王西宇 李婉清 郭肖連

(1.廣東省深圳市第二十二高級中學;2廣東省深圳市深圳大學附屬實驗中學;3.海南師范大學)

一、問題的提出

我國對于創(chuàng)新型人才的要求逐漸提高,這對于培育學生的化學學科核心素養(yǎng)也提出了更大挑戰(zhàn)。作業(yè)作為教學的重要環(huán)節(jié)之一,現(xiàn)大多依賴于教輔資料,作業(yè)類型較為單一,效果不佳,且高三學生存在時間緊,作業(yè)多,休息少等問題,故學生希望能夠在一輪復習中得到高效的能力提升并遠離“題海戰(zhàn)術”?；凇督逃筷P于做好2021年普通高校招生工作的通知》中提出“引導學生減少死記硬背和機械刷題”的教學改革趨勢,化學作業(yè)改革需要從學科知識的培養(yǎng)轉(zhuǎn)換為學科素養(yǎng)的培養(yǎng),并建立化學基本觀念。

化學學科的專屬性在于學生需要建立宏觀與微觀之間的聯(lián)系,而化學結構觀傾向于從物質(zhì)的組成、性質(zhì)、變化規(guī)律及空間構型等角度進行定義,與化學作為一門在微粒層面上研究物質(zhì)組成結構和化學反應及其用途的科學這一學科定義具有高度一致性?！敖Y構觀”作為宏觀與微觀認識之間的橋梁,需要有目的地培養(yǎng)學生的化學結構觀,建立“結構決定性質(zhì)”的學科思想,解決化學學科本質(zhì)問題,從而促進學生化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

傳統(tǒng)作業(yè)存在主題專屬性不明顯,無法較系統(tǒng)地外顯化學學科基本觀念等問題,可能會忽視學生在認知范圍、思維模式的個體性差異,對于在課堂中培養(yǎng)的化學學科素養(yǎng)無法有效地落實和評價,會導致學生逐漸喪失學習化學的興趣?！敖Y構觀”的相關研究大多聚焦于理論研究、水平測查、教學設計研究,圍繞“結構觀”開展作業(yè)設計的研究較少,因此有必要開展高三復習課作業(yè)的設計與實踐研究。對于學生而言能發(fā)展學科能力,培養(yǎng)學習熱情;對于教師而言能加強作業(yè)設計能力,增進自身對化學學科本原性與結構化的理解。

二、作業(yè)設計思路與步驟

(一)作業(yè)設計思路

以學科觀念、化學學科核心素養(yǎng)、高考評價體系、學業(yè)質(zhì)量要求、教學評一體化為理論指導思想,參照“確立學科觀念—確定設計對象—制定作業(yè)目標—設計測試任務—開展診斷評價—分析目標達成—優(yōu)化試題效度”為步驟設計高三一輪復習作業(yè)(具體如圖1所示)。

圖1 結構觀視域下的作業(yè)設計流程圖

(二)作業(yè)設計步驟

1.確立學科觀念

一方面基于作業(yè)設計的研究現(xiàn)狀,以及“結構決定性質(zhì)”這一具有化學學科思想的典型特點;另一方面,物質(zhì)結構的知識貫穿高中多本教材,可以將關于物質(zhì)結構的知識進行整合,建立知識框架,促進學生觀念的結構化與認識思路的結構化。于是確立“結構觀”作為作業(yè)設計的核心思想。

通過梳理高中化學人教版5本教材中關于“物質(zhì)結構”的相關知識,結合新課標中關于“結構”的具體表述,再搜索了結構觀的相關文獻,得到結構觀的內(nèi)涵:(1)物質(zhì)由不同微粒構成(結構構成觀);(2)微粒通過微粒間一種或多種相互作用聚集成物質(zhì)(結構作用觀);(3)某些微粒具有一定的空間構型(空間結構觀);(4)可以通過化學實驗、儀器分析、模型等手段表征物質(zhì)結構(結構表征觀);(5)元素在元素周期表中的位置、原子結構與元素性質(zhì)間的關系,物質(zhì)結構(微粒種類、化學鍵、官能團)與物質(zhì)性質(zhì)間的關系(結構性質(zhì)觀)。

2.確定設計對象

本作業(yè)的設計對象為高三平行班的學生共93人。這些學生的學業(yè)水平成績相當,男女學生比例相當,且都處于高三一輪復習的初期階段,他們關于高中階段物質(zhì)結構的相關知識還未進行深入的思考與總結,未形成結構觀的整體脈絡。因此,選擇他們?yōu)槭y對象一方面可以診斷課后教學的具體效果,另一方面通過試題講解也可以幫助他們厘清“結構”知識在高考中的具體呈現(xiàn),便于在后續(xù)教學中形成知識與觀念的結構化。

