基于发展性任务的情境化教学设计与实践

2022-04-02姚明站杨砚宁张先根徐雯

化学教与学 2022年7期

姚明站杨砚宁张先根徐雯

摘要：发展性任务是指在课堂教学中，为达成教学目标，教师依托问题情境，精心设计的梯度合理、结构鲜明、富有启发性和生成导向的若干个学习任务或活动场域。文章以“烟气中SO2的吸收”复习为具体案例，建构了解决归因类问题的思维模型，设计了12个具体的学习任务，构成发展性任务，进行了情境化教学设计与实践，提炼了归因类问题的解答步骤，提高了学生解决归因类问题的能力，培养了学生的化学核心素养。关键词：发展性任务;情境化教学;思维模型;核心素养

文章编号：1008-0546（2022）04-0042-05

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04.009

一、基于发展性任务的情境化教学

国务院办公厅《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》中明确指出，要注重培养学生的学习能力，积极探索基于情境、问题导向的互动式、探究式、体验式等课堂教学，重在培养学生运用所学知识认知、分析和解决问题的能力;教育部考试中心研制了“一核四层四翼”的中国高考评价体系整体框架，明确规定高考的考查载体是情境，以此承载考查内容，实现考查要求[1]。《普通高中化学课程标准》（2017年版）（以下简称2017版课标）在实施建议部分提出，教师要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，促进学生从学科知识向学科核心素养的转化[2]。可见，情境化教学成为了课程改革、课堂教学和新高考的应然追求。

发展性任务是指在课堂教学中，为达成教学目标，教师依托问题情境，精心设计的梯度合理、结构鲜明、富有启发性和生成导向的若干个学习任务或活动场域[3]。对教学而言，教师可依据2017版课标要求，在深度解读教材的基础上，梳理和提煉化学学科知识及学科观念，结合学生认知规律和个性差异，从知识、思维和方法等视角，科学合理地设计具有能够激发思辨、引发探究的学习任务。对学习而言，学生能够借助教师创设的发展性任务，从化学视角去认知、分析和解决与化学相关的问题或社会议题，基于知识关联、认识思路和核心观念对化学学科知识进行结构化认知，运用不同的方法表征化学学科知识，在学习过程中认同化学学科的育人功能和社会价值，形成对化学学科的本质认知和具有化学学科特征的科学思维[4]。

二、基于发展性任务的情境化教学案例

1.教学设计模型

以“烟气中SO2的吸收”复习为具体案例，构建发展性任务与思维进阶的教学设计模型（见图1），通过一系列学习任务，引导学生获取和处理信息，以期增强学生证据推理意识，提高学生归因类问题的解决能力，培养学生的学科核心素养，促进学生知识结构化和认知模型化。

2.教学具体环节

环节一：聚焦任务目标

[任务1]预测往FeCl3溶液中通入SO2的实验现象，并说明判断依据。

[学生]可发生反应2Fe+SO2+2H2O=2Fe+SO

3+2+2-4H+，溶液由棕黄色变成浅绿色。

[实验1]向试管中加入5mL1mol·L-1FeCl3溶液，通SO2气体至饱和，观察实验现象。

[学生]溶液迅速由棕黄色变成红棕色。

设计意图：学生由熟悉的反应预测现象出发，通过实验的“异常现象”，创设“有问题”的化学课堂，引发学生的探究和思维的热情，聚焦任务目标，体现了发展性任务矛盾性的特征。

环节二：寻找关键因素

[任务2]往5mL1mol·L-1FeCl3溶液中通入SO2，溶液由棕黄色变成红棕色，并不是预测的实验现象，请结合已有知识猜测、解释出现红棕色的可能原因？如何设计实验验证推理？

[学生]首先，溶液没有变成预计的浅绿色，说明可能并非发生预想的氧化还原反应;

可能原因1：从物质类别的角度考虑，Fe3+易水解产生红棕色的Fe（OH）3胶体;

可能原因2：从物质结构的角度考虑，Fe3+有空轨道，能与某些粒子如SCN-配位形成红色的配合物，所以这里也可能与SO2等配位络合成新物质;

......

