□葉 晨 張文華

（1.杭州第十四中學，浙江杭州 310006；2.華中師范大學化學學院，湖北武漢 430079）

在過去的十多年里，進階學習因其理論體系完整地呈現(xiàn)了學生對科學核心概念的理解過程，一直是國際科學教育的關注點。進階學習借助經(jīng)驗模型，將學生先前的經(jīng)驗和后續(xù)學習概念的延伸發(fā)展進行了緊密聯(lián)系，設計了螺旋式發(fā)展的學習路徑[1]。循序漸進的學習路徑幫助學生構建核心概念學習的思維模型，逐步內(nèi)化為個體獨特的學習行為和學習素養(yǎng)。進階學習層級水平并不是課程標準在每個學習階段的簡單劃分，而是依據(jù)特定學習者群體的認知發(fā)展規(guī)律和知識經(jīng)驗儲備進行科學性、系統(tǒng)性的規(guī)劃和設定。本文選用“離子反應”學習主題，以2019 年版山東科學技術出版社出版的普通高中化學教科書（簡稱魯科版）必修一和選擇性必修《化學反應原理》為研究對象，探討新教材基于進階學習理論的知識體系的構建。

一、必修一模塊《離子反應》的進階學習

（一）教材體系解讀

2019 年版魯科版教材必修一第2 章第2節(jié)為《電解質的電離、離子反應》。教材從“聯(lián)想?質疑”欄目開始，選用“藥用泡騰片在水中立刻產(chǎn)生大量氣體”為導入情境，引發(fā)思考：“為什么干燥的泡騰片不產(chǎn)生氣體，而放入水中會立刻釋放氣體？”教材選用真實的生活情境，激發(fā)學生對現(xiàn)象的深入思考，自然引導學生進入新概念的學習。教師可以直接在新授課的教學中運用此情境，操作簡單，現(xiàn)象明顯，緊扣主題。

在“離子反應的含義”主題中，“觀察?思考”欄目設置了稀硫酸與氫氧化鋇溶液反應的電導率實驗，通過對實驗事實和數(shù)據(jù)的推理，分析并歸納該反應的本質是離子濃度的降低?！敖涣?研討”欄目引導學生合作學習，分析“稀硫酸溶液與氫氧化鈉溶液、硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液、碳酸鈉溶液與稀鹽酸”等5 組溶液混合后反應的實質，特別提示學生從混合前后電解質溶液所產(chǎn)生的離子種類變化、離子數(shù)量變化兩個維度進行探討。教材以實驗為基礎，引導學生從實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)出發(fā)，通過對數(shù)據(jù)的推理，分析證據(jù)、結論和本質之間的邏輯關系，深入理解離子反應的實質。

在“離子方程式”主題中，“方法引導”欄目以稀硫酸溶液與氫氧化鋇溶液的反應為例，引導學生掌握離子方程式的書寫方法。《普通高中化學課程標準（2017年版）》對于“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)維度，提出學生需要建立認知模型，并運用模型解釋化學反應，揭示反應的本質和規(guī)律[2]4。教材呈現(xiàn)了兩種離子方程式的書寫方法，一種是傳統(tǒng)課堂教學的思維模式，另一種是核心素養(yǎng)導向下的方法引導，詳見表1。對比舊版本，新教材在此強調方法和技巧的傳授，引導學生建立微粒觀，學會用符號正確表征離子反應的本質。

表1 離子方程式書寫的方法引導

在“離子反應的應用”主題中，學生需要達成以下兩個維度的進階學習水平：（1）利用離子反應檢驗某種或某些離子的存在情況；（2）將離子反應運用于物質的除雜和分離。教材在“活動?探究”欄目中特意設置了“食鹽的精制”實驗，并強調此實驗為“學生必做實驗”，不能由教師的演示實驗或其他教學手段所代替。教材呈現(xiàn)了完整的實驗探究流程，包含了實驗原理分析→實驗目的設定→實驗用品選擇→實驗方案設計，總結了“利用離子反應除去雜質的思路和方法”，培養(yǎng)了學生的科學探究與創(chuàng)新意識。教材在“概括?整合”欄目中，引導學生采用思維導圖的模式，歸納、總結、分析溶液體系的基本思路。

