促進(jìn)學(xué)科能力發(fā)展的“配合物”教學(xué)研究

王星喬，張金水，陳孝娜，滕瑛巧

摘要： 以學(xué)科能力框架為理論依據(jù)，對“配合物”教學(xué)單元進(jìn)行分析，從研究對象和化學(xué)問題、能力活動任務(wù)類型、知識基礎(chǔ)、認(rèn)識方式四個維度構(gòu)建“配合物”教學(xué)單元的學(xué)科能力模型，制定學(xué)科能力發(fā)展目標(biāo)，設(shè)計以學(xué)科能力為導(dǎo)向的教學(xué)方案。通過教學(xué)實(shí)驗(yàn)和前、后測的數(shù)據(jù)分析，證實(shí)基于學(xué)科能力的教學(xué)改進(jìn)有利于農(nóng)村學(xué)校學(xué)生學(xué)科能力的發(fā)展，提出教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)有層次、有梯度地發(fā)展農(nóng)村學(xué)校學(xué)生化學(xué)學(xué)科能力。

關(guān)鍵詞： 學(xué)科能力； 配合物； 教學(xué)改進(jìn)； 農(nóng)村學(xué)校

文章編號： 1005-6629（2023）02-0042-07? ??中圖分類號： G633.8? ??文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1? 問題的提出

“配合物”在《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊中占有重要地位。從學(xué)生認(rèn)識發(fā)展價值來看，配位鍵是一種特殊的共價鍵，對共價鍵的成鍵實(shí)質(zhì)與特征的認(rèn)識、全面了解微觀原子的相互作用具有重要價值；從學(xué)科本體、社會應(yīng)用價值來看，配位化學(xué)已成為化學(xué)領(lǐng)域中的重要分支學(xué)科，配合物在催化合成、分析分離、濕法冶金、環(huán)境保護(hù)和藥物化學(xué)等方面具有廣泛的應(yīng)用［1］。

通過文獻(xiàn)檢索，現(xiàn)有與配合物相關(guān)的教學(xué)研究主要有以下幾種類型［2，3］：（1）探討如何在化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的指導(dǎo)下引導(dǎo)學(xué)生更好地進(jìn)行配合物知識的學(xué)習(xí)；（2）通過配合物晶體制備實(shí)驗(yàn)研究，探索試劑濃度和用量對制備銅氨配合物晶體的影響。根據(jù)已有的文獻(xiàn)來看，尚無以學(xué)科能力發(fā)展為視角、以農(nóng)村學(xué)校學(xué)生為對象開展“配合物”的教學(xué)研究。

2? 研究任務(wù)

本研究以王磊提出的“學(xué)習(xí)理解、應(yīng)用實(shí)踐、遷移創(chuàng)新”學(xué)科能力框架為理論依據(jù)（以下簡稱“3×3四維”學(xué)科能力模型）［4］，制定“配合物”教學(xué)單元的學(xué)科能力發(fā)展目標(biāo)；依據(jù)發(fā)展目標(biāo)開發(fā)相應(yīng)的測評工具，進(jìn)而設(shè)計以學(xué)科能力為導(dǎo)向的“配合物”教學(xué)方案；基于試教、研討改進(jìn)教學(xué)設(shè)計，并通過課堂觀察以及對實(shí)驗(yàn)班和對照班學(xué)生學(xué)科能力發(fā)展情況的測查分析，獲得學(xué)生學(xué)科能力發(fā)展的實(shí)踐證據(jù)。本研究實(shí)踐學(xué)校為寧波市某農(nóng)村學(xué)校，選取的實(shí)驗(yàn)班與對照班為同一教師任教的平行班，學(xué)生組成無明顯差異。

3? 研究內(nèi)容

3.1? 構(gòu)建學(xué)科能力模型

運(yùn)用“3×3四維”學(xué)科能力模型對“配合物”教學(xué)單元進(jìn)行分析，從研究對象和化學(xué)問題、能力活動任務(wù)類型、知識基礎(chǔ)、認(rèn)識方式四個維度構(gòu)建“配合物”教學(xué)單元的學(xué)科能力模型［5］。課程內(nèi)容是人們在不同階段對某一認(rèn)識域的認(rèn)識結(jié)果，因此，可以通過對課程標(biāo)準(zhǔn)、教材內(nèi)容的文本分析提煉相應(yīng)的研究對象和化學(xué)問題、知識基礎(chǔ)、認(rèn)識方式等［6］。

