手持技术辅助下“教、学、评”一体化的化学单元作业设计

2023-06-26郑华杨青游宏王杨薇子

中小学数字化教学 2023年6期

郑华　杨青　游宏　王杨薇子

作业是学生巩固知识、提高思维能力的重要路径，是课堂教学的延续。教师做好作业设计对促进“教、学、评”一体化有积极意义。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称高中课标）明确提出：教师在化学教学与评价中应紧紧围绕“发展学生化学学科核心素养”这一主旨，优化教学过程，注意发挥课堂练习和课后作业对于学生化学学科核心素养的诊断与发展功能，依据课程内容各主题的学业要求，精心编制或精选课堂练习和课后作业题，使“教、学、评”活动有机结合，同步实施，形成合力，有效促进学生化学学科核心素养的形成与发展。化学是一门以实验为基础的学科。化学教师在教学中科学应用手持技术，可以辅助改进一些传统实验，让学生直观感受宏观现象背后的微观变化，使枯燥的理论与直观实验结合，让学生感受科技进步带来的乐趣，也为作业形式多样化提供技术支持。笔者以人教版《普通高中教科书化学选择性必修1 化学反应原理》中的“水溶液中的离子反应与平衡”的单元作业设计为例，探索手持技术辅助下的化学单元课后作业设计思路和基本框架，以期减负增效，促进学生化学学科核心素养发展。

一、高中课标实施后的中学化学作业研究概述

高中课标实施后，教师进行作业设计要坚守“以学生发展为中心”的教育初衷，还要与时俱进，针对学生的心理特点，创新作业设计，培养符合社会需求的人才。莫秀庆提出，教师设计作业要精心选择素材，将情境与问题结合，创设情境，引导学生在具体情境中解决实际问题。代吉年提出，教师要用好教材上的习题，精心挑选并将其设计成不同形式的作业，如参与社会实践、实验探究、撰写研究报告等。韩富军设计了单元作业设计的流程，指出教师组织单元作业宜以学习主题为单元、以教材章节为单元、以大概念为单元、以大项目为单元。黄彩芬认为，化学教师设计作业要有一定的层次性、整体性、多样性、探究性、实践性，要以培养学生的化学学科核心素养为基本原则，还指出发表在期刊上的论文多是分析课程标准或经验总结之类，有一定的合理性，但是缺少实证研究。笔者在手持技术的支持下，结合作业设计案例，研究单元复习作业的整体设计思路与实施方法。

二、化学单元作业设计的原则

（一）落实化学学科核心素养培养要求

化学学科核心素养是指高中生在化学课堂教学以及作业实践活动中逐渐习得的认知能力、思维能力、推理能力、创新能力与交流能力等主体发展能力，还包括高中生应该具有的知识基础、文化视野、思想意识与道德品质等内在素养。高中课标明确指出：化学学业水平考试命题必须坚持以化学学科核心素养为导向，准确把握“素养”“情境”“问题”“知识”四个要素在命题中的定位与相互联系，构建以化学学科核心素养为导向的命题框架。这为化学教师设计作业提供了思路：从真实情境中选取作业素材，将解决实际问题作为作业任务，发挥作业功能，引导学生迁移化学知识，提升化学学科核心素养。

（二）发挥作业的基本功能

作业是教学的辅助组织形式之一，可以帮助学生巩固知识，拓宽解决问题的思路，为教师调整教学进度提供参考依据。美国学者库柏（Cooper）将作业功能分为以下四类：帮助学生学习和理解课堂上学到的知识；提高学生的学习技能；培养学生的独立性，增强责任感；增进家长与学校的联系，让家长参与到学校教育中。随着科学技术快速发展，教育现代化不断推进，颠覆了传统的单一纸笔作业模式。新型作业模式强调学生主体对客体的建构，关注学生多元发展的需求与情感态度价值观的学科指向，如开放性作业、研究性学习课题、分层次差异作业与弹性作业等。手持技术作为一种现代化的新型教育手段，具有实时性、准确性、便携性、直观性和综合性的特点，已成为当今科学实验探究与课堂教学最有力的教学工具之一。如何充分发挥手持技术的優势，将其作为培养学生学科核心素养的有力工具，是一个值得深思与探讨的问题。笔者在电导率传感器、pH传感器、CO传感器等手持技术辅助下，完成水溶液中的离子反应与平衡的作业设计，引导学生深入理解离子间的反应和水溶液中的平衡问题，拓宽解决问题的思路和方法，完善作业的整体性、关联性和进阶性。

三、化学单元作业设计案例研究

（一）内容和目标的确定

教师设计单元复习的整体作业，要避免碎片化，可对单元或模块内容进行整合，用一个主题串联，以保持学生的学习兴趣，提高作业完成的质量。笔者提炼高中化学“水溶液中离子反应与平衡”的大概念，并对作业进行结构化设计。大概念下水溶液单元知识架构如图1所示。

物质在水溶液中的行为包含溶解、电离、反应与平衡等，电解质在溶液中的反应实质上是离子之间的反应，离子反应的背后蕴含更为本质、核心的思想是平衡移动结果。水溶液中的离子反应与平衡是化学反应调控在离子层面的应用，学生完成该作业可深化对复分解反应规律的理解。

笔者基于以上内容，依据高中课标要求，明确学生的学习目标：能分析水溶液中的粒子种类和来源，判断水溶液中存在的平衡和离子反应；能应用勒夏特列原理或关系分析水溶液中平衡移动；能从情境中抽取问题，并灵活应用离子反应和平衡分析解决问题。