（二）進階學習水平設定

在本節(jié)主題的學習之前，學生認知起點主要由以下兩方面構成：（1）初中科學的“水與常見的溶液”相關知識、生活中常見的酸性物質與堿性物質、四大基本反應的理解與應用；（2）高中的課程體系“物質的量濃度”的應用、物質與元素的分類體系和電解質的電離行為。根據(jù)現(xiàn)行化學課程標準、高一學生的學情分析與選擇性必修模塊進階學習的需要，以核心素養(yǎng)為導向，現(xiàn)將必修一“離子反應”進階學習劃分為以下4個水平，詳見圖1。

圖1 必修一“離子反應”進階水平設定

基于學生認知體系建構的螺旋式發(fā)展，必修一“離子反應”是化學反應原理模塊的基石，教師在進行新課教學時，應著重于離子反應核心概念的理解教學和問題分析模型的初步構建。

二、選擇性必修模塊《離子反應》的進階學習

（一）教材體系解讀及進階學習水平設定

2019 年版魯科版教材的《化學反應原理》第3 章《物質在水溶液中的行為》第4 節(jié)為《離子反應》。學生的前側知識為必修一中“電解質電離理論和離子反應簡單理論”、選擇性必修模塊中“弱電解質的電離平衡和鹽類的水解平衡”。教材提出電解質在水溶液中的行為可能存在電離平衡、水解平衡或沉淀溶解平衡，不同電解質的離子之間可能存在多樣化的反應體系，具體編排體系詳見圖2。

通過對選擇性必修教材編排體系進行研究，教師在實際教學中應重點發(fā)展以下三個維度的化學學科核心素養(yǎng)：“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)維度，形成微粒觀，建立微粒之間相互作用的視角，認識、預測并解釋物質在水溶液中的行為；“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)維度，形成變化觀，用平衡思想分析復雜水溶液體系中的微粒變化，解釋自然界、生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象，解決實際問題；“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)維度，形成電解質溶液認知的科學模型，建立宏觀與微觀、證據(jù)與結論的辯證關系[2]33-36。基于化學學科核心素養(yǎng)導向、教材解讀和學情分析，對選擇性必修模塊的“離子反應”進階學習水平進行了科學設定，詳見圖3。

（二）進階學習的教學流程設計

圖2 選擇性必修模塊“離子反應”教材知識體系

圖3 選擇性必修“離子反應”進階水平設定

進階學習是以實驗和事實為基礎，在系統(tǒng)性的教學引導下，隨著時間的推移，培養(yǎng)更深層次核心概念、科學理論等的理解與應用能力[3]。本文節(jié)選“物質制備與純化”主題的“交流?研討”中新增內(nèi)容“從海水中提取二氧化碳”，以進階學習理論為導向，設計了“拯救小丑魚行動——從海水中提取二氧化碳”的15分鐘核心教學流程。

1.進階學習起點

學生初步完成離子反應大概念的框架構建，基本達成了圖3中的進階水平1和2。

2.預期進階學習終點

形成基于學習者個體特點的理論模型和經(jīng)驗模型，解決實際的離子反應問題。

3.教學流程設計思路

教學活動要與核心素養(yǎng)、核心概念和基本問題之間保持高度統(tǒng)一性，目的是以事實促進學生對核心概念的理解，進而內(nèi)化為核心素養(yǎng)，詳見圖4。問題設置要點：把核心概念以“是什么、為什么、怎么樣”這樣的驅動性問題的形式表達出來。

