基于UbD理论培养学考生化学核心素养的教学设计

李世媛 支二娟

摘要：以UbD理论为导向，运用逆向教学设计法对高一化学必修1《铁及其重要化合物》单元的“Fe2+、Fe3+的性质及其转化”一课进行了教学设计和实践，发现这一方法可以帮助教师创设真实的问题情境，激发化学学考生的学习兴趣，促进学生对概念的理解，提高课堂教学的有效性，且为学生的表现性评价提供有力的依据。

关键词：UbD理论;元素化合物;逆向教学设计;补铁剂;真实问题情境

文章编号：1008-0546（ 2019）07-0081-03

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.07.024

在新中考改革背景下化学成为了中考的一门选考科目，因此，许多初中没有深入学习过化学的学生在高一需要继续学习化学，参加高中化学学业水平考试，甚至是三年后的高考。对于需要通过高一一年时间来学习化学并通过学业水平考试的学考生而言，必修模块的学习任务重且时间紧张。那么如何在有限的时间内提升化学学考生的核心素养，使他们成为具有化学素养的合格公民呢？美国学者格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰格提出了UbD（ Understanding by De-sign）理论，即“通过教学设计，使更多的学生真正理解他们所要学习的知识[1]”，倡导教师帮助学生理解学科大概念，并在学生的表现中找到其理解的证据。笔者以这一理论为导向，对《必修l》模块《铁及其化合物》单元的“Fe2+、Fe3+的性质及其转化”进行了逆向教学设计的探索与实践。

一、逆向教学设计法在《铁及其化合物》单元教学中的应用

格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰格提出了帮助教师实现UbD理念的逆向教学设计法，这包括以下三个阶段（如图1）：

1.确定预期的学习结果

对于无机化合物的教学来说，其主题大概念应该是元素观。在必修课程阶段，元素观的发展内涵包括：“认识元素可以组成不同种类的物质，根据物质的组成和性质可以对物质进行分类;认识同类物质具有相似的性质，一定条件下各类物质可以相互转化;认识元素在物质中可以具有不同价态，可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质的相互转化[2]。”基于这些核心概念，结合我国2017年发布的《普通高中化学课程标准》，我们把重点聚焦在了“铁元素在不同物质中的不同价态，以及通过氧化还原反应可实现不同价态同种元素的物质的相互转化”这一大概念上。据此，对于本单元中“Fe2+、Fe3+的性质及其转化”这一课时的教学，笔者制定了以下预期目标：（1）學生能够从氧化还原的角度认识Fe2+与Fe3+组成的物质的化学性质及其转化关系;（2）能够知道Fe3+的检验方法;（3）能够设计实验方案并寻找证据证明自己的观点，体会研究物质氧化还原性质的一般程序和方法;（4）能够运用化学知识分析实际问题，科学地认识和选择补血剂。

2.确定合适的评估证据

基于UbD理论的教学设计要求教师在备课一上课一反思的过程中时刻关注学生的表现，及时捕捉证据，证明学生对概念的理解程度。针对上述预期学习目标，笔者列出了课堂上可以找到的证据（如表1），不仅可以帮助教师判断学生对概念的理解程度，还可以作为综合素质评价中学生课堂表现性评价的依据。

3.设计教学活动 学科核心素养指的是“本学科给予学生未来发展必备的品格和关键能力;是在解决复杂的不确定性的现实问题过程中表现出来的综合性品质或能力;是学科的知识和技能、过程与方法、情感、态度和价值观的整合[3]。”为了创设真实的问题情境，笔者对药房在售的补铁剂进行了实际调查，发现补铁剂不仅有我们常见的速力菲（琥珀酸亚铁），还有右旋糖酐铁（一种右旋糖酐与氢氧化铁的络合物），也就是说，Fe3+与Fe2+组成的物质都可以起到补铁的作用。那么含有Fe3+或Fe2+的补铁剂在化学性质上有何不同？它们之间能不能相互转化呢？这样就从补铁的角度造成了学生的认知冲突，激发了探究的欲望。

探究实验是大多数学生都喜爱的学习活动，通过选择氧化剂与还原剂、设计实验方案以及小组合作动手实验，学生不仅可以了解不同价态铁的化合物之间的相互转化，而且可以将宏观辨识与微观探析结合起来，在寻找证据证明自己观点的过程中提高证据推理能力。此外，通过铁元素在人体内代谢这样的跨学科问题的讨论，不仅可以引导学生进行知识的迁移和应用，而且可以培养学生分析解决不确定实际问题的能力和敢于质疑的品质。

二、教学实施过程

1.创设问题情境

【PPT】展示正常人与贫血患者的血红细胞数量差异以及人体血红蛋白分子的结构（如图2、图3）。

【教师】对于缺铁性贫血患者来说，要增加血红细胞的数量，就需要补充铁元素。那么常见的补铁剂有哪些呢？

【PPT】展示补铁剂速力菲和右旋糖酐铁的图片，以及右旋糖酐铁的药品成分。

【教师】为什么右旋糖酐铁中的氢氧化铁络合物也可以补铁？Fe3+可以转化为Fe2+吗？

2.探究Fe3+与Fe2+的相互转化

【PPT】请根据资料卡片和所给试剂，设计实验证明Fe3+可以转化为Fe2+。

试剂：Fe粉、FeS04溶液、FeCl3溶液、维生素C、稀硫酸、氯水、KMn04溶液、KSCN。

资料卡片

【学生活动】小组讨论设计实验方案。

【教师】哪个小组愿意分享你们的实验方案？

【学生1】在试管中加入适量FeCl3溶液，滴入2滴KSCN溶液，溶液变成红色，再加入铁粉，红色变浅，说明铁粉能将Fe3+转化成Fe2+。

【教师】很好。我们看到试剂瓶中FeSO4溶液底部有一层灰色的铁粉，那么铁粉的作用是什么？

【学生2】防止Fe2+被氧化为Fe3+。

【教师】请根据资料卡片和所给试剂，设计实验方案证明Fe2+可以转化为Fe3+。

【学生3】向两支试管中滴加等量KMn04溶液，然后向其中一支滴加少量FeS04溶液，再向另外一支滴加等量的水，如果看到加FeS04溶液的试管紫色褪去，说明FeSO4被KMn04氧化。

