基于CASES-T模型構建 有效課堂發(fā)展學生化學核心素養(yǎng)

徐惠

摘要：基于CASES-T模型構建高中化學選修三“配合物的形成與應用”教學的有效課堂，發(fā)展學生化學核心素養(yǎng)，示范基于CASES-T模型設計素養(yǎng)為本化學課堂的實現(xiàn)路徑。

關鍵詞：素養(yǎng)為本;教學設計;配合物;CASES-T模型

文章編號：1008-0546（ 2021 ）08-0027-06

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.202 1.08.008

一、問題的提出

2017年新修訂的《普通高中化學課程標準》（下簡稱2017版課標）要求教師在教學中開展以“素養(yǎng)為本的化學課堂教學。所謂“素養(yǎng)為本”的課堂教學就是站在化學學科的視角，將具有化學學科特質的科學觀念與科學實踐和科學思維作為發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)的突破口[1]。如何在實踐層面構建以“素養(yǎng)為本”的化學課堂就成為了一線教師必須面對的問題。

事實上，2017版課標回答了如何在實踐教學中構建“素養(yǎng)為本”的化學課堂的問題。2017版課標在呈現(xiàn)課程內容時每一主題內容均提出了“內容要求”“教學提示”和“學業(yè)要求”等3個構成部分。其中“學業(yè)要求”是預計學生在學習相應教學內容后所能體現(xiàn)出的素養(yǎng)表現(xiàn)要求;而“內容要求”則明確了學生學習哪些內容，這些內容是培養(yǎng)學生素養(yǎng)的學習載體，學生借助于學習這些內容而達到最終的素養(yǎng)要求。在“內容要求”和“學業(yè)要求”之間2017版新課標提出了“教學提示”其中又具體包括：“教學策略”“學習活動建議”以及“情境素材建議”等三項。結合具體的課堂教學實踐“教學情境”決定了學生在什么氛圍下學習教學，“教學活動”決定了學生通過什么方式學習，“教學策略”則決定了怎樣才能學得更好的問題。此外只有借助于評價才知道學生學得怎么樣，是否達成了教學的目標要求。

內容（ Content）、活動（Activity）、策略（Strategy）、評價（Evaluation）、情境（Situation）成為了化學課堂的核心構成5要素，只有這5要素構建整體系統(tǒng)、發(fā)揮系統(tǒng)作用才能實現(xiàn)素養(yǎng)為本的整體目標（Target）。鄭長龍等專家認為這課堂構成五要素之間的CASES-T模型表征了2017版新課標所倡導的化學課堂教學系統(tǒng)構造（如圖1）[2]?；贑ASES-T模型，通過對內容、活動、策略、情境以及評價等進行合理的設計整合所設計出的課堂可以有效達成“素養(yǎng)為本”的教學目標。如何在實際課堂教學巾基于CASES-T模型，整合好教學內容、教學活動、教學情境、教學評價和教學策略最終為教學目標服務？教學一線的不斷嘗試的教學實踐活動豐富和發(fā)展CASES-T模型的內涵，下文以“配合物的形成與應用”一課的課堂教學設計為例，闡述基于CASES-T模型構建以“素養(yǎng)為本”的有效課堂的實踐路徑。

二、“配合物的形成與應用”教學設計

1.內容分析與目標追求

CASES-T模型巾，教學內容（Content）是素養(yǎng)培養(yǎng)的載體，立足于素養(yǎng)培養(yǎng)的教學應從教學內容出發(fā)制定素養(yǎng)化的教學目標。

課程標準中“配合物”相關的內容要求為：“知道配位鍵的特點，認識簡單的配位化合物的成鍵特征，了解配位化合物的存在與應用”。如何通過這些教學內容制定素養(yǎng)化的教學目標？配合物在實際生活中應用廣泛，從治療癌癥的特效配合物的發(fā)現(xiàn)與應用作為起點，從化學史實以及生活走進化學，可以使得化學更貼近學生，從應用到物質性質、性質體現(xiàn)結構正是“宏觀辨識與微觀探析”核心素養(yǎng)的體現(xiàn);同時配合物應用于癌癥的治療也正是“發(fā)展學生科學精神與社會責任”的重要素材。從制備簡單的配合物的實驗人手探究一般配合物的簡單性質又可以發(fā)展學生證據(jù)推理、模型認知和實驗探究與創(chuàng)新意識等核心素養(yǎng)。實驗探究配合物的配位平衡還可以發(fā)展學生的變化觀念與平衡思想。鑒于此，本教學設計整合現(xiàn)行3種版本教材相關內容，制定針對素養(yǎng)發(fā)展的教學目標，并依據(jù)教學目標創(chuàng)設教學情境、設計教學活動、結合評價運用恰當?shù)慕虒W策略組織教學。

