基于学习进阶的中学化学主题教学研究

胡天娇 王后雄 张平

摘    要：“铁及其化合物”是中学化学的重要组成部分，贯穿整个中学化学，但不同阶段的内容要求、能力要求并不一样，具有层层递进、环环相扣、螺旋上升等特点。教师可依据学习进阶理论，系统分析课程标准、教材和学情，统整主题知识、设置教学梯度，围绕不同学段学习中所要达到的知识、认识、模型及素养等要求，构建“铁及其化合物”学习进阶框架，既实现紧密高效的衔接，又体现由宏观到微观、由易到难的学科思想。具体教学策略是：整合教学内容，注重跨级设计;基于素材情境，提升学科素养;关注知识形成，优化教学过程;围绕核心内容，形成学习模式。

关键词：学习进阶;铁及其化合物;主题教学

一、“铁及其化合物”知识特点、教学问题及学习进阶

（一）知识特点

分阶段学习：初中阶段已开始接触生活中常见的金属元素化合物，高中阶段继续从不同角度和侧重点学习“铁及其化合物”。

与各部分知识联系紧密：高中阶段“铁及其化合物”的学习，是在初中化学基础上的进一步系统化、复杂化、精细化，是对前面氧化还原反应、离子反应等的巩固和应用，既有利于加深学生对先前知识的理解，又为化学平衡、电化学、结构化学等的学习作了铺垫。

化学学科核心素养含量较高：“铁及其化合物”主题包含铁和铁的化合物的制备、性质与用途，金属的腐蚀与防护，溶液中的离子平衡，原子结构与元素周期律等内容，对拓展学生的化学知识，培养学生未来适应社会、处理复杂问题所需的关键能力和必备品格等都有极大的促进作用，是核心素养含量较高的课程主题。

（二）教学问题

由于“铁及其化合物”的学习几乎贯穿整个中学化学，不少教师在讲授相应内容时，没有意识到教材编写者在不同板块安排有关内容的真正意图及所要渗透的核心素养，导致授课只是简单地重复，而没有厘清知识间的内在逻辑关系。存在的主要问题有：没有整体统一的规划，初中和高中必修阶段教授知识的难度超出课程标准的要求，增加了学生的负担，挫伤了学生学习的兴趣和信心;在选择性必修阶段，既没有引导学生对前面所学过的相关知识进行整合梳理并形成相互关联的知识网络，将新课上成了复习课，又没有渗透课程标准所要达到的核心素养[1]。

（三）学习进阶

2012年，美国新一代科学教育标准前期框架《K-12科学教育的框架：实践、交叉观念和核心概念》指出，课程设计应符合学生的认知发展，以利于学生深入理解核心概念。而以学习进阶的形式呈现学科核心概念，可使学生形成良好的学科核心素养。学习进阶描述学生在学习过程中呈现出的发展性、过程性动态变化，这种动态变化有助于学生深入理解学科知识和学科核心概念，形成科学实践力。

铁和铁的化合物在生产生活中用途广泛，通过该主题学习，可让学生感知化学在生产生活中的重要作用以及化学与生活的密切联系，培育学生的科学探究与创新意识、科学态度与社会责任等核心素养。为了解决上述问题，突破重难点主题，笔者在分析课程标准、教材和学情的基础上，构建学习进阶框架，以期为教师进行更加科学的教学设计、开展更加精准的教学提供参考。

二、“铁及其化合物”主题的学习进阶研究

（一）基于课程标准的进阶研究

《义务教育化学课程标准（2022年版）》与《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》对学生在不同阶段学习“铁及其化合物”这一核心主题提出了相应要求，详见表1。

由表1可知，初中化学强调基于学生已有的生活经验，从化学入门的角度初步建立铁的元素化合物知识，粗略感知铁和铁的化合物的相关性质。高中化学必修阶段，强调深入物质性质，要求学生能够从物质分类及其转化、氧化还原反应、离子反应等角度建立铁和铁的化合物之间的内在逻辑关联。高中化学选修阶段，注重进一步从铁和铁的化合物的性质、结构与用途的角度学习该主题，要求学生认识化学反应与人类生产生活的联系。笔者按照以下思路层层进阶该主题的学习：基于生活经验的初步了解—基于化学知识的性质学习—基于物质性质的用途展示—基于学科理论的性质解释—基于性质、用途、转化及原因的网络构建。

