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    基于UbD模式的化學(xué)跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)

    2024-10-08 00:00:00馬曉蕊鄧希龍鄭柳萍
    化學(xué)教學(xué) 2024年9期

    摘 要:為改善跨學(xué)科教學(xué)中目標(biāo)制定混亂、知識(shí)整合形式化、評(píng)價(jià)體系不完善等問題,基于UbD模式“以終為始、評(píng)價(jià)先行”的教育理念,以“化學(xué)平衡移動(dòng)在生物中的應(yīng)用”為主題,設(shè)置“鑒別真假黑枸杞”與“探秘高原病病因”的跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng),圍繞“穩(wěn)態(tài)與平衡”大概念,以預(yù)期結(jié)果為導(dǎo)向,基于真實(shí)問題情境和核心評(píng)估任務(wù)開展教學(xué)。通過學(xué)生的表現(xiàn)及反饋,對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行反思。

    關(guān)鍵字:中學(xué)化學(xué);大概念;跨學(xué)科教學(xué);UbD模式;穩(wěn)態(tài)與平衡

    文章編號(hào):1005-6629(2024)09-0036-07

    中圖分類號(hào):G633.8

    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

    1 問題的提出

    《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱“化學(xué)課標(biāo)”)提出開展跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng),以培養(yǎng)國家所需的創(chuàng)新型、復(fù)合型人才[1。近年來,我國關(guān)于化學(xué)跨學(xué)科教學(xué)的理論、案例開發(fā)等研究日漸豐富且趨于成熟2,但受制于觀念、評(píng)價(jià)導(dǎo)向、實(shí)施條件等因素,跨學(xué)科活動(dòng)設(shè)計(jì)還存在教學(xué)目標(biāo)制定混亂、知識(shí)整合形式化、評(píng)價(jià)體系不完善等問題3,4

    美國課程專家格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰于1988年創(chuàng)立了UbD模式(Understanding by Design),該模式提倡“以終為始、評(píng)價(jià)先行”,強(qiáng)調(diào)以目標(biāo)為導(dǎo)向,圍繞大概念、基本問題和核心評(píng)估任務(wù)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),包括連貫一致的三個(gè)階段,即“明確預(yù)期結(jié)果-確定合適的評(píng)估證據(jù)-設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)”5,追求在“理解意義”的基礎(chǔ)上“實(shí)現(xiàn)遷移”,指向內(nèi)容的“理解”和形式的“逆向設(shè)計(jì)”是UbD模式的關(guān)鍵點(diǎn)。本文嘗試采用UbD模式解決跨學(xué)科教學(xué)中的問題,在不犧牲化學(xué)學(xué)科課程任務(wù)的前提下,圍繞主題有機(jī)融合其他學(xué)科的知識(shí)和方法,揭示化學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化,引導(dǎo)學(xué)生深入理解化學(xué)知識(shí),認(rèn)識(shí)跨學(xué)科課程的聯(lián)系,推進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)和跨學(xué)科素養(yǎng)的落地。

    2 基于UbD模式的化學(xué)跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)

    基于已有研究,本文建構(gòu)了基于UbD模式的化學(xué)跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)流程(見圖1),并作詳細(xì)闡釋。

    2.1 確定跨學(xué)科主題

    在選擇以化學(xué)學(xué)科為中心的跨學(xué)科主題時(shí),可以從化學(xué)課標(biāo)、教材和社會(huì)熱點(diǎn)中尋找靈感,需考慮主題能否滿足學(xué)科性、跨學(xué)科性、真實(shí)性和探究性的特征?!盎瘜W(xué)平衡移動(dòng)”是發(fā)展學(xué)生變化觀念與平衡思想的重要知識(shí)載體,相關(guān)的教學(xué)設(shè)計(jì)比較注重真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)和實(shí)驗(yàn)探究,關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的發(fā)展以及課程價(jià)值與育人目標(biāo)的落地,重視改善認(rèn)知壁壘對(duì)知識(shí)理解產(chǎn)生的影響[6,但不太關(guān)注學(xué)生能否獲得超越事實(shí)和學(xué)科界限的理解,以及能否在真實(shí)情境中靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。本文嘗試基于UbD模式對(duì)“化學(xué)平衡移動(dòng)”進(jìn)行跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì),搜索與“化學(xué)平衡移動(dòng)”相關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn),發(fā)現(xiàn)黑枸杞真假鑒別和高原病病因都涉及化學(xué)平衡移動(dòng):前者涉及花青素的變色原理,與植物相關(guān);后者涉及血紅蛋白的氧合原理,與動(dòng)物相關(guān),由此確定“化學(xué)平衡移動(dòng)在生物中的應(yīng)用”這一跨學(xué)科主題。

