理解为先,逆向设计——以“元素周期表”的教学设计为例.pdf

教、学、评一体化就是依据化学学业质量标准，在教师教和学生学的同时评价学生在不同学习阶段化学学科核心素养的达成情况，从而使每个学生化学学科核心素养得到不同程度的发展。要实现教、学、评一体化，需要教师积极探索有效的日常学习评价途径、方法和策略。理解乃教育的目的，有人认为“理解”是知识和技能的有效应用，然而该术语的含义是多方面的，不仅仅是知识和技能，理解的目标还涉及复杂的教学和评价，而我们要达成“理解”的目标，需要优质的教学设计从而激发学生理解的积极性，培养学生的高阶思维，最终实现素养与能力的提升。美国教育学家格兰特 威金斯提出了一种“理解为先”的单元教学的设计模式，2强调理解是教学和评价的中心，主要目的是发展和深化学生的理解，即通过基本思想理解学习内容并将学习结果进行迁移。该模式提倡规划先于教学，提出了一种“以终为始”的“逆向设计”：明确预期结果，确定评价办法，规划教学过程。与传统的教学设计过程相比较，该模式强调了评价办法的重要性，教学的目的性更为明确，这样的教学设计思路与高中化学新课标所倡导的“教、学、评”一体化的理念不谋而合。本文以新人教版化学必修一第四章第一节的“元素周期表”为例，以图1所示的三个阶段的教学设计思路进行设计。一、理解为先，预测在前明确预期结果阶段一是明确预期学习结果，即设定教学目标，本环节教师在明确课程标准要求的基础上，从学生“学习迁移”“理解意义”和“掌握知能”这三个方面进行预期。其中的关键是理解，“理解”的意思大致分两块：能够实现知识技能的有效应用，即实现迁移；能够推断并建立联系，获得深层次理解。所以“理解意义”又包含“核心问题”和“深入持久理解”。教学目标见表1，该阶段为逆向设计，从远期目标学习迁移到理解意义再到近期目标掌握知能，各要素相互联系环环紧扣。我们教师在教学设计时，常常着眼于短期目标，但掌握知能只是达到理解的手段而不是最终目的，关键是要实现学生理解意义并能够迁移。通过这样由远及近的预期使得教师能够站在更为宏观的角度考虑教学，使得目标更明确。二、理解为先，问题为剑确定评价办法阶段二是确定评价办法，让教师能够有效监控学生在课堂学习中已达到的理解程度。3在规划教学活动前，教师要确定学生的不同理解层次以及对应的学业表现，按照理解层次对下一步的教学给出指导。理解为先，逆向设计以“元素周期表”的教学设计为例张含璐（宁波市北仑中学浙江 宁波315800）摘要：在新课标以及理解为先的教学模式指导下，依据理解为先所提倡的“逆向设计”的三阶段：明确预期结果，确定评价办法，规划教学过程进行“元素周期表”的教学设计。认为理解为先的教学模式符合新课标“教、学、评”一体化的理论，有明确的目标，有效的评价，及时的反馈，能够促进学生理解迁移，提高教学效率，达成课堂的最优化设计。关键词：理解为先；逆向设计；元素周期表；评价；高阶思维文章编号：1008-0546（2022）12x-0038-04中图分类号：G632.41文献标识码：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.12x.009明确预期结果理解意义掌握知能学习迁移课程标准确定评价办法学前评价理解意义评价掌握知能评价学习迁移评价规划教学过程活动一：根据原子结构设计元素表活动二：根据化学史话理解元素周期表的设计原则活动三：根据问题链学习元素周期表的结构活动四：深化元素周期表“位构”认知模型图1“元素周期表”教学设计思路教学设计研究 教学设计研究 38化学教与学2022年第12期（下半月刊）化学教与学（http：/或http：/）化学教与学（http：/或http：/）1.评价依据学生小组设计的成果，学生针对问题的回答表述及文字表示，学生提出的疑问。2.学生理解的证据（1）如果学生理解元素分类以及原子结构（学前评价）学生根据120号元素的原子结构自行设计出“元素表”，根据“元素表”评价学生对分类、原子结构的理解。图2、图3、图4为3种不同理解层次学生的设计结果。图2元素表1图3元素表2图4元素表3学生设计的元素表对应的各理解层次及学业表现见表2，该评价用于课堂的开始阶段，了解学生对上节课“原子结构”的学习情况，了解学生是否具备分类的思想。若80%以上同学达到水平2及以上即可进入下一环节，若未达到，则可加以引导。如提示：哪些元素属于金属？哪些元素的原子核外有 2个电子层？（2）如果学生理解元素周期表的设计原则（理解意义）学生对比自己设计的元素表和历史上元素周期表的发展历程，可能会提出疑问，为什么以前的科学家不按照原子序数以及原子结构进行元素周期表的设计，而是通过相对原子质量和性质推测元素的位置呢？