這一課時(shí)的教學(xué)，筆者制定了以下預(yù)期目標(biāo)：（1）學(xué)生能夠從氧化還原的角度認(rèn)識(shí)Fe2+與Fe3+組成的物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系;（2）能夠知道Fe3+的檢驗(yàn)方法;（3）能夠設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并尋找證據(jù)證明自己的觀點(diǎn)，體會(huì)研究物質(zhì)氧化還原性質(zhì)的一般程序和方法;（4）能夠運(yùn)用化學(xué)知識(shí)分析實(shí)際問(wèn)題，科學(xué)地認(rèn)識(shí)和選擇補(bǔ)血?jiǎng)?/p>

2.確定合適的評(píng)估證據(jù)

基于UbD理論的教學(xué)設(shè)計(jì)要求教師在備課一上課一反思的過(guò)程中時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的表現(xiàn)，及時(shí)捕捉證據(jù)，證明學(xué)生對(duì)概念的理解程度。針對(duì)上述預(yù)期學(xué)習(xí)目標(biāo)，筆者列出了課堂上可以找到的證據(jù)（如表1），不僅可以幫助教師判斷學(xué)生對(duì)概念的理解程度，還可以作為綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)中學(xué)生課堂表現(xiàn)性評(píng)價(jià)的依據(jù)。

3.設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng) 學(xué)科核心素養(yǎng)指的是“本學(xué)科給予學(xué)生未來(lái)發(fā)展必備的品格和關(guān)鍵能力;是在解決復(fù)雜的不確定性的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的綜合性品質(zhì)或能力;是學(xué)科的知識(shí)和技能、過(guò)程與方法、情感、態(tài)度和價(jià)值觀的整合[3]。”為了創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，筆者對(duì)藥房在售的補(bǔ)鐵劑進(jìn)行了實(shí)際調(diào)查，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)鐵劑不僅有我們常見(jiàn)的速力菲（琥珀酸亞鐵），還有右旋糖酐鐵（一種右旋糖酐與氫氧化鐵的絡(luò)合物），也就是說(shuō)，F(xiàn)e3+與Fe2+組成的物質(zhì)都可以起到補(bǔ)鐵的作用。那么含有Fe3+或Fe2+的補(bǔ)鐵劑在化學(xué)性質(zhì)上有何不同？它們之間能不能相互轉(zhuǎn)化呢？這樣就從補(bǔ)鐵的角度造成了學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)了探究的欲望。

探究實(shí)驗(yàn)是大多數(shù)學(xué)生都喜愛(ài)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，通過(guò)選擇氧化劑與還原劑、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案以及小組合作動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅可以了解不同價(jià)態(tài)鐵的化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，而且可以將宏觀辨識(shí)與微觀探析結(jié)合起來(lái)，在尋找證據(jù)證明自己觀點(diǎn)的過(guò)程中提高證據(jù)推理能力。此外，通過(guò)鐵元素在人體內(nèi)代謝這樣的跨學(xué)科問(wèn)題的討論，不僅可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的遷移和應(yīng)用，而且可以培養(yǎng)學(xué)生分析解決不確定實(shí)際問(wèn)題的能力和敢于質(zhì)疑的品質(zhì)。

二、教學(xué)實(shí)施過(guò)程

1.創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

【PPT】展示正常人與貧血患者的血紅細(xì)胞數(shù)量差異以及人體血紅蛋白分子的結(jié)構(gòu)（如圖2、圖3）。

【教師】對(duì)于缺鐵性貧血患者來(lái)說(shuō)，要增加血紅細(xì)胞的數(shù)量，就需要補(bǔ)充鐵元素。那么常見(jiàn)的補(bǔ)鐵劑有哪些呢？

【PPT】展示補(bǔ)鐵劑速力菲和右旋糖酐鐵的圖片，以及右旋糖酐鐵的藥品成分。

【教師】為什么右旋糖酐鐵中的氫氧化鐵絡(luò)合物也可以補(bǔ)鐵？Fe3+可以轉(zhuǎn)化為Fe2+嗎？

2.探究Fe3+與Fe2+的相互轉(zhuǎn)化

【PPT】請(qǐng)根據(jù)資料卡片和所給試劑，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明Fe3+可以轉(zhuǎn)化為Fe2+。