    2.2 前端分析

    前端分析需基于“化學(xué)平衡移動(dòng)在生物中的應(yīng)用”所對(duì)應(yīng)的教材內(nèi)容及課標(biāo)要求[7~9,建構(gòu)概念層級(jí),分析教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)先次序和學(xué)情,為教學(xué)設(shè)計(jì)做好前期準(zhǔn)備。

    2.2.1 概念層級(jí)建構(gòu)

    本文結(jié)合化學(xué)和生物的課標(biāo)和教材,關(guān)聯(lián)不同學(xué)科的科學(xué)事實(shí),理清基本概念,明晰主題下的化學(xué)學(xué)科大概念,并確立跨學(xué)科大概念,以實(shí)現(xiàn)概念層級(jí)的建構(gòu)。本主題建構(gòu)的概念層級(jí)見圖2。

    2.2.2 教學(xué)內(nèi)容分析

    威金斯和麥克泰利用教學(xué)優(yōu)先次序圖劃分教學(xué)內(nèi)容的重要程度,以明確學(xué)習(xí)的重點(diǎn)[10,依據(jù)跨學(xué)科教學(xué)背景,本主題構(gòu)建的教學(xué)內(nèi)容優(yōu)先次序見圖3。

    2.2.3 學(xué)情分析

    高二學(xué)生已基本具備與化學(xué)平衡移動(dòng)有關(guān)的前概念和一定的實(shí)驗(yàn)操作基礎(chǔ)。經(jīng)過生物課程的學(xué)習(xí),學(xué)生了解色素、原生質(zhì)層、氧氣對(duì)人體的作用、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)等相關(guān)內(nèi)容,這些是學(xué)生順利進(jìn)行本次主題學(xué)習(xí)的重要知能基礎(chǔ)。不過,此階段學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的水平有待提高,學(xué)以致用和學(xué)科遷移的能力有所欠缺,化學(xué)平衡觀等學(xué)科素養(yǎng)還有待發(fā)展。

    2.3 明確預(yù)期結(jié)果

    基于前端分析,進(jìn)一步明確預(yù)期結(jié)果,具體包括教學(xué)目標(biāo)和預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果。教學(xué)目標(biāo)對(duì)教師具有指向性,用來幫助教師明確教學(xué)設(shè)計(jì)的方向;預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果指學(xué)習(xí)導(dǎo)向,由教學(xué)目標(biāo)細(xì)化而來,包括掌握知能、理解意義和學(xué)習(xí)遷移三個(gè)由低到高的層次水平。理解意義包含持續(xù)理解和基本問題:“持續(xù)理解”是基于事實(shí)得出的有效推論,本文將概念層級(jí)中的基本概念視為需要深入持續(xù)理解的內(nèi)容;“基本問題”是實(shí)現(xiàn)理解的開放性問題。結(jié)合概念層級(jí)和教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)先次序,制定預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果的思路見圖4,本主題設(shè)計(jì)的預(yù)期結(jié)果見表1。

    2.4 確定評(píng)估證據(jù)

