促进学科能力发展的教学改进

王星乔 王仕杰 张金水 崔超亚

摘要：以學科能力框架为理论依据，对课程标准和教材进行分析，制定“有机化合物”主题的学科能力发展目标，有针对性地改进教学内容组织、教学活动设计和教学实施过程。通过教学实验及其前、后测数据的分析，证实了基于学科能力的主题式复习有利于学生学科能力的发展，尤其是预测能力要素提升显著。提出常规复习与“主题式”复习互为补充、相得益彰以及基于测评数据改进教学提高精准度等教学启示。

关键词：学科能力；主题式单元复习；有机化合物；教学改进

文章编号：10056629（2023）12003705

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

1 问题提出

“有机化合物”在必修课程中占有重要地位。从学生认识发展价值来看，通过本章学习初步建立起认识有机化合物的核心角度——结构和反应，对丰富和完善“结构决定性质，性质反映结构”的学科观念具有重要价值；从学科本体、社会应用价值来看，有机化合物与能源、材料、饮食、健康、环境及其他科技领域有着密切联系和相互作用、影响^［1］。

通过文献检索，现有的与“有机化合物”复习相关的教学研究主要有以下几种类型：（1）主题式复习，如以“酿酒过程中有机化合物的相互转化”为主线，精心设计问题链，在问题解决过程中实现知识的结构化与思维能力的提升^［2］；（2）项目式复习，如以“人工合成肉桂酸”为项目，在解决问题的过程中，帮助学生形成内化的有机化学认知体系^［3］。目前，鲜有以学科能力发展为视角开展必修课程中“有机化合物”的复习教学改进研究的报道。

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（以下简称“3×3四维”学科能力框架）为理论依据^［4］，制定必修课程“有机化合物”教学单元的学科能力发展目标，开发相应的测评工具，确定教学改进的关键点和发展点，有针对性地改进教学内容组织、教学活动设计及教学实施过程，基于测评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 制定学科能力发展目标

项目组首先分析《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中对“有机化合物”教学单元的内容要求、学业要求^［5］，进而比较三种不同版本教材中涉及“有机化合物”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，典型有机化合物的结构和反应、有机高分子材料是必修阶段“有机化合物”主题的核心内容。结构（分子组成、碳骨架、官能团）和反应（反应类型、反应物、生成物、试剂条件、现象）是认识有机化合物的核心角度；碳原子的成键特点、典型有机化合物的组成结构、物化性质、检验鉴别、使用保存、合成转化，常见有机高分子材料的结构特点、主要类别、性能应用等内容是必修“有机化合物”学习单元的研究对象和化学问题，具有一定的稳定性。依据“3×3四维”学科能力框架，参考王磊教授团队的研究成果^［6］，构建了“有机化合物”学习单元的学科能力发展目标，如表2所示。

3.2 基于前测明确教学改进关键点、发展点

教学改进研究需要对实验班和对照班进行测试，以准确了解学生的起点水平，为确定教学改进的关键点和发展点提供证据支持。

项目组依据“有机化合物”学科能力框架进行测试工具的开发：在试题广度上，覆盖7个二级学科能力要素，且每个学科能力要素至少命制2道试题进行测查；在试题效度上，由1位特级教师、3位高级教师组成的审核小组依据学科能力发展目标对每道试题进行认真审查、研磨，以确保指向能力测查；在制定评分标准时，根据学生作答所反映出的能力水平的不同进行分级评分^［7］。试题及评分标准样例如表3所示。

前测结束后，项目组利用SPSSPRO在线数据分析平台对各能力要素的得分率情况进行分析。前测数据表明，测评试题Cronbachs α系数为0.77，达到测量学要求。前测中实验班和对照班在各项能力要素上的得分率如图1所示：

教学前测显示，实验班总体得分率为54.08%，对照班总体得分率也达到52.99%，说明两者能力水平总体相近。实验班、对照班学生在A1辨识记忆能力要素上得分率可达到82.66%、83.74%，说明学生能够辨识典型代表物的官能团，描述其主要化学性质；A2概括关联能力要素上得分率也分别达到67.07%、65.85%，说明学生基本上能够建立性质与应用之间的关联、构建常见有机化合物之间的相互转化关系。但是学生在A3、B2、B3、C1等各项能力要素上得分率偏低，据此本次教学改进的关键点、发展点设定为：能从实验现象、经验事实、文献资料等方面获取证据说明典型有机化合物的性质；能从有机化合物的组成、结构等方面预测简单陌生有机化合物性质，以及分析、解释相关实验现象和它们在生产、生活中的应用；能妥善保存、合理使用常见的有机物质；能从有机化合物及其性质对有关能源、材料、饮食、健康、环境等实际问题进行分析、讨论和评价。

