上位学习中应用支架式教学模式的研究——以苏教版《物质结构与性质》“分子的空间构型”为例*

◎福建省漳州市第一中学　陈裕森　林娟

上位学习中应用支架式教学模式的研究
——以苏教版《物质结构与性质》“分子的空间构型”为例*

◎福建省漳州市第一中学陈裕森林娟

支架式教学模式在建构主义和最近发展区的理论基础上，因创造性地解决了师生间的关系而备受关注。但是，对于支架式教学的研究，大多停留在何克抗对支架式教学模式的五个基本操作上。由于不同课程知识点的结构和学生认知程度的差异，并非所有的知识点都能根据该模式通过自主探究完成。本文在传统支架式教学模式的基础上，设计出一种针对学生在已有知识和能力水平基础上难以完成自主探究的支架式教学模式。

支架式；教学模式；上位学习；教学设计

为研究新课程背景下高中化学教师的课堂教学行为和效果，笔者在漳州市对部分中学的教师进行了随堂听课，对其中的新课教学进行统计与分析，发现教师在课堂教学中采用举例子、列图表、做实验、搭情景、提问题、学案导学等方法或模式的情况如。（表一所示）

表一　漳州市部分教师新课教学行为统计

从表一可见，传统教学模式的举例子、列图表、提问题等方法得到普遍使用，而体现高中化学新课程理念的、突出学科实践性特色、重视以学生发展为本的做实验、搭情景、学案导学（侧重自主探究、合作学习）等教学方法或模式的使用则明显偏少。笔者在观察及访谈中还发现，教师在高中化学选修课程的教学中更趋向于采用讲授-接受式、示范-模仿式等传统教学模式。原因是高中化学选修课程中有较多概括性强、抽象度高、应用起来难度较大的内容，学生缺乏自主学习基础或拓展应用经验，难于通过自主探究或者合作学习而达成学习目标。基于以上情况，笔者认为有必要在高中化学教学中积极推广和创新应用以建构主义理论为理论基础的支架式教学模式，以解决当前课堂教学中存在的上述问题。

一、支架式教学概念与教学程序

支架式教学最初是由布鲁纳借用建筑行业中的“脚手架”这个术语，用于说明学生可凭借成人或有能力的同伴提供支持来完成自己原本无法独立完成的某种学习任务，但该任务一旦可以独立完成，这种支持就如施工后的脚手架一样逐渐被撤离。后来，在建构主义和最近发展区理论的基础上，支架式教学得到教育者的普遍重视并不断发展，其基本特点就是以学生当前发展水平为基础，系统有序地为他们提供帮助，并在他们能力增长时撤去帮助。国内外一些专家学者曾对支架式教学有过一些明确的定义，但到目前为止，支架式教学还没有一个统一的概念界定。在此，笔者在阅读大量文献并整理后，将其定义为：教师根据学生的最近发展区，以学习者当前发展水平为基础，系统有序地根据学生的需要为学生提供学习支架，并在他们能力增长时撤去帮助。（如图1所示）其中学习支架包括：情境支架、范例支架、问题支架、图表支架、文本支架、实验支架、建议支架等。学习支架的搭建是支架式教学中最为重要的环节，这与常规教学中的教学方法或手段等的设计有异曲同工之妙，中学教师不难掌握。

图1

图2　上位学习支架式教学模式

何克抗于1997年开始对支架式教学进行评述，并提出其支架式教学的基本模式（包括创设教学情境、搭建脚手架、独立探究、合作探究、效果评价）。之后十多年，中学化学教学实践与研究普遍都是在这个基本模式上进行，如在化学概念、化学实验以及化学原理的教学等方面。根据该模式的教学，能够很好地契合新课程改革理念，在创设情境、独立探究、合作探究阶段对常规课程中做实验、搭情景、学案导学这些教学行为的缺失起到修正作用。但是，该教学模式过于强调学生的自主学习。鉴于不同学段或不同课程知识点结构的不同，以及学生认知基础的差异，有些知识点可能比较适合由学生通过自主学习逐步探究达成学习目标，但也有些知识点因为学生缺乏原有的知识支撑，必须由教师提供更多帮助才能达到学习目标。因此，我们有必要对原有支架式教学模式进行变式，使之能够更适合中学化学教师使用。

1963年，奥苏伯尔提出了认知结构同化论，根据新旧知识的概括和包容程度的不同，把新旧知识的相互作用分为上位学习、下位学习和并列学习三种模式。笔者以此为基础，通过与原有的支架式教学模式相结合，针对学生对高中化学课程中概括性强、抽象度高的新知识的学习，设计出如图2所示的“上位学习支架式教学模式”教学程序。为更好地说明该模式的使用，笔者以苏教版《物质结构与性质》专题4之“分子的空间构型”课程的教学设计为例进行简要分析。

二、教学设计

苏教版《物质结构与性质》“分子的空间构型”课程的主要学习任务包括“常见的杂化轨道类型（sp、sp2、sp3）及其简单应用，价层电子对互斥理论、等电子原理及其简单应用”。教学重点是“用杂化轨道理论解释常见的简单分子或离子的空间结构”，难点是“杂化轨道理论”。笔者根据上位学习的支架式教学模式进行了如下教学设计。

