基于DOK分级模式的研究型课堂教学设计

张建波

摘要： 将DOK分级模式应用于化学课堂教学设计；用具体的课例，详细说明不同的DOK分级在教学中的对应呈现方式。通过设计相应的教学活动，有助于研究型课堂的打造。

关键词： DOK分级模式； 知识深度分级； 研究型课堂； 教学设计

文章编号： 1005-6629（2018）7-0063-05 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

1 关于DOK分级模式与教学设计对应点的简述

1997年，美国学者诺曼·韦伯（Norman L. Webb）在对课程标准和学业成就评价之间的一致性进行系统研究时，提出了DOK（Depth Of Knowledge，即知识深度）分级模式[1]。DOK是韦伯用以判断学业评价与课程标准是否一致的一个维度，本是教育评价领域的分析模式，但如果把DOK分级看作是一个依次展开的学习或研究的过程，可以发现它与平时课堂教学活动展开的进程呈现出较好的一致性，也比较符合课题研究的一般思路。笔者尝试通过设置若干对应点，将这个分级模式应用于教学设计之中，或许能有助于研究型课堂的打造。

2 关于教学设计对应点的课例说明

下面以高一化学教材[2]（以下简称“教材”）中的“物质在溶解过程中有能量变化吗？”一课为例对教学设计对应点进行详细说明。

2.1 DOK Level 1——回顾

教材中本节的标题是一个问题形式：“物质在溶解过程中有能量变化吗？”。对于这个问题，学生根据初中所学知识即可做出回答。通过在教学中设计回顾环节，知识深度为DOK 1级，以学生举例说明的方式引导其重现已有概念或认知。

师： 物质在溶解过程中有能量变化吗？你能举个例子来说明吗？

生： 有，浓硫酸溶于水，会放出大量热。

师： 你能举例说明这个知识的实用意义吗？

生： ① 浓硫酸稀释，要浓硫酸入水，否则迅速升温，会导致液体飞溅。

② 如果不小心浓硫酸沾到手上，要立刻用抹布擦去，再用水冲洗，否则还会灼伤。

从教学过程来讲，“回顾”环节往往是在课的引入阶段，虽然从知识深度的等级来讲只是1级，教师还是要尽量避免给学生留下生硬的对已有知识进行简单复述的印象。可以设计如上的第二个问题，创设一个可感知的重现情境，引导学生将注意力、兴趣点和思维逐渐集中到本节课的主题上来，有助于后续研究活动的顺利开展。

2.2 DOK Level 2——预测与实验

2.2.1 预测

预测是学生积极调用已有知识对新问题开展的主动分析，要比“回顾”从知识深度上来讲更高一级。预测是科学研究极为重要的组成部分，切不可忽视。教师可以在预测环节，深入了解学生的思维方式，对于学生进一步开展深入的科学研究有重要的指导意义。

供学生实验的试剂，除教材提到的氯化钠、氯化铵、氢氧化钠三种物质外，建议增加第四种物质——无水乙醇。在进行具体的实验测定之前，先要求学生对这四种物质溶解过程中的能量变化进行现象预测，并说明预测的依据。具体情况列于表2。

学生对前三种物质所做的预测中，关于氯化钠在溶解过程中的能量变化的共识度较高，生活经验是比较公认的一个预测依据。关于氯化铵和氢氧化钠，预测结果存在一定的差异，主要与学生初中学校来源不同有关，有些学生在初中时已做过这两个实验或者听初中教师讲到过，有些则没有任何可预测的依据，就凭感觉猜想。

需要特别注意的是，凭感觉猜，可能不准、可能没有科学依据，但不可被忽视，学生做出的这个猜测，至少会让他（她）对实验结果更加期待，会更加注意对实验现象的观察，也会对实验中可能出现的异常现象感知更加敏锐，这个几乎完全主观的猜，会让学生更好地调动起他（她）的非智力因素，会使他（她）更接近于课堂中的主体地位，学习因此开始变得有意义起来。在研究型课堂的打造上，教师要对学生的主观猜测持足够的包容的态度，并随着教学活动的展开，逐步将之引导到科学的思考上来。

