基于UbD理论的化学逆向教学设计--以“铁及其化合物”单元教学为例.pdf

年 月云南化工 第 卷第 期 ，：基于 理论的化学逆向教学设计 以“铁及其化合物”单元教学为例阙僖倩，李畅，周小平，郭乔辉（江西师范大学化学化工学院，江西南昌 ）摘要：以铁及其化合物为例，基于 理论进行了单元教学设计。以元素观为大概念，明确学习优先次序，增设表现性任务，融合 要素，构建分类观 转化观 元素观的元素化合物分析模型，得到元素化合物的单元教学启示：聚焦核心大概念，建立认知模型；注重理解多维度，培育高阶思维；评价融入教与学，落实“教、学、评”一体化。关键词：理论；逆向设计；大概念；“教、学、评”一体化；铁及其化合物中图分类号：文献标识码：文章编号：（）“”，（，）：，：，；，；，“，”：；，问题的提出 普通高中化学课程标准（年版）（以下简称新课标）提出了“素养为本”的教学，强调核心观念建构，聚焦学科大概念；要求基于知识关联、认识思路和核心观念进行结构化教学；提倡树立“素养为本”的化学学习评价观，实施“教、学、评”一体化，单元与模块学习围绕化学核心概念和观念的结构化来进行 。然而，传统教学存在两种误区：即没有明确学习目标的“聚焦活动”的教学以及缺乏有效教学设计的“聚焦灌输”的教学。针对“聚焦活动”和“聚焦灌输”的两种教学误区，美国教育家格兰特威金斯和杰伊麦克泰格提出“”（简称 理论），即“追求理解的教学设计”。理论强调“以始为终”的逆向教学设计；注重大概念教学，提供概念框架；追求能够进行迁移的理解，界定理解六侧面。基于 理论进行的教学设计，评价先行，明确学习目标及实现学习目标的学习体验，以大概念为导向，进行结构化教学，与新课标的理念不谋而合。理论概述 逆向教学设计逆向设计是指“以始为终”，即从学习结果开始的逆向思考 。只有当我们明确学生需要达到的特定理解，即学习目标，才能选用合适的教学策略、择取适宜的教学内容、组织恰当的教学活动，从而有目的的促进学生朝向特定理解发展。然而，在我们的传统教学中，教师更习惯于从输入端而非输出端思考教学，更擅长于从研读课标、钻研教材、选择熟悉教法而非从预期结果设计教学。因此，传统教学面临缺乏引导性的智力目标或没有清晰明了的优先次序来架构学习体验的问题 。而 理论将这种习惯做法进行“翻转”，进行逆向设计，即从阐明预期结果出发，设计能够体现特定理解所要求或暗含的表现性行为的课程。逆向设计具有三个阶段，即：“确定预期理解”“确定合适的评估证据”“设计学习体验的教学”。这三个阶段层层递 年 月云南化工 第 卷第 期 ，进、环环相扣。理论的教学过程如图 所示。图 传统教学与逆向教学设计三阶段 要素如何设计一个有效且参与性强的教学设计，从而引领学生更大程度的参与学习，教师更准确的评估学生。理论提出了教学设计中的 要素，如表 所示。表 要素及其含义要素含义学习方向（）和原因（），即：单元目标及设置原因。吸引（）和保持（），即：从一开始就吸引学生并保持他们的注意力。探索（）、体验（）、准备（）以及使能（），即：为学生实现目标提供必要的经验、适当的工具、相关的知识及技能反思（）、重新考虑（）、修改（），即：提供机会，学生再次理解大概念，反思并修改设计方案。评价（）工作、进展，即：提供学生评估方案进展和自我评价的机会。量身定制（），即：体现个人的天赋、兴趣、风格和需求。为最佳效果而组织（），即：为学生获得深刻理解而合理组织。基于 理论下的教学设计 以“铁及其化合物”单元教学为例铁及其化合物属于元素化合物知识，其主题大概念应为元素观。在必修阶段，发展元素观需要：“认识元素可以组成不同种类的物质，依据物质的组成、性质能够对物质分类；认识同类物质具有相似的性质并在一定条件下可以相互转化；认识元素在不同物质中可以具有不同价态，能够通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质的相互转化”。简言之，即基于价 类二维的元素观，其内涵包括物质分类、物质的一般性质、电离与离子反应、氧化还原反应等核心概念。