知识建构型翻转课堂典型案例研究

夏建华+后勇军

摘要：在“铁的重要化合物”教学中采用知识建构型翻转课堂的教学模式，通过课前在线学习、课堂以小组合作形式开展互动探究的六个环节的学习，以及传统实验和数字实验的融合，实现了学习时空和流程的变革，体现了通过探究获取知识的理念，提高了学习效率和教学质量。

关键词：铁的重要化合物；知识建构；翻转课堂；数字化实验

文章编号：1005–6629（2015）9–0027–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

翻转课堂，是指在信息化环境中，教师提供以微课和进阶练习为主要形式的学习资源，学生课前在线学习微课并完成进阶练习或相关任务，师生在课堂上通过协作探究和互动交流等活动一起完成对知识的释疑解惑、巩固深化的一种混合型教学模式。在翻转课堂课题研究中，我们探索了知识建构型、科学探究型和习题训练型三种翻转课堂教学模式。在知识建构型翻转课堂教学模式中，课前完成基础知识的学习是前提要素，课堂通过科学探究深化对知识理解是核心要素，而在基础知识中发掘出探究情境则是教学成功的关键要素。学生只有在课前学习了必要的化学知识并对相关探究问题进行了深度思考，课堂上才能开展高品质的科学探究，从而在深化知识的同时，提升学生的思维品质。本文拟以人教版“铁的重要化合物”教学为例，研究知识建构型翻转课堂的基本模式。

1 教学设计基本思路

1.1 教学内容分析

“铁的重要化合物”是现行人教版必修1第三章第二节第三部分的内容，共有三组实验、四幅彩图、三个对比表格，知识点多、活动多。囿于传统课堂的时空限制，一节课要完成这些知识点的教学，通常选用的教学模式是：必要的知识讲解、适当的演示实验验证和浅层的探究及讨论。这种教学模式，对于完成教材上的知识传授是可行的，但是对于学生科学素养的发展却不是最佳的选择。为了更好的达成本节课的三维目标，体现通过探究学习化学的理念，我们选择了翻转课堂教学模式进行教学。首先根据学生的实际情况结合学习的内容制作微课，学生通过自主学习微视频和进阶练习，了解铁的三种氧化物的俗称、性质和用途，Fe（OH）2和Fe（OH）3制备以及Fe3+检验等知识。课堂上，创设探究情境引导学生深入讨论问题，开展科学探究，从而实现知识的深化和能力的提升。

1.2 微课设计

微课由微视频（时间9分30秒）、学习任务单和进阶练习三部分组成。

1.3 教学的基本模式

本节翻转课堂教学基本模式如下：

2 课堂主要教学过程

环节1 反馈矫正，释疑解惑

[关注微课，反馈矫正]

首先登录学校翻转课堂平台，展示系统自动统计的全班学生学习微视频和完成进阶练习情况汇总分析表，就学生练习中存在的共性问题结合所学知识进行点评。

[鼓励提问，释疑解惑]

教师鼓励学生就微课遇到的疑难问题进行提问，有针对性地释疑解惑。如有学生提出：Fe2+如何检验？教师适时补充相关内容，以完善学生的知识结构，也为后续学习做好准备。

点评：利用系统的统计分析功能帮助学生形成良好的自主学习习惯，查找并弥补学生存在的知识缺陷，夯实所学基础知识。

环节2 进行实验，验证知识——制备Fe（OH）3和Fe（OH）2

[学生实验]学生两人一组完成Fe（OH）3和Fe（OH）2的制备实验：分别向FeCl3溶液和FeSO4溶液中滴加氢氧化钠溶液（如图2和图3）。

[实验现象及解释]学生按学习任务单填写实验现象并写出相关的离子方程式。

学生观察到的现象有：向FeCl3溶液中滴加NaOH溶液立即有红褐色沉淀；向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液有大量浅绿色沉淀生成（很难观察到白色沉淀），很快变为灰绿色，振荡后，试管壁有少量的红褐色沉淀生成。