（二）作业设计的案例分析

基于“水溶液中的离子反应与平衡”教学内容和目标，对于化学单元复习作业，笔者从分析电解质的导电性、水解平衡和电离平衡、沉淀溶解平衡三个方面逐步展开设计。

1.探究电解质的导电性

该主题以分析电解质溶液导电性变化为中心，要求学生判断溶液导电性改变与离子反应的关联，同时深刻认识电解质电离的实质。笔者设计该作业目的有二：一是学生深入认识电解质导电的原理；二是学生通过溶液导电性变化，分析判断离子反应，认识离子反应的实质。笔者通过创设情境将零散知识串联，并针对主题的内容从不同角度展开设计，突出复习作业的整体性、关联性和进阶性等特点。作业设计案例见表1。

笔者设计此课时的作业，选定电解质导电主题，让学生在分析导电性变化和应用电导率传感器的过程中，既巩固基础知识，又实现对知识的迁移。笔者通过主题串联碎片化知识使之系统化，引导学生分析推理、概括关联、解释说明，促进学生对化学认知活动经验的累积，提升学生的分析与解决问题的能力和系统思维能力，发展学生的化学学科核心素养。

2.水解平衡和电离平衡

水解平衡和电离平衡是水溶液中离子平衡的重要内容，学生在分析解决问题时经常混淆这两个平衡。笔者设计作业，确定缓冲溶液和人体中酸碱平衡原理分析的主题，引导学生从单一体系分析，过渡到复杂多体系的生活问题分析，主动寻找问题的主要因素，选择合适的平衡进行问题的探究与解释。对于以上主题作业，笔者分“联系生活”“原理分析”“迁移应用”“学科整合”四个板块设计，帮助学生构建学科思维，掌握研究问题的科学方法。主题作业联系生活，有利于保持学生对作业的兴趣和专注力，提高作业的实效性。作业设计案例见表2。

笔者设计以上作业，让学生先从醋酸的电离平衡和醋酸钠溶液中水解平衡，认识缓冲溶液的缓冲原理；再联系生物学中人体血液中缓冲体系，从复杂的血液成分中，分析多微粒体系中的电离平衡和水解平衡问题，弄清水溶液中离子反应与平衡问题的分析思路。作业层层递进，不仅能帮助学生巩固提升已有知识，而且通过跨学科整合让学生感受知识的价值，发展宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。

3.沉淀溶解平衡

对于沉淀溶解平衡这个主题，笔者分别选取教材素材（锅炉中水垢问题）和项目任务（透析液配置问题）设计作业。笔者选取教材素材进行作业设计，目的是帮助学生巩固沉淀溶解平衡的基础知识，引导他们从定量角度理解沉淀的生成、转化等问题。设计项目式作业，目的是体现化学课程的价值，让学生真正做到学用合一，接受具有挑战性的复杂任务，充分发挥主观能动性，从社会发展角度思考、解决化学问题，提高学生的化学学科核心素养。作业案例见表3。

笔者设计沉淀溶解平衡作业，让学生先巩固基础，再参与项目式作业，分析离子反应，利用关系分析的沉淀生成，巩固水解平衡、电离平衡、溶解平衡及关系等知识，达成应用化学知识解决实际问题的目标。

（三）作业评价设计

有效的作业评价可以反馈教学目标的达成度，帮助教师适时调整教学重、难点，促进“教、学、评”的一致性。笔者开展的作业评价包括过程性评价和结果性评价。沉淀溶解平衡作业评价方案见表4。

作业的巩固与诊断功能是为素养发展和学业水平的提升服务的。作业是否有效，需要评价和检验，即看学生完成作业后是否达成目标。作业评价的设计在整个作业设计中是不可或缺的。

（四）化学单元作业设计的思路

通过总结以上复习作业案例的设计经验，笔者提出以促进化学学科核心素养发展为宗旨的化学单元作业设计思路（如图2），以高中课标为指导依据，整合不同模块内容，设计真实问题，帮助学生构建知识网络，提高分析与解决问题的能力，培养动态思维和系统思维能力。

四、作业设计反思

（一）“教、学、评”一体化，提高学生化学学科核心素养

“教、学、评”是完整教学活动的三个方面，教学、学习与评价不仅具有一致性关系，而且是三位一体的关系。教是为了学生的“学”，评是为检验学生“是否学会了”。评价持续地镶嵌在教与学的过程之中，为教学目标的达成和教学策略的改进提供了证据。教师进行教学评价，不仅要开展结果性评价，而且应该开展过程性评价，只有坚持全过程评价，才能有效地实现“教、学、评”的一致性，发挥作业应有的功能，使学生化学学科核心素养得以提高。

（二）应用手持技术丰富作业的呈现形式

教师在作业设计中融入手持技术支持下的实验探究，将宏观现象以微观角度呈现，使作业呈现形式更加丰富，帮助学生在完成作业过程中深入理解知识，能够提高学生的探究能力和创新能力，让学生感受科技的发展带来的学习多样性，同时也能提高学生科学态度与社会责任方面的素养。

注：本文系国家新闻出版署出版融合发展（人教社）重点实验室重点课题“信息化教学环境下基于虚拟实验的化学学科工具对学生科学能力提升的研究”（编号：RJA0121011）的阶段性研究成果。

參考文献

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