价 类二维分析模型的构建有利于推进情境、模型、认识、素养的多元同步发展 。铁及其化合物的学习就是在元素观大概念引领下的含铁物质的分类、转化以及不同价态铁元素通过氧化还原反应的相互转化，从而构建分类观 转化观 元素观的元素化合物分析模型。铁及其化合物的价 类二维图如图 所示。图 铁及其化合物价 类二维图 确定预期理解 理论认为，该阶段教师需研读课标，思考教学目标，以明确：学生应该知道、理解什么，能够做什么，哪些内容值得理解，什么是期望的持久理解 。铁及其化合物属于元素化合物知识，内容繁杂，仅仅进行知识的灌输会使学生获得的知识呈现为一个个孤立的点，难以连成线、形成面、构成体，因此确定预期理解不只是确定具体的知识点，而是要基 年 月云南化工 第 卷第 期 ，于核心概念进行知识辐射，让学生在掌握化学的认识思路和方法的同时不断地吸收新知识，对已有图式进行同化、顺应，从而达到新的平衡。铁及其化合物单元教学的核心目标是学生初步形成研究元素化合物性质的思路和方法 ，因此铁及其化合物的预期理解要求学生能够从物质类别及元素价态的视角展开分析、预测、设计物质间转化的途径，建立元素观、分类观和转化观，如表 所示。表 确定预期理解我们需要思考哪些基本问题？预期的理解是什么？含铁物质有哪些类别？各类别中铁元素是何价态？如何实现不同类别含铁物质之间的转化？不同价态铁元素之间如何转化？怎样设计实验探究？如何通过类别和价态对含铁物质性质进行预测并验证？如何设计实验检验不同价态铁离子？学生将会理解 铁及其化合物的物质类别，铁元素有 、和 三种常见价态；不同类别含铁物质可通过复分解反应或氧化还原反应进行转化；不同价态铁元素可以通过氧化还原反应相互转化；零价铁有还原性，二价铁有氧化性、还原性，三价铁有氧化性；通过络合反应检验铁离子。学生将会知道（）学生将能够（）不同类别含铁物质的物理性质和化学性质，不同价态铁元素的氧化还原性；单质铁与非金属单质、酸、盐溶液反应，铁的氧化物与酸反应，铁的氢氧化物制备方法、与酸反应；零价铁、二价铁、三价铁的氧化还原性及氧化还原产物；不同价态铁元素的转化条件；铁离子与亚铁离子的检验方法及相互转化。自主设计实验探究单质铁的还原性、铁盐的氧化性、亚铁盐的氧化性和还原性、检验铁离子；小组合作、讨论交流，设计并不断完善铁及其化合物的价 类二维图，依据不同价态铁元素的相互转化关系，逐步构建“铁三角”；建立元素观、分类观和转化观，形成探究物质性质的一般思路和方法，建立元素化合物认识模型，分析、预测其他元素化合物相关性质。确定合适评估任务在阶段 确定预期理解的基础上，阶段 要对评估学生是否达到预期理解提供证据线索支持，评价学生理解了什么、理解到什么程度、需要什么证据、哪些证据能够说明。理论注重评价的过程性和多样性，不仅使用传统测验检测学生知能，还增设表现性任务，让学生置身于真实问题情境，通过学生解决问题的过程以及最终呈现的产品结果对学生进行多维度评估。铁及其化合物的学习中，需要通过物质类别和元素价态相结合的视角将各板块知识串联起来，涉及元素观、分类观和转化观的建立，要求学生通过实验探究收集证据，建立认知模型，需要评估学生整合知识、分析推理、预测性质、科学探究的能力。如表 所示。表 确定合适评估任务哪些证据能够证明学生理解了所学知识？表现性任务：自主查阅文献资料，小组合作交流，制作一份有关单质铁、铁的氧化物、铁的氢氧化物、铁盐相关性质的 并进行小组汇报；实验探究为何补铁剂不可与浓茶一起服用而可以与维生素 一起服用、设计实验检验变质硫酸亚铁药片中铁元素价态；设计测定菠菜中铁元素含量的实验方案。还需要收集哪些证据？其他证据：表达：能够描述铁及其化合物的物理性质和化学性质；测验：能够运用氧化还原知识实现不同价态铁元素的相互转化，同时准确书写相互转化的化学方程式；设计：能够设计实验实现不同价态铁元素的转化、检验铁离子和亚铁离子，能够绘制铁及其化合物的价 类二维图、“铁三角”；互评：能够对小组合作进行评价反思。学生的评估与反馈：自我评估：绘制的价 类二维图、“铁三角”是否完整、科学、简明。