结构观统摄下高三一轮复习单元作业的设计与实践

王西宇 李婉清 郭肖连

(1.广东省深圳市第二十二高级中学;2广东省深圳市深圳大学附属实验中学;3.海南师范大学)

一、问题的提出

我国对于创新型人才的要求逐渐提高,这对于培育学生的化学学科核心素养也提出了更大挑战。作业作为教学的重要环节之一,现大多依赖于教辅资料,作业类型较为单一,效果不佳,且高三学生存在时间紧,作业多,休息少等问题,故学生希望能够在一轮复习中得到高效的能力提升并远离“题海战术”。基于《教育部关于做好2021年普通高校招生工作的通知》中提出“引导学生减少死记硬背和机械刷题”的教学改革趋势,化学作业改革需要从学科知识的培养转换为学科素养的培养,并建立化学基本观念。

化学学科的专属性在于学生需要建立宏观与微观之间的联系,而化学结构观倾向于从物质的组成、性质、变化规律及空间构型等角度进行定义,与化学作为一门在微粒层面上研究物质组成结构和化学反应及其用途的科学这一学科定义具有高度一致性。“结构观”作为宏观与微观认识之间的桥梁,需要有目的地培养学生的化学结构观,建立“结构决定性质”的学科思想,解决化学学科本质问题,从而促进学生化学学科核心素养的发展。

传统作业存在主题专属性不明显,无法较系统地外显化学学科基本观念等问题,可能会忽视学生在认知范围、思维模式的个体性差异,对于在课堂中培养的化学学科素养无法有效地落实和评价,会导致学生逐渐丧失学习化学的兴趣。“结构观”的相关研究大多聚焦于理论研究、水平测查、教学设计研究,围绕“结构观”开展作业设计的研究较少,因此有必要开展高三复习课作业的设计与实践研究。对于学生而言能发展学科能力,培养学习热情;对于教师而言能加强作业设计能力,增进自身对化学学科本原性与结构化的理解。

二、作业设计思路与步骤

(一)作业设计思路

以学科观念、化学学科核心素养、高考评价体系、学业质量要求、教学评一体化为理论指导思想,参照“确立学科观念—确定设计对象—制定作业目标—设计测试任务—开展诊断评价—分析目标达成—优化试题效度”为步骤设计高三一轮复习作业(具体如图1所示)。

图1 结构观视域下的作业设计流程图

(二)作业设计步骤

1.确立学科观念

一方面基于作业设计的研究现状,以及“结构决定性质”这一具有化学学科思想的典型特点;另一方面,物质结构的知识贯穿高中多本教材,可以将关于物质结构的知识进行整合,建立知识框架,促进学生观念的结构化与认识思路的结构化。于是确立“结构观”作为作业设计的核心思想。

通过梳理高中化学人教版5本教材中关于“物质结构”的相关知识,结合新课标中关于“结构”的具体表述,再搜索了结构观的相关文献,得到结构观的内涵:(1)物质由不同微粒构成(结构构成观);(2)微粒通过微粒间一种或多种相互作用聚集成物质(结构作用观);(3)某些微粒具有一定的空间构型(空间结构观);(4)可以通过化学实验、仪器分析、模型等手段表征物质结构(结构表征观);(5)元素在元素周期表中的位置、原子结构与元素性质间的关系,物质结构(微粒种类、化学键、官能团)与物质性质间的关系(结构性质观)。

2.确定设计对象

本作业的设计对象为高三平行班的学生共93人。这些学生的学业水平成绩相当,男女学生比例相当,且都处于高三一轮复习的初期阶段,他们关于高中阶段物质结构的相关知识还未进行深入的思考与总结,未形成结构观的整体脉络。因此,选择他们为施测对象一方面可以诊断课后教学的具体效果,另一方面通过试题讲解也可以帮助他们厘清“结构”知识在高考中的具体呈现,便于在后续教学中形成知识与观念的结构化。

3.制定作业目标

首先依据结构观的内涵,梳理了学业质量水平中关于“结构”的表述,其次匹配了结构观对应的高考必备知识考点(具体如表1所示),最后结合学业质量水平高低、SOLO分类水平、具体测试内容三方面一起形成作业设计目标(具体如表2所示)。