2.教學過程

【教學情境創(chuàng)設】講述1961年美國物理學家羅斯伯格（B.Rosenberg）受聘前往密西根大學成立生物物理學系，物理學家跨界進人生物學界后受植物有絲分裂圖片（圖2）與物理學電磁線（圖3）相似的啟發(fā)，設計實驗，利用穩(wěn)定Pt電極研究電磁能對細胞生長的影響。從而在Pt電極發(fā)現(xiàn)一種能夠對細胞生長產生影響的物質順鉑-Pt（NH3）2Cl2，并最終將其應用于癌癥治療的故事[3]。并指出這種物質的組成和我們之前所學物質不同，Pt（ NH3）2Cl2是一種配合物。進而明確學習主題——配合物的形成與應用。

從科學家的故事人手創(chuàng)設配合物的學習情境，除了激發(fā)學生興趣之外還在于故事此處提出的配合物Pt（NH3）2Cl2也是貫穿整節(jié)課的教學線索，用以串起整節(jié)課的教學內容。

教師講述，研究配合物可以直接選擇Pt（ NH3）2Cl2作為研究對象，但該物質限于條件并不易得，故選擇從身邊的物質開始實驗探究，實驗室可用常見藥品制備配合物。

【教學任務1】配合物的制備實驗探究與分析

教師取2mL O.lmol/L CuSO4溶液，往其中逐滴滴加濃氨水，觀察現(xiàn)象并記錄，請學生寫出對應方程式，并提出問題：“深藍色物質是CuSO4中誰生成？Cu2+還是？”從熟悉的實驗人手引入具有認知沖突的新現(xiàn)象，引發(fā)學生思考。學生在教師引導下寫出沉淀反應的化學方程式：CuSO4+2NH3.H20一Cu（ OH）2↓+2（NH4）.S04通過書寫，將化學現(xiàn)象轉化為化學符號表征。

教師繼續(xù)取2mL O.lmol/L Cu （N03）2溶液、2mLO.lmol/L CuSO4溶液，分別往其中逐滴滴加濃氨水，引導學生觀察現(xiàn)象并記錄，通過實驗滲透實驗控制變量思想。

師生通過上述三組實驗現(xiàn)象分析，可知藍色物質由Cu2+生成。但仍需確認，在藍色物質生成過程中，S04-是否參與，應如何設計實驗證明？引導學生進一步思考培養(yǎng)學生證據(jù)意識。

教師再往“深藍色溶液中加入BaCl2溶液”，溶液出現(xiàn)白色沉淀，證明S04-游離于溶液，未參與藍色物質的生成。引導思考Cu2+參與了藍色物質生成，那生成的藍色物質中，Cu2+離子去了哪里？是否能夠電離于溶液中，生成的藍色物質中，Cu2+是否仍然游離在溶液中？

師生討論基礎上再“往生成藍色物質的溶液中繼續(xù)滴加NaOH溶液，觀察有無藍色沉淀出現(xiàn)”，結果發(fā)現(xiàn)無藍色沉淀生成。

師生在分析上述探究實驗結果后總結歸納結論一Cu2+參與藍色物質生成，且生成的物質中Cu2+被牢固束縛。此處層層深入的實驗探究引導學生從實驗角度逐步認識新生成藍色物質的組成，為理性分析奠定感性基礎。且Cu2+不能大量游離的性質揭示也為后續(xù)分析配合物電離性質做鋪墊。

教師講解，上述實驗活動獲知NH3與Cu2+形成了新微粒，該微粒中Cu2+被緊緊束縛，且S04-未參與其中，該微粒只可能是NH3與Cu2+結合，通過后續(xù)測定發(fā)現(xiàn)該微粒組成為[Cu（NH3）4]2+并展示如圖4所示結構圖。實現(xiàn)從實驗現(xiàn)象到微觀結構的勾連，實現(xiàn)了從宏觀辨識到微觀的探析。進而教師引導學生寫出CuSO4一次性與過量氨水反應離子方程式：Cu2++4NH3= [Cu（NH3）4]2+，又一次將實驗現(xiàn)象轉化為化學符號表征，從理性角度深入認知物質的轉化。