首先分析《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中對“配合物”教學(xué)單元的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求［7］，進(jìn)而比較三種不同版本教材中涉及“配合物”教學(xué)單元的顯性知識、隱性知識，具體如表1所示。

通過分析可見，配位鍵和配合物是本單元的核心知識也是認(rèn)識角度；配位鍵的形成條件及特征，配合物的概念及組成結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、應(yīng)用與制備等內(nèi)容具有一定的穩(wěn)定性，是“配合物”學(xué)習(xí)單元的研究對象和化學(xué)問題。依據(jù)“3×3四維”學(xué)科能力模型，構(gòu)建“配合物”學(xué)習(xí)單元的學(xué)科能力模型，如圖1所示。

3.2? 制定學(xué)科能力發(fā)展目標(biāo)

將學(xué)科能力模型中四個維度進(jìn)行連接組合，結(jié)合王磊教授團(tuán)隊(duì)的研究成果［8］，制定“配合物”主題學(xué)科能力的發(fā)展目標(biāo)（學(xué)習(xí)表現(xiàn)指標(biāo)），如表2所示。課題組就能力發(fā)展目標(biāo)咨詢多位名優(yōu)教師意見，他們認(rèn)為學(xué)習(xí)表現(xiàn)指標(biāo)描述清晰、內(nèi)容完備，對課堂教學(xué)、教學(xué)評價具有極大的參考價值。

3.3? 基于前測明確教學(xué)改進(jìn)關(guān)鍵點(diǎn)、發(fā)展點(diǎn)

依據(jù)“配合物”學(xué)科能力模型，結(jié)合學(xué)科能力發(fā)展目標(biāo)，開發(fā)測試工具，以診斷學(xué)生對于配合物知識的掌握情況及能力表現(xiàn)現(xiàn)狀。在試題命制過程中項(xiàng)目組對每道試題進(jìn)行精心研磨，以確保試題的效度；在試題設(shè)置上，覆蓋全部的學(xué)科能力要素，且每個學(xué)科能力要素命制了多道試題進(jìn)行考查。在制定評分標(biāo)準(zhǔn)時，首先保證答案與學(xué)科能力指標(biāo)保持一致，即只有達(dá)到與學(xué)科能力指標(biāo)水平一致的答案才能得分；其次，有些試題不同的答案所反映的能力水平不同，則依據(jù)能力的高低賦以不同的分值，即分級評分［9］，試題及評分標(biāo)準(zhǔn)樣例見表3。

由于是新授課，測試之前給所有學(xué)生30min時間讓他們借助教材等學(xué)習(xí)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，以便了解學(xué)生的現(xiàn)有水平。前測數(shù)據(jù)表明，測評試題信度為0.842，達(dá)到較理想的水平。前測中實(shí)驗(yàn)班和對照班在各項(xiàng)能力要素上的得分率如圖2所示。

教學(xué)前測顯示，實(shí)驗(yàn)班總體得分率達(dá)到44%，對照班總體得分率達(dá)到42.2%。通過自主學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)班、對照班學(xué)生在A1能力要素上的得分率分別達(dá)到77.08%、 81.73%，說明學(xué)生能夠辨識配位鍵、配合物的基本概念；實(shí)驗(yàn)班、對照班學(xué)生在B2能力要素上的得分率分別達(dá)到65.10%、 69.23%，說明學(xué)生基本能夠依據(jù)原子結(jié)構(gòu)推測配位鍵的形成。但是學(xué)生在A2、 A3、B1、 B3、 C1等各項(xiàng)能力要素上的得分率偏低，由此本次教學(xué)改進(jìn)的關(guān)鍵點(diǎn)、發(fā)展點(diǎn)設(shè)定為：能概括簡單配位鍵的形成實(shí)質(zhì)及其條件；能以銨根離子、銀氨離子、銅氨離子為例，說明配位鍵是如何形成的；判斷簡單陌生配合物的組成結(jié)構(gòu)，利用配位鍵理論解釋某些反應(yīng)的發(fā)生或某些配合物的形成及其應(yīng)用；能設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案證明常見配離子的存在，依據(jù)實(shí)驗(yàn)說明論證配合物的穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)化關(guān)系。

3.4? 教學(xué)改進(jìn)過程

3.4.1? 原始教學(xué)設(shè)計

在對對照班和實(shí)驗(yàn)班完成前測后，授課教師根據(jù)原始教學(xué)設(shè)計在對照班展開“配合物”主題教學(xué)，具體見表4。

該教學(xué)設(shè)計體現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)的特點(diǎn)，教師將重點(diǎn)放在配位鍵和配合物等概念認(rèn)知和相關(guān)表征上，課堂活動以教師講述、演示和學(xué)生練習(xí)為主，無法有效促進(jìn)B1、 B2、 B3等學(xué)科能力的發(fā)展。