    為了有效監(jiān)控學(xué)生理解的程度,在規(guī)劃相關(guān)的學(xué)習(xí)活動(dòng)前要先確定評(píng)估的證據(jù)。預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果包含了不同類型的目標(biāo),為實(shí)現(xiàn)有效評(píng)估,UbD模式強(qiáng)調(diào)從表現(xiàn)性任務(wù)、其他證據(jù)和自我評(píng)估與反思三個(gè)方面設(shè)計(jì)具體的評(píng)估方式:表現(xiàn)性任務(wù)應(yīng)是跨學(xué)科教學(xué)評(píng)估的首選方式,是圍繞理解意義設(shè)計(jì)的真實(shí)任務(wù),可以從目標(biāo)(Goal)、角色(Role)、對(duì)象(Audience)、情境(Situation)、表現(xiàn)或產(chǎn)品(Performance/Product)、標(biāo)準(zhǔn)(Standards)這幾個(gè)方面進(jìn)行構(gòu)思,其英文首字母縮寫簡稱GRASPS(下面將第二個(gè)S用S-2表示,與第一個(gè)S進(jìn)行區(qū)分)[11;其他證據(jù)用來考查知能和表現(xiàn)性任務(wù)無法檢測的目標(biāo),這些評(píng)估方式是實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)遷移這個(gè)最終目標(biāo)的手段;自我評(píng)估與反思意在培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力。本主題設(shè)計(jì)的評(píng)估證據(jù)見表2。

    2.5 拆分主題,規(guī)劃學(xué)習(xí)活動(dòng)

    為確保學(xué)習(xí)活動(dòng)兼具吸引力和有效性,UbD模式認(rèn)為需立足學(xué)情,以預(yù)期結(jié)果為導(dǎo)向,結(jié)合評(píng)估證據(jù),利用W(Where & Why,學(xué)習(xí)方向和原因)、H(Hook & Hold,吸引和保持)、E(Explore,Experience,Equip & Enable,探索和體驗(yàn)、準(zhǔn)備和使能)、R(Rethink,Reflect & Revise,重新思考、反思和修正)、E(Evaluate,持續(xù)評(píng)價(jià),下面用E-2表示,與第一個(gè)E進(jìn)行區(qū)分)、T(Tailor,量身定制)、O(Organize,有效組織)七要素規(guī)劃學(xué)習(xí)活動(dòng)[12。將本主題拆分為“酸堿度對(duì)花青素顏色的影響”“溫度對(duì)花青素顏色的影響”“氧分壓對(duì)血紅蛋白氧合的影響”和“大概念的建構(gòu)”四個(gè)專題,通過建立不同專題下學(xué)習(xí)活動(dòng)間的深層聯(lián)系,為學(xué)生大概念的建構(gòu)創(chuàng)造條件。本主題在這一階段關(guān)鍵的學(xué)習(xí)活動(dòng)及完成情況闡釋如下。

    2.5.1 專題一 酸堿度對(duì)花青素顏色的影響

    環(huán)節(jié)一 明確學(xué)習(xí)的目的和價(jià)值,建構(gòu)化學(xué)平衡移動(dòng)的概念

    學(xué)生課前了解基本問題、表現(xiàn)性任務(wù)及其主要標(biāo)準(zhǔn)(W)(見表1和表2的對(duì)應(yīng)部分)。學(xué)生通過回顧化學(xué)平衡狀態(tài)的特征,建構(gòu)化學(xué)平衡移動(dòng)的概念模型(E)。

    環(huán)節(jié)二 實(shí)驗(yàn)探究濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響

    教師介紹黑枸杞的功能,引導(dǎo)學(xué)生利用不同品牌的礦泉水泡黑枸杞,結(jié)合現(xiàn)象思考使黑枸杞水顯色的物質(zhì)(黑枸杞中的植物細(xì)胞已死,原生質(zhì)層的選擇透過性失效,位于液泡中的色素會(huì)流出細(xì)胞,這些色素主要為花青素),并與其他小組對(duì)比,聯(lián)系酸堿指示劑思考產(chǎn)生顏色差異的原因(H、E)。學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想,記錄現(xiàn)象(E)。

    環(huán)節(jié)三 理論分析濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響

    教師提供花青素的資料卡片:

    花青素是一種位于植物細(xì)胞液泡內(nèi)的水溶性天然色素,其顏色會(huì)隨著細(xì)胞液的酸堿度變化而發(fā)生變化,變色原理見圖5,正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。當(dāng)pH大于7時(shí),花青素將被降解,25℃時(shí),黑枸杞花青素的結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定,溫度逐漸上升至60℃時(shí),穩(wěn)定性變差,此時(shí)的結(jié)構(gòu)受熱易降解[13

    學(xué)生結(jié)合花青素的資料卡片,分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,歸納濃度對(duì)化學(xué)平衡影響的規(guī)律,在教師引導(dǎo)示范的基礎(chǔ)上,從速率變化和濃度商視角出發(fā)進(jìn)行理論分析,總結(jié)Q、K相對(duì)大小與平衡移動(dòng)的關(guān)系,完成隨堂測試(E、R、E-2、O)。