【教學任務2】配合物形成的理論分析

教師提出系列問題：Cu2+為什么能與NH3形成[Cu（NH3）4] 2+？從化學鍵角度分析[Cu （NH3）4]2+中Cu2+與NH3如何結合？Cu2+、NH3之間的作用是否離子鍵？是否金屬鍵？通過討論最終將這種作用定位為共價鍵，再從Cu2+價電子排布[Ar]3d9分析Cu2+是否可以以常規(guī)共價鍵形式與NH3分子結合？進而引導學生思考特殊的共價鍵形式——配位鍵。再在討論的基礎上引導學生以NH3分子與H+結合成NH4+為例復習配位鍵的形成。

接著回顧：（1）配位鍵的成鍵條件：A：提供孤對電子（配位體）;B：提供能量相近的空軌道

（2）配位鍵的表達方式：A→B。

通過討論，復習所學有關價鍵理論，建立新知與舊知的聯(lián)系，為新知學習做好鋪墊。

在復習的基礎上，教師再次引導學生思考并解決系列問題：（1）Cu2+與NH3之間是否可以通過配位鍵結合？（2）形成配位鍵時，誰提供空軌道？誰提供孤對電子？（3）在[Cu（NH3）4]2+結構示意圖中表達出[Cu（NH3）4]2+中的配位鍵形成情況。

層層遞進的問題將教學任務問題化，且推進引導學生思維逐步向前發(fā)展，最后教師再強調此類配位鍵正是配合物與其它物質最本質的區(qū)別，此時配位化合物的概念呼之欲出。

【教學任務3】配合物的概念界定與組成分析

教師引導，[Cu（NH3）4]2+中金屬離子與NH3這樣的物質形成特殊的配位鍵是我們把[Cu（NH3）4]2+界定為配合物的關鍵原因，能否根據(jù)此信息給配合物下個定義？引導學生思考并補充完成圖5中橫線上內容的填空。

在明確配合物定義后，教師回顧之前制備配合物的實驗，CuSO4與過量氨水時發(fā)現(xiàn)生成[Cu（NH3）4]2+，溶液中有SO 2-4，生成的配合物可以完整書寫為[Cu（NH3）4]SO4，該物質在水巾能電離出[Cu（NH3）4]2+、SO2- 4一兩種離子，可以表示為：[Cu（ NH3）4] SO4=

，這里生成的完整配合物應是[ Cu（ NH3）4]SO4，那[Cu（ NH3）4]2+與

一對于[ Cu （NH3）4]SO4又是怎樣的存在？且配合物組成相對于一般物質比較復雜，它們的具體組成還可以如何細分呢？引導學生思考并閱讀教材相應內容，通過閱讀深入理解配合物的組成。學生通過閱讀后分析配合物[Cu（NH3）4]SO4，理解配合物組成的各個細節(jié)，如圖6所示。隨后教師再引導學生從配合物組成的各個部分進行進一步的拓展與總結。

總結l——配合物的性質

電離性質：外界易電離、內界難電離：如[Cu（NH3）3]SO4=[Cu（NH3）4]2++S0 2-4

總結2——配合物組成

中心原子（離子）：能夠接受孤電子對的離子或原子，多為過渡金屬元素的離子或原子以及部分主族元素。（如：Cu2+，Ag+，F(xiàn)e3+，F(xiàn)e，Ni，Al、P等）

配位體：提供孤電子對的分子或離子（如：X一，OH-，H20，NH3，CO，CN-）。

配位原子：配位體中提供孤電子對的原子（如：X、O、S、N、P等）。

配位數(shù)：實際與中心原子（離子）以配位鍵結合的原子個數(shù)。

此處簡單概念通過引導學生閱讀教材進行學習，既培養(yǎng)學生科學閱讀能力，也能發(fā)揮教材作用，引導學生回歸書本立足基礎。[Cu（NH3）4]SO4組成分析到配合物一般組成的歸納，促使學生認知從個別到一般的提升。

教學過程中的適時反饋與評價有助于教師適時判斷學生是否存在迷思概念，在配合物組成分析完畢，勢必有學生的理解是不到位的，適時進行有效評價對教學行為就顯得尤其重要。此時教師可再提出問題：依據(jù)概念分析[Cu（H2N-CH2-CH2-NH2）2]2+配位數(shù)為幾？當學生困惑時適時展現(xiàn)出該微粒的結構如圖7，明確“實際與中心原子（離子）以配位鍵結合的原子個數(shù)”為配位數(shù)，[Cu（H2N-CH2-CH2-NH2）2]2+配位數(shù)為4。