点评：兴趣是最好的老师。关注学生微课学习后的需求，从学生最感兴趣的实验入手，通过分组实验，从微课观看录像实验到亲身体验过程，大大激发了学生的学习热情，巩固了微课中的知识，增强了学生的观察能力和动手能力。帮助学生从离子反应的角度再次认识反应的本质，深化了对知识的记忆和理解。同时为下一环节的教学引出了新的问题。

环节3 发现问题，开展探究——探究何种物质将Fe（OH）2氧化成Fe（OH）3

[提出问题]引导学生比较教材和学生实验时现象的差异，发现问题：为什么实验制备的Fe（OH）2不是白色的呢？是何种物质氧化了Fe（OH）2？

[提出假设]引导学生根据制备Fe（OH）2实验过程中最终试管壁有少量的红褐色沉淀生成的现象，结合已有知识提出假设：可能是溶液中的O2将Fe（OH）2氧化成Fe（OH）3。

[设计实验验证假设]引导学生从控制变量的角度讨论实验方案：自变量是溶液中的O2，因变量是溶液中O2浓度的变化和红褐色Fe（OH）3沉淀。即只要检验出反应时溶液中的氧气减少，同时溶液中有红褐色沉淀出现，就可以证明假设成立。教师介绍氧气传感器、溶解氧传感器和学生实验台上的实验装置（见图4）。

[学生实验]教师提出实验要求，让学生完成实验。

[观察现象]有大量的灰绿色沉淀生成，溶解氧（如图5）和氧气传感器（如图6）测得的曲线图如图所示。

[解释与结论]学生解释现象并得出结论：在三颈瓶中存在氧气和溶解氧的溶解平衡，反应过程中溶液中的氧气参加了反应，空气中的氧气溶解到溶液中，导致两者都呈下降趋势。两者都同时下降表明：Fe（OH）2的制取中由白色变为灰绿色最终变为红褐色是被溶液中的氧气氧化的结果，假设成立。

[问题]课本第60页第11行认为：白色Fe（OH）2被空气里的氧气氧化成红褐色Fe（OH）3，通过该实验你对这句话如何理解？

点评：该环节中，让学生自主经历了发现问题、提出假设、讨论设计实验的原理、进行实验、解释实验现象和曲线、得出结论的探究过程。体验了通过以实验为核心的科学探究学习化学的基本理念，提升了学生化学实验与探究的能力，加深了学生对Fe（OH）2和Fe（OH）3性质的理解。同时借助氧气传感器和溶解氧传感器的图像表征，从定性到定量探究影响Fe（OH）2生成的因素，完成了宏观现象、微观解释、符号表征和图像表征的四重建构。让学生感知现代实验手段和传统实验相融合的魅力，激发了学生的学习兴趣。

环节4 应用知识，深入探究——探究如何控制减少O2的影响制取纯净的Fe（OH）2

[问题]在制取Fe（OH）2的实验中如何减少O2的影响呢？微课中已经布置了相关的任务，现在请同学们设计可行的解决方案。

[设计方案]教师引导学生提出实验的原理：使溶液中不含氧气并使之与空气隔绝。各小组在充分讨论的基础上，提出各自的实验方案，然后在全班进行交流，最后形成以下三个实验方案：

