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理论教学 有效教学模型在无机元素化学教学中的应用 “铬及其化合物”教学设计赵海燕孙华（河北科技大学理学院河北石家庄 ；河北科技大学化学与制药工程学院河北石家庄 ）摘要为提高无机元素化学教学中学生学习的参与度和培养学生的高阶能力，通过可视化、教学内容重构、知识网络构建等教学策略，以“铬及其化合物”为例应用 有效教学模型对无机元素化学进行了教学设计和实践。结果表明学生不仅随堂知识掌握效果好，而且知识迁移和解决综合问题的能力也得以提升。教学实践为元素化学的教学改革提供了一个可操作的案例，同时也为提高 教学模型的有效性提供了有价值的借鉴。关键词 铬教学设计无机元素化学 ：有效教学模型是加拿大教师技能讲座（，）在培训教师进行课程设计时所采用的模式方法，包含导入（）、目 标（）、前 测（）、参与式学习（）、后测（）和总结（）等项要素。该教学模型的特点是围绕目标进行流程化设计帮助学生达到预期目标，做到以学生学习和学习效果为中心。继 年国内第一篇关于 的教研论文发表后，教学模型、教学课程设计、课堂教学方法和教学模式是目前国内 的研究焦点。有效教学模型不仅在大学化学各类课程的课堂教学进行了实践验证和探索，而且与现代教育技术进行融合，得到了进一步的拓展。元素化学是高校化学类专业无机化学课程的核心内容，包括周期表中几乎所有元素的单质和化合物的制备、结构、性质和应用等陈述性内容，知识点庞杂散乱，仅存在例如“结构决定性质，性质决定应用”等少数规律。如果教师仅仅根据教材对这些知识点进行逐条讲授，学生常常感到乏味无趣，学习动机不足。因此，元素化学的教学一直是无机化学教学改革的焦点。为了能在元素教学中有效组织教学内容吸引学生注意力，鼓励学生积极主动参与课堂讨论和培养学生高阶能力，已有众多高校教师在更新教学资源、引入先进教学方法和手段 和与信息化教学手段结合 等方面做了有益探索和实践，为无机元素教学提供了可借鉴的经验。为了更好地提升元素化学的教学效果，通过可视化、教学内容重构、知识网络构建等教学策略，应用 有效教学模型对无机元素教学进行设计（以“铬及其化合物”教学设计为例），取得了较好的教学效果，为元素化学的教学改革提供了一个可操作的案例，同时也为提高 教学设计的科学性和有效性提供了有价值的借鉴。教学内容和学情分析 教学内容分析“铬及其化合物”选自 无机化学（下册）第 章“铬 副 族 元 素 和 锰 副 族 元 素”的 部 分 内容。铬及其化合物颜色丰富多彩，化学性质复杂多变，在电镀、颜料、国防、冶金、鞣革和印染等方面有重要的用途，同时也是人体必需的微量元素，在糖代谢和脂代谢中发挥着特殊作用。这部分教学内容多为事实和概念等陈述性知识，知识点多且分散，各个知识点之间关联性和逻辑性较差，学生学习起来往往觉得比较枯燥，难以形成清晰的知识体系，认知负荷较大。学情分析本节内容所对应的教学对象是应用化学专业本科一年级的学生。铬及其化合物的相关知识在高中阶段的教材中只是略谈，不是课程标准和考试大纲所要求的，因此，学生知识储备不足。但是他们已经学习了元素周期表和周期律、主族元素和部分副族元素的知识，对元素部分的学习已经有了一定的学习策略和方法。因此在教师的引导和帮助下，能够将已掌握的学习策略和方法迁移到新知识 年第 卷第 期化学教育（中英文）（：）河北省高等教育教育改革研究与实践项目（，）通信联系人，：的学习中。教学策略针对教学内容和学情分析中存在的问题，首先从贴近日常生活和科学前沿个角度对教学内容进行了重构。