实验验证方法：丁达尔效应检验是否形成Fe（OH）3胶体，并与Fe（OH）3胶体作对比。

[任务3]Fe3+能与SCN-配位形成红色的配合物，从物质结构的角度分析，Fe3+能不能与SO2形成配合物？Fe3+能否与SO2--[5-8]、HSO

[学生]Fe3+有空轨道，SO2中心原子以sp2杂化，配形成配合物呢？位原子为2个氧原子，硫原子剩有一对孤电子对，分子结构为V形，所以两者有可能形成配合物（图2）。

[教师]资料显示，Fe3+与SO2可以配位络合：Fe3++

不同的研究者提出的不同机理，其反应物和产物都一样，只是中间体一配合物的形式不一样。

[任务4]随时间推移，溶液由红棕色逐渐变浅，最终变为浅绿色[如图3所示，未通SO2和通SO（2用煤油液封）的FeCl3溶液颜色变化对比]，其可能原因是什么？

[学生]发生了2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO2-+4H+4的反应。

[任务5]往5mL1mol·L-1FeCl3溶液中通入SO2至饱和，溶液迅速由棕黄色变成红棕色，后经较长时间最终变为浅绿色。请从化学反应速率和化学平衡等角度解释该现象变化的原因？

（2）从现象变化的先后快慢来说，反应I速率较快，反应II速率较慢。反应II进行时，溶液中c（Fe3+）和c（SO2）减小，导致反应I平衡逆向移动，且反应II几乎完全进行，导致反应I几乎完全逆向移动，[Fe（SO2）6]3+分解完全，最终溶液慢慢变成浅绿色。设计意图：通过分析讨论，挖掘出现象背后的原理和影响因素，并从化学反应速率和化学平衡的角度进行解释。让学生置身于自由、科学、民主的“学习场”中，通过师生、生生平等交流和倾听，学生能够提出自己独特的观点（大胆的假设、有证据的猜想），充分体现了发展性任务思辨性的特征。

环节三：建立要素关系

[任务6]某同学认为反应II是一个不可逆反应，请设计实验证明。

[学生]（1）向5mL1mol·L-1FeCl3溶液中通入SO2至饱和，加入煤油液封，放置一天;

（2）取少量反应后的溶液于试管中，滴加2滴KSCN溶液，观察溶液颜色变化。

[任务7]如何加快反应II的化学反应速率？

[学生]增大反应物浓度、增大压强、适当升温、使用催化剂和增大接触面积（如将导管出气口换成多孔球泡）等。

[实验2]研究温度和溶液酸性对反应II的化学反应速率的影响，如表1。

[学生]实验1中微热溶液时，溶液颜色明显比未加热的溶液浅，说明加热可以加快反应II的速率;滴加浓盐酸，通入SO2至饱和，溶液没有变成红棕色。

[任务8]FeCl3溶液吸收SO2时，增强溶液的酸性没有出现“异常现象”，其可能的原因是什么？

[学生]溶液酸性增强，SO2的溶解度减小，不利于[Fe（SO2）6]3+的生成。

[教师]信息提示，不同pH的溶液中SO2的溶解度，如表2所示。

追问：滴加浓盐酸，避免了“异常现象”的发生，对反应II的速率有何影响？

[学生]酸性增强，SO2的溶解度减小，导致反应II的速率减小;酸性增强，抑制Fe3+水解，使c（Fe3+）增大，导致反应II的速率增大。因此，取决于两者对速率的影响程度的大小。

设计意图：通过实验设计，深度挖掘影响化学反应的因素以及如何控制反应，进一步探讨该反应，体现发展性任务探究性和发展性的特征。在完成任务的过程中，引导学生像学科专家那样去思考和解决问题，在探究过程中建构结构化认知（见图8），进而发展学生的化学学科理解。

环节四：优化模型结构

[任务9]不同温度下，将pH=2、0.05mol·L-1FeCl3溶液和含SO2的烟气按不同的液气比通过填料塔，随温度升高SO2的去除率变化如图4所示[9]。SO2的去除率先升高后降低，可能原因是什么？（该题还可以如何设问？）

[学生]在低于40°C时，随温度升高化学反应速率加快，导致SO2的去除率升高;当温度大于40°C时，随温度升高SO2的溶解度减小、铁离子水解程度增大，导致SO2的去除率降低。