表1 结构观内涵及对应的学业质量水平与高考必备知识细目

续表

表2 结构观作业设计目标

4.设计测试任务

基于高考必备知识细目的梳理,一共有19个典型考点,故一共设置19道试题。不仅如此,考虑到常规作业设计的模式化,遂将内容与形式相匹配,设计二段式、填空题、选择题、判断题、简述题、思维导图等任务形式多样的作业。其次,既需要考虑学生在一轮复习的整体水平,又需兼顾广东卷高考试题的引领作用,故在作业设计中呈现约60%的基础题,重视基础知识的掌握;约25%的中档题,培养学生的近迁移能力;约15%的难题,重视知识整合与远迁移能力的培养,同时也供能力较强的同学使用。且在所有题目中依据难度梯度,设置25%的高考真题或者高考真题节选部分,使学生体会高考试题的具体考向。具体试题见第三部分:作业设计样例。

5.开展诊断评价

在教学后期开展终结性评价,需关注化学知识的逻辑性,使其与学生认知、心理发展顺序等相符;此外开展评价过程中,一定要关注知识梯度设计以及难点的分散,从而控制好学生学习的水平层次。

6.分析目标达成

基于诊断结果,可以分析学生对应能力水平的达成情况,分析一些典型错误的产生原因,也可以据此指导下一阶段的教学。具体分析见第四部分:作业测试结果。

7.优化试题效度

可以依据学生测试情况、Rasch模型检验、专家评定等多个方法检验所测试题的效度,合理调整作业的结构、容量与难度。

三、作业设计样例

【结构构成观】

1.(基础题)物质可由分子、原子、离子构成,下列物质的微观构成情况与其他三者不同的是

( )

A.CO2B.NH3C.金刚石 D.Ar

2.(基础题)基态Cr原子的价层电子排布式为________。

3.(中档题)高分子化合物在材料领域发挥着重要作用,写出以下高分子的单体。

①含有手性碳;②含有三个甲基;③含有苯环。

【结构作用观】

5.(基础题)下列说法不正确的是

( )

A.π键由两个p轨道以“肩并肩”的形式重叠形成

B.通过π键连接的原子或原子团可绕键轴旋转

C.σ键和π键的强度不同

D.乙烷分子中的共价键全为σ键而乙烯分子中含σ键和π键

6.(基础题)[Cu(H2O)4]SO4中存在的微粒间相互作用不包括

( )

A.离子键 B.配位键

C.非极性共价键 D.极性共价键

【结构空间观】

7.(基础题)简述顺反异构产生的条件。

8.(基础题)绘制s轨道与p轨道电子的电子云轮廓图。

10.(难题)铑掺杂SrTiO3形成的催化剂,在光催化CO2还原反应中有很高的催化效率。SrTiO3的晶胞结构如图所示。

①其中Sr2+位于晶胞的体心,则Ti4+所处的位置为晶胞的________(填“顶角”或“棱心”);每个Ti4+周围紧邻的O2-共有________个。

②当有1%的Ti4+被Rh3+替代后,晶体中会失去部分O2-产生缺陷,此时平均每个晶胞所含O2-数目为________(保留三位小数)。

【结构表征观】

11.(基础题)写出或画出乙烯的球棍模型________、空间填充模型________、结构式________、结构简式________、键线式________、实验式________。

12.(中档题)我国科学家实现了二氧化碳到淀粉的人工合成。有关物质转化过程示意如下:

下列说法不正确的是

( )

A.反应①中分解H2O制备H2需从外界吸收能量

B.反应②中CO2→CH3OH,碳原子的杂化方式发生了变化

C.核磁共振、X射线衍射等技术可检测合成淀粉与天然淀粉的结构组成是否一致

D.C6→淀粉的过程中只涉及O—H键的断裂和形成

13.(2023年全国乙卷节选,难题)奥培米芬(化合物J)是一种雌激素受体调节剂,以下是一种合成路线(部分反应条件已简化)。

F的核磁共振氢谱显示为两组峰,峰面积比为1∶1,其结构简式为________。

【结构性质观】

14.(基础题)判断下列关于碱金属元素相关说法是否正确。

A.碱金属单质的颜色均为银白色

( )

B.随核电荷数增加,碱金属单质熔、沸点逐渐降低

( )

C.随核电荷数增加,碱金属单质的密度逐渐升高

( )

D.随核电荷数增加,碱金属元素原子的电子层逐渐增多,原子半径逐渐增大

( )

E.随核电荷数增加,原子核对最外层电子的引力逐渐减弱,原子失去最外层电子的能力逐渐增强

( )

F.随核电荷数增加,碱金属元素的金属性逐渐增强,碱金属单质的还原性逐渐减弱

( )