反思：在单元学习结束后，反思自己对铁及其化合物知识的掌握程度。在确定预期结果和合适评估任务之后，需要进一步思考各项任务中学生应该具有怎样的行为、需要提供什么样的证据，从而表明他们能够达到预期结果，教师又应该如何评估。因此设计评估任务计划表，如表 所示。年 月云南化工 第 卷第 期 ，表 评估任务计划表表现性任务 表现性任务 表现性任务 通过表现性任务，我们需要评估对哪些理解或目标？收集资料、合作共享的能力；铁及其化合物的物理性质、化学性质，具有分类意识。二价铁有氧化性和还原性，熟练运用氧化还原知识；检验三价铁与二价铁的方法；二价铁被氧化和还原、检验三价铁与二价铁的离子方程式的书写，体现离子反应思想；建立“铁三角”模型自主设计实验验证预测。整理资料，辨别知识，设计实验方案；综合运用氧化还原反应知识，整体化思考问题；定性分析与定量计算相结合的意识。不考虑任务特殊性，表现性任务中学生需要展现何种品质能够表明他达到内容标准的要求？收集资料、整合知识、阐明想法，建立分类观。收集证据，建立氧化还原模型和离子反应模型，并根据模型对现象进行分析预测，并能设计实验验证预测，构建转化观。辨别不同方法，选择最优方案，形成科学探究的思想，体现元素观，能够解决实际问题。通过什么样的真实的表现性任务来证明学生的理解？你的目标是查阅资料文献，了解铁及其化合物相关性质，并制作 ，在班级汇报展示，力求使同学们对铁及其化合物进行了解。你的目标是根据实验室提供的实验装置和实验药品，设计实验验证补铁剂不可与浓茶一起服用而可以与维生素 一起服用的说法是否真实可靠，并通过实验给出科学解释；设计实验检验变质硫酸亚铁药片中铁元素价态，并通过实验给出科学解释。你的目标是查阅资料文献，收集测定菠菜中铁元素的方法，设计测定菠菜中铁元素含量的实验方案。学生的哪些作品和表现将为预期的理解提供证据？铁及其化合物汇报 实验报告实验方案 设计学习体验和教学在确定预期结果和评估任务之后，即逆向设计的第 阶段，需要进一步考虑为了促进学生高效学习，达到预期目标，学生需要哪些知能，什么样的活动可以使学生获得所需知能，怎样选择教学内容和教学方法，需要使用哪些材料和教学资源 。此时在单元教学面前，大概念的锚点作用就发挥出来了，在铁及其化合物的教学中以元素观为大概念，它既是一切知识获得的基点，又是获得知识后所形成的一般思路，具体知识的获得需要有一定的元素观为导向，而元素观的形成需要具体知识的累积，这是一个相辅相成的过程。因此，在铁及其化合物的教学过程中要始终以元素观为导向，同时具化出分类观和转化观，在整合知识的同时构建模型，在解决问题的时候形成一般思路，在情境教学的过程中融入评价。将铁及其化合物的主要教学活动提取出来，进行问题、核心概念、评价的三重进阶，如图 所示。图 主要教学过程 年 月云南化工 第 卷第 期 ，同时以大概念为导向的教学，要明确学习内容的优先次序，将教学内容分为大概念和核心任务、需要掌握和完成的重要内容、需要熟悉的知识三个部分，如图 所示。图 学习优先次序在明确学习优先次序和主要学习活动进阶过程之后，就可以进行细化处理，对教学环节进行具化设计。铁及其化合物与学生日常生活息息相关，教学内容丰富、教学资源易得、教法选择多样，在设计教学活动的过程中要凸显核心概念、合理构建情境、进阶设计问题、评价融入教学，因此融合 要素、理解六侧面和学科素养进行教学设计，深度融合教与评，使课堂成为一个教、学、评相互促进的环形结构。在教学中评价，在评价中反思，在反思中改进，及时、合理利用课程生成，不断优化教学。如表 所示。表 设计学习体验和教学教学环节 要素理解六侧面学科素养以打印机中的墨粉中铁的氧化物的磁性作用导入，吸引学生思考铁在他们生活中的作用。神入素养 介绍基本问题和表现性任务。学生课前查阅资料文献，制作一份有关铁及其化合物的 并汇报展示。，阐明素养 、教师结合学生 汇报进行评价总结，绘制表格，强调重点，解析疑难，扫除困惑，归正误区。自知素养 教师带领学生初步绘制铁及其化合物的价 类二维图，树立分类观。