【教师】同学控制变量的意识都很强，下面请两人一组完成探究实验，记录实验现象。

【学生活动】小组合作动手实验，记录实验现象，完成实验报告。

【教师】巡视指导学生实验。组织学生进行汇报。

【实物投影】学生汇报实验现象及结论。

【学生4】取两支试管加入等量FeCl3溶液，向其中一支加维生素C粉末，再分别滴加2滴KSCN溶液，若不变红，说明FeCl3被维生素C还原为Fe2+。

【学生5】向FeSO4溶液中加入适量氯水，再加KSCN溶液显红色，证明Fe2+可以氧化为Fe3+。

【教师】大家都能找到合适的氧化剂与还原剂来实现不同价态铁元素的转化，如何让自己的实验方案更严谨呢？

【学生6】向FeSO4溶液中加KSCN溶液不显红色，再加入少量氯水变红色，则证明Fe2+可以氧化为Fe3+。

【教师】先加KSCN溶液就排除了原溶液中Fe3+的干扰，这位同学的证据推理能力很强。 【板书】

Fe2+ 还原剂（铁粉、维生素C） Fe3+

（还原性）氧化剂（氯水、KMn04）（氧化性）

3.实际问题分析与解决

【PPT】展示铁元素在人体十二指肠内的代谢过程（图4）。

【教师】根据铁元素在人体中的代谢过程，可以看出Fe2+可直接被人体吸收，而Fe3+则需要先被体内的铁硫蛋白还原为Fe2+再被人体吸收，在人体内运输时Fe2+则被血浆铜蓝蛋白[4]氧化为Fe3+，因此含Fe2+的补铁剂吸收效果更好，但对胃肠的刺激会比较大，因此小孩可选择副作用较小的右旋糖酐铁口服液。

【提问】速力菲的药品说明书上写着结合维生素C一起服用效果更好，这是为什么？

【学生7】因为维生素C有还原性，可防止Fe2+被氧化，Fe2+比Fe3+吸收效果更好。

【教師】有些燕麦片中含有还原铁单质，你觉得可以长期食用来补铁吗？

【学生8】单质铁有还原性，可与胃酸反应转化为Fe2+，具有一定的补铁作用。

【学生9】但铁单质容易被空气氧化为Fe3+，Fe3+可转化为Fe2+，但吸收效果相对较差。

【布置作业】什么样的食物用作日常补铁效果较好呢？请完成小论文——如何科学补铁。

【反思小结】教师小结Fe2+与Fe3+的相互转化关系，以及研究物质氧化还原性质的一般程序和方法。

三、教学反思

1.真实的问题情境源自于生活

从补铁剂人手来学习铁及其化合物是许多教师常用的问题情境，然而笔者通过到药店的实际调研发现了Fe3+在补铁剂中的重要作用，又通过查阅生物学科文献，了解到铁元素不同价态在人体代谢过程中相互转化的真实问题情境。虽然面对的是多数中考未选化学的学考生，但课堂上学生表现出了强烈的学习动机。因此，要还原给学生一个真实的问题情境，教师必须成为生活中的有心人，亲身实践，放宽眼界，挖掘本学科乃至跨学科问题中的大概念，才能使培养学生的科学素养在课堂上落地生根。

2.捕捉评估证据是促进学生理解的有效手段

本节课在探究实验结束后，教师通过实物投影的方式将学生设计的实验方案以及得到的实验结论充分展示出来，在师生交流、生生评价中获取了学生对氧化还原相关概念的理解证据。在分析燕麦片里还原铁粉的补铁效果的讨论中，可以看到学生对铁与胃酸的反应很容易进行迁移应用，而对于铁单质易氧化为Fe3+则考虑不足，从而为进一步分析铁粉的实际补铁效果造成了障碍。因此，给学生充分表达思维过程的机会，捕捉评估证据并给予及时的评价和反馈，这也给教师提供了解决学生困惑的机会，是促进学生理解的有效手段。

3.表现性评价是综合素质评价的重要形式之一

UbD理论认为“通过设计，使概念、事实、论证或者经验既阐释事物又提出问题时，它们就有了意义，理解才会产生”。因此，要对学生的理解程度进行科学的评估，仅使用常规的习题检测是不够的，还需要教师选取真实的开放式的表现性评价方式。通过完成小论文等形式的作业，不仅可以促进学生对相关大概念的理解，同时还为学生的综合素质评价提供了有力的评估依据。

参考文献

[1]格兰特·威金斯，杰伊·麦克泰格.追求理解的教学设计[M].闫寒冰，宋雪莲，赖平，译，上海：华东师范大学出版社.2017：4

[2]普通高中化学课程标准修订组，普通高中化学课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018：104

[3]林崇德，中国学生发展核心素养研究报告[J].中学教育科研，2018（3）：1

[4]闫有旺，蔡连捷，铁的生物学功能及代谢[J].化学教学，2002（12）：40