基于核心素养学习进阶的教学设计与实践

摘要：学习进阶以系统的教学序列促进学生科学观念和关键能力的形成与发展。基于学习进阶理论，依据课程标准将高中阶段铁元素检验的教学内容设计为3个课题，进行跨主题教学设计与实践。学生逐步建构由简单体系到复杂体系物质检验探究活动思维模型，提升了学生进行定性、定量物质检验的能力。有效促进了“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”等核心素养的进阶发展。形成了基于核心素养学习进阶的教学设计策略。

关键词：核心素养；学习进阶；铁元素的检验；实践研究

文章编号：1008-0546（2022）07-0021-06 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.004

《普通高中化学课程标准（2017 年版 2020 年修订）》提出“宏观辨识与微观探析”等5方面的高中化学学科核心素养。学生核心素养的发展是一个不断形成与内化的过程，不可能一蹴而就。学习进阶（Learning Progression）是对学生在一个时间跨度内学习和探究某一主题时，依次进阶、逐级深化的思维方式的描述。[1] 学习进阶理论认为学生对核心科学概念、科学解释及科学实践的理解与应用能力，随着时间推移而变得日益成熟和复杂，存在多个不同的进阶层级水平。[2-4] 学习进阶的始阶水平（即最低水平）是学生开始学习时的已有概念与能力，终阶水平（即最高水平）是学习结束时期望学生达到的科学理解和实践能力，在始阶与终阶之间还包括中间层级水平。教学中应基于学习进阶从更系统、更长远的眼光结构化地进行教学设计与实施，帮助学生建立更为深入、系统的知识结构，形成科学观念和关键能力，促进学生核心素养发展。本文选取高中阶段物质（离子）检验的内容，以鲁科版教材（2019年版）中“物质中铁元素的检验”为例开展跨主题教学实践研究，探讨基于核心素养学习进阶的教学策略。

一、基于核心素养学习进阶的教学设计

基于核心素养学习进阶的教学，应在“素养为本”的化学教学设计[5] 的基础上进行设计。

1. 解析课标、教材，挖掘教学价值

从表1中课程标准对物质检验的内容要求、活动要求及学业要求，[6] 可以得出物质（离子）检验是中学化学的重点内容，其中有关铁元素的检验是重中之重。课标对物质检验提出5个方面的要求：学会物质检验基本技能；学会物质检验探究活动的核心思路与方法；知道常见离子的检验方法；能够解决生活中简单的物质检测问题；能综合运用化学反应原理分析、解决复杂体系中物质检验问题。要求跨必修和选修层级水平依次升高，由定性检验到定量原理分析逐步深入。

鲁科版教材中关于铁元素检验的内容有 2 处，①必修第一册第3章第1节“活动·探究”：补铁剂中铁元素价态的检验；②选择性必修1第三章第4节“离子反应的应用”物质检验与含量的测定：Fe 3+ 等离子的检验。教材在必修模块中学习了Fe 3+ 、Fe 2+ 的检验，在选择性必修模块再次研究Fe 3+ 的检验，其用意很明显，是应用化学反应原理分析复杂体系中离子检验的原理，从而达到对离子检验由定性分析到定量解释的深入认识。可见无论课标还是教材对物质检验都进行了跨模块学习进阶安排。

2. 制定学习进阶目标与实施规划：

化学学科核心素养划分为4个等级水平，在物质检验的探究活动中化学学科核心素养的5个方面都能得到不同水平的发展。但物质检验是通过实验探究，收集证据，综合分析，确定物质所含元素及价态。因此物质检验主题侧重发展学生“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”核心素养。基于以上对课标和教材的分析，基于学生认知发展规律制定“物质中铁元素的检验”主题教学的学习进阶目标与实施规划（见表2）。逐步建构并完善物质检验探究活动的思维模型，达到定性、定量认识物质检验的原理，提升物质检验实验探究能力，促进学科核心素养的进阶发展。