G.随核电荷数增加,碱金属与水反应越剧烈,碱金属单质在空气中燃烧生成的氧化物种类愈发复杂

( )

15.(基础题)(不定项)下列因果关系表达错误的是

( )

A.因为键角AsH3>NH3,因此沸点高低顺序为AsH3>NH3

B.因为C-C键间的键能大小顺序为C2H4

C.键长:C—C碳化硅>硅单质

序号结构特征可反应的试剂反应形成的新结构反应类型①—CHCH—H2—CH2—CH2—加成反应②氧化反应③

18.(基础题)列举蛋白质能发生的典型物理变化与化学变化。

19.(2023年湖南卷节选,中档题)下列物质的酸性由大到小的顺序是________(写标号)。

四、作业测试结果

对高三年级的2个平行班,共93人进行测评,把试题的内容按照结构观的内涵进行分类,具体结果如表3所示。

表3 测试结果

学生在结构构成观水平上正确率较高,对于典型物质结构能做到宏观与微观层面的辨识与记忆,能较准确地认识原子的微观结构,能正确书写出简单高分子化合物的单体与链节。对于缩聚型的高分子空白率较高,而且对于限定条件下有机物同分异构体的数目推断错误率较高,说明学生可能比较畏惧此类题目,教师可以在二轮复习的课程中循序渐进,从简单题开始训练,加强学生的自信心,引导学生在后续考试中合理调整做题顺序,将难题和推导量较大的题目置于中档题之后。

学生在结构作用观水平上正确率也较高,对有机物中碳的成键规律这一知识鲜有学生答错,并且大部分学生能够识别出微粒间的多种相互作用力,说明学生对成键本质有较深入的认识,可以在二轮复习中增大此部分内容的试题难度,培养学生的复杂推理与远迁移能力。

学生在结构表征观水平上正确率较低,大部分同学能正确识别出物质的相关模型、化学符号等表征方式。但对仪器分析的物质结构表征方法掌握程度不好,这可能由于此内容往往与有机合成路线、同分异构体等内容相关,学生需要结合多种信息进行推断,并且发现学生较难应对涉及多个物质结构综合变化的试题。因此,教师可以在二轮复习课中对此类问题进行归纳整理、总结方法。

学生在结构性质观上处于中等偏上水平,但仍有较大提升空间。由学生的典型错误和课后调查可知,学生主要的错因一方面在于对一些概念存在迷思概念,譬如认为电负性递变规律与第一电离能递变规律一致,未能从微观本质上理解两个性质的区别;另一方面在于对基团间相互影响的试题,思绪较为混乱,不知从哪里切入。因此,教师在后续教学中可以在作业测评后多找学生访谈,了解学生的障碍点,帮助学生建立解决此类问题的一般认识思路。

五、启示与建议

结合作业设计过程与学生测评结果,为高三一轮复习作业设计与教学提供相应建议:

(一)精读课程标准,抓住高考考向

做好高三一轮复习作业设计,教师首先需要认真钻研课程标准中相关主题的内容要求与学业要求,其次需要梳理出对应教学内容的学业质量要求,结合化学学科核心素养水平、高考评价体系中的“一核四层四翼”,把握教学及作业设计方向。譬如,可以将学业质量要求、化学学科核心素养水平、高考评价体系中关于作业设计主题的内容进行罗列,通过梳理高考考点,进一步确定学生需要在作业中达到何种水平,这对高考备考有着较强的指导意义,避免作业布置与设计中的随意性与盲目性。

(二)精挑作业素材,创设真实情境

随着社会科学技术及化学学科的发展,作业素材与问题情境不仅要与时俱进,关注化学中的热点问题,更需要深挖生产生活中的化学问题。教师也可以通过设置项目式学习等任务,达到学科育人的价值。尤其在高三阶段,作业内容中应该重视学生的已有基础与当前的复习进度,合理设置模拟题、高考题、原创题的比例,调节作业难度,设置多样化的作业,提高作业的效度,促使学生能厘清认识该类问题的思路,掌握方法。

(三)精析反馈情况,改进后续教学

教师要对照学生试题的作答情况,分析学生能力的到达情况,以此判定教学目标的达成情况,结合学生课后访谈的反馈情况分析当前教学问题,明确教学改进方向。譬如,一方面可以根据学生的典型错误进行分析与讨论,或用开展专题课的方法指导课程,帮助学生厘清迷思概念;另一方面,可以在课后指导学生绘制思维导图,梳理知识点之间的关系,使学生在以后的复习中有抓手、有依据。