元素化合物課題教學情境利用特征的分析

陳仕功 楊玉琴

摘要： 以“鐵及其重要化合物”9節觀摩評比課為研究對象，分析元素化合物主題教學中教學情境利用的一般特征和優秀特質。發現教師都能圍繞主題選擇真實素材，素材的呈現時機多在教學關鍵點，且能達成多重功能，體現了教學情境在發展學生學科核心素養中的重要載體作用。優秀課例則在情境利用的全程性、邏輯性和提供認知腳手架上體現了特色。

關鍵詞： 元素化合物; 教學情境; 鐵及其重要化合物; 情境特征; 同課異構

文章編號： 10056629（2020）10003005

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱新課標）不僅在教學建議中明確提出“創設真實問題情境，促進學習方式轉變”，在各部分內容要求中還給出了具體的情境素材建議。其中，元素化合物教學內容因與STSE聯系密切，建議的情境素材種類和數量最多，為教學設計的多樣化提供了參考[1]。以“鐵及其化合物”為例，內容要求“結合真實情境中的應用實例，了解鈉、鐵及其重要化合物的主要性質，了解這些物質在生產、生活中的應用”，并建議使用“補鐵劑”;實驗中硫酸亞鐵的保存與使用;印刷電路板的制作;打印機（或復印機）使用的墨粉中的鐵磁性物質等情境素材[2]。從靜態的“情境素材”到動態的課堂“教學情境”需要教師準確把握情境創設及利用的方法并進行精心設計。現以2018年江蘇省優質課評比暨觀摩活動主題之一“鐵及其重要化合物”的9節課為例[3]，分析同一課題不同課堂中教學情境的利用特征，以期為教師課堂教學中情境的創設提供參照。

1 9節觀摩課教學情境特征概述

根據課堂觀察，將9節課（A1～A9）所利用的教學情境從素材、來源、應用時機、呈現方式及體現的主要功能等方面進行歸納，如表1所示。

由表1可知，在觀摩課中，教師普遍重視教學情境的創設和利用，從總體來講，具有以下共同特點。

1.1 圍繞主題選取真實素材，充分體現STS理念

9節課皆圍繞“鐵及其化合物”這一主題，選擇與主題及教學目標密切相關的情境素材，具有教學情境所要求的真實性和目的性。由于鐵及其化合物這一主題與生產生活密切聯系，因此，教學情境基本來源于真實的生產生活，充分體現了化學與技術、社會的關系。如補鐵劑、植物補鐵花肥、食品脫氧劑、打印墨粉中的磁性物質等，即使是利用實驗創設的情境，如課例A7情境——合成富馬酸亞鐵所需的FeSO4溶液的配制也是來源于工業生產流程，A3神奇的磁流體這一趣味實驗情境最后也回歸到對磁流體及其他含鐵物質的應用探討中來。但課例A4及A2的情境雖然真實，卻因沒有實際應用價值，消弱了教學情境的應有價值。

1.2 應用時機多為教學關鍵節點，發揮情境的動機引發作用

真正的學習始于動機的激發。從表1可知，教學情境的應用時機多處于教學關鍵節點，如新課導入、新的知識點引入或新知應用等環節。教師創設教學情境就是將化學問題或事實鑲嵌在一種模仿或真實的環境中呈現給學生，以激發學習者尋求問題解決的內在動機[4]，使得課題或話題的引入自然流暢。如課例A7，教師在用圖片展示了合成補鐵劑富馬酸亞鐵的流程中需要配制FeSO4溶液后，讓學生動手配制溶液（呈黃色），并與教師在實驗室配制的溶液（呈淺綠色）進行對比，學生發現溶液顏色不一樣，這時候探究“為什么”的動機自然就產生了。杜威的“五步教學法”的第一步即為“創造一個真實的經驗情境”，并指出教學過程中的情境應與學生的經驗相關，這樣才能使學生產生興趣，有助于獲得某種為現實生活所要求的經驗[5]。

1.3 體現多重功能，促進學生學科核心素養的發展

教學情境不僅在教學關鍵節點上發揮了引入話題和激發動機的作用，在很多課例中還體現出其作為探究核心知識或運用知識解釋、解決問題的載體的作用，體現了化學和技術、社會的關聯，突顯了化學學科的價值，促進了學生化學學科核心素養的形成和發展。新課標要求，應注意設計真實情境下不同復雜和陌生程度的問題解決活動，引導學生通過小組合作、實驗探究、討論交流等多樣化方式解決問題，促進學習方式的轉變。仍以課例A7為例，學生針對自己配出來的溶液顏色與教師配出來的溶液顏色不一致，展開了合理假設“也許是由于存在Fe3+的緣故，因為從化合價分析，FeSO4中的+2價的鐵可能會被空氣中的氧氣氧化為+3價的鐵”，于是產生探究問題“如何檢驗所配溶液中是否含有Fe3+”，核心知識Fe3+、 Fe2+的檢驗及Fe2+轉化為Fe3+的途徑及符號表征得以建構;此時依據該情境又衍生出下一個探究問題“我們需要的是Fe2+，那么有沒有辦法將溶液中的Fe3+轉化為Fe2+”。可見，在情境所引發的問題及其探究過程中，學生不僅學到了知識、技能，還發展了宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知、變化觀念以及科學探究等學科核心素養。

