元素化合物课题教学情境利用特征的分析

陈仕功 杨玉琴

摘要： 以“铁及其重要化合物”9节观摩评比课为研究对象，分析元素化合物主题教学中教学情境利用的一般特征和优秀特质。发现教师都能围绕主题选择真实素材，素材的呈现时机多在教学关键点，且能达成多重功能，体现了教学情境在发展学生学科核心素养中的重要载体作用。优秀课例则在情境利用的全程性、逻辑性和提供认知脚手架上体现了特色。

关键词： 元素化合物; 教学情境; 铁及其重要化合物; 情境特征; 同课异构

文章编号： 10056629（2020）10003005

中圖分类号： G633.8

文献标识码： B

《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称新课标）不仅在教学建议中明确提出“创设真实问题情境，促进学习方式转变”，在各部分内容要求中还给出了具体的情境素材建议。其中，元素化合物教学内容因与STSE联系密切，建议的情境素材种类和数量最多，为教学设计的多样化提供了参考[1]。以“铁及其化合物”为例，内容要求“结合真实情境中的应用实例，了解钠、铁及其重要化合物的主要性质，了解这些物质在生产、生活中的应用”，并建议使用“补铁剂”;实验中硫酸亚铁的保存与使用;印刷电路板的制作;打印机（或复印机）使用的墨粉中的铁磁性物质等情境素材[2]。从静态的“情境素材”到动态的课堂“教学情境”需要教师准确把握情境创设及利用的方法并进行精心设计。现以2018年江苏省优质课评比暨观摩活动主题之一“铁及其重要化合物”的9节课为例[3]，分析同一课题不同课堂中教学情境的利用特征，以期为教师课堂教学中情境的创设提供参照。

1 9节观摩课教学情境特征概述

根据课堂观察，将9节课（A1～A9）所利用的教学情境从素材、来源、应用时机、呈现方式及体现的主要功能等方面进行归纳，如表1所示。

由表1可知，在观摩课中，教师普遍重视教学情境的创设和利用，从总体来讲，具有以下共同特点。

1.1 围绕主题选取真实素材，充分体现STS理念

9节课皆围绕“铁及其化合物”这一主题，选择与主题及教学目标密切相关的情境素材，具有教学情境所要求的真实性和目的性。由于铁及其化合物这一主题与生产生活密切联系，因此，教学情境基本来源于真实的生产生活，充分体现了化学与技术、社会的关系。如补铁剂、植物补铁花肥、食品脱氧剂、打印墨粉中的磁性物质等，即使是利用实验创设的情境，如课例A7情境——合成富马酸亚铁所需的FeSO4溶液的配制也是来源于工业生产流程，A3神奇的磁流体这一趣味实验情境最后也回归到对磁流体及其他含铁物质的应用探讨中来。但课例A4及A2的情境虽然真实，却因没有实际应用价值，消弱了教学情境的应有价值。

1.2 应用时机多为教学关键节点，发挥情境的动机引发作用

真正的学习始于动机的激发。从表1可知，教学情境的应用时机多处于教学关键节点，如新课导入、新的知识点引入或新知应用等环节。教师创设教学情境就是将化学问题或事实镶嵌在一种模仿或真实的环境中呈现给学生，以激发学习者寻求问题解决的内在动机[4]，使得课题或话题的引入自然流畅。如课例A7，教师在用图片展示了合成补铁剂富马酸亚铁的流程中需要配制FeSO4溶液后，让学生动手配制溶液（呈黄色），并与教师在实验室配制的溶液（呈浅绿色）进行对比，学生发现溶液颜色不一样，这时候探究“为什么”的动机自然就产生了。杜威的“五步教学法”的第一步即为“创造一个真实的经验情境”，并指出教学过程中的情境应与学生的经验相关，这样才能使学生产生兴趣，有助于获得某种为现实生活所要求的经验[5]。

1.3 体现多重功能，促进学生学科核心素养的发展

教学情境不仅在教学关键节点上发挥了引入话题和激发动机的作用，在很多课例中还体现出其作为探究核心知识或运用知识解释、解决问题的载体的作用，体现了化学和技术、社会的关联，突显了化学学科的价值，促进了学生化学学科核心素养的形成和发展。新课标要求，应注意设计真实情境下不同复杂和陌生程度的问题解决活动，引导学生通过小组合作、实验探究、讨论交流等多样化方式解决问题，促进学习方式的转变。仍以课例A7为例，学生针对自己配出来的溶液颜色与教师配出来的溶液颜色不一致，展开了合理假设“也许是由于存在Fe3+的缘故，因为从化合价分析，FeSO4中的+2价的铁可能会被空气中的氧气氧化为+3价的铁”，于是产生探究问题“如何检验所配溶液中是否含有Fe3+”，核心知识Fe3+、 Fe2+的检验及Fe2+转化为Fe3+的途径及符号表征得以建构;此时依据该情境又衍生出下一个探究问题“我们需要的是Fe2+，那么有没有办法将溶液中的Fe3+转化为Fe2+”。可见，在情境所引发的问题及其探究过程中，学生不仅学到了知识、技能，还发展了宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、变化观念以及科学探究等学科核心素养。