（二）基于化学教材的进阶研究

教材是学科知识的载体。笔者以人教版义务教育教科书《化学》九年级，人教版普通高中教科书《化学》必修第一册、选择性必修1、选择性必修2为研究对象，分析了“铁及其化合物”相关知识在这些教材中的分布情况：初中侧重于从学生的日常生活经验出发，宽泛地介绍铁和铁的化合物的基本性质，内容偏向于了解层面;高中必修阶段侧重于从已学习的化学原理出发，强调元素化合物学习的分类观和转化观;高中选修阶段侧重于物质的应用层面以及宏微结合的原理探析。这些知识层层递进、环环相扣，基本上体现了螺旋上升、由宏观到微观、由易到难的学科思想。

（三）基于学生认知的进阶研究

“铁及其化合物”知识在中学阶段具有跨度广、难度大、知识点多等特点，学生在认知结构方面存在较多问题。首先，学生获得学科知识不是一蹴而就的，需要在学习的过程中逐渐获取新的理念和知识以促进新知识的学习。课程标准或教材编排不能完全撇开课程结构框架，体现了一个阶段内学习知识的发展过程，更强调知识的逻辑结构，描述的是科学概念的发展过程，但是学生会受到知识基础与认知体验的影响，因此帮助学生建立在特定学习进阶层级的思考方式相当重要。其次，零散和孤立的知识点不容易被学生记住，更不能长久储存于大脑中，当然也不可能对学生后期的学习和生活带来较大影响，而围绕核心概念学习并掌握学科大概念，就能够对学生产生比较深远的影响。因此，对同一核心主题在不同学段的连贯性进行整合，有利于学生更好地掌握知识，学以致用。

三、基于学习进阶的“铁及其化合物”教学策略

（一）“铁及其化合物”学习进阶框架构建

王磊等学者认为学习进阶研究的关键是一段时间内“概念本体”“学习表现”“认识层级”3个模型的刻画[2]。筆者梳理文献，结合学生认知特点，对学生围绕“铁及其化合物”主题在不同学段学习中所要达到的水平，以及教师在不同水平所侧重的教学内容与方法进行归纳整理，确定“铁及其化合物”的学习进阶过程，详见表2。

从表2中不难发现，“铁及其化合物”知识在整个中学阶段整体呈螺旋上升趋势，基本符合学生的认知和思维发展规律。初三从生活经验入手，介绍了铁的常见性质，帮助学生初步了解铁元素及其性质。高中必修第一册主要从知识层面形成元素化合物知识的基本学习方法，知识难度和要求比初中高很多。高中选择性必修1侧重于应用层面，要求用“铁及其化合物”知识分析和解决问题。高中选择性必修2则是从微观解释层面，即原子核外电子的排布特点和金属晶体理论出发，学习铁为什么会具备这些性质。由此可见，从初三到高三，教师要认识到该主题虽然不断出现，但其知识点不是简单堆砌，而是从生活到化学、从化学到生产、从知识到应用、从宏观到微观、从现象到原因，这符合科学概念的建立过程，教学中要遵循这一规律。

（二）“铁及其化合物”知识、模型、认识及素养进阶的构建

在“铁及其化合物”教学过程中，统整不同阶段的知识、认识及能力等要素，融合梯度化活动，设置单元教学进阶，有利于促进知识的系统化和科学化。笔者参考上官庆景等人的研究成果[3]，结合教学实际情况，构建不同学段“铁及其化合物”知识、模型、认识及素养的进阶学习，详见图1。

需要说明的是，图1针对的是该主题在不同阶段侧重培育的核心素养，与学段并不是严格的一一对应关系，可能在同一时期培育了多种核心素养。

（三）“铁及其化合物”教学策略

基于“铁及其化合物”的课程标准梳理、学习进阶构建、内容特点呈现及教学问题分析，笔者提出了如下教学策略：一是针对此内容跨度大的特点，要注重跨级整合;二是针对此内容核心素养占比大的特点，应注重在情境中引导学生学习、思考、培养能力、提升核心素养;三是针对此内容贯穿中学化学，层层递进、螺旋上升的特点，应关注各部分知识的形成过程，优化教学设计;四是针对此内容知识点多且分散的特点，要围绕核心内容，帮助学生形成学习模式。

1.整合教学内容，注重跨级设计

尽管在授课过程中会受到教材编排、内容呈现顺序、学校及上级部门进度安排等条件的制约，但是作为一线化学教师，自己应该对所教主题有清晰的认知。只有在一个相互密切联结的整体中，每个知识点才能发挥自身更大的价值。“铁及其化合物”的学习是层层递进、螺旋上升、持续进行的，在设计教学时，教师应该系统分析教学内容，突出教学设计的整体性和层次性，把握教学序列的跨学段设计，并且在学习后面的知识时，应该想办法将前面的知识渗透进来，提升学生的理解能力，达到“常学常新”的效果[4]。