方案1 用煮沸过的蒸馏水配制溶液，然后在溶液中滴加保护层（如植物油、苯或液体石蜡等），将滴管（或注射器）插入溶液中滴加氢氧化钠溶液。

教师追问：保护层是在配制溶液前加还是配制后加好？

方案2 在溶液中通入氮气赶走溶液中的氧气，并在氮气氛围下滴加氢氧化钠溶液。

方案3 在溶液中加入比Fe2+更强的还原剂，如在溶液中撒入还原铁粉等。

教师引导学生分析、评价三个方案的优、缺点和可行性。

[学生实验]学生按方案1向除去O2后的FeSO4溶液中滴加NaOH溶液（图7）。

[观察现象]大多数学生的实验能较长时间看到白色的Fe（OH）2沉淀，但有少数实验中仍有少量红褐色沉淀出现。

[提出问题]请分析少数学生实验中仍有红褐色Fe（OH）3沉淀的原因。

[提出假设]学生提出假设：可能是溶液中有少量的Fe2+被氧化成Fe3+。

[验证假设]学生运用微课学习的知识提出方案：用KSCN检验溶液中是否有Fe3+的存在。

[思考与归纳]教师引导学生归纳鉴别Fe3+和Fe2+方法：（1）观色法；（2）滴加NaOH法；（3）滴加KSCN法。并让学生讨论这三种方法的效果差异。

[演示实验]取4～5滴FeCl3溶液于试管中，观察溶液颜色；再加入适量的蒸馏水，观察溶液颜色变化；再分别滴加4滴氢氧化钠溶液和KSCN溶液，观察溶液颜色的变化。

[得出结论]学生通过上述实验得出结论：溶液浓度大时，观色法效果好，滴加KSCN法灵敏度高，是检验Fe3+的常用方法。

点评：本环节引导学生运用已有知识，通过探究的方法提出了“如何使溶液中不含氧气”的三种方案，解决了“仍有少数实验有Fe（OH）3生成的原因分析和验证”的问题，让学生在科学探究过程中学习控制变量的方法，提出创新性的实验方案，体验实验异常现象的分析和解决过程，使学生通过深度思考，形成氧化还原的知识和相关观念（两种还原剂存在时，通常是较强的还原剂先被氧化），运用已有知识分析、解决问题，提升思维品质和创新能力。

环节5 创设情境，学以致用——运用氧化还原的知识和相关观念解决实际问题

[播放视频]教师播放“维C和补铁剂搭档效果会更好”的视频。展示补铁药的说明书。

[提出问题]为何维C和补铁药搭档效果会更好呢？

学生根据已学的相关知识分析、回答问题，教师小结。

点评：联系生活实际，从化学走向生活，引导学生活用化学知识，深化对Fe2+还原性的理解，同时在讨论中形成两种还原剂存在时强的还原剂先被氧化的规律，提升辩证思维能力。培养学生用化学视角关注生活，激发学生的学习兴趣，让学生感知化学的魅力。

环节6 在线诊断巩固知识

[在线测试]学生利用平板电脑登录学校网络平台，进行在线练习，教师适时指导并呈现学生答题统计分析表。

[交流]针对错误率较高的第3题，组织学生展开讨论和点评。

点评：让学生通过网上在线练习巩固知识，发现知识缺陷，及时反馈和矫正。充分利用了现代信息技术，创造了高效、科学的测试和评价体系，对于提高教学效率和教学质量起到了积极的作用。

3 反思

3.1 翻转课堂让知识的形成过程更精彩

本节课涉及的知识点有：铁的三种氧化物的俗称、性质和用途，Fe（OH）2和Fe（OH）3制备、Fe3+检验等。其中Fe（OH）2、Fe（OH）3制备和Fe3+检验是重点，Fe（OH）2的制备是难点。铁的三种氧化物知识主要是让学生课前自主学习微视频及进阶练习、课堂第6环节在线诊断完成的。而Fe（OH）2和Fe（OH）3制备、Fe3+检验主要是在课堂上通过互动、探究而形成的，如环节3探究制备Fe（OH）2时观察不到白色沉淀的原因，让学生在教师引领下自主提出假设、设计实验、进行实验、观察现象和曲线、分析曲线得出结论，体现了完整的科学探究过程，让学生在深化知识的同时，提升了化学实验和探究能力。环节4设计让溶液中不含氧气的实验方案过程中，学生的创造性思维被充分激活，设计出的三种方案各具特色，甚至超出了教师课前的预设，学生应对这种富有挑战性的任务需要具备以下三个基本条件：一是要具备一定的知识基础（微课已解决）；二是要有足够的时间和空间让学生进行深度思考[学生在课前微课学习中需要思考：如何制取较纯净的Fe（OH）2？]；三是要建设一种基于合作、互动、开放的学习文化，学生先在小组中展开头脑风暴，提出所有的设想，小组对各种思路进行评价后再形成可行的小组方案供全班讨论。这个过程参与面广、互动性强，诠释了教学即“师生交往、积极互动”的新课程理念。这种以小组合作方式开展互动、探究学习正是翻转课堂的核心要素。

