促进学科能力发展的“配合物”教学研究

王星乔，张金水，陈孝娜，滕瑛巧

摘要： 以学科能力框架为理论依据，对“配合物”教学单元进行分析，从研究对象和化学问题、能力活动任务类型、知识基础、认识方式四个维度构建“配合物”教学单元的学科能力模型，制定学科能力发展目标，设计以学科能力为导向的教学方案。通过教学实验和前、后测的数据分析，证实基于学科能力的教学改进有利于农村学校学生学科能力的发展，提出教学实践中应有层次、有梯度地发展农村学校学生化学学科能力。

关键词： 学科能力； 配合物； 教学改进； 农村学校

文章编号： 1005-6629（2023）02-0042-07    中图分类号： G633.8    文献标识码： B

1  问题的提出

“配合物”在《物质结构与性质》模块中占有重要地位。从学生认识发展价值来看，配位键是一种特殊的共价键，对共价键的成键实质与特征的认识、全面了解微观原子的相互作用具有重要价值；从学科本体、社会应用价值来看，配位化学已成为化学领域中的重要分支学科，配合物在催化合成、分析分离、湿法冶金、环境保护和药物化学等方面具有广泛的应用［1］。

通过文献检索，现有与配合物相关的教学研究主要有以下几种类型［2，3］：（1）探讨如何在化学学科核心素养的指导下引导学生更好地进行配合物知识的学习；（2）通过配合物晶体制备实验研究，探索试剂浓度和用量对制备铜氨配合物晶体的影响。根据已有的文献来看，尚无以学科能力发展为视角、以农村学校学生为对象开展“配合物”的教学研究。

2  研究任务

本研究以王磊提出的“学习理解、应用实践、迁移创新”学科能力框架为理论依据（以下简称“3×3四维”学科能力模型）［4］，制定“配合物”教学单元的学科能力发展目标；依据发展目标开发相应的测评工具，进而设计以学科能力为导向的“配合物”教学方案；基于试教、研讨改进教学设计，并通过课堂观察以及对实验班和对照班学生学科能力发展情况的测查分析，获得学生学科能力发展的实践证据。本研究实践学校为宁波市某农村学校，选取的实验班与对照班为同一教师任教的平行班，学生组成无明显差异。

3  研究内容

3.1  构建学科能力模型

运用“3×3四维”学科能力模型对“配合物”教学单元进行分析，从研究对象和化学问题、能力活动任务类型、知识基础、认识方式四个维度构建“配合物”教学单元的学科能力模型［5］。课程内容是人们在不同阶段对某一认识域的认识结果，因此，可以通过对课程标准、教材内容的文本分析提炼相应的研究对象和化学问题、知识基础、认识方式等［6］。

首先分析《普通高中化学课程标准（2017年版）》中对“配合物”教学单元的内容要求、学业要求［7］，进而比较三种不同版本教材中涉及“配合物”教学单元的显性知识、隐性知识，具体如表1所示。

通过分析可见，配位键和配合物是本单元的核心知识也是认识角度；配位键的形成条件及特征，配合物的概念及组成结构、性质、应用与制备等内容具有一定的稳定性，是“配合物”学习单元的研究对象和化学问题。依据“3×3四维”学科能力模型，构建“配合物”学习单元的学科能力模型，如图1所示。

3.2  制定学科能力发展目标

将学科能力模型中四个维度进行连接组合，结合王磊教授团队的研究成果［8］，制定“配合物”主题学科能力的发展目标（学习表现指标），如表2所示。课题组就能力发展目标咨询多位名优教师意见，他们认为学习表现指标描述清晰、内容完备，对课堂教学、教学评价具有极大的参考价值。

3.3  基于前测明确教学改进关键点、发展点

依据“配合物”学科能力模型，结合学科能力发展目标，开发测试工具，以诊断学生对于配合物知识的掌握情况及能力表现现状。在试题命制过程中项目组对每道试题进行精心研磨，以确保试题的效度；在试题设置上，覆盖全部的学科能力要素，且每个学科能力要素命制了多道试题进行考查。在制定评分标准时，首先保证答案与学科能力指标保持一致，即只有达到与学科能力指标水平一致的答案才能得分；其次，有些试题不同的答案所反映的能力水平不同，则依据能力的高低赋以不同的分值，即分级评分［9］，试题及评分标准样例见表3。