1.4 利用课堂现有条件，呈现知识产生的背景事件

由表1可见，课堂上教学情境的呈现方式不外乎教师口述、PPT图文展示、视频或学生实验中的两种或两种以上的组合，虽然谈不上丰富，但这与课堂条件是相符的。情境通常源自一种氛围、物理环境以及背景事件等构成的复合场域，课堂条件下大多是人为创设的、逼真的“虚拟”或仿真的情境。Klassen认为，科学教育中的“情境”是“连接一个核心实体（focal entity）或是围绕在核心实体周围的实体（entities），作用是让整体的意义更加明了”。核心实体即要求学生掌握的科学概念、技能、态度、方法等，围绕在核心实体周围的实体则是科学知识产生的背景或环境、或者学生熟悉的场景[6]。这些实体可以通过文字、图片、视频、多媒体、实物等形式呈现[7]。如课例A1以教师本人为第一人称，通过教师描述、PPT图文以及实物展示的方法呈现了“我”在解决“绿萝发黄”问题中所遇到的困惑，将学生自然地带入到教学事件中;课例A7则利用学生实验中出现的问题让学生自然地进入到教学事件中。

2 优秀课例的优秀特质分析

课例A9、 A7、 A5、 A1获得了一等奖，可称之为优秀课例。从录像观察中发现，课堂教学整体的质量与情境创设质量高度相关。优秀课例的教学情境具有如下特质。

2.1 具有全程性，成为学生有意义学习的载体

唯有将学习镶嵌于它所维系的情境之中，学习才会被赋予真正的意义[8]。教学情境的创设并不等同于传统意义上的导入新课，其核心价值在于它是学生知识建构的载体，在整个学习过程中都能激发、推动、维持、强化和调整学生的认知活动、情感活动和实践活动等。教学情境应具有全程性，既能成为课堂问题产生的源头，又能使整个教学围绕情境展开，让学生的思维不断地走向深入，从而成为建构知识体系、发展学科核心素养的有意义学习的载体。

以课例A1与A8为例（如表2所示），两者皆采用绿萝因缺铁变黄的情境，且呈现方式大致相同。主要不同之处在于A1将该情境分阶段呈现和使用，始终以购买的硫酸亚铁花肥在配制成溶液使用过程中所出现的问题，作为引发话题及知识探究、建构的载体。而A8在新课引入后，虽然提出了“补铁液中究竟是什么价态的铁”的问题，但在实验活动中却抛开了营养液本身，学生试验的是“Fe2（SO4）3溶液中Fe3+的检验”和“FeSO4溶液中Fe2+的检验”，而把检验营养液中的Fe3+和Fe2+，用在“学以致用”环节，情境的利用呈断断续续状，教学叙事线索不清晰，致使情境利用的效果受到影响;同样，课例A3和A9虽然都利用了磁性物质Fe3O4作为情境载体，但前者只作为部分知识探究与建构的载体，而后者却以“探究打印墨粉中的磁性物质”为情境，围绕“初探打印墨粉中的磁性物质”“确定打印墨粉中的磁性物质”“再探打印墨粉中的Fe3O4”三个核心任务，设计了一系列问题串形成了“问题线”，通过问题驱动学生在自主、合作、探究等活动中学习，构建了“活动线”[9]。这种整体、连贯的教学设计，使学生沉浸在以情境为背景的叙事中不断产生“为什么”与“后来呢”的双重期待，激发了认知需要，引起了自主探究的学习行为，从而产生了有意义的学习结果。

2.2 情境、问题与探究学习活动之间具有逻辑关联

杜威基于“五步思维法”的“第一步： 问题”提出了教学的第一步为“创造一个真实的经验情境”，即学生思维的起点问题是基于情境产生的。基于情境构成的问题线索，形成了教学的基本支架。通过一步一步制造悬念，引导学生一步一步完成解决问题的任务，从而完成知识的有意义建构。如果说情境的全程性完成了整个教学的纵向叙事，那么情境、问题（任务）与解决问题（完成任务）的活动之间的逻辑关联则完成了教学在某一阶段的横向叙事，4个优秀课例都有这样的共同特征。从图1所示课例A9的情境利用结构可见，每一个问题都产生于学生已有的知识和即将要学习的知识“节点”上，与学生已有的知识经验产生矛盾冲突，从而使学生萌发解决新问题的欲望，自觉地投入到问题解决的活动中，形成了情境、问题（任务）和活动之间的逻辑链条。而同样用磁性物质Fe3O4的课例A3，虽然从课堂的纵向结构——“磁流体R是什么，如何制备R，磁流体还能用来做什么”上看，线索是清晰的，但在问题“如何制备R”的解决过程中，问题“Fe3+如何转化为Fe2+”的产生却不是基于真实问题解决的需要，脱离了知识赖以产生的背景，影响了教学叙事的逻辑性。