3.制定作業(yè)目標

首先依據(jù)結構觀的內(nèi)涵,梳理了學業(yè)質(zhì)量水平中關于“結構”的表述,其次匹配了結構觀對應的高考必備知識考點(具體如表1所示),最后結合學業(yè)質(zhì)量水平高低、SOLO分類水平、具體測試內(nèi)容三方面一起形成作業(yè)設計目標(具體如表2所示)。

表1 結構觀內(nèi)涵及對應的學業(yè)質(zhì)量水平與高考必備知識細目

續(xù)表

表2 結構觀作業(yè)設計目標

4.設計測試任務

基于高考必備知識細目的梳理,一共有19個典型考點,故一共設置19道試題。不僅如此,考慮到常規(guī)作業(yè)設計的模式化,遂將內(nèi)容與形式相匹配,設計二段式、填空題、選擇題、判斷題、簡述題、思維導圖等任務形式多樣的作業(yè)。其次,既需要考慮學生在一輪復習的整體水平,又需兼顧廣東卷高考試題的引領作用,故在作業(yè)設計中呈現(xiàn)約60%的基礎題,重視基礎知識的掌握;約25%的中檔題,培養(yǎng)學生的近遷移能力;約15%的難題,重視知識整合與遠遷移能力的培養(yǎng),同時也供能力較強的同學使用。且在所有題目中依據(jù)難度梯度,設置25%的高考真題或者高考真題節(jié)選部分,使學生體會高考試題的具體考向。具體試題見第三部分:作業(yè)設計樣例。

5.開展診斷評價

在教學后期開展終結性評價,需關注化學知識的邏輯性,使其與學生認知、心理發(fā)展順序等相符;此外開展評價過程中,一定要關注知識梯度設計以及難點的分散,從而控制好學生學習的水平層次。

6.分析目標達成

基于診斷結果,可以分析學生對應能力水平的達成情況,分析一些典型錯誤的產(chǎn)生原因,也可以據(jù)此指導下一階段的教學。具體分析見第四部分:作業(yè)測試結果。

7.優(yōu)化試題效度

可以依據(jù)學生測試情況、Rasch模型檢驗、專家評定等多個方法檢驗所測試題的效度,合理調(diào)整作業(yè)的結構、容量與難度。

三、作業(yè)設計樣例

【結構構成觀】

1.(基礎題)物質(zhì)可由分子、原子、離子構成,下列物質(zhì)的微觀構成情況與其他三者不同的是

( )

A.CO2B.NH3C.金剛石 D.Ar

2.(基礎題)基態(tài)Cr原子的價層電子排布式為________。

3.(中檔題)高分子化合物在材料領域發(fā)揮著重要作用,寫出以下高分子的單體。

①含有手性碳;②含有三個甲基;③含有苯環(huán)。

【結構作用觀】

5.(基礎題)下列說法不正確的是

( )

A.π鍵由兩個p軌道以“肩并肩”的形式重疊形成

B.通過π鍵連接的原子或原子團可繞鍵軸旋轉(zhuǎn)

C.σ鍵和π鍵的強度不同

D.乙烷分子中的共價鍵全為σ鍵而乙烯分子中含σ鍵和π鍵

6.(基礎題)[Cu(H2O)4]SO4中存在的微粒間相互作用不包括

( )

A.離子鍵 B.配位鍵

C.非極性共價鍵 D.極性共價鍵

【結構空間觀】

7.(基礎題)簡述順反異構產(chǎn)生的條件。

8.(基礎題)繪制s軌道與p軌道電子的電子云輪廓圖。

10.(難題)銠摻雜SrTiO3形成的催化劑,在光催化CO2還原反應中有很高的催化效率。SrTiO3的晶胞結構如圖所示。

①其中Sr2+位于晶胞的體心,則Ti4+所處的位置為晶胞的________(填“頂角”或“棱心”);每個Ti4+周圍緊鄰的O2-共有________個。

②當有1%的Ti4+被Rh3+替代后,晶體中會失去部分O2-產(chǎn)生缺陷,此時平均每個晶胞所含O2-數(shù)目為________(保留三位小數(shù))。

【結構表征觀】

11.(基礎題)寫出或畫出乙烯的球棍模型________、空間填充模型________、結構式________、結構簡式________、鍵線式________、實驗式________。

12.(中檔題)我國科學家實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的人工合成。有關物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程示意如下:

下列說法不正確的是

( )

A.反應①中分解H2O制備H2需從外界吸收能量

B.反應②中CO2→CH3OH,碳原子的雜化方式發(fā)生了變化

C.核磁共振、X射線衍射等技術可檢測合成淀粉與天然淀粉的結構組成是否一致

D.C6→淀粉的過程中只涉及O—H鍵的斷裂和形成

13.(2023年全國乙卷節(jié)選,難題)奧培米芬(化合物J)是一種雌激素受體調(diào)節(jié)劑,以下是一種合成路線(部分反應條件已簡化)。

F的核磁共振氫譜顯示為兩組峰,峰面積比為1∶1,其結構簡式為________。

【結構性質(zhì)觀】

14.(基礎題)判斷下列關于堿金屬元素相關說法是否正確。

A.堿金屬單質(zhì)的顏色均為銀白色

( )