由于是新授课，测试之前给所有学生30min时间让他们借助教材等学习资源进行自主学习，以便了解学生的现有水平。前测数据表明，测评试题信度为0.842，达到较理想的水平。前测中实验班和对照班在各项能力要素上的得分率如图2所示。

教学前测显示，实验班总体得分率达到44%，对照班总体得分率达到42.2%。通过自主学习，实验班、对照班学生在A1能力要素上的得分率分别达到77.08%、 81.73%，说明学生能够辨识配位键、配合物的基本概念；实验班、对照班学生在B2能力要素上的得分率分别达到65.10%、 69.23%，说明学生基本能够依据原子结构推测配位键的形成。但是学生在A2、 A3、B1、 B3、 C1等各项能力要素上的得分率偏低，由此本次教学改进的關键点、发展点设定为：能概括简单配位键的形成实质及其条件；能以铵根离子、银氨离子、铜氨离子为例，说明配位键是如何形成的；判断简单陌生配合物的组成结构，利用配位键理论解释某些反应的发生或某些配合物的形成及其应用；能设计实验方案证明常见配离子的存在，依据实验说明论证配合物的稳定性及转化关系。

3.4  教学改进过程

3.4.1  原始教学设计

在对对照班和实验班完成前测后，授课教师根据原始教学设计在对照班展开“配合物”主题教学，具体见表4。

该教学设计体现了传统教学的特点，教师将重点放在配位键和配合物等概念认知和相关表征上，课堂活动以教师讲述、演示和学生练习为主，无法有效促进B1、 B2、 B3等学科能力的发展。

3.4.2  基于学科能力的教学设计

结合“配合物”主题学科能力发展目标，授课教师完成教学设计并进行了试教，具体见表5。

整节课通过创设情境、实验辅助、问题驱动等形式帮助学生理解、掌握相关知识，发展学科能力。通过研讨、试讲，项目团队发现以下问题：B2、 B3能力要素在教学设计中未体现；整节课情境素材过多，导致学生认知超负荷；问题指向性不够明确，例如“氨水为何能够溶解氢氧化铜”学生不知道从哪个角度入手作答；由于是演示实验，学生没有很好地观察到实验现象，因而课堂参与度不够高。

3.4.3  基于证据的教学改进

基于前测数据确定的教学改进关键点、发展点以及试教后的研讨，主要从以下几方面加以改进：（1）增设B2、 B3相关的能力活动，例如要求学生判断“在H+、 H2O、 F-、 Cu2+、 Ag+、 NH3、 CN-、 Fe3+、 Al3+、 CO中，哪些可以提供孤对电子，哪些可以提供空轨道”“生成的［Cu（NH3）4］2+能否电离出Cu2+？请设计简单实验加以证明”等；（2）强化学科能力发展点，例如在最后一环节中增加“问题解决”，要求学生从微观结构分析问题“CuSO4·5H2O晶体为何呈现蓝色”以此来发展B1能力要素；（3）优化教学细节，删除“王水溶金”“CO中毒”等情境素材，将铜氨溶液制备演示实验改成学生分组实验，提供问题思考角度，如“蓝色沉淀是什么？从沉淀溶解平衡角度分析溶解的原因”“从结构角度分析，为什么Cu2+与NH3形成的配位键比Cu2+与H2O形成的配位键强”。改进后的教学设计见表6。

4  教学改进效果

教学结束后，我们对实验班和对照班学生进行了能力表现后测。

4.1  实验班前后测能力发展情况

实验班前后测各能力要素得分率情况如图3所示。由图可知，通过基于学科能力的教学改进，实验班的学生在后测时各能力要素有了明显进步，尤其是在A2概括关联、B1分析解释、B3简单设计、C1复杂推理等能力要素上后测较前测有较大程度的提升。