由此可见，翻转课堂教学模式有效地连接了课前在线学习和课堂学习，由于课前的微课实现了知识的初步学习，从而为课堂探究提供了知识基础和时空条件；由于课前微课布置了需要深层思考的问题及提供了获取信息的渠道，从而为课堂上的高品质科学探究夯实了基础。这种基于知识建构型的翻转课堂教学模式不仅关注知识是什么，更多的关注知识是如何形成的，这种高品质的深度学习正是新课程孜孜以求的目标。

3.2 翻转课堂让知识的建构更科学

在本节翻转课堂教学中，学生通过课前微视频和进阶练习实现了知识的初步内化，而在课堂上的互动、探究和应用知识的过程中，通过知识的外化和活化，达到了重难点知识[Fe（OH）2、Fe（OH）3制备和Fe3+检验]的深度内化。学生在课前可以反复观看微视频，遇到不懂的知识可以暂停观看，通过查阅教材、上网查询和平台讨论的方式来解决。在线进阶练习时，可以实时地看到自己的练习成绩，对于错题可以及时分析错误的原因并进行矫正学习。充分体现了在线微课学习的优势。而课堂上学习过程中，环节1解决了学生微课学习过程中的共性问题，弥补了学生的知识缺陷；环节2通过动手实验强化了Fe（OH）2、Fe（OH）3制备知识；环节3和环节4的科学探究深化了对Fe（OH）2的制备、Fe（OH）2转化为Fe（OH）3、Fe3+检验的相关知识；环节5是创设情境应用已学知识解决实际问题；环节6是巩固知识、反馈与矫正。可见，翻转课堂教学模式中，知识的记忆和理解层次的目标主要是在课前微课学习中达成，而知识的应用、分析、综合和创造的目标主要在课堂学习中达成。学生在课前微课学习的基础上，通过课堂动手实验、互动探究、应用知识、巩固知识等环节的学习及频繁的反馈，促进了知识的内化，较好地诠释了建构主义和掌握学习的理论。这种学习方式有助于激发学生兴趣，所学知识记得牢固、理解深刻、应用更灵活。

3.3 信息技术为翻转课堂提供了必要的支撑

本节课成功实现了信息技术和化学教学的深度融合，有效地结合了在线学习和课堂教学的优势，实现了课堂结构的显著变化。其中信息技术提供了不可替代的作用，主要表现有以下三点：一是微课制作和在线平台为学生学习提供了基础，教师通过信息技术将教材上的知识转化为教学知识，制作成微视频供学生观看；翻转课堂平台承载了观看微课、完成进阶练习、统计和分析的功能。二是课堂教学中的数字化实验实现了信息技术和化学教学的最佳融合，将溶液中和瓶内O2变化实时地呈现出来，帮助学生定量分析反应的本质，实现了化学学习由三重表征向四重表征的过渡。三是课堂教学的第6环节在线测试和测试结果的实时分析功能，使得掌握学习倡导的“及时反馈与矫正”理念在课堂上成为现实，有效地提高了教学效率和质量。

参考文献：

[1]顾江鸿，史小梅等.预测-观察-解释-一种基于现代教育研究的演示策略[J].教育科研，2009，（5）：54～57.

[2]张跃国，张渝江，透视“翻转课堂”[J].中小学信息技术教育，2012，（3）：9～10.

[3]夏建华，宫朋飞.基于翻转课堂的科学探究典型案例研究[J].化学教学，2015，（2）：36～39.