通过铬（）与人体健康 和利用铬（）的强氧化性可以查酒驾 等相关知识的学习，学生可以体会到课本上的知识其实离自己并不遥远，从而激发学习兴趣。通过铬（）中毒机理 和新型铬（）废水处理方法 的讲授，可以扩展学生的学科前沿知识和激发求知欲。其次，在教学课件的设计上根据双重编码理论，将教学内容与可视化表征高度融合，将知识以图解的方式表达出来，为教师的语言讲解提供辅助和补充，帮助学生增强对知识的记忆和识别。首先在课件中插入各种化合物的图片、铬酸根和重铬酸根结构的动图，用框图表示较为复杂的逻辑关系，降低语言通道的负荷。其次根据视觉隐喻的原理，将课件的整体配色和化合物分子式字体的颜色或底色设置为该化合物的特征颜色，以帮助学生潜移默化地识别和记忆化合物的颜色。最后通过思维导图和价类二维图的形式对琐碎的知识点进行梳理、归纳和总结，帮助学生构建自己的知识体系。在课程思政设计上，以铬（）的危害为切入点，通过铬（）中毒症状的知识点讲授和 年某市铬渣非法排放的图片展示，从认知和情感个角度使学生感受到铬（）对人类健康和环境的危害，从而树立环保理念，实现教学内容和课程思政的深度融合。课后通过“总结”作业的布置，鼓励学生外化表达，达到价值内化。教学流程以应用化学专业基础课“无机化学”中的“铬及其化合物的性质”为例，进行了 教学设计，具体内容如表所示。表教学案例设计 阶段时间 教师活动学生活动导入以出土秦剑千年不锈导入，并和国外现代工艺对比听讲，引起兴趣目标 展示教学目标并对目标进行解读跟读目标，把握重点前测 学习通发布前测试题，并对答题情况进行总结讲解学习通平台作答并核对答案参与式学习 讲授铬元素概述：周期表中位置、物理性质和发现讲授铬单质、（）和（）的化学性质，引导学生写出重要化学性质的方程式组织学生两两配对进行“亮考帮”讲授（）的化学性质，引导学生写出重要化学性质的方程式组织学生两两配对进行“亮考帮”听讲，思考，补充笔记，两两交流分享后测 先在学习通发布后测试题，再组织学生讨论：在讲授铬（）的中毒机理时，用到了哪些我们今天学过的知识完成后测并核对答案；小组讨论，组间分享总结 思维导图总结本节内容听讲，思考 导入导入的目的是吸引学生的注意力，引发学生的思考，帮助学生专注于即将学习的内容。好的导入要从真实的、具体的人或事开始，能够激发学生的情感，产生疑问，从而产生学习冲动。本节课程以 年在秦始皇兵马俑二号坑内发现的一批青铜剑的故事导入。这批青铜剑历经 多年，出土时依然光亮如新。经过科学研究表明使青铜剑千年不 锈 的 这 种“铬 盐 氧 化”处 理 方 法，德 国 在 年、美国在 年才先后发明，并申请了专利。在引出本次课的主角 铬的同时，使学生感悟中国古代灿烂文明。目标学习目标要根据教学内容和学情用预期学习结果来进行表述，并且能够可达成和可测量。教师要向学生清晰地传达学习目标，使学生带着目标去学习，并在后续的学习过程中反复强调学习目标，帮助学 生 检 查 目 标 的 达 成 度，监 控 和 调 节 自 己 的学习。针对 教 学 内 容 和 学 情 分 析，制 定 以 下 学 习目标。知识目标：（）学生能够记住铬及其化合物的化学性质；（）学生能够举例说明 （）的生命过程作用和（）的污染处理方法。能力目标：（）学生能够应用铬及其化合物的化学性质进行各化合物之间的转化；化学教育（中英文）（：）年第 卷第 期（）学生能够分析铬（）中毒机理等科学前沿知识中所蕴涵的铬及其化合物的性质。价值目标：通过（）对人类的危害和其污染处理方法的学习树立环保意识。