表2 “物质中铁元素的检验”学习进阶实施规划表2中课题2安排在必修结束，对生活中的真实问题进行探究，得出结论。有利于提高学生主动运用化学知识解决实际问题的意识和能力，感受化学的价值，促进“科学探究与创新意识” “科學态度与社会责任”等核心素养的形成与发展。课题3安排在选择性必修1第三章结束，应用水溶液中的离子平衡与平衡移动原理综合分析检验原理，深化反应原理对物质检验的理论指导、解释；或者课题3安排在高三复习阶段，将无机物性质、检验与化学反应原理融合，形成研究无机物的整体认识思路，综合解决复杂问题的能力。

3. 设定素养进阶层级水平

素养进阶层级水平是对学习进阶目标的具体化，是连接学习进阶目标与课堂教学的桥梁，是在深入分析学习进阶目标与学生学习情况的基础上，基于学生认知发展规律及知识形成过程而设定的。素养进阶层级水平要符合核心素养等级水平，但比核心素养等级水平要更细，要在学生现有水平的基础上逐步提升，体现学生素养发展的历程（见图1）。

4. 教学流程

在主题教学规划、学习进阶目标及素养进阶层级水平的框架下，制定具体教学序列、流程，如图1所示。创设真实情境，设计有价值的问题，在真实问题的解决过程中，促进核心素养进阶目标的达成。

二、教学实践

限于篇幅，下面以课题3 “补铁口服液中铁元素的检验”的教学实践为例。

1. 提出问题、实验探究

情境：人体缺铁需要补铁，一种常见的补铁口服液含乳酸亚铁，柠檬酸，结构如图2所示。乳酸亚铁存在平衡FeL 2 Fe 2+ +2L - （L - 为乳酸根）

教师：乳酸亚铁口服液与硫酸亚铁补铁剂相比有何优点？

学生：存在解离和络合平衡，实现Fe 2+ 缓释，有利于人体吸收，含柠檬酸可能口感好。

教师：如何证明乳酸亚铁缓释Fe 2+ 呢？

学生：可以控制条件做对比实验，验证乳酸亚铁存在解离平衡；或定量测定口服液中的c （Fe 2+ ）。

教师：定量测定比较复杂，我们先定性检验Fe 2+ 看是否能得到结论。

学生设计并完成实验（实验试剂略），教师指导。汇总结果如表3。

教师：H 2 O 2 用量继续增大，溶液红色是否会加深呢？

学生实验：向滴9 mol/L H 2 O 2 变红的溶液中继续滴加H 2 O 2 ，溶液褪色。结论：过量的H 2 O 2 会氧化SCN -使c （SCN - ）降低而褪色。

教师：你对KSCN检验Fe 3+ 有何新的认识？

学生：我认为Fe 3+ 遇SCN - 变红是检验Fe 3+ 的特征反应。通过以上探究得知，当反应体系复杂时，要综合分析体系中存在的微粒及其作用，结合定量计算，选择合适的试剂及用量进行实验，才能得到正确的结论。

教师：回答得很好！检验试剂除了选择性，我们还要考虑什么呢？

学生：检验试剂与被检物反应程度要大，很少量就能产生明显现象，这样灵敏性高。比如检验Fe 2+ 的专一、灵敏试剂是K 3 [Fe（CN） 6 ]。

4. 总结提升、优化模型

总结：复杂体系中物质（微粒）检验的思路和方法（见图3）：（1）分析体系组成、相互作用、微粒的量；（2）选择物质检验试剂，标准：①专一性；②灵敏性；（3）设计实验方案，关注试剂的用量、顺序等，进行实验，收集证据；（4）处理数据，基于数据、现象得出结论；（5）质疑、反思实验中的异常现象，提出新的实验设想，进一步探究。

三、教学评价与反思

学习进阶水平评价包括课堂评价和课后评价，用于测量学生对核心知识或实践活动的理解和掌握情况。可追踪学生核心素养沿着学习进阶的发展水平。课堂评价采用教、学、评一体化设计与实施。课后进行访谈和测评，设计如下问题，分别对应三个课题，考查学生进行物质检验的思维路径与实践能力的发展水平。

（1）设计实验方案检验某溶液中是否含有NH + 4 、SO 2- 4 。

（2）设计实验方案检验海带中的碘（及其含量）。

（3）现有一瓶标签上注明为葡萄糖酸盐（钠、镁、钙、铁）的复合制剂，请设计实验确认其成分（已知：K sp [Fe（OH） 3 ]=2.79×10 -39 ，K sp [Mg（OH） 2 ]=5.61×10 -12 ）。