1.4 利用課堂現有條件，呈現知識產生的背景事件

由表1可見，課堂上教學情境的呈現方式不外乎教師口述、PPT圖文展示、視頻或學生實驗中的兩種或兩種以上的組合，雖然談不上豐富，但這與課堂條件是相符的。情境通常源自一種氛圍、物理環境以及背景事件等構成的復合場域，課堂條件下大多是人為創設的、逼真的“虛擬”或仿真的情境。Klassen認為，科學教育中的“情境”是“連接一個核心實體（focal entity）或是圍繞在核心實體周圍的實體（entities），作用是讓整體的意義更加明了”。核心實體即要求學生掌握的科學概念、技能、態度、方法等，圍繞在核心實體周圍的實體則是科學知識產生的背景或環境、或者學生熟悉的場景[6]。這些實體可以通過文字、圖片、視頻、多媒體、實物等形式呈現[7]。如課例A1以教師本人為第一人稱，通過教師描述、PPT圖文以及實物展示的方法呈現了“我”在解決“綠蘿發黃”問題中所遇到的困惑，將學生自然地帶入到教學事件中;課例A7則利用學生實驗中出現的問題讓學生自然地進入到教學事件中。

2 優秀課例的優秀特質分析

課例A9、 A7、 A5、 A1獲得了一等獎，可稱之為優秀課例。從錄像觀察中發現，課堂教學整體的質量與情境創設質量高度相關。優秀課例的教學情境具有如下特質。

2.1 具有全程性，成為學生有意義學習的載體

唯有將學習鑲嵌于它所維系的情境之中，學習才會被賦予真正的意義[8]。教學情境的創設并不等同于傳統意義上的導入新課，其核心價值在于它是學生知識建構的載體，在整個學習過程中都能激發、推動、維持、強化和調整學生的認知活動、情感活動和實踐活動等。教學情境應具有全程性，既能成為課堂問題產生的源頭，又能使整個教學圍繞情境展開，讓學生的思維不斷地走向深入，從而成為建構知識體系、發展學科核心素養的有意義學習的載體。

以課例A1與A8為例（如表2所示），兩者皆采用綠蘿因缺鐵變黃的情境，且呈現方式大致相同。主要不同之處在于A1將該情境分階段呈現和使用，始終以購買的硫酸亞鐵花肥在配制成溶液使用過程中所出現的問題，作為引發話題及知識探究、建構的載體。而A8在新課引入后，雖然提出了“補鐵液中究竟是什么價態的鐵”的問題，但在實驗活動中卻拋開了營養液本身，學生試驗的是“Fe2（SO4）3溶液中Fe3+的檢驗”和“FeSO4溶液中Fe2+的檢驗”，而把檢驗營養液中的Fe3+和Fe2+，用在“學以致用”環節，情境的利用呈斷斷續續狀，教學敘事線索不清晰，致使情境利用的效果受到影響;同樣，課例A3和A9雖然都利用了磁性物質Fe3O4作為情境載體，但前者只作為部分知識探究與建構的載體，而后者卻以“探究打印墨粉中的磁性物質”為情境，圍繞“初探打印墨粉中的磁性物質”“確定打印墨粉中的磁性物質”“再探打印墨粉中的Fe3O4”三個核心任務，設計了一系列問題串形成了“問題線”，通過問題驅動學生在自主、合作、探究等活動中學習，構建了“活動線”[9]。這種整體、連貫的教學設計，使學生沉浸在以情境為背景的敘事中不斷產生“為什么”與“后來呢”的雙重期待，激發了認知需要，引起了自主探究的學習行為，從而產生了有意義的學習結果。

2.2 情境、問題與探究學習活動之間具有邏輯關聯

杜威基于“五步思維法”的“第一步： 問題”提出了教學的第一步為“創造一個真實的經驗情境”，即學生思維的起點問題是基于情境產生的。基于情境構成的問題線索，形成了教學的基本支架。通過一步一步制造懸念，引導學生一步一步完成解決問題的任務，從而完成知識的有意義建構。如果說情境的全程性完成了整個教學的縱向敘事，那么情境、問題（任務）與解決問題（完成任務）的活動之間的邏輯關聯則完成了教學在某一階段的橫向敘事，4個優秀課例都有這樣的共同特征。從圖1所示課例A9的情境利用結構可見，每一個問題都產生于學生已有的知識和即將要學習的知識“節點”上，與學生已有的知識經驗產生矛盾沖突，從而使學生萌發解決新問題的欲望，自覺地投入到問題解決的活動中，形成了情境、問題（任務）和活動之間的邏輯鏈條。而同樣用磁性物質Fe3O4的課例A3，雖然從課堂的縱向結構——“磁流體R是什么，如何制備R，磁流體還能用來做什么”上看，線索是清晰的，但在問題“如何制備R”的解決過程中，問題“Fe3+如何轉化為Fe2+”的產生卻不是基于真實問題解決的需要，脫離了知識賴以產生的背景，影響了教學敘事的邏輯性。

