“学习进阶”在核心素养导向下的理论研究及应用——以“氧气的实验室制取与性质”教学为例

嵆建国

“学习进阶” 理论一经推出,便引起了广大教育工作者的普遍关注,学术界对此进行了深入的理论研究,并将该理论运用到教学实践中,取得了相当丰硕的教学成果。针对初中化学学科“学习进阶” 理论的应用进行研究,把 “教、学、评一致性” 及“教、学、做合一” 理论与“学习进阶” 理论进行对比后,基于学生的基本学情,对“学习进阶” 的4 个水平级划分进行调整,实施有效教学,培养学生的综合能力及核心素养。

一、初中化学学科“学习进阶” 理论的内涵

“学习进阶” 理论由美国NRC 发布的《K-12年级科学教育框架: 实践、跨科学概念与核心概念》 提出,致力于通过“学习进阶” 解决以往课程教学中“广而不深” “繁杂零散” “衔接脱节” “教评不一” 的教学瓶颈。“学习进阶” 理论一经提出便受到教育界的广泛关注。“学习进阶” 是指学生在学习过程中,从未接受教学开始,直至完成学习的过程中,学生对所学知识从“入门” 到“熟练”再到“精通” 的阶段性学习过程,简而言之就是学生由浅入深的学习过程。例如,在部编版初中三年级的化学教学中,学生需要先学习“空气” 再学习“氧气”,然后学习“制取氧气” 直至单元实验活动“氧气的实验室制取与性质”。在这一过程中,先学习“空气” 再学习“氧气” 是“入门阶段”,再学习“制取氧气” 是“熟练阶段”,最后学习“氧气的实验室制取与性质” 是“精通阶段”。由此可见,“学习进阶” 理论其实并不难理解,这种“由简单到复杂” “由浅表到深度” “由宽度到维度” 的理论方法,和“教、学、做合一” “教、学、评一致性”等理论有诸多相似之处。

二、“学习进阶” 和“教、学、评一致性” 理论的对比

“学习进阶” 理论和“教、学、评一致性” 理论有诸多相似之处,主要体现在“由浅入深” “依次进阶” “逐级深化” 的教学过程中。将“教、学、评一致性” 和 “学习进阶” 理论进行对比,从“教、学、评一致性” 的“三个维度” 进行分析,“教、学一致性” (入门) “教、评一致性” (熟练)“评、学一致性” (精通) 三级目标紧密结合、环环相扣,即在学习目标的驱动下,“课堂评价全程跟进” “教学活动充分展开” “评学教育促进提升”。这种“由浅入深” “依次进阶” “逐级深化” 的教学过程和“学习进阶” 理论核心概念不谋而合,具有很多“共同点” 和“共通性”。

三、“学习进阶” 和“教、学、做合一” 理论的对比

“教、学、做合一” 理论是由我国著名教育学家陶行知先生提出的,主要内容有“生活即教育”“社会即学校” “教、学、做合一” 三大板块。陶行知先生认为,在教学目标的驱动下应该以“学做”为中心,要以“生活化” “社会化” 为教学背景。在生活中、在社会上,这件事该怎么做,学生就应该怎么学,学生该怎么学,教师就应该怎么教。这种“教人做事” 而非“刻意应考” 的教学理念,符合素质教育背景下培养学生核心素养的要求。观照“学习进阶” 理论进行分析,在“学习目标” 的驱动下,通过“怎么做” 确定“怎么学”,通过“怎么学” 确定“怎么教”,通过“怎么教” 确立教、学、做是一件事而不是三件事的理念。例如,在部编版初中三年级上册第二单元“我们周围的空气”的教学中,首先确定大单元教学目标“氧气的实验室制取与性质” (以目标为导向),在目标的驱动下开展“课时1” “课时2” “课时3” 的学习,而教师的教法也将基于学情而展开。通过“教、学、做合一” 和“学习进阶” 理论的对比来看,“学” 对应“入门”,“教” 对应“熟练”,“做” 对应“精通”,“教、学、做合一谓之整体的一件事而不是三件事” 对应了“学做、学评” 紧密结合、环环相扣,由此可见其“共同点” 和“共通性”。