，阐明素养 学生结合价 类二维图分析预测不同价态铁元素的可能性质，教师评价总结。，解释素养 、学生自主实验探究为何补铁剂不可与茶水一起服用而可以与维生素 一起服用。，应用素养 、教师引导学生讨论交流实验室如何保存硫酸亚铁溶液，并对各方案评估总结。，应用素养 教师带领学生归纳整理零价铁、二价铁与三价铁转化条件，绘制“铁三角”。，解释素养 、瑏瑠了解铁离子检验方法，学生自主设计实验检验变质硫酸亚铁药片中铁元素价态。，应用素养 、瑏瑡教师引导学生分析总结，填入各物质转化条件，优化价 类二维图，构建转化观。，阐明素养 、瑏瑢学生自主设计测定菠菜中铁元素含量的实验方案，体现元素观。，应用素养 瑏瑣单元测试，学生自评与互评。自知 年 月云南化工 第 卷第 期 ，基于 理论的教学设计启示）聚焦核心大概念，建立认知模型高中化学元素化合物的特点之一就是繁杂，知识点多且碎，学生难以整体记忆、形成知识框架。学科大概念位于学科结构的中心、表征学科本质的意涵、指向学科观念的形成 。聚焦核心大概念，能够引导学生明确问题本质，建立认知模型，有利于学生自觉收集、归纳证据，不断完善模型，形成结构化知识，能够在陌生问题情境中进行远迁移，从不同视角分析、解决问题。在铁及其化合物的单元教学设计中，以元素观为大概念，聚焦物质的分类和转化，构建分类观 转化观 元素观的元素化合物分析模型，不仅将铁及其化合物的单元内容结构化、整体化，同时也为学生分析、预测其它元素化合物的性质提供了一般思路和方法。）注重理解多维度，培育高阶思维理解具有不同侧面，获得理解不是简单的阐述概念，还要能够从不同视角认识问题，从既定事实中产生自己的见解。化学高阶思维是综合运用化学表征、证据推理、模型建构、质疑批判、评价与反思等思维方法解决化学问题的一种高级认知活动 。铁及其化合物的单元教学设计中设置表现性任务，并从理解六侧面分别考察学生，不仅关注学生对铁及其化合物相关性质的解释分析，同时要求学生能够结合物质分类、氧化还原和离子反应三个视角认识问题，能够应用知识、自主设计，反思问题、敢于质疑。注重理解多维度，有利于培育学生发散思维、换位思维，促进学生深度学习，实现知识可视化，有利于学生高阶思维的形成。）评价融入教与学，落实“教、学、评”一体化新课标倡导树立“素养为本”的化学学习评价观，注重过程性评价、结果性评价相结合，定量评价、定性评价相协调，评价方式多样化，评价角度多维化。理论将评价前置，在学习活动之前确定评价任务和评价标准，铁及其化合物的单元教学过程中设计 要素，将评价深度融入教学过程；评价任务包括传统测验、表现性任务，有机结合量性、质性评价；设置教师评价、学生自评和学生互评，评价方式多元。可见 理论的设计理念与新课标所倡导的“素养为本”的教学理念不谋而合，基于 理论进行教学设计，有利于落实“教、学、评”一体化，实现化学日常学习评价与化学教与学活动有机融合。参考文献：中华人民共和国教育部 普通高中化学课程标准（年版）北京：人民教育出版社，：格兰特威金斯，杰伊麦克泰格 追求理解的教学设计 版 上海：华东师范大学出版社，：房喻，徐端钧 普通高中化学课程标准（年版）解读 北京：高等教育出版社，：上官庆景，阮雪丹 基于元素化合物认识模型的单元教学设计实践探索 以“铁及其化合物”单元教学为例 化学教育（中英文），（）：格兰特威金斯，杰伊麦克泰格 追求理解的教学设计 版 上海：华东师范大学出版社，：侯丽丽，刘晶，于少华，等 基于学生核心素养培养的元素化合物教学研究 以“铁及其化合物”单元整体教学为例 化学教学，（）：李刚，吕立杰 落实学科核心素养：围绕学科大概念的课程转化设计 教育发展研究，（）：皇甫倩，曾美琴，魏钊，等 基于化学高阶思维培养的教学设计研究 以“双液原电池”为例 天津师范大学学报（基础教育版），（）：收稿日期：作者简介：阙僖倩（），女，安徽萧县人，硕士研究生，主要研究方向为学科教学（化学）。通讯作者：郭乔辉（），女，江西吉安人，博士，副教授，主要研究方向为分析化学。