新課標對情境創設的教學建議中凸顯了對情境、問題、活動的“三位一體”的要求——“提供有價值的素材創設，使學生產生運用化學方法解決這一問題的欲望，這些具體的問題解決任務，促使學生查閱文獻、設計方案、實驗探究”等。正是在這樣的問題解決過程中，學生形成科學家看待問題的方式和解決問題的能力，從而保證知識向真實情境的遷移，這是教學情境的深層次價值所在。

2.3 給學生提供了恰當的認知腳手架

情境認知理論認為，學習是一個“合法的邊緣性參與”過程，即作為新手的學習者在逐漸成長為專家的學習過程中，不可能完全參與所有的活動，而是需要在專家（教師）的引導和指導下參與實踐，從部分參與逐漸向完全參與過渡。這意味著教師在情境呈現后，需要在問題判斷、問題表述、問題解決及結論表述，甚至包括學習過程中的交流等各環節，都應分別根據學生的實際情況設計認知腳手架，支持學生的學習活動，以避免學生無意義的摸索。這些腳手架包括信息資料的提供、教師的示范、適當的提示、明確的反饋等。

如在課例A9中，當學生通過實驗排除了磁性物質含鐵，問題轉化為“若是Fe3O4，如何設計實驗進一步驗證我們的猜想”后，教師立即提供資料卡“四氧化三鐵，又稱為磁性氧化鐵，可以近似地看作是氧化亞鐵與氧化鐵組成的化合物（FeO·Fe2O3）。此物質溶于酸，不溶于水”。學生從此資料卡中提取信息，利用頭腦中已有的FeO和Fe2O3的性質知識，推理出它們與酸反應的產物，問題即轉化為檢驗墨粉與酸反應的溶液中是否含有Fe3+和Fe2+;再如，課例A5中脫氧劑氧化后的成分檢驗后，教師提出問題“如何將使用過的脫氧劑綠色化利用”，接著呈現鐵的重要化合物FeSO4的用途，問題立即定位于“如何將Fe和Fe2O3的混合物轉化為可利用的FeSO4”;課例A1、 A5和A9都采用了價類二維圖進行鐵及其化合物知識的建構，皆由教師先提供二維框架，學生在探究過程中逐步完善轉化關系圖。可見，教師通過資料卡、示范、提示等方法向學生提供支架，使得學生拾級而上，進行目標定向的學習，提高了課堂教學的效率。

3 結語

綜上分析可見，在元素化合物優質課教學中，教學情境的利用具有一些共同的規律和特征，如取材真實、體現學科價值，服務于學生的主動學習和學科核心素養的發展等。在基于情境的教學敘事中，不僅需要重視縱向上的邏輯結構，還要重視橫向上的情境、問題（任務）與活動的關聯性，在問題解決活動中適時給學生提供腳手架。當然，創設一個結構和功能皆佳的教學情境并非易事，需要教師的日常積累和教學智慧，且并非每一個課題都能找到與之相適的教學情境。對于元素化合物課題，因其與生產生活的聯系密切，找到適切的情境素材相對容易，但對于某些概念性或原理性課題，如化合價、物質的量、核外電子的排布規律等，很難找到情境與之匹配，此時利用學科問題的解決邏輯或啟發式講解進行教學設計也是好的策略，亦能展開有意義的學習。

參考文獻：

[1]王偉， 王后雄. 《普通高中化學課程標準（2017年版）》中“情境素材建議”內容特點及使用建議[J]. 化學教學， 2018， （10）： 17～21， 28.

[2]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018.

[3]趙華， 朱玢編. 2018年江蘇省高中化學優質課比賽暨觀摩活動A組《鐵及其化合物》實錄[CD]. 南京： 江蘇鳳凰電子音像出版社， 2019.

[4]楊玉琴， 王祖浩. 教學情境的本真意蘊——基于化學課堂教學案例的分析與思考[J]. 化學教育， 2011， 32（10）： 30～33.

[5][美]杜威著. 王承緒譯. 民主主義與教育[M]. 北京： 人民教育出版社， 2001：

[6]Stephen Klassen. A Theoretical Framework for Contextual Science Teaching [J]. Interchange， 2006， 37（1～2）： 31～62.

[7]畢華林， 盧姍姍. 化學課程中情境類型與特征分析[J]. 中國教育學刊， 2011， （10）： 66～69.

[8]賈義敏， 詹春青. 情境學習： 一種新的學習范式[J]. 開放教育研究， 2011， （5）： 31～41.

[9]張麗華. “素養為本”的元素化合物知識教學——以“鐵及其重要化合物”為例[J]. 化學教學， 2019， （8）： 57～61.