概念是否正確建立，需要在具體物質的識別判斷中不斷強化，新知識也只有不斷納入舊的學生原有的知識系統(tǒng)中才能逐漸建構發(fā)展，對于配合物的知識也是一樣。教師根據(jù)配合物一般組成以及與一般化合物的本質區(qū)別引導學生通過對比分析搜索整個高中階段所學習過的物質，思考學過的物質巾哪些可能是配合物？在回顧與思考中，學生可以逐一列舉出[Ag（NH3）2]OH、Na3[AIF6]、Fe（SCN）3，三種物質，教師引導學生填寫表1，通過練習鞏固所學概念，將學生已有知識納入新的概念范疇的做法，可以使知識系統(tǒng)化。

在學生分析上述三種配合物之后，教師進一步引導學生從組成角度分析填寫表2。在完成上述兩表內容以后，可及時引導學生總結出如下幾點：（1）配合物巾，可以是配陽離子也可以是配陰離子、也可以是配分子;（2）配分子沒有外界（Pt（ NH3）2Cl2）;（3）-種配合物中可以有多種配體;（4）同種的配體、中心原子可以形成不同配合物。從更加深入的層次強化了學生對于配合物概念的理解。

此處Pt（ NH3）2Cl2的分析，呼應本課初始設置的情境使得教學內容一脈相承，而選取具有概括意義的典型配合物進行分析，既可充分鞏固所學有關配合物概念，同時也為后續(xù)學習配合物的結構問題埋下伏筆。完成上述兩表，通過及時的反饋與評價修正教學行為，促進教學目標的達成，適時體現(xiàn)了評價對于教學的重要性。

【教學任務4】配合物的性質探討

上述分析的最后兩種配合物中，同樣的中心原子C03+，同樣的配體NH3、Cl-，卻形成了不同的兩種配合物，這兩種配合物品體[Co（NH3）6]Cl3和[Co（NH3）5Cl]Cl2，展示圖片顯示一種為橙黃色，另一種為紫紅色，提出問題如何設計實驗方案將這兩種配合物區(qū)別開來？在學生進行討論的過程中教師可引導學生注重定量實驗方案設計的一般方法。學生嘗試解決此問題的過程，是“配合物內界難電離，外界易電離的性質”的應用，也是本節(jié)課學習內容掌握的及時反饋與評價。

教師進一步提出C03+的配合物的美麗顏色打動了人，課上所用的CuSO4溶液也有漂亮的藍色，可是新的問題也出現(xiàn)了，無水硫酸銅為白色固體，硫酸鈉也是白色固體，那么硫酸銅溶液為什么是藍色的呢？具有思維沖突的問題再次促使學生深入思考。

教師可引導學生思考硫酸銅溶液中存在的Cu2+與H2O分子之間可能的作用，進而分析硫酸銅溶液巾的藍色為[Cu（H2O）4]2+所表現(xiàn)出的顏色，適時展示[Cu（H20）4]“的微觀結構圖如圖8，再次強化宏觀與微觀的聯(lián)系。

分析CuSO4溶液的藍色后，可再次引導學生回憶無水CuCl2的顏色為何？結合高一知識學生可知，CuCl2為棕黃色。教師展示一瓶濃CuCl2溶液為綠色，介紹溶液中存在棕黃色[CuCl4]2-請學生嘗試分析為什么CuCl2溶液為綠色，師生共同進行系列實驗探究。

實驗（l）：往綠色CuCl2溶液中逐漸加水稀釋至溶液為藍色（圖9-10）。

實驗（2）：向藍色的氯化銅溶液中加一藥匙NaCl固體觀察顏色，再向加過NaCl固體的溶液中加水（圖11）。

基于上述實驗所呈現(xiàn)的證據(jù)，可以分析出配合物具有怎樣的性質？在教師的引導下，學生不難發(fā)現(xiàn)，CuCl2溶液中存在[Cu（H20）4]2++4Cl

[CuCl4]2-+4H20的平衡，配合物內界的中心離子和配體之間是配位鍵，但配合物內界仍是可以電離的，只是電離微弱而可逆。此處通過實驗展現(xiàn)出配合物的配位平衡，不僅讓學生對于配合物的性質有了更清晰全面的了解，也培養(yǎng)了學生的變化觀念與平衡思想。