3.4.2? 基于學(xué)科能力的教學(xué)設(shè)計

結(jié)合“配合物”主題學(xué)科能力發(fā)展目標(biāo)，授課教師完成教學(xué)設(shè)計并進(jìn)行了試教，具體見表5。

整節(jié)課通過創(chuàng)設(shè)情境、實(shí)驗(yàn)輔助、問題驅(qū)動等形式幫助學(xué)生理解、掌握相關(guān)知識，發(fā)展學(xué)科能力。通過研討、試講，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)以下問題：B2、 B3能力要素在教學(xué)設(shè)計中未體現(xiàn)；整節(jié)課情境素材過多，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)知超負(fù)荷；問題指向性不夠明確，例如“氨水為何能夠溶解氫氧化銅”學(xué)生不知道從哪個角度入手作答；由于是演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生沒有很好地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，因而課堂參與度不夠高。

3.4.3? 基于證據(jù)的教學(xué)改進(jìn)

基于前測數(shù)據(jù)確定的教學(xué)改進(jìn)關(guān)鍵點(diǎn)、發(fā)展點(diǎn)以及試教后的研討，主要從以下幾方面加以改進(jìn)：（1）增設(shè)B2、 B3相關(guān)的能力活動，例如要求學(xué)生判斷“在H+、 H2O、 F-、 Cu2+、 Ag+、 NH3、 CN-、 Fe3+、 Al3+、 CO中，哪些可以提供孤對電子，哪些可以提供空軌道”“生成的［Cu（NH3）4］2+能否電離出Cu2+？請?jiān)O(shè)計簡單實(shí)驗(yàn)加以證明”等；（2）強(qiáng)化學(xué)科能力發(fā)展點(diǎn)，例如在最后一環(huán)節(jié)中增加“問題解決”，要求學(xué)生從微觀結(jié)構(gòu)分析問題“CuSO4·5H2O晶體為何呈現(xiàn)藍(lán)色”以此來發(fā)展B1能力要素；（3）優(yōu)化教學(xué)細(xì)節(jié)，刪除“王水溶金”“CO中毒”等情境素材，將銅氨溶液制備演示實(shí)驗(yàn)改成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，提供問題思考角度，如“藍(lán)色沉淀是什么？從沉淀溶解平衡角度分析溶解的原因”“從結(jié)構(gòu)角度分析，為什么Cu2+與NH3形成的配位鍵比Cu2+與H2O形成的配位鍵強(qiáng)”。改進(jìn)后的教學(xué)設(shè)計見表6。

4? 教學(xué)改進(jìn)效果

教學(xué)結(jié)束后，我們對實(shí)驗(yàn)班和對照班學(xué)生進(jìn)行了能力表現(xiàn)后測。

4.1? 實(shí)驗(yàn)班前后測能力發(fā)展情況

實(shí)驗(yàn)班前后測各能力要素得分率情況如圖3所示。由圖可知，通過基于學(xué)科能力的教學(xué)改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生在后測時各能力要素有了明顯進(jìn)步，尤其是在A2概括關(guān)聯(lián)、B1分析解釋、B3簡單設(shè)計、C1復(fù)雜推理等能力要素上后測較前測有較大程度的提升。

4.2? 實(shí)驗(yàn)班、對照班前后測能力發(fā)展情況

在本研究中，我們設(shè)立了對照班，并使用常規(guī)教學(xué)設(shè)計進(jìn)行教學(xué)，同樣也經(jīng)過了前后測。實(shí)驗(yàn)班和對照班前后測各項(xiàng)能力表現(xiàn)發(fā)展情況如表7所示。

教學(xué)前測顯示，對照班與實(shí)驗(yàn)班總體得分率相近，兩個班級沒有顯著性差異；在各項(xiàng)能力要素得分率上，除了C1復(fù)雜推理，其余沒有顯著差異。能力要素C1要求高，本節(jié)新授課前學(xué)生無法達(dá)到學(xué)科能力的目標(biāo)要求，前測時得分率過低，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生得分率明顯高于對照班，可能原因是實(shí)驗(yàn)班有部分學(xué)生提前預(yù)習(xí)或接觸過該類試題。通過常規(guī)教學(xué)，對照班的學(xué)生在各項(xiàng)能力要素上也得到了較大程度的提高，說明常規(guī)教學(xué)對能力發(fā)展也是有作用的。后測數(shù)據(jù)顯示，實(shí)驗(yàn)班與對照班在總體得分率上存在顯著差異；在各項(xiàng)能力要素得分率上，實(shí)驗(yàn)班較對照班在A2概括關(guān)聯(lián)、A3說明論證、B1分析解釋、B2推理預(yù)測等能力要素上得到不同程度的提升，其中A3說明論證、B1分析解釋這兩項(xiàng)得分率存在明顯差異。