前测 中的前测不仅可以测试学生旧知，进而动态调整后续教学内容的深度与进度，而且可以充分激活旧知，使学生聚焦特定目标，为新知的学习做好准备。本节设计了道选择题和道判断题作为前测，要求学生在学习通平台上作答。测试结果表明选择题“下列金属中，硬度最高的是”准确率达到 ，而“铬的最高氧化值等于其族数”这道判断题的准确率为 ，这就提示教师在后续的学习中针对铬的电子构型和价态等基础知识还要做进一步的补充讲解和复习。参与式学习参与式学习是 的核心模块，提供了在课堂上的参与和体验环节。在此模块中教师不仅要注重教学策略的设计，而且应该根据教学内容和学生学情，设计相应的学习策略，引导学生充分参与到学习中，以完成知识的建构过程。教师在讲授过程中，要充分激活学生的旧知，从学生的已知、熟悉的讲起，降低学生学习新知的畏 难 情 绪，并 达 到 新 旧 知 的 整 合。例 如 讲 授 和（）的两性时，可以和学生学熟悉的 和（）的两性做类比。再如可以引导学生通过电极电势数据比较铬（）在不同介质中还原性的强弱，并写出氧化还原反应方程式的产物，从而避免了对方程式书写的死记硬背，以达到灵 活 掌 握 知 识 并为 后 续 知 识的 迁 移 做 好准备。在参与式教学中，教师还要注意把握课堂进行的节奏，给学生留出知识内化和反思的时间，同时创造独学和同伴学习的机会。例如在本节的教学中，设计插入了次“亮考帮”，组织学生进行两两配对讨论。“亮”即为“亮闪闪”，这是学生独学的阶段，学生可以梳理补充笔记，也可以找出自己本阶段最大的收获和疑问；“考”即“考考你”，位同学之间可以互问互答；“帮”即“帮帮我”，可以把自己的疑问向同学寻求帮助。教师在“亮”和“考”的阶段不参与学生的讨论，但要随时关注学生，可以在“帮”的阶段有代表性地回答学生凝练出来的问题。在这个过程中，学生动眼、动手、动口，调动多个感官参与学习认知活动，充分运用到大脑各脑区，提高认知加工效率，从而提升学习效果。后测 中后测模块的目的是评估学习结果，检查目标达成度。因此后测的方式要针对学习目标进行选择和设计。本节根据学习目标设计了个后测。首先针对知识目标（）和能力目标（）设计了道选择题，教师在学习通平台发布，要求学生在规定时间内独立作答，如表所示。测试结果表明，选择题的准确率均在 以上，说明学生对本节知识的初步掌握情况良好。表学生在学习通的后测答题情况 序号题目准确率在酸性介质中使 转化为 的试剂是 对于（）化合物，下面叙述不正确的是 下列铬的物种中，还原性最差的是 下列物质中，强氧化性与惰性电子对效应无关的是 由 制备 ，应选择的试剂是 实验室中的铬酸洗液若变绿而失效时，可用哪种试剂使其再生 其次针对能力目标（）设计了小组讨论“在讲授铬（）的中毒机理时，用到了哪些我们今天学过的知识？”，以“思考配对分享”的形式组织学生讨论。“思考”即学生独立思考老师提出的问题，得出一个初步结论；“配对”即学生两两讨论，继续完善初步结论，继而小组讨论，得到最终统一意见；“分享”即小组间分享讨论结果，教师点评。在此过程中，教师可以随时关注学生的讨论进展，可以以提问题的方式对学生进行适当的提示，例如“（）在 人 体 内 为 什 么 是 以 铬 酸 根 的 形 式 存在？”“铬酸根为什么可以通过硫酸根的通道进入细胞内部？”“铬酸根在细胞内部为什么可以被维生素和巯基化合物还原？”等。通过这种真实问题的讨论，学生能够体验到学科前沿中也蕴含着课本中 年第 卷第 期化学教育（中英文）（：）的基本知识和概念，在收获学习的快乐的同时知识得以迁移，解决综合问题的能力也得以提升。总结 的最后一个模块是总结。