    2.5.2 專題二 溫度對(duì)花青素顏色的影響

    環(huán)節(jié)一 實(shí)驗(yàn)探究溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響

    學(xué)生結(jié)合花青素的資料卡片,猜想不同水溫下黑枸杞水顏色存在差異的原因,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),基于實(shí)驗(yàn)的探究和分析,歸納溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響規(guī)律(H、E、R、E-2)。

    環(huán)節(jié)二 理論推導(dǎo)溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響

    教師引導(dǎo)學(xué)生以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為依據(jù),推導(dǎo)速率變化曲線,分析焓變、溫度與平衡常數(shù)三者間的關(guān)系(E)。課堂進(jìn)行隨堂測試,學(xué)生課后完成鑒別黑枸杞真假的方案設(shè)計(jì)(E-2、T)。學(xué)生的鑒別方案見圖6。

    2.5.3 專題三 氧分壓對(duì)血紅蛋白氧合的影響

    環(huán)節(jié)一 基于科學(xué)事實(shí)認(rèn)識(shí)壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響

    人體主要靠有氧呼吸提供能量,氧氣充足,才能滿足生命活動(dòng)所需的能量。高海拔世居者胸廓比低海拔地區(qū)的人更大,這有利于提高肺通氣功能,從而進(jìn)行更充分的氣體交換[14,故夏爾巴人能吸入更多氧氣(H、E)。

    教師提供血紅蛋白和氧氣結(jié)合的資料卡片:

    血紅蛋白(Hb)與O的結(jié)合反應(yīng)快,可逆,不需要酶的催化,但受氧分壓(P)的影響,當(dāng)P高的時(shí)候,Hb易與O結(jié)合生成氧合血紅蛋白(HbO)15。

    環(huán)節(jié)二 理論分析壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響

    結(jié)合資料卡片,學(xué)生分析夏爾巴人能夠在高原地區(qū)生活的生物機(jī)制和化學(xué)機(jī)理(夏爾巴人肺部的P比低海拔地區(qū)的人高,有利于平衡正向移動(dòng),生成的HbO比較多,當(dāng)血液流經(jīng)P低的組織時(shí),HbO迅速解離,釋放出的O比較多,從而保證了氧氣需求),分析血液流經(jīng)高氧肺部和低氧組織時(shí),氣體分子數(shù)的變化情況,由此歸納壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響規(guī)律(E)。

    環(huán)節(jié)三 實(shí)驗(yàn)探究壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響

    將體系的加壓和減壓類比于溶液的濃縮與稀釋,學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究稀釋后黑枸杞水的顏色變化,進(jìn)而認(rèn)識(shí)到壓強(qiáng)是通過改變濃度,進(jìn)而影響速率和平衡(E、R、E-2)。在壓強(qiáng)和濃度間建立聯(lián)系,引導(dǎo)學(xué)生從速率變化和濃度商角度分析壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響(E、E-2)。

    環(huán)節(jié)四 深化認(rèn)識(shí)壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響

    人體吸入的空氣中帶有大量的N,N并不參與氣體的交換,但可以起到避免肺泡塌陷的作用,最終會(huì)通過呼吸排出體外,學(xué)生思考N在恒溫恒容和恒溫恒壓兩種不同情況下對(duì)血紅蛋白氧合的影響(H、E、R、E-2)。課堂完成隨堂測試,學(xué)生課后向登高者提供預(yù)防措施和治療方案(E-2、T)。學(xué)生的預(yù)防措施和治療方案設(shè)計(jì)見圖7。

    2.5.4 專題四 大概念的建構(gòu)

    環(huán)節(jié)一 建構(gòu)化學(xué)學(xué)科大概念

    基于濃度、溫度、壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響,引導(dǎo)學(xué)生歸納勒夏特列原理,形成學(xué)科內(nèi)大概念(E、R)。利用pH傳感器探究加酸后黑枸杞水中pH的變化,加深學(xué)生對(duì)勒夏特列原理中“減弱”一詞的理解(E)。pH的變化曲線見圖8。