课题3结束后找学生访谈，学生表示从高一到现在有关铁元素的检验进行了3次课，但每次都是新情境、新问题，每次问题难度加深、综合性增强，解决问题的思路逐步深化。觉得这样的系列课印象深刻、知识结构清晰、学得明白。从测评可以得出，学生能够应用相应的物质检验思维模型解决不同类型的物质检验问题，基本掌握了物质检验的思路和方法，达到了相应的素养进阶水平。可见基于核心素养学习进阶的教学效果较好。

四、基于核心素养学习进阶的教学策略

1. 课程实施应整体规划与设计

化学教学应立足中学阶段进行整体规划与设计。从较长的时间范围：中学阶段、高中阶段、一个学年等对化学核心知识进行归类分析，并将同类知识所涉及的相关教学内容进行整体规划，设定学习进阶目标与进阶发展层级水平，把握教学序列的跨主题（年级）设计。再从较短时间范围细致地对每一个具体的内容进行教学分析，制定教学方案，从而实现各阶段课程的无缝对接，有效促进学生核心素养连续一致的发展。[7]

“物质中铁元素的检验”跨主题设计3个课题，以铁元素的检验为知识载体，学生逐步建构由简单体系到复杂体系物质检验探究活动的认知模型（见图4、图5、图3）。从建模、用模到优化模型，教学指向明确，更关注学科知识与学科思想的整合与发展，核心素养的稳步提升。

2. 精准设定学习进阶目标与层级发展水平

精准设定学习进阶目标与层级发展水平能更好地规划学生的发展路径，是核心素养学习进阶教学的关键。依据课程标准、教学内容和学生学情，分别从核心素养的内容与水平两个视角进行系统设定，注重横向上的整合性和纵向上的连续性与顺序性，准确刻画学生思维、能力的发展过程。在学习进阶目标和层级发展水平框架下，就可以制定详细的教学方案，设计教学情境、逐渐深入的探究问题、探究活动等；教师在教学中就知道“现在何处？” “应往何处去？”，就可以避免教学中存在脱节、断层或踏步现象。从而有效促进学生核心素养的连贯发展。

学习进阶从传统的分割教授各知识模块转变为系统设计教学序列以促进学生的认知和元认知的发展。[8] 美国科瑞柴克团队开展的中学能量学习进阶研究表明，[9] 虽然起点相同的控制班学生经历了更多教学课时，然而无论是即时访谈还是一年后的延时测试都表明实验班的学生对能量概念的认识更系统、知识网络更丰富且更善于解决实际问题。 “双减”背景下，如何提质增效是课堂教学的关键问题。学习进阶围绕核心知识进行长远的设计，使课堂教学更高效。

参考文献

[1] 郭玉英，姚建欣. 基于核心素養学习进阶的科学教学设计[J]. 课程·教材·教法，2016，36（11）：64-70.

[2] 姜小圩，等. 学习进阶及其在科学教育改革中的生命线作用[J]. 宁波大学学报（教育科学版），2015，37（2）：121-125.

[3] 张颖之. 理科课程设计新理念： “学习进阶”的本质、要素与理论溯源[J]. 课程·教材·教法，2016，36（6）：115-120.

[4] National Research Council. Taking Science to School：Learn?ing and Teaching Science in Grades K-8[M]. WashingtonDC：The National Academies Press，2007.

[5] 闫银权. “素养为本”的化学教学设计策略 — —以“氧化剂和还原剂”教学为例[J]. 化学教与学，2021（3）：51-54，79.

[6] 中华人民共和国教育部. 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.

[7] 郭玉英，姚建欣，张静. 整合与发展 — —科学课程中概念体系的建构及其学习进阶[J]. 课程·教材·教法，2013，33（2）：44-49.

[8] 姚建欣，郭玉英. 为学生认知发展建模：学习进阶十年研究回顾及展望[J]. 教育学报，2014，10（5）：35-42.

[9] Nordine J，Krajcik J，Fortus D. Transforming Energy Instruc?tion in Middle School to Support Integrated Understandingand Future Learning[J]. Science Education，2011，95（4）：670-699.