試劑：Fe粉、FeS04溶液、FeCl3溶液、維生素C、稀硫酸、氯水、KMn04溶液、KSCN。

資料卡片

【學(xué)生活動(dòng)】小組討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

【教師】哪個(gè)小組愿意分享你們的實(shí)驗(yàn)方案？

【學(xué)生1】在試管中加入適量FeCl3溶液，滴入2滴KSCN溶液，溶液變成紅色，再加入鐵粉，紅色變淺，說(shuō)明鐵粉能將Fe3+轉(zhuǎn)化成Fe2+。

【教師】很好。我們看到試劑瓶中FeSO4溶液底部有一層灰色的鐵粉，那么鐵粉的作用是什么？

【學(xué)生2】防止Fe2+被氧化為Fe3+。

【教師】請(qǐng)根據(jù)資料卡片和所給試劑，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案證明Fe2+可以轉(zhuǎn)化為Fe3+。

【學(xué)生3】向兩支試管中滴加等量KMn04溶液，然后向其中一支滴加少量FeS04溶液，再向另外一支滴加等量的水，如果看到加FeS04溶液的試管紫色褪去，說(shuō)明FeSO4被KMn04氧化。

【教師】同學(xué)控制變量的意識(shí)都很強(qiáng)，下面請(qǐng)兩人一組完成探究實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【學(xué)生活動(dòng)】小組合作動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

【教師】巡視指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)。組織學(xué)生進(jìn)行匯報(bào)。

【實(shí)物投影】學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論。

【學(xué)生4】取兩支試管加入等量FeCl3溶液，向其中一支加維生素C粉末，再分別滴加2滴KSCN溶液，若不變紅，說(shuō)明FeCl3被維生素C還原為Fe2+。

【學(xué)生5】向FeSO4溶液中加入適量氯水，再加KSCN溶液顯紅色，證明Fe2+可以氧化為Fe3+。

【教師】大家都能找到合適的氧化劑與還原劑來(lái)實(shí)現(xiàn)不同價(jià)態(tài)鐵元素的轉(zhuǎn)化，如何讓自己的實(shí)驗(yàn)方案更嚴(yán)謹(jǐn)呢？

【學(xué)生6】向FeSO4溶液中加KSCN溶液不顯紅色，再加入少量氯水變紅色，則證明Fe2+可以氧化為Fe3+。

【教師】先加KSCN溶液就排除了原溶液中Fe3+的干擾，這位同學(xué)的證據(jù)推理能力很強(qiáng)。 【板書(shū)】

Fe2+ 還原劑（鐵粉、維生素C） Fe3+

（還原性）氧化劑（氯水、KMn04）（氧化性）

3.實(shí)際問(wèn)題分析與解決

【PPT】展示鐵元素在人體十二指腸內(nèi)的代謝過(guò)程（圖4）。

【教師】根據(jù)鐵元素在人體中的代謝過(guò)程，可以看出Fe2+可直接被人體吸收，而Fe3+則需要先被體內(nèi)的鐵硫蛋白還原為Fe2+再被人體吸收，在人體內(nèi)運(yùn)輸時(shí)Fe2+則被血漿銅藍(lán)蛋白[4]氧化為Fe3+，因此含F(xiàn)e2+的補(bǔ)鐵劑吸收效果更好，但對(duì)胃腸的刺激會(huì)比較大，因此小孩可選擇副作用較小的右旋糖酐鐵口服液。

【提問(wèn)】速力菲的藥品說(shuō)明書(shū)上寫(xiě)著結(jié)合維生素C一起服用效果更好，這是為什么？

【學(xué)生7】因?yàn)榫S生素C有還原性，可防止Fe2+被氧化，F(xiàn)e2+比Fe3+吸收效果更好。

【教師】有些燕麥片中含有還原鐵單質(zhì)，你覺(jué)得可以長(zhǎng)期食用來(lái)補(bǔ)鐵嗎？

【學(xué)生8】單質(zhì)鐵有還原性，可與胃酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Fe2+，具有一定的補(bǔ)鐵作用。