供学生实验的试剂中增加了无水乙醇，是有特殊教学使命的。

师： 酒精溶于水，会有怎样的能量变化呢？你来预测一下。

生： 可能会升温吧……不对，可能是降温……不知道……（各种猜测都有）

师： 那我用酒精棉球在你手上擦一下，有什么感觉呢？

生： 凉。

师： 为什么呢？这个过程是物理变化，还是化学变化呢？

生： 酒精挥发，吸热。物理变化。

师： 物理变化，意味着微粒种类没有变化，那挥发的过程什么在变呢？

生： 微粒的间距，在变大。

师： 为什么微粒间距扩大——也就是向空气中扩散开去——会吸热呢？

生： 因為要克服分子间作用力……哦，懂了，酒精溶解时，也是降温。

师： 为什么呢？

生： 溶解也相当于酒精在水里扩散，所以，也要克服分子间作用力，所以，会降温。

师： 对你刚才所做的分析，从原理上，从逻辑上，再确认一下……最后的预测结论是？

生： 我觉得我的分析没有问题，应该就是降温！

师： （对所有学生）你们觉得他的分析有道理吗？大家认可他的讲法吗？

生： 有道理。

师： 那就有问题了。

如果你们认为他的讲法是对的，那么刚才三种溶质溶解也都会有个扩散的过程，都需要克服微粒间的作用力，都要降温才对，那氯化钠怎么会温度变化不明显呢？氢氧化钠居然还升温了呢？

如果你们认为他的讲法是对的，那就意味着前面这两个预测都是错的，而你们的生活经验或者有些同学的初中的学习经验明明告诉你，原来的预测应该没有问题啊！到底哪个预测是对的呢？怎么办？

生： （实验）做做看呗。

显然，增加无水乙醇，既是激发矛盾，也是引发思考。这段教学过程中，学生所做的预测一波三折。先是凭感觉猜，表明学生在面对新问题时，思维上还没有一个合适的切入口。一时没有思考的方向或角度，可见学生虽然具有相关的知识和概念，但还处于储存状态，没法立即调用，教育就是要帮助学生打通思维之路，让知识能够灵活迁移。在教师设计情境的引导下，学生开始调动已有的经验和概念，进行理论分析和逻辑推理，做出对酒精溶于水会降温的预测判断。教师接下来所做的一连串反问，有助于引导学生对所做的预测进行评价，激发矛盾，从而很自然地将学生的思考推向实验环节。

2.2.2 实验

这里进行的测温实验，是一项基本操作技能，知识深度为DOK 2级。可以使用一般的数字测温仪进行数据测定，注意测定初始水温，并保证整个实验过程中，温度计始终处于溶液中。也可以通过温度传感器、数据采集器与计算机相连，直观地呈现温度变化图线。

实验测定结果分别为：

氯化钠（晶体）溶于水，溶液温度略有下降；

氯化铵（晶体）溶于水，溶液温度明显下降；

氢氧化钠（晶体）溶于水，溶液温度明显上升；

无水乙醇（液体）溶于水，溶液温度明显上升。

学生在进行课堂实测时，发现氯化钠溶于水的过程中，溶液温度出现略有下降的现象。虽然在《上海市高中化学学科教学基本要求（试验本）》[3]中对该过程的现象表述为“溶液温度基本不变”。但在教学过程中，教师无需去做“应该温度基本不变”的“纠正”，完全可以放手让学生根据实际测定情况做相应的分析。考虑到氯化钠溶解时的热效应与所用水量、添加氯化钠晶体的量的多少等因素有关，在这些因素没有界定的情况下，进行“溶解时温度基本不变”这样的表述本身也不够科学。在杨德壬先生主编《中学教学全书化学卷》[4]中，也可查得氯化钠（固）的溶解热为3.88kJ/mol，氯化铵（固）的溶解热为14.78kJ/mol，因此，与氯化铵相比，氯化钠溶于水时，溶液温度略有下降也可理解。就此问题，反倒可以作为一个学生的实验研究课题，成为研究型课堂教学在课外的自然延伸，体现研究型课堂的开放性。