如果学生能够提出这个疑问，说明已经真正理解目前元素周期表的设计原则，如果没有提出该疑问，教师可以加以引导。如给出提示：门捷列夫的元素周期表设计原则对比现在元素周期表的设计原则，从而引发学生的认知冲突。（3）如果学生了解元素周期表的结构（掌握知能）教师设计问题链，以问题驱动元素周期表的学习，根据回答评价学生，具体理解层次和相应评价见表3。（4）如果学生理解原子结构与元素在周期表中位置的关系（实现迁移）结合陌生主族元素的原子结构示意图，学生能够用规范的文字准确表示出元素在周期表中的位置。结合某陌生主族元素在元素周期表中的位置，学生能够画出该元素的原子结构示意图。三、理解为先，真枪实弹规划教学过程阶段三就是规划相关的教学过程，即依据预期结果和评价办法确定教学策略，制定教学程序，优课程标准1.能从原子结构的角度理解元素周期表的编排原则，能进行元素在周期表中的位置与原子结构之间的相互推导，实现“微观探析”素养能力的提升。2.了解元素周期表的发展历程及现行元素周期表的结构，培养严谨、求实的科学态度。学习迁移在没有教师提示的情况下，学生能利用陌生元素在元素周期表中的位置推测元素的原子结构，能够根据陌生元素的原子结构推测其在周期表中的位置。理解意义学生将深入持久理解的概念：元素周期表中族和周期的含义；原子结构与元素周期表位置之间的关系。掌握知能学生应该掌握的知识是：元素周期表的设计原则；元素周期表的结构；元素周期表方格中基本信息的含义。学生将不断思考的核心问题：为什么元素周期表要如此设计？有没有其他的方式设计？如何利用元素周期表？学生应形成的技能是：学会运用元素周期表，在周期表中查找元素。表1“元素周期表”一课的教学目标水平1水平2水平3理解层次会 运 用 分 类 思想。会从原子结构这种微观角度考虑问题。会综合考虑原子结构以及分类。学业表现如图2，能够根据元素的类别设计表格，如金属、非金属、稀有气体。如图3，能够将原子最外层电子数相同的放在同一列或同一行，同时将原子核外电子层数相同的放在同一行或同一列。如图4，在水平2的基础上，根据性质将氦和氖放在同一列或同一行。表2学生设计的元素表对应的各理解层次及学业表现教学设计研究 教学设计研究 39化学教与学2022年第12期（下半月刊）化学教与学（http：/或http：/）化学教与学（http：/或http：/）化教学结构，设计教学活动。在教学过程中学生要实现学习迁移和理解目标的关键有以下两点，分析原子结构与元素周期表位置之间的关系能够根据陌生元素在元素周期表中的位置推测其原子结构。以下是按照逆向设计的“元素周期表”的部分教学内容。1.学前测试任务1：创设情境，引入课题设计元素表学生活动一 根据给出的 120 号元素原子结构，四人一小组，组内交流合作设计元素表。教师活动 请不同设计水平的小组代表发言，并将设计成果投影到屏幕上。选择展示3种不同水平层次的学生设计的结果，对比元素氦的放置位置，引发学生认知冲突，并让学生进行交流讨论，氦放在哪个位置更合适，从而引发进一步思考。设计意图：加强课堂参与度，激发学生的求知欲，让学生学会运用分类的思想方法，探究设计元素周期表，从而培养学生的科学探究与创新意识；根据已知的原子结构设计表格，培养学生自行构建模型，进而发展模型认知的意识；交流讨论，加强学生沟通和表达的能力。2.教学活动任务2：完善认知，追寻足迹了解元素周期表学生活动二 对比历史上元素周期表的发展历程与自己的设计过程，并畅谈感想（见图5）。学生 为什么科学家不按照原子结构去设计元素周期表呢？教师 当时原子结构是未知的，并展示门捷列夫绘制的第一张元素周期表，讲述他预测新元素的故事。设计意图：让学生了解周期表的发展历程，4类比他们自己设计元素表的过程，产生共鸣，因为学生设计“元素表”的过程与历史上元素周期表的发展历程相似却又不同。相似在于：都根据元素类别进行粗略分类；区别在于：学生是站在巨人的肩膀上，他们是在知道原子结构的前提之下进行设计。所以主要是从原子序数以及原子结构角度设计元素周期表，运用“构位”的设计思路；而历史上的科学家们则主要依据相对原子质量以及元素性质进行设计，运用“性位”的设计思路。从而引发学生的疑问，为什么科学家们不根据结构去设计元素周期表呢？进而引出当时的研究背景：直至1904年汤姆孙才提出了原子结构模型，所以当时的科学家并不知道原子的内部结构。让学生对科学探究产生兴趣；利用门捷列夫的故事初步展示元素周期表的应用价值。教师 元素周期表有很大的应用价值，能帮助我们深入学习和理解元素化合物的知识，让我们先学习它的基本的结构与特点，再逐步深入理解和运用。学生活动三 每位同学观察元素周期表，并作出回答。（1）元素周期表有几个横行？构成几个周期？