【创设学习情境】

1.事实情境

请从分子组成和结构的角度观察、分析下表所列四种烃分子的信息。你们发现了什么新问题？为什么？（让学生集体讨论并回答）

2.问题情境

基态碳原子价电子排布为。为什么一个碳原子与氢原子形成的稳定分子是CH4而不是CH2或其他？为什么CH4的空间构型是正四面体（键长、键能均相同，键角也均为109°28′）？

设计意图：帮助学生提取原有知识，并在学生原有知识基础上产生认知冲突，激发学生探究的兴趣。

【搭建学习支架】

1.模型支架

教师动画演示并解析一：碳与氢原子结合成CH4分子时，碳原子价电子可出现如下激发、杂化等过程。

教师动画演示并解析二：碳与氢原子结合成CH4分子时，碳原子能量相近的2s轨道、2p轨道可以“混合”形成4个相同的新轨道（称为sp3杂化轨道），这种轨道重新组合的过程叫做杂化。

2.范例支架（sp3杂化过程）

教师解析：碳原子的4个sp3杂化轨道与4个氢原子的1s轨道发生轨道重叠，可形成4个sp3-s的σ键。由于杂化后电子云分布更为集中，可使成键的原子轨道间的重叠部分增大，比原有的s轨道或p轨道的成键能力增强，因此碳原子与4个氢原子能结合成稳定的CH4分子。由于sp3杂化轨道间的夹角为109°28′，所以CH4分子具有正四面体的空间结构（展示CH4分子结构模型），同时由于每个sp3杂化轨道能量相等、成分相同，所以CH4分子中的4个C-H键是完全等同的。

上述sp3杂化轨道间的夹角为109°28′，其伸展方向分别指向正四面体的四个顶点，这可以使其成键之后的四对共用电子对的排斥力最小化，有利于结合成稳定的CH4分子。同理，若杂化轨道数目为3或2时，则其夹角趋向于为120°或180°，空间结构也趋向于为平面三角形或直线形（可简介价层电子对互斥理论）。

3.图表支架

在上述支架的基础上，继续探究一些典型分子中心原子杂化情况及其与分子空间构型的关系并完成下表。

设计意图：由于本课程抽象性强，较难理解。我们通过动画或模型演示，化微观为宏观，有利于学生学习理解有关基础知识；通过范例解析构建学生新的认知结构，促进学习目标的达成；通过整理归纳、拓展应用完成上述图表，帮助学生形成清晰稳定的知识系统。学生经过上述学习支架后，已初步具备自主探究学习的基础，也积累了一定拓展应用的经验。

【自主验证探究】

学生以阅读教材、观看模型等形式，自主完成上述表格。

设计意图：让学生在学习支架的帮助下自己完成其他学习任务，并通过表格的形式使所学知识系统化，重在培养学生独立探究能力。

【合作验证探究】

分组讨论并形成小组意见后，上台板演交流以达成统一认识。

设计意图：本课程学习难度较大，在自主探究阶段会有部分学生无法自主完成学习任务，通过合作探究的方式让学生相互帮助，既培养学生合作交流的能力，又促进更多学生达到既定的学习目标。

【总结与评价】

最后，教师先通过答疑、点评等形式引导学生达成统一认识，再借助sp、sp2、sp3杂化轨道模型、有关分子以及乙烯、乙炔、苯的分子结构模型等，促进学生完成好本课程学习任务，确保达成学习目标。

三、教学反思

本设计首先让学生发现问题：物质有不同的结构，有些物质结构相同、有些物质结构不同，引发学生思考。然后通过“碳原子最外电子层的未成对电子虽然只有两个，但一个碳原子与氢原子形成的稳定分子却是CH4？而且CH4中的四个C-H键完全相同？”的问题支架使学生的原有知识产生冲突，激发探究的欲望。再通过范例支架、模型支架、图表支架等帮助学生初步构建自主探究学习的基础，并积累一定拓展应用的经验。再让学生通过独立阅读、查资料、合作讨论等验证探究方式全面展开学习活动。最后，教师又通过讲评总结等促进学生完成本课程所有学习任务，达成学习目标。笔者分别对两个班级进行了本课程的教学，其中一个班级没有进行合作探究的环节，另一个班级则组织了每组4人的合作探究小组，发现通过合作探究的班级对该课程的学习目标达成度较好，且课堂气氛更加热烈。笔者认为通过上述上位学习支架式教学模式在本课程教学中的应用，在完成教学目标的同时，也促进了学生知识迁移能力和合作学习能力的提高。

支架式教学模式程序简易，可操作性强，可满足新课程改革对学生探究能力、合作学习能力等的培养要求，有可能逐渐成为中学化学课堂教学的一种常用教学模式。但是传统支架式教学模式过于强调学生的自主学习，不一定能适用于概括性强、抽象度高、难度较大的高中化学选修课程的教学要求。因此，笔者在传统支架式教学模式的基础上，结合高中化学选修课程的特点设计出的这种针对学生在已有知识和能力水平难于自主探究的课程的“上位学习支架式教学模式”，旨在使教师在有关教学过程中能有效地在学生的最近发展区内展开支架，恰到好处地发挥教师的主导作用和学生的主体性，并能达成既定教学目标。

（责任编辑：张贤金）

*本文系福建省中小学教师发展基金资助课题“支架式教学模式在高中化学选修课程中的应用研究”（项目编号：FZJJ20130600730）阶段性研究成果。