在这个模块中，教师可采用多种方式帮助学生或引导学生自己厘清重要的知识点及其之间的逻辑关系，以进一步完成知识的组织和整合。本节以思维导图的形式进行总结，如图所示。图铬及其化合物的思维导图课后作业设计（）完成铬及其化合物的价类二维图。设计依据：针对教学目标中的能力目标（），即应用铬及其化合物的化学性质进行各化合物之间的转化。教师可以给学生提供价类二维图的框架，以帮助学生构建知识体系，如图所示。图铬及其化合物的价类二维图（）学习了（）的生命过程作用和（）的污染处理方法的相关知识后，你有什么收获和感想吗？你还有哪些疑问？请以“总结”的形式写一写吧！设计依据：首先针对教学目标中的知识目标（），即能够举例说明（）的生命过程作用和（）的污染处理方法；其次针对教学目标中的“情感目标”，即通过（）对人类的危害和其污染处理方法的学习树立环保意识。要求学生写出个关键词、个收获、个行动和个疑问，完成“总结”。评价方法设计：教师要求学生将作业提交到学习通平台的讨论区，采取定性评价的方式，对优秀的作业点赞置顶，鼓励学生互相交流学习。总结笔者应用 有效教学模型对元素化学进行教学设计，并在“铬及其化合物”教学中进行了实践。对于教学效果，从课堂满意度和深度学习等个方面进行了问卷调查。对课堂满意度的调查问卷结果表明，左右的学生对随堂知识掌握程度、知识获得有效性和教学启发性感到满意，的学生对整体教学方法感到满意，学生愿意参与学化学教育（中英文）（：）年第 卷第 期习并产生积极的情感体验，课堂体验也更加愉悦和丰富。对深度学习的调查问卷结果表明，的学生认为既有知识和经验对新知识的学习和理解帮助较大，的学生掌握了新旧知识的整合和融会贯通，的学生能够在问题的解决过程中强化知识点之间的逻辑关系和内部联系，的学生学会了反思和改进。这表明学生通过这部分的学习，能够将既有知识进行有效迁移，创造性和深度学习的能力得到提升。是一种以学生为中心、以学习目标为导向的教学模型，除了铬及其化合物，笔者也根据元素化学其他章节的教学内容和学习目标，灵活应用 模型进行教学设计和教学实践，学生反馈良好。同时也应注意到，有效教学模型并没有从脑科学、认知科学、学习科学等底层逻辑上提供具体的教学策略和学习策略。因此，在教学中还要根据具体教学内容和学情，以可达成和测量的学习目标为中心，进行教学策略、学习策略和评价方式的设计，做到“教学评”的统一，只有这样，才能发挥 的最大价值。参考文献王若涵，张志翔中国林业教育，（）：周文，李俊，包卫东，等高等教育研究学报，（）：，王琴，张天琦，梅涛，等化学教育（中英文），（）：谢微，陈秋娟化学教育（中英文），（）：王晴，张兴桃，钱玉梅，等大 学化学，（）：董桂伟，赵国群，管延锦，等高等工程教育研究，（）：陈咏梅，周云山，王桂荣，等大学化学，（）：鹿现永大学化学，（）：魏明灯，魏巧华大学化学，（）：胡瑞祥，郑 少 九，张 漫 波 大 学 化 学，（）：张文广，游明祥，彭思艳化学教育（中英文），（）：王峰，闫春燕，伊文涛，等化学教育（中英文），（）：王丽霞化学教育（中英文），（）：钱备，宁静，宋祖伟，等化学教育（中英文），（）：宋天佑，程鹏，徐佳宁，等无机化学版北京：高等教育出版社，宋正华化学教育，（）：，热孜万古力阿不力提甫，单宁杰，张蓓蓓，等广东化工，（）：，曹玉民化学教育，（）：，（）：，：理查德梅耶应用学习科学盛群力，丁旭，钟丽佳，译北京：中国轻工业出版社，庚晋铸造技术，（）：胡洪羽，孙玉希，蒋平化学教育（中英文），（）：（，；，），“”，；年第 卷第 期化学教育（中英文）（：）