周期分为几类？分类依据是什么？每周期有几种元素？各周期的元素种类有什么规律？（2）元素周期表有几个纵列？构成几个族？族分为几类？分类依据是什么？（3）钠、氯、铁位于元素周期表的什么位置，分析钠原子结构示意图与其在周期表中的位置（同时展示钠和氯元素的原子结构示意图）。元素原子结构与其在周期表的位置有什么联系？水平1水平2水平3理解层次知道元素周期表中行和列的表示方法。知道元素周期表中元素分布规律。知道元素周期表与原子结构之间的联系。学业表现能够说出行对应的是周期，列对应的是族，有几个周期，几个族，会用文字写出各自的表示方法。说出金属、非金属和稀有气体的分布位置，说出周期和族的种类和所含元素的规律。说出元素按照原子序数排列，说出同周期的元素原子电子层数相等，同主族的元素原子最外层电子数相等。表3学生对元素周期表结构的各理解层次及学业表现1789182918651867法国著名化学家拉瓦锡在其写 化学概要 里，将元素分为简单金属物质、非金属物质等四大类。德国化学家德贝莱纳根据元素性质的相似性提出了“三素组”学说，将当时已知的54种元素中的15种分成5组，如锂、钠、钾；钙、锶、钡。英国人纽兰兹把当时已知的元素按相对原子质量由小到大的顺序排列，发现8种元素之后，会重复出现相似的性质。他把他的发现称为八音律。门捷列夫按照相对原子质量从小到大排列，并将化学性质相似的元素放在同一个纵列，每隔一定数目，元素性质也随之发生周期性变化。图5元素周期表的发展历程教学设计研究 教学设计研究 40化学教与学2022年第12期（下半月刊）化学教与学（http：/或http：/）化学教与学（http：/或http：/）（4）画出周期表的轮廓，标出周期序数和族序数，标明碱金属元素、卤族元素、稀有气体元素、过渡元素所处的区域，找出其中包含元素种类最多的周期和族。（5）查阅元素周期表，从每个方格中可以得到哪些信息？教师活动 总结学生的答案，对于易错点及时给予纠正，同时给予评价。设计意图：以问题驱动元素周期表的学习，5问题1、2让学生了解元素周期表的基本结构和表示方法。问题3利用三种学生熟知的元素练习表示方法，并且根据元素的原子结构强化结构与位置的关系，强调元素周期表的设计原则。问题4让学生关注到碱金属元素、卤族元素、稀有气体元素、过渡区元素，同时可以引出镧系和锕系的存在，并且从分类的角度渗透性质与位置的关系。问题5引导学生了解元素周期表方格中的信息。任务3：灵活迁移，推测未知深化“位构”认知模型例题1：展示某未知主族元素X的原子结构示意图，求元素X在元素周期表中的位置；展示某未知主族元素Y在元素周期表中的位置，画出元素Y的原子结构示意图。例题2：在元素周期表中找到金、银、铜、铁、锌、钛的位置（周期和族），并指出这些元素的核电荷数。设计意图：强化元素周期表位置与原子结构的关系，测试学生是否能够学习迁移。四、关于逆向设计的反思与传统备课模式相比较，“理解为先模式”所提倡的“逆向”设计将评价放在教学过程设计之前，体现了评价办法的重要性，符合新课标的“教、学、评”一体化的理念。于教师而言，教师要对新课标、教材和学生有充分的了解，才能在确定教学过程之前就设置出评价方法。在进行元素周期表的教学设计之前，笔者不仅研读各种资料也采访了学生，他们设计出了图2图4的元素表，于是笔者根据教材和具体学情制定评价方案和应对措施。于学生而言，学生在课堂上的各种表现都有了对应的评价，更符合学生的认知。比如在实际教学过程中，确实有一部分学生在设计元素表时仅根据物质类别对元素进行分类，于是笔者引导他们找出金属元素原子结构的特点，最终他们从结构角度设计了元素表，说明预设评价和措施能够促进学生思考，进而培养学生的高阶思维。于课堂而言，教师通过学生的表现反馈进行及时调整，实现了“教、学、评”的反馈闭环，提高了教学效率。这种教学设计模式目标明确、评价有效、反馈及时，能促进学生理解，提高教学效率，达成课堂的最优化。参考文献1 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）S.北京：人民教育出版社，2018.2 格兰特 威金斯.理解为先模式 M.福州：福建教育出版社，2018.3 袁从容.理解为先单元教学设计以“光合作用将光能转化为化学能”为例 J.中学生物学，2020，36（10）：17-19.4 包朝龙，王星乔.素养为本的高中化学优质课例 M.杭州：浙江大学出版社，2020.5 人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.普通高中教科书教师教学用书（化学必修一）M.北京：人民教育出版社，2019.教学设计研究 教学设计研究 41