对学生而言，实测结果既有意料之中的，也有意料之外的，与真实的科学研究情境比较吻合，使整节课的研究氛围得以继续推进。

2.3 DOK Level3——分析与推理

本节内容在教材中的标题是一个“有没有”的问题，但对于学习和研究来讲，更重要的显然是回答“为什么”的问题，即“为什么不同物质在溶解过程中会有不同的热效应？”。根据实验现象——尤其是预测与实测的矛盾——展开思考，分析现象背后的原因，才是本节课的重点。

但分析很快就遇到了“瓶颈”。在预测酒精溶解过程中的能量变化时，学生已经认同的扩散吸热是一个绕不开的存在。如何解释不同的溶解热效应？显然就需要做一些推理了。

师： 看来溶解过程中，可能还不止存在扩散吸热这一个过程。从热效应上来讲，至少还要有个什么过程存在，才能解释这些现象？

生： 放热过程。

师： 如果有另一个放热的过程存在，你会解释这四种物质溶解过程中的热现象吗？

生： 氯化钠溶于水，扩散吸收的热量略大于另一个过程放出的热量。

师： 如果像有些文献上说的，溶液温度基本不变呢？

生： 那就是扩散吸收的热量与另一个过程放出的热量大致相当，抵消了。

师： 其他几个呢？

生： 氯化铵溶于水： 扩散吸收的热量明显大于另一个过程放出的热量。

氢氧化钠溶于水： 扩散吸收的热量明显小于另一个过程放出的热量。

酒精溶于水： 跟氢氧化钠一样的情况。

师： 这另一个放热过程是什么呢？大家可以查阅教材[5]，查阅文献也是科学研究的一种常用手段。

生： 水合。

师： 仔细阅读教材中关于水合过程的相关文字，以氯化钠为例，氯化钠水溶液中存在的微粒有哪些？

生： 水分子、钠离子、氯离子……水合钠离子、水合氯离子。

分析和推理，是面对具体问题展开的策略思考，需要合理调用知识，并展开积极的联想和迁移，形成一定的逻辑链，教学设计中将这个环节与DOK 3级中的短期策略思考相对应也是比较合理的。

2.4 DOK Level 4——验证

之所以能够解释“为什么不同物质在溶解过程中会有不同的热效应？”这个问题，是因为提出（推理出）了一个物质溶于水的机理，即： 溶解过程分为扩散过程和水合过程。扩散是溶质在水分子的作用下，克服微粒间作用力向溶液中分散的过程，因此是个物理的吸热过程。溶质微粒又会与水分子结合形成水合分子或水合離子，是个化学的放热过程。

北大严宣申教授在回忆傅鹰、戴安邦等前辈的教学理念时[6]，提到傅鹰先生的一个观点： 提出一种机理解释一种现象并不困难，困难的是如何以实验证明它是正确的，而且是唯一正确的。

显然，这节课的教学过程到上述机理的提出、并对实验现象做出解释就结束的话，实在是少了最重要的科学验证环节。要用科学实验来验证某个机理的正确性，需要进行微观分析、宏观推理、实验设计、仪器选择、现象观察等更深刻的思考，完全可以达到DOK 4级即拓展思考的深度。

通过对上述机理的反复推敲，至少有两个方面可以进行相关实验验证，并以此设计教学过程，引导学生进一步展开科学的思考和研究。

2.4.1 关于扩散过程中存在水分子作用的实验验证

教材上说扩散是在水分子作用下，克服微粒间作用力的过程。以氯化钠为例，水分子是如何帮助氯离子和钠离子克服离子键的作用的呢？能设计实验来证明水分子的这个作用的存在吗？

微观分析： 如果水分子的这个作用存在，就意味着，水分子必须要能跟带正电荷的钠离子、带负电荷的氯离子产生某种作用力，把两者拉开，从而使钠离子和氯离子摆脱彼此间离子键的束缚，让它们自由地向溶液中扩散。