    環(huán)節(jié)二 建構(gòu)跨學(xué)科大概念

    將勒夏特列原理的內(nèi)涵與生物學(xué)中的穩(wěn)態(tài)與平衡建立聯(lián)系,引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)跨學(xué)科大概念(E、O)。生物學(xué)實(shí)例[16如下:

    (1) 人是恒溫動(dòng)物,在寒冷環(huán)境中,散熱加快,當(dāng)體溫低于正常體溫時(shí),會(huì)增加產(chǎn)熱,例如發(fā)生機(jī)體戰(zhàn)栗,同時(shí)減少散熱,例如減少汗腺分泌,重新實(shí)現(xiàn)產(chǎn)熱和散熱的平衡。

    (2) 人體缺水,如飲水不足、失水過多或吃太咸的食物,會(huì)使細(xì)胞外液滲透壓上升,引發(fā)大腦皮層產(chǎn)生渴覺,提醒人們增加水的攝入量,同時(shí)會(huì)增強(qiáng)相關(guān)器官對(duì)水的重吸收,減少尿量,保留水分,恢復(fù)滲透壓的穩(wěn)定。

    (3) 食物代謝產(chǎn)生的酸性或堿性物質(zhì)進(jìn)入內(nèi)環(huán)境后,內(nèi)環(huán)境中的緩沖對(duì)會(huì)對(duì)其起緩沖作用,使內(nèi)環(huán)境的pH仍能維持在一定范圍內(nèi)。例如緩沖對(duì)HCO-/HCO,其中碳酸氫鹽為抗酸成分,碳酸為抗堿成分。

    學(xué)生完成勒夏特列原理的應(yīng)用和圖像的隨堂測試,課后基于本主題的學(xué)習(xí),建構(gòu)化學(xué)平衡移動(dòng)分析的認(rèn)知模型,并進(jìn)行自我評(píng)估與反思(R、E-2、T)。

    3 基于UbD模式的化學(xué)跨學(xué)科主題教學(xué)反思

    本研究通過收集評(píng)估學(xué)生的關(guān)鍵證據(jù)和調(diào)查問卷,發(fā)現(xiàn)跨學(xué)科教學(xué)由于內(nèi)容量、思考量偏大,可能會(huì)面臨學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷升高、未能有效聯(lián)系其他學(xué)科內(nèi)容的問題。為了達(dá)成基于UbD模式的化學(xué)跨學(xué)科主題教學(xué)的有效性,可以從以下幾個(gè)方面入手。

    3.1 跨學(xué)科內(nèi)容選取應(yīng)注意適切性

    教師在跨學(xué)科教學(xué)中,不應(yīng)受知識(shí)的限制影響教學(xué)的開放度,不要將拓展知識(shí)作為活動(dòng)的主要目的,不要將基本要求以外的知識(shí)納入評(píng)價(jià)范圍[17。本文中,化學(xué)作為跨學(xué)科主題教學(xué)的中心學(xué)科,為了防止難度過大而給學(xué)生帶來額外的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)和心理壓力,其他學(xué)科內(nèi)容的選取應(yīng)注意適切性,建議從學(xué)生的舊知中尋找相關(guān)內(nèi)容,新知以“淺出深入”的形式出現(xiàn),從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)中心學(xué)科的深入理解和跨學(xué)科聯(lián)系的認(rèn)識(shí)。

    3.2 預(yù)留靈活的調(diào)整時(shí)間

    研究和經(jīng)驗(yàn)均表明,良好的反饋和善用反饋是獲得真正理解的最有效方法[18。如果希望學(xué)生獲得更高水平的學(xué)習(xí)成效,教師需要預(yù)留足夠的彈性時(shí)間以便作出靈活的調(diào)整,從而促進(jìn)學(xué)習(xí)。在實(shí)際教學(xué)中,我們需要爭取學(xué)校的支持以獲取相對(duì)充裕靈活的時(shí)間,開展跨學(xué)科教學(xué),盡量避免教師因既定教學(xué)安排出現(xiàn)提速而未提質(zhì)的現(xiàn)象,導(dǎo)致部分學(xué)生未能在“理解意義”的基礎(chǔ)上“實(shí)現(xiàn)遷移”。

    參考文獻(xiàn):

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