總體來看，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生通過基于學(xué)科能力的教學(xué)改進(jìn)，在學(xué)科能力表現(xiàn)上有較明顯的提升，初步建立了宏微結(jié)合認(rèn)識角度，說明論證、分析解釋更加清晰。但學(xué)生在A3說明論證、B3簡單設(shè)計、C1復(fù)雜推理等能力要素上得分率仍偏低，說明分析思路還不夠穩(wěn)固，處理復(fù)雜問題能力還有待提升。

5? 結(jié)論與啟示

本研究運(yùn)用“3×3四維”學(xué)科能力模型對“配合物”教學(xué)單元進(jìn)行分析，從研究對象和化學(xué)問題、能力活動任務(wù)類型、知識基礎(chǔ)、認(rèn)識方式四個維度構(gòu)建“配合物”教學(xué)單元的學(xué)科能力模型，制定了“配合物”主題的學(xué)科能力發(fā)展目標(biāo)，進(jìn)而設(shè)計了學(xué)科能力為導(dǎo)向的“配合物”教學(xué)實(shí)施方案。通過教學(xué)實(shí)驗(yàn)和前后測數(shù)據(jù)的分析，證實(shí)了基于學(xué)科能力的教學(xué)改進(jìn)同樣有利于農(nóng)村學(xué)校學(xué)生學(xué)科能力的發(fā)展。具體操作流程詳見圖4。

回顧整個研究歷程，有以下幾點(diǎn)啟示：

第一，構(gòu)建學(xué)科能力模型、制定學(xué)科能力發(fā)展目標(biāo)的基礎(chǔ)在于對教學(xué)內(nèi)容本體的研究。教師可以通過對課程標(biāo)準(zhǔn)、不同版本教材文本的分析提煉出相關(guān)主題穩(wěn)定的研究對象和化學(xué)問題、知識基礎(chǔ)、認(rèn)識方式等，這是至關(guān)重要的基礎(chǔ)。

第二，基于學(xué)科能力發(fā)展目標(biāo)改進(jìn)教學(xué)確保了教學(xué)評的精準(zhǔn)性和一致性。常規(guī)教學(xué)中教師主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定教學(xué)的重難點(diǎn)，而在本研究中基于學(xué)科能力發(fā)展

目標(biāo)研制了測評試題，利用測評數(shù)據(jù)確定教學(xué)改進(jìn)的關(guān)鍵點(diǎn)和發(fā)展點(diǎn)，使得教學(xué)定位更加精準(zhǔn)。此外，以學(xué)科能力發(fā)展目標(biāo)為依據(jù)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計使得課堂教學(xué)活動任務(wù)更加有效。與對照班相比，實(shí)驗(yàn)班的課堂教學(xué)增設(shè)了學(xué)生自主分析四氨合銅配離子的形成過程、微觀結(jié)構(gòu)分析CuSO4·5H2O晶體呈現(xiàn)藍(lán)色的原因等的說明論證、分析解釋類任務(wù)，測試結(jié)果表明相關(guān)能力得到了有效發(fā)展。

第三，要有層次、有梯度地發(fā)展農(nóng)村學(xué)校學(xué)生化學(xué)學(xué)科能力。通過自主學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠辨識配位鍵、配合物的基本概念，說明A1辨識記憶并不是課堂教學(xué)的重點(diǎn)。通過本實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，基于學(xué)科能力的教學(xué)改進(jìn)使得學(xué)生在A2概括關(guān)聯(lián)、B1分析解釋、B2推理預(yù)測等能力要素上得分率可以達(dá)到70%～80%，教學(xué)成效明顯，處于學(xué)生能力最近發(fā)展區(qū)，因此農(nóng)村學(xué)校學(xué)生“配合物”新授課過程中應(yīng)側(cè)重發(fā)展這三者的能力要素。至于A3說明論證、B3簡單設(shè)計、C1復(fù)雜推理等能力要素的發(fā)展并不是一蹴而就的，需要在后續(xù)教學(xué)中予以重點(diǎn)關(guān)注。

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