[任务10]在相同温度下，将pH=2、0.05mol·L-1FeCl3溶液和含SO2的烟气按不同的液气比通过填料塔，测定不同液气比时SO2去除率变化如图5所示，该项目选择10L/m3的液气比[9]，解释其原因。

[学生]在10L/m3的液气比时，SO2的去除率已达80%左右，增大液气比SO2的去除率提高不大，造成吸收成本的增加。

设计意图：通过实际应用，让学生能够从化学的视角去认知、分析和解决生产生活的问题，形成具有化学学科特质的思维方法和思维模型（见图8），感受化学科学的社会价值，提升学生的科学态度和社会责任感。

环节五：应用思维模型

[任务11]Fe（III）/铸铁屑填充湿法吸收烟气中SO2，铁屑腐蚀过程和铁离子的协同作用可以增强SO2的吸收。该法吸收烟气中SO2转化途径示意图如图6所示[9]，用必要的化学用语和文字来描述此过程。

[学生]SO2被溶液吸收形成电解质溶液，铁屑中铁与碳构成原电池，铁失电子被氧化：Fe-2e-=Fe2+，O2在碳电极得电子被还原：O2+4e-+2H2O=4OH-，Fe2++2OH-=Fe（OH）2，Fe（OH）2被O2氧化成FeOOH;部分FeOOH与H+转化为Fe3+，进入溶液的Fe3+与SO2-发生反应：2Fe3++SO2-2+2-+

分FeOOH转化为含SO2-3和SO

[任务12]Fe（III）/铸铁屑填充湿法吸收烟气中SO2，铁屑腐蚀过程和铁离子的协同作用可以增强SO2的吸收。在40°C、以相同的液气比通过铁屑填充的填料塔，在不同pH溶液条件下，对SO2的去除率的影响如图7所示[9]。在低pH和高pH下，SO2的去除率上升阶段和下降阶段存在明显差异，可能原因是什么？

[学生]与高pH相比，在低pH值的条件下，阶段ISO2去除率上升快，阶段II下降也快。与高pH相比，在低pH值条件下，阶段I时，随SO2吸收进入溶液，铁的腐蚀速率被不断增加的H+加快，产生更多的铁离子，从而加快SO2的吸收速率，导致SO2的去除率上升得快;阶段II时，低pH下因腐蚀产生更多铁锈的阻碍作用，造成腐蚀速率下降，减弱SO2的吸收，导致SO2的去除率降低得快。

设计意图：通过对反应机理的认知，进一步深化理解模型及其本质，从而达到能够应用思维模型分析复杂体系能力（见图8）。在复杂问题分析中，可以探查学生的化学知识掌握程度和学科理解程度，提高学生的化学知识迁移应用、沟通与合作和交流与表达能力，培养学生的反思与批判思维、社会责任意识。

三、基于发展性任务的情境化教学思考

1.设计优质高效的学习任务

学习任务的设计要重视问题情景的创设。情境要来自生产生活的实际，达到课程标准的要求，满足教学的需要。本节课紧扣烟气中SO2的吸收这个真实情景，实验设计科学新颖，富有启发性和生成导向。问题情景可根据课堂教学的实际需要，适当加以取舍。

学习任务的设计要关注核心素养的培养。教师要注重开展推理活动，培养学生的思维品质，提升学生的关键能力。本节课核心素养的培养贯穿了整個教学过程（见图1）。

学习任务的设计要考虑学业水平的提升。只有充分了解学情和现有的学习能力，合理地确定学习任务的个数和具体梯度、科学地安排教学时间，才能取得良好的教学效果。本节课学生基础较好，学习任务设计梯度合适，虽然多达12个，但也能完成教学任务。

2.提炼同类问题的解答步骤

通过教学实践，我们引导学生逐步提炼出归因类问题的4个解答步骤（见图8），建构解决归因类问题的思维模型。

参考文献

[1]教育部考试中心.中国高考评价体系说明[Z].北京：人民教育出版社，2019：6-7.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020：74.

[3]朱志平.范导式教学：价值、内涵与实践路径[J].上海教育科研，2019（4）：77-80.