新课标对情境创设的教学建议中凸显了对情境、问题、活动的“三位一体”的要求——“提供有价值的素材创设，使学生产生运用化学方法解决这一问题的欲望，这些具体的问题解决任务，促使学生查阅文献、设计方案、实验探究”等。正是在这样的问题解决过程中，学生形成科学家看待问题的方式和解决问题的能力，从而保证知识向真实情境的迁移，这是教学情境的深层次价值所在。

2.3 给学生提供了恰当的认知脚手架

情境认知理论认为，学习是一个“合法的边缘性参与”过程，即作为新手的学习者在逐渐成长为专家的学习过程中，不可能完全参与所有的活动，而是需要在专家（教师）的引导和指导下参与实践，从部分参与逐渐向完全参与过渡。这意味着教师在情境呈现后，需要在问题判断、问题表述、问题解决及结论表述，甚至包括学习过程中的交流等各环节，都应分别根据学生的实际情况设计认知脚手架，支持学生的学习活动，以避免学生无意义的摸索。这些脚手架包括信息资料的提供、教师的示范、适当的提示、明确的反馈等。

如在课例A9中，当学生通过实验排除了磁性物质含铁，问题转化为“若是Fe3O4，如何设计实验进一步验证我们的猜想”后，教师立即提供资料卡“四氧化三铁，又称为磁性氧化铁，可以近似地看作是氧化亚铁与氧化铁组成的化合物（FeO·Fe2O3）。此物质溶于酸，不溶于水”。学生从此资料卡中提取信息，利用头脑中已有的FeO和Fe2O3的性质知识，推理出它们与酸反应的产物，问题即转化为检验墨粉与酸反应的溶液中是否含有Fe3+和Fe2+;再如，课例A5中脱氧剂氧化后的成分检验后，教师提出问题“如何将使用过的脱氧剂绿色化利用”，接着呈现铁的重要化合物FeSO4的用途，问题立即定位于“如何将Fe和Fe2O3的混合物转化为可利用的FeSO4”;课例A1、 A5和A9都采用了价类二维图进行铁及其化合物知识的建构，皆由教师先提供二维框架，学生在探究过程中逐步完善转化关系图。可见，教师通过资料卡、示范、提示等方法向学生提供支架，使得学生拾级而上，进行目标定向的学习，提高了课堂教学的效率。

3 结语

综上分析可见，在元素化合物优质课教学中，教学情境的利用具有一些共同的规律和特征，如取材真实、体现学科价值，服务于学生的主动学习和学科核心素养的发展等。在基于情境的教学叙事中，不仅需要重视纵向上的逻辑结构，还要重视横向上的情境、问题（任务）与活动的关联性，在问题解决活动中适时给学生提供脚手架。当然，创设一个结构和功能皆佳的教学情境并非易事，需要教师的日常积累和教学智慧，且并非每一个课题都能找到与之相适的教学情境。对于元素化合物课题，因其与生产生活的联系密切，找到适切的情境素材相对容易，但对于某些概念性或原理性课题，如化合价、物质的量、核外电子的排布规律等，很难找到情境与之匹配，此时利用学科问题的解决逻辑或启发式讲解进行教学设计也是好的策略，亦能展开有意义的学习。

参考文献：

[1]王伟， 王后雄. 《普通高中化学课程标准（2017年版）》中“情境素材建议”内容特点及使用建议[J]. 化学教学， 2018， （10）： 17～21， 28.

[2]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018.

[3]赵华， 朱玢编. 2018年江苏省高中化学优质课比赛暨观摩活动A组《铁及其化合物》实录[CD]. 南京： 江苏凤凰电子音像出版社， 2019.

[4]杨玉琴， 王祖浩. 教学情境的本真意蕴——基于化学课堂教学案例的分析与思考[J]. 化学教育， 2011， 32（10）： 30～33.

[5][美]杜威著. 王承绪译. 民主主义与教育[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]畢华林， 卢姗姗. 化学课程中情境类型与特征分析[J]. 中国教育学刊， 2011， （10）： 66～69.

[8]贾义敏， 詹春青. 情境学习： 一种新的学习范式[J]. 开放教育研究， 2011， （5）： 31～41.

[9]张丽华. “素养为本”的元素化合物知识教学——以“铁及其重要化合物”为例[J]. 化学教学， 2019， （8）： 57～61.