3.3 基于学科能力的教学改进

3.3.1 教学内容组织的改进

常规复习将重点放在有机物官能团的回顾和化学方程式的书写上，课堂活动以教师讲述和学生练习为主，对于A1、A2等学科能力发展有较大帮助，但无法有效促进B2、C1等学科能力的发展。本次教学改进实验班采取主题式复习模式，选取乳酸作为主题，将烷烃、烯烃、醇、醛、酸、酯、糖类等有机物的官能团性质及相互转化等相关知识融合其中，建立起“结构和反应”的认识角度，形成“分析结构→辨识官能团→探究性质→建立官能团与有机反应的关联”的认识思路。

3.3.2 教学活动设计的改进

学科能力活动既是学科能力发展水平的外在表现，也是促进知识学习转化为学生自觉、主动的认识方式的重要途径。因此，整个教学设计的学科能力活动覆盖了从A1到C1的能力任务类型，着力从围绕“知识”设计问题和教学流程转变为围绕促进“认识转变”和突破“认识发展障碍点”来设计问题和教学流程，具体如表4所示。例如环节2中，要求学生根据乳酸的分子组成推测可能存在的含氧官能团，然后设计实验验证含氧官能团的存在，再结合两分子乳酸形成六元环酯的信息反推乳酸结构，发展学生的分析解释、推论预测、简单设计等实践应用能力。

3.3.3 教学实施过程的改进

通过试教及课堂观察，项目团队发现了一些问题，教学效果没有达到预期目标。通过课后研讨，执教老师对教学实施过程作了必要的改进，以提升学生的参与度、完善知识结构和强化学科能力发展点，具体如表5所示。

4 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

通过基于学科能力的教学改进，实验班的学生后测时在A1、A3、B1、B2、C1等能力要素上取得了不同程度的进步，尤其是B2能力要素后测较前测有显著提升，得分率从36.04%提升到56.10%，具体如图2所示。

4.2 实验班、对照班前后测能力发展情况

实验班和对照班前后测各项能力表现发展情况如表6所示。

在各项能力要素得分率上，实验班较對照班在A1辨识记忆、A3说明论证、B2推论预测、C1复杂推理等能力要素上得到不同程度的提升，其中B2推论预测能力要素得分率上有显著差异，初步建立基于官能团的认识角度并预测陌生有机化合物性质；在总体得分率上实验班与对照班不存在明显差异。通过常规教学，对照班的学生在A2概括关联、B1分析解释能力要素上提升幅度较大，说明常规教学对能力发展也是有作用的。无论是实验班还是对照班，两者在B3简单设计、C1复杂推理等能力要素上得分率仍偏低，说明设计实验的能力以及处理复杂问题的能力仍需在今后教学中持之以恒加以提升。

5 结论与启示

本研究证实了基于学科能力发展目标的主题式复习有利于学生学科能力的发展，尤其是推理预测能力要素提升显著。回顾整个教学改进历程，有以下两点启示：

第一，常规复习与“主题式”复习互为补充、相得益彰。研究表明，对照班采取常规复习方式，对于必修“有机化合物”主题A2概括关联、B1分析解释能力要素提升上更为有效；实验班以“乳酸”为主题进行单元复习在提升B2推论预测能力要素上具有显著优势。因此，普通学校（如非重点中学）进行“有机化合物”单元复习时建议先开展常规复习，后开展“主题式”复习，以使学科能力得到有效均衡的发展。

第二，基于测评数据改进教学，体现精准教学要义。教学前测表明，实验班学生在A3、B2、B3、C1等各项能力要素上得分率偏低。基于此现状，教学改进过程中需调整、优化教学活动，例如改用学生充分讨论、设计方案、小组实验等方式预测和验证乳酸中可能存在的官能团，增设“从自然界物质循环的角度解释利用乳酸合成高分子材料对环境保护的重要意义”等能力活动任务。测试结果表明，A3、B2、C1等相关能力得到了有效的发展，利用测评数据确定教学改进的关键点和发展点提升了教学改进的精准度。

参考文献：

［1］［7］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，2017：509～511，32～43.

［2］滕瑛巧，王星乔，包朝龙等. “主题链接，问题驱动”促进单元复习知识结构化［J］. 化学教学，2021，（7）：47～52.

［3］曾璐，皱映波. 人工合成肉桂酸——基于项目式学习的有机复习［J］. 化学教学，2019，（6）：57～60.

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

［5］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，2020：21～23.

［6］王磊，支瑶. 普通高中教科书教师用书·化学必修第二册［M］. 济南：山东科学技术出版社，2019：185～278.