【學(xué)生9】但鐵單質(zhì)容易被空氣氧化為Fe3+，F(xiàn)e3+可轉(zhuǎn)化為Fe2+，但吸收效果相對(duì)較差。

【布置作業(yè)】什么樣的食物用作日常補(bǔ)鐵效果較好呢？請(qǐng)完成小論文——如何科學(xué)補(bǔ)鐵。

【反思小結(jié)】教師小結(jié)Fe2+與Fe3+的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，以及研究物質(zhì)氧化還原性質(zhì)的一般程序和方法。

三、教學(xué)反思

1.真實(shí)的問(wèn)題情境源自于生活

從補(bǔ)鐵劑人手來(lái)學(xué)習(xí)鐵及其化合物是許多教師常用的問(wèn)題情境，然而筆者通過(guò)到藥店的實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)了Fe3+在補(bǔ)鐵劑中的重要作用，又通過(guò)查閱生物學(xué)科文獻(xiàn)，了解到鐵元素不同價(jià)態(tài)在人體代謝過(guò)程中相互轉(zhuǎn)化的真實(shí)問(wèn)題情境。雖然面對(duì)的是多數(shù)中考未選化學(xué)的學(xué)考生，但課堂上學(xué)生表現(xiàn)出了強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。因此，要還原給學(xué)生一個(gè)真實(shí)的問(wèn)題情境，教師必須成為生活中的有心人，親身實(shí)踐，放寬眼界，挖掘本學(xué)科乃至跨學(xué)科問(wèn)題中的大概念，才能使培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)在課堂上落地生根。

2.捕捉評(píng)估證據(jù)是促進(jìn)學(xué)生理解的有效手段

本節(jié)課在探究實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師通過(guò)實(shí)物投影的方式將學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案以及得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論充分展示出來(lái)，在師生交流、生生評(píng)價(jià)中獲取了學(xué)生對(duì)氧化還原相關(guān)概念的理解證據(jù)。在分析燕麥片里還原鐵粉的補(bǔ)鐵效果的討論中，可以看到學(xué)生對(duì)鐵與胃酸的反應(yīng)很容易進(jìn)行遷移應(yīng)用，而對(duì)于鐵單質(zhì)易氧化為Fe3+則考慮不足，從而為進(jìn)一步分析鐵粉的實(shí)際補(bǔ)鐵效果造成了障礙。因此，給學(xué)生充分表達(dá)思維過(guò)程的機(jī)會(huì)，捕捉評(píng)估證據(jù)并給予及時(shí)的評(píng)價(jià)和反饋，這也給教師提供了解決學(xué)生困惑的機(jī)會(huì)，是促進(jìn)學(xué)生理解的有效手段。

3.表現(xiàn)性評(píng)價(jià)是綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)的重要形式之一

UbD理論認(rèn)為“通過(guò)設(shè)計(jì)，使概念、事實(shí)、論證或者經(jīng)驗(yàn)既闡釋事物又提出問(wèn)題時(shí)，它們就有了意義，理解才會(huì)產(chǎn)生”。因此，要對(duì)學(xué)生的理解程度進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估，僅使用常規(guī)的習(xí)題檢測(cè)是不夠的，還需要教師選取真實(shí)的開(kāi)放式的表現(xiàn)性評(píng)價(jià)方式。通過(guò)完成小論文等形式的作業(yè)，不僅可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)相關(guān)大概念的理解，同時(shí)還為學(xué)生的綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)提供了有力的評(píng)估依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰格.追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)[M].閆寒冰，宋雪蓮，賴(lài)平，譯，上海：華東師范大學(xué)出版社.2017：4

[2]普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組，普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018：104

[3]林崇德，中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究報(bào)告[J].中學(xué)教育科研，2018（3）：1

[4]閆有旺，蔡連捷，鐵的生物學(xué)功能及代謝[J].化學(xué)教學(xué)，2002（12）：40