例如，在学习“构造原理、能量最低原理、洪特规则”等内容时，教师就可顺势提问学生，从核外电子排布的角度思考，亚铁离子和三价铁离子哪个更稳定？学生知道“半充满”更稳定的规则后，就知道三价铁离子更稳定，也能够理解高一所学的铁盐和亚铁盐的性质了。又如，学习了盐类水解的影响因素之后，学生知道了“越热越水解”，就明白了为什么制备氢氧化铁胶体时要将铁离子溶液滴加到沸水中了。

2.基于素材情境，提升学科素养

铁和铁的化合物与人类生产生活息息相关，教师要注意积累有关铁和铁的化合物的真实素材，围绕核心教学内容，创设真实、有一定挑战性的问题情境，使学生在问题解决的过程中学习化学知识，收获学习的兴趣，实现学科知识、思维、能力、核心素养的发展进阶[5]。例如，在学习铁和铁的化合物的性质时，教师可从“麦片中加入还原铁粉”新闻出发，引导学生思考怎样检验麦片是否含铁，明确铁的部分物理性质。从麦片中为什么含铁，还可启发学生深刻理解亚铁和三价铁的相互转化关系，培养学生的证据推理与模型认知核心素养。

3.关注知识形成，优化教学过程

基于学习进阶对教材及学情进行分析是教学过程设计的前提。因此，设计前教师就要做好以下事情：（1）构建“铁及其化合物”主题学习进阶框架;（2）明确内容所处的进阶位置，确定学生已有的知识基础和所要达到的进阶目标;（3）根据教学内容的性质及所处的层级水平，确定学生已有的科学思维水平、实验探究能力及期望达到的水平;（4）分析学生在学习过程中可能出现的迷思概念和认知节点。

例如，可将“铁离子检验”的学习调整到“铁盐和亚铁盐的相互转化”的学习之后，设计问题“某工厂由于疏忽，将亚铁盐暴露于空气中，为了避免浪费，请你设计实验帮助检验产品的氧化程度”。这就更符合学生心理和认知发展过程，使知识学习前后连贯、学以致用、巩固提升，促进学生深度高效学习并形成高阶思维。

4.围绕核心内容，形成学习模式

元素化合物知识教给学生的是研究元素及其化合物的基本思路与方法，因此教材只呈现了几种典型的金属和非金属元素。在该部分学习中，对于一些细枝末节的知识，教师要充分相信并培养学生自学的能力，将重点放在关注学习方法构建和科学思维培养上。在进行某种典型的物质学习时，教师要让学生经历分析预测、实验验证、物质制备、性质检验、物质转化等过程，形成研究物质性质的基本方法，以此指导其他元素化合物的学习，真正培养学生的学习能力和化学学科核心素养，从而实现“点—线—面”的能力进阶。因此，在初中阶段学习该主题时，教师可多布置课外活动，例如调查你身边哪些物质含铁、了解铁的物理性质等任务。高中必修阶段，教师可给出铁和铁的化合物的“价-类”二维图，引导学生自行完善图中的转化关系，巩固基本知识，形成知识网络。高中选修阶段，教师可设置综合性问题，包括实验、检验、反应、原理、解释、应用等问题，使学生真正做到知识系统化、方法灵活化，提高能力、提升素养。

学习进阶理论在课程和教学等领域都有重要应用，只是运用在课程领域和教学领域时，划分的进阶梯度大小有所不同。围绕核心概念构建学习进阶模型，对教师的教和学生的学都具有重要意义。在教师层面，它有助于促进课堂教学设计的科学性与合理性，避免根据经验、感觉设计带来的随意性，使教学设计更注重体现学生学习心理的整体性和知识的连贯性。在学生层面，它有明确的路径安排和指向，能促进学生对科学概念的深刻理解，有效提升学生的化学学科核心素养。[□][◢]

参考文献：

[1]邹国华，童文昭.“离子反应”学习进阶及其教学分析[J].化学教育（中英文），2018（9）：22-25.

[2]黄鸣春，王磊.学习进阶模型的构建及其应用——以中学化学课程标准内容文本分析为例[J].化学教育（中英文），2017（10）：1-8.

[3]上官庆景，阮雪丹.基于元素化合物认识模型的单元教学设计实践探索——以“铁及其化合物”单元教学为例[J].化学教育（中英文），2021（10）：69-74.

[4]胡娜，张文华.基于学习進阶的中学“化学平衡”主题教学研究[J].化学教学，2017（12）：14-19.

[5]叶炜华.基于“证据推理”的“铁及其化合物”情境化教学实践[J].中学化学教学参考，2020（12）：43-46.