【教學任務5】配合物結構的異構分析

物質的性質反映的是物質的結構，理解了配合物的一般性質后，我們能夠把目光重新回到我們一開始就提到的配合物——Pt（ NH3）2Cl2，能否嘗試用球棍搭出Pt（ NH3）2Cl2的結構模型？學生通過動手活動可以搭出如圖12兩種結構，兩種結構為同分異構體。

講述當年美國物理學家羅斯伯格在研究時同時發(fā)現(xiàn)了兩種Pt（ NH3）2Cl2分子，但這兩種分子中一種是棕黃色極性分子，有抗癌性，另一種是淡黃色非極性分子，無抗癌性，請利用所學的物質結構知識分析，上述哪一結構具有抗癌性。學生應用本單元所學分子結構相關知識不難得出“順鉑”為具有抗癌性的分子。

此處學生通過動手活動搭建出Pt（ NH3）2Cl2的兩種結構，強化了學生的學習參與，也使得配合物的同分異構現(xiàn)象更為直觀可見，且不同結構的物質展現(xiàn)出不同的性質，進一步強化了學生“結構決定性質”的基本的化學學科思維。且本課的教學，行將至此，又一次回到了初始設定的教學情境，做到了整個教學情境有始有終，教學情境能夠為教學目標達成服務，教學情境才是有價值的。

【教學總結與回顧】這一節(jié)課的學習，通過共同研討學習了（l）配合物不同尋常的成鍵方式（2）配合物有著豐富的結構（3）配合物也悠著獨特的性質，這些必然決定配位化合物在各個層面有著神奇的用途，如“順鉑”可以用于治療癌癥，其實配合物還有很多用途，下節(jié)課繼續(xù)探討。總結教學，承上啟下，教學情境也做到首尾呼應。

三、CASES-T模型應用于教學設計的思考

通過上文的詳細敘述，我們不難看出基于CAS-ES-T模型的“配合物的形成與應用”一課的教學設計首先從核心素養(yǎng)培養(yǎng)角度解析本節(jié)課的教學目標，做到教學目標的“素養(yǎng)化”指向，然后分析教學內容，尋求信息資源匹配到真實且有意義的著名配合物“順鉑”的發(fā)現(xiàn)和利用歷史，將其設計成貫穿整節(jié)課的教學情境，讓學生在啟發(fā)且趣味的情境巾學習，“真實的情境”是設計發(fā)展學生化學核心素養(yǎng)課堂重要的要素。教學內容如何在整個教學情境中貫穿也是重要的，本課的設計將教學內容進行了“任務化”分解與協(xié)同，整節(jié)課按照“配合物相關知識”獲得的邏輯順序將教學內容“分解”成“配合物的制備實驗探究與分析”“配合物形成的理論分析”“配合物的概念界定與組成分析”“配合物的性質探討”“配合物結構的異構分析”等五個思維關聯(lián)的教學任務，五個教學任務層層遞進，層次分明，任務的逐一解決過程也是教學目標達成的過程。而在每個教學任務的完成過程中，實施的是具體的教學活動，構建以“素養(yǎng)”為根本目標追求的教學課堂，教學活動必須是多樣化的，“實驗探究”“對話與討論”“教材閱讀““提問與回答”“模型搭建”……等豐富的活動拓展了知識的獲得路徑、愉快了學習的過程、提升了學習的目標達成度。至于在什么時候組織怎樣的教學活動，屬于教學策略層面是教師個人教學智慧的體現(xiàn)，以“素養(yǎng)”為目標導向的教學中，教師在不斷思考與提升中，不斷調整教學策略，靈活的策略使得課堂有著更多的靈動，且教師的策略選擇應注意化學學科“變化與平衡”“結構決定性質”“宏微結合”等核心思維方式的培養(yǎng)，只有將基本化學思想融入教學，才能最終在學生思想巾成長。此外，課堂教學巾適時的教學評價可以即時反饋教學的效果，以“素養(yǎng)為本”的課堂，教學評價適時納入到教學活動中，適時成為教師巧妙的教學策略。

基于CASES-T模型為“素養(yǎng)為本”的教學課堂設計提供了具有操作意義的設計路徑。教學目標素養(yǎng)化、教學情境真實化、教學內容任務化、教學活動多樣化、教學評價適時化、教學策略智慧化成就發(fā)展學生素養(yǎng)的化學課堂。

參考文獻

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本文系江蘇教育科學規(guī)劃課題“基于真實問題的學生化學素養(yǎng)評價研究”（編號D/2016/02/24）研究成果。