4.2  实验班、对照班前后测能力发展情况

在本研究中，我们设立了对照班，并使用常规教学设计进行教学，同样也经过了前后测。实验班和对照班前后测各项能力表现发展情况如表7所示。

教学前测显示，对照班与实验班总体得分率相近，两个班级没有显著性差异；在各项能力要素得分率上，除了C1复杂推理，其余没有显著差异。能力要素C1要求高，本节新授课前学生无法达到学科能力的目标要求，前测时得分率过低，实验班学生得分率明显高于对照班，可能原因是实验班有部分学生提前预习或接触过该类试题。通过常规教学，对照班的学生在各项能力要素上也得到了较大程度的提高，说明常规教学对能力发展也是有作用的。后测数据显示，实验班与对照班在总体得分率上存在显著差异；在各项能力要素得分率上，实验班较对照班在A2概括关联、A3说明论证、B1分析解释、B2推理预测等能力要素上得到不同程度的提升，其中A3说明论证、B1分析解释这两项得分率存在明显差异。

总体来看，实验班学生通过基于学科能力的教学改进，在学科能力表现上有较明显的提升，初步建立了宏微结合认识角度，说明论证、分析解释更加清晰。但学生在A3说明论证、B3简单设计、C1复杂推理等能力要素上得分率仍偏低，说明分析思路还不够稳固，处理复杂问题能力还有待提升。

5  结论与启示

本研究运用“3×3四维”学科能力模型对“配合物”教学单元进行分析，从研究对象和化学问题、能力活动任务类型、知识基础、认识方式四个维度构建“配合物”教学单元的学科能力模型，制定了“配合物”主题的学科能力发展目标，进而设计了学科能力为导向的“配合物”教学实施方案。通过教学实验和前后测数据的分析，证实了基于学科能力的教学改进同样有利于农村学校学生学科能力的发展。具体操作流程详见图4。

回顾整个研究历程，有以下几点启示：

第一，构建学科能力模型、制定学科能力发展目标的基础在于对教学内容本体的研究。教师可以通过对课程标准、不同版本教材文本的分析提炼出相关主题稳定的研究对象和化学问题、知识基础、认识方式等，这是至关重要的基础。

第二，基于学科能力发展目标改进教学确保了教学评的精准性和一致性。常规教学中教师主要依据经验确定教学的重难点，而在本研究中基于学科能力发展

目标研制了测评试题，利用测评数据确定教学改进的关键点和发展点，使得教学定位更加精准。此外，以学科能力发展目标为依据进行教学设计使得课堂教学活动任务更加有效。与对照班相比，实验班的课堂教学增设了学生自主分析四氨合铜配离子的形成过程、微观结构分析CuSO4·5H2O晶体呈现蓝色的原因等的说明论证、分析解释类任务，测试结果表明相关能力得到了有效发展。

第三，要有层次、有梯度地发展农村学校学生化学学科能力。通过自主学习，学生能够辨识配位键、配合物的基本概念，说明A1辨识记忆并不是课堂教学的重点。通过本实验我们发现，基于学科能力的教学改进使得学生在A2概括关联、B1分析解释、B2推理预测等能力要素上得分率可以达到70%～80%，教学成效明显，处于学生能力最近发展区，因此农村学校学生“配合物”新授课过程中应侧重发展这三者的能力要素。至于A3说明论证、B3简单设计、C1复杂推理等能力要素的发展并不是一蹴而就的，需要在后续教学中予以重点关注。

参考文献：

［1］［8］王磊， 魏锐. 普通高中教科书教师用书·化学选择性必修2·物质结构与性质［M］. 济南： 山东科学技术出版社， 2020： 194～195， 261～264.

［2］谌冰洁. 化学学科核心素养指引下的“配合物”教学探讨［J］. 化学教育（中英文）， 2020，（21）： 42～48.

［3］吴孙富， 李永平. 制备铜氨配合物晶体实验探讨［J］. 化学教学， 2011，（10）： 47～48.

［4］王磊， 支瑶. 化学学科能力及其表现研究［J］. 教育學报， 2016，（4）： 46～56.

［5］孙泽浩， 黄劲嵩， 王磊. 学科能力导向的“物质构成的奥秘”教学研究［J］. 化学教育（中英文）， 2020，（1）： 41～48.

［6］支瑶. 高中生化学认识方式及其发展研究［D］. 北京： 北京师范大学博士学位论文， 2011： 61.

［7］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2020年修订）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020： 39～42.

［9］王磊. 基于学生核心素养的化学学科能力研究［M］. 北京： 北京师范大学出版社， 2017： 32～43.