四、基于基本学情对“学习进阶” 理论的思考

对“学习进阶” 理论的研究是为了有效应用该理论。通过前文的研究和对比,我们不难发现,“学习进阶” 理论和诸多理论的共同之处。但是教师不能忘掉一个基本前提,那就是以学情为出发点,要充分考虑学生的基本学情,不能把理论照搬照抄到实际教学之中,要基于“校情” “班情” “学情”做出具有“适配性” 和“兼容性” 的调整,而不是简单直接的“复制粘贴”。例如,在实验活动1 “氧气的实验室制取与性质” 的教学过程中,在此之前学生已经用3 个课时学习了“空气” (空气的组成),通过拉瓦锡空气中氧气含量实验,学生认识了空气的组成和占比成分,以及纯净物和混合物的概念;学习了“氧气” (氧气的性质),通过对比部分物质在氧气中和空气中的燃烧现象,认识了氧气活泼且助燃的性质及特点 (教学重点);学习了“制取氧气” (氧气的制备),这里学习了两部分内容,一是制取氧气的三种方法,二是探究过氧化氢制取氧气中二氧化锰的作用,认知催化剂和催化反应。这将为“氧气的实验室制取与性质” 的教学打下坚实基础。

五、对“学习进阶” 4 个水平级划分进行调整的研究

如前文所示,将“学习进阶” 的整套理论,直接“复制粘贴” 到我们的实际教学中是不可取的行为。美国NRC 发布的《K-12 年级科学教育框架:实践、跨科学概念与核心概念》 的研究中把“阶”分为4 个阶段,即可以基于模型解释现象过程(水平1)、可以基于化学用语解释过程(水平2)、可以基于机理解释现象过程因果序列(水平3)、可以对现象进行宏观描述(水平4)。考虑到基本学情,笔者以“学习进阶” 理论为基础,对该理论重新划分成经验(具有和教学内容关联的零散知识)、映射(构建事物的具体特征及抽象描述)、关联(建构抽象术语和事物可观测关系)、系统(协调多方面要素中自变量及共变量关系)、整合(从核心概念出发对某一科学观念进行解释并形成跨学科统整的能力) 5 个阶段。

(一) 创设情境,导出教学内容

基于“学习进阶” 理论的化学教学应从“经验” 这一阶段开始,在进行“氧气的实验室制取与性质” 之前,学生已经学习了氧气的制取、性质、用途等知识,已经对氧气有了较为深刻的认识(映射)。[1]基于教学重点、难点、后续三阶段教学(氧气制取、性质是重点和难点也是考点),以及学生第一次进实验室制取气体实验的考虑,进行如下教学设计:

教师: 各位同学, 今天我们要学习的是“氧气的实验室制取与性质”, 现在请大家回顾第2 课时和第3 课时的学习内容, 完成学习任务1 “氧气的制取”, 谁来说说如何使用高锰酸钾制作氧气? (开门见山, 点明主题, 明确教学目标, 明示学习任务。)

学生:KMnO4K2MnO4+MnO2+O2, 即高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气。[2]

教师: 很好, 现在请各小组按照该实验方案,利用5 分钟的时间制取一瓶氧气。(在考察、 检验学生学习成果的同时, 对学生的知识记忆进行巩固加深, 为接下来的教学打下基础。)

设计意图: 教学过程设计看似简单,但实际上是最有效的检验方法。在进行制取氧气的实验过程中,装高锰酸钾时“试管横放,小勺送至底部”、加热高锰酸钾时“用酒精灯提前进行预热” 等不起眼的小步骤,往往反映出学生的化学核心素养及学习能力。如果学生在规定的时间内,又快又好地完成各步骤的实验,说明学生已经熟练掌握了该知识技能。

(二) 探究活动,培养进阶能力

“台上一分钟,台下十年功”,仅耗时5 分钟的实验操作,却是课时1、课时2、课时3 的知识结晶总和。学生实验效果的好坏,表明了学生对知识的理解程度、运用程度及实践程度,这是学生学习状态的真实反馈,也是教师紧密衔接后续教学的开始。

教师: 第4 小组的同学, 你们在“操作步骤”环节中, 为什么没有在加入高锰酸钾以后, 在试管口放置一团棉花呢?