圖4 核心素養(yǎng)、核心概念和基本問題之間的聯(lián)系

4.基于問題鏈的教學流程設計

問題情境：海水呈弱堿性，但是近年來，過量溫室氣體二氧化碳的排放導致海水酸性增強，影響了多種海洋生物的生存，對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴重的威脅。英國《生物學通訊》雜志研究顯示，由于空氣中的二氧化碳含量增加致使海水酸性增強，本世紀末海洋中的小丑魚可能失聰。

問題一：海水中含有HCO3-，為什么呈弱堿性？

學生活動設計：數(shù)據(jù)推理和模型認知，H2CO3Ka1=4.2×10-7，Ka2=5.6×10-11，通過對比HCO3-Kh和Ka2的大小，形成弱酸酸式根離子在水溶液中電離和水解行為的認知模型。

問題二：為什么過量的二氧化碳排放會降低海洋表層水的pH？

學生活動設計：變化觀念，空氣中CO2增多導致海水CO2濃度上升，進而引起H2CO3濃度上升，促進了H2CO3的電離。

問題三：珊瑚礁的主要成分是碳酸鈣，是海洋固碳行為的一種重要產(chǎn)物，但是隨著海水酸性增加，珊瑚礁遭受了大面積的破壞，請用相關化學原理來分析此海洋環(huán)境問題。

學生活動設計：建立多樣化的微粒觀，正確用化學符號表征實際化學反應過程。

問題四：哪些環(huán)境條件改變會引起海水pH 的變化？如何使海水pH 恢復正常，從而拯救小丑魚？

學生活動設計：平衡思想與變化觀念，運用化學平衡原理分析實際問題。

問題五：科學家提出用陽離子交換膜的三室電滲析法從海水中提取二氧化碳，裝置圖詳見圖5，此方法的設計原理是什么？寫出相關的電極反應式和離子方程式。

圖5 三室電滲析法裝置示意圖

學生活動設計：綜合運用電化學原理、離子反應理論評估方案的合理性。

問題六：怎樣對B 室的海水進行處理，從而得到可以直接排放的合格海水？

學生活動設計：認識化學、生活和環(huán)境的緊密聯(lián)系，體會STEM教育理念。

提升與遷移：歸納離子反應理論的科學模型，詳見表2。

表2 復雜離子反應體系的思維模型

此模塊內(nèi)容所涉及的知識點比較廣，難度比較大，對學生的思維水平、問題分析和問題解決能力要求比較高。教師在實施教學過程中，要注重以問題為導向的啟發(fā)式教學手段，時刻關注學生的課堂反饋情況，及時調整教學進度，不可盲目追求教學目標的完成。

三、進階學習在高中化學課程體系中的重要作用和借鑒意義

普通高中化學課程由必修課程、選擇性必修課程和選修課程組成，其中必修課程是普通高中學生發(fā)展的共同基礎，是選擇性必修課程的先行知識體系[2]8。選擇性必修課程是必修課程的進階學習，很多核心概念在必修課程和選擇性必修課程中重復出現(xiàn)，但是難度、深度和廣度有所增加。

高中化學課程體系內(nèi)容繁多、體系復雜，教師若直接呈現(xiàn)知識不僅不利于學科素養(yǎng)的培養(yǎng)，還會削弱學生學習化學的積極性，增加學生的學業(yè)負擔。教師應當重點關注核心概念的教學與理解。核心概念其本身具有整合性、普適性、遷移性和進階性，在不同學段中會重復出現(xiàn)，并隨著學習的推進而不斷加深[4]?；诤诵母拍畹倪M階學習能有效引導學生更深入地學習相關化學主題，提升學生化學學科的核心素養(yǎng)。教師可以依據(jù)課程標準劃分的核心素養(yǎng)水平，多維度地整合核心概念的進階學習，注重核心概念之間的意義連接，關注學生個體獨特的概念發(fā)展途徑，從而實現(xiàn)不同個體學習者的進階預期。