师： 如果这个分析合理的话，那么我们拿一个带正电荷或者负电荷的物体靠近水流，会产生怎样的现象呢？

生： ……，把水流吸走？

师： 怎么找到一个带正电荷或者带负电荷的物体呢？电的问题，可以从物理方面考虑。

生： ……，用毛皮摩擦的橡胶棒？用丝绸摩擦的玻璃棒？

这是一个高三拓展型课程中的实验[7]，用来验证水分子是一种极性分子。高一的学生没有学过分子的极性，但不妨碍这个实验在这里的使用。当学生看到水流被丝绸摩擦的玻璃棒迅速吸引而发生大角度偏折时，发出了“妙啊”的欢呼声。教师可以由此引導有兴趣的学生进行分子极性方面的自学，这是培养学生开展自主学习和研究的一个良好的教育契机。

2.4.2 关于水合过程是放热过程的实验验证

这个机理最重要的逻辑环节是，存在一个水合过程，且是放热的。但如何用实验来证明呢？在上面的实验中，证明了溶质扩散时，水分子作用的存在，这个作用使水分子得以和溶质微粒结合在一起，可以理解为所谓的水合。但要证明水合是放热的，就要避开扩散吸热的干扰，实验设计的要点就在于如何让物质与水接触，但要把扩散过程的影响减少到最小。或者，直接找一个单独的水合过程，进行热效应测定。

师： 如果将物质投入水中，溶解过程扩散吸热的存在，必定会对水合放热的测定造成干扰，怎么设计实验，既让物质与水接触，又尽量减少扩散呢？

生： ……那就把少量的水加到大量的物质中，可以吗？

这是一个逆向思维的培养，也是实验设计中很重要的一个环节——条件控制。

进行具体实验操作时，可使用胶头滴管滴加几滴水到白色的无水硫酸铜粉末中，同时用温度传感器测定过程中的热效应。在美国的大学《普通化学》教材中[8]，也是采用这个实验来证明水合是一个放热过程的。

CuSO4（s）+5H2OCuSO4·5H2O（s）是一个典型的形成蓝色水合铜离子的过程，这个化学变化，学生是可以理解的。学生也很熟悉胆矾又叫五水合硫酸铜，是一种结晶水合物。用上述实验，既能简单地验证水合是一个化学的放热过程，也能使学生体会和理解水合的含义以及水合过程中的热效应。

3 结语

整节课的设计，围绕一个问题的研究展开。从问题提出到结果预测，从实验观察到推理解释，最后再进行新机理的实验验证，让学生充分体验科学研究的一般过程，对化学原理与实验验证之间的关系有了一定的认识。国家进行课程改革的一个重要理念或目标是为了培养学生的创新精神和研究能力，这就要求教师要具备进行研究型课堂教学设计的意识和能力。基于DOK分级模式的教学设计，能更有效地将科学研究分层融入教学设计中，引导学生科学地进行深度思考。知识更新非常快，掌握思考问题的方法（思维）比单纯的知识获取更重要。以学科知识的教学为载体，着重培养学生的思维能力和研究能力，对学科教育而言，有更深层次的意义。 参考文献：

[1]Norman L. Webb. Criteria for Alignment of Expectation and Assessment in Maths and Science Education. Washington. DC： National Institute for Science Education University of WisconsinMadison and Council of Chief State School Officers， 1997.

[2][5]姚子鹏主编. 高级中学课本化学高中一年级第一学期（试用本）（第1版）[M].上海： 上海科学技术出版社， 2007.

[3]上海市教育委员会教学研究室编. 上海市高中化学学科教学基本要求（试验本）（第1版）[M]. 上海： 华东师范大学出版社， 2017.

[4]杨德壬主编. 中学教学全书化学卷（第1版）[M]. 上海： 上海教育出版社， 1996.

[6]严宣申. 北大严宣申教授对实验研究的建议[J]. 化学教与学， 2014， （7）： 2～3.

[7]姚子鹏主编. 高级中学课本化学拓展型课程（试用本）（第1版）[M]. 上海： 上海科学技术出版社， 2008.

[8]Darrell D. Ebbing， Steven D. Gammon. General Chemistry. Eighth Edition， New York Boston： Houghton Mifflin Company， 2005： 230.