小组4: 我们忘记了。

教师: 那你们知道“放置棉花” 的作用吗?

小组4: 防止高锰酸钾粉末进入导管发生堵塞爆炸。[3]

教师: 很好, 以后要注意这个问题。 我们在实验过程中, 必须严格按照实验步骤进行, 严谨细致,精益求精。

教师: 第6 小组的同学, 你们装高锰酸钾的试管为什么不是向下而是向上的呢?

小组6: 为了放置粉末进入试管, 同时也能让产生的气体向上。

教师: 那你们知道“固体试剂受热时会释放水蒸气, 试管口向下倾斜可防止冷凝水回流的道理吗?”

设计意图: 如果学生能够熟练地利用高锰酸钾制取氧气,说明学生对氧气制取反应原理、装置的选取、操作步骤、氧气检验、集气瓶内氧气验满等步骤十分熟悉,已经达到了知识内化的地步,教师可以进行“氧气性质” 的教学。相反,如果在实践检验中,学生“制取氧气” 实验失败,说明学生某一环节的知识掌握不牢,没能内化吸收进而转为实践运用能力,那么教师应先开展纠错教学,巩固学生知识基础后再进行“氧气性质” 部分的实验。

(三) 加强训练,实现学以致用

在经历了“纠错” 和“巩固” 环节,学生对“氧气制取” 的“认知层次” 和“认知维度” 更进了一步。那么在接下来的实验教学中,教师将通过“氧气性质” 的活动探究,提升学生对该单元学习内容的认知层次,使学生达到课程预设目标(第五个阶段),做到知识的内化迁移、学以致用、学科统整。

教师: 现在各个小组通过实验操作, 已经获取了一集气瓶的氧气, 那么我们该如何探究氧气的性质呢?

学生1: 通过教材得知, 我们需要用到“铁”“硫” “炭” 等实验材料。

教师: 很好, 那我们需要用这些材料做什么呢?

学生1: 送至集气瓶内, 观察不同物质在氧气中的反应。

教师: 非常棒! 接下来的任务就十分明确了。我们以“探究氧气的化学性质” 为总目标, 以“铁丝在氧气中燃烧” 为任务1, 以“木炭在氧气中燃烧” 为任务2; 以“硫在氧气中燃烧” 为任务3,请各小组按照预先布置有序展开实验。[4]

教师巡查: 参与到学生的实验活动之中,以学生为主体进行检查督导,巡查各个小组的实验情况,并提出相应的问题。

问题1: 为什么要把铁丝以螺旋状缠绕在木条上?

问题2: 集气瓶底部为什么要注水?

问题3: 空气中也含氧, 为什么同等方式不能进行反应?

问题4: 当看到水槽中导气管口处有较大气泡均匀冒出时, 这说明了什么?

问题5: 从氧气化学成分来分析, 它的性质是否具有助燃性?

问题6: 氧气在生活中有哪些应用?

设计意图: 当课程进行到此处时,之前预设的教学目标已经实现,学生对“氧气的实验室制取与性质” 的学习已经迈入全新的阶段(第五阶段),对该部分的知识已经形成了深刻的认识,并结合生活化的情景问题实现了以“学做” 为目的的核心素养目标。

在课程教学进行到最后阶段,培养学生化学学科核心素养的同时,不能缺少对重点、难点和考点的分析。如“如何检验高锰酸钾的气密性” “试管口为什么要向下倾斜” “试管口位置为什么要放一团棉花” “为什么要把铁丝以螺旋状缠绕在木条上”等知识,向来是常用、常查、常考的重点,多以填空题、选择题、图文题等方式变着花样考查学生,为此,教师应以此为“考点梳理” 进行教学总结,对学生进行考查提示及教学评价,提升学生的综合能力,为课程教学画上完美的句号。