B.隨核電荷數(shù)增加,堿金屬單質(zhì)熔、沸點逐漸降低

( )

C.隨核電荷數(shù)增加,堿金屬單質(zhì)的密度逐漸升高

( )

D.隨核電荷數(shù)增加,堿金屬元素原子的電子層逐漸增多,原子半徑逐漸增大

( )

E.隨核電荷數(shù)增加,原子核對最外層電子的引力逐漸減弱,原子失去最外層電子的能力逐漸增強

( )

F.隨核電荷數(shù)增加,堿金屬元素的金屬性逐漸增強,堿金屬單質(zhì)的還原性逐漸減弱

( )

G.隨核電荷數(shù)增加,堿金屬與水反應越劇烈,堿金屬單質(zhì)在空氣中燃燒生成的氧化物種類愈發(fā)復雜

( )

15.(基礎題)(不定項)下列因果關系表達錯誤的是

( )

A.因為鍵角AsH3>NH3,因此沸點高低順序為AsH3>NH3

B.因為C-C鍵間的鍵能大小順序為C2H4

C.鍵長:C—C碳化硅>硅單質(zhì)

序號結構特征可反應的試劑反應形成的新結構反應類型①—CHCH—H2—CH2—CH2—加成反應②氧化反應③

18.(基礎題)列舉蛋白質(zhì)能發(fā)生的典型物理變化與化學變化。

19.(2023年湖南卷節(jié)選,中檔題)下列物質(zhì)的酸性由大到小的順序是________(寫標號)。

四、作業(yè)測試結果

對高三年級的2個平行班,共93人進行測評,把試題的內(nèi)容按照結構觀的內(nèi)涵進行分類,具體結果如表3所示。

表3 測試結果

學生在結構構成觀水平上正確率較高,對于典型物質(zhì)結構能做到宏觀與微觀層面的辨識與記憶,能較準確地認識原子的微觀結構,能正確書寫出簡單高分子化合物的單體與鏈節(jié)。對于縮聚型的高分子空白率較高,而且對于限定條件下有機物同分異構體的數(shù)目推斷錯誤率較高,說明學生可能比較畏懼此類題目,教師可以在二輪復習的課程中循序漸進,從簡單題開始訓練,加強學生的自信心,引導學生在后續(xù)考試中合理調(diào)整做題順序,將難題和推導量較大的題目置于中檔題之后。

學生在結構作用觀水平上正確率也較高,對有機物中碳的成鍵規(guī)律這一知識鮮有學生答錯,并且大部分學生能夠識別出微粒間的多種相互作用力,說明學生對成鍵本質(zhì)有較深入的認識,可以在二輪復習中增大此部分內(nèi)容的試題難度,培養(yǎng)學生的復雜推理與遠遷移能力。

學生在結構表征觀水平上正確率較低,大部分同學能正確識別出物質(zhì)的相關模型、化學符號等表征方式。但對儀器分析的物質(zhì)結構表征方法掌握程度不好,這可能由于此內(nèi)容往往與有機合成路線、同分異構體等內(nèi)容相關,學生需要結合多種信息進行推斷,并且發(fā)現(xiàn)學生較難應對涉及多個物質(zhì)結構綜合變化的試題。因此,教師可以在二輪復習課中對此類問題進行歸納整理、總結方法。

學生在結構性質(zhì)觀上處于中等偏上水平,但仍有較大提升空間。由學生的典型錯誤和課后調(diào)查可知,學生主要的錯因一方面在于對一些概念存在迷思概念,譬如認為電負性遞變規(guī)律與第一電離能遞變規(guī)律一致,未能從微觀本質(zhì)上理解兩個性質(zhì)的區(qū)別;另一方面在于對基團間相互影響的試題,思緒較為混亂,不知從哪里切入。因此,教師在后續(xù)教學中可以在作業(yè)測評后多找學生訪談,了解學生的障礙點,幫助學生建立解決此類問題的一般認識思路。

五、啟示與建議

結合作業(yè)設計過程與學生測評結果,為高三一輪復習作業(yè)設計與教學提供相應建議:

(一)精讀課程標準,抓住高考考向

做好高三一輪復習作業(yè)設計,教師首先需要認真鉆研課程標準中相關主題的內(nèi)容要求與學業(yè)要求,其次需要梳理出對應教學內(nèi)容的學業(yè)質(zhì)量要求,結合化學學科核心素養(yǎng)水平、高考評價體系中的“一核四層四翼”,把握教學及作業(yè)設計方向。譬如,可以將學業(yè)質(zhì)量要求、化學學科核心素養(yǎng)水平、高考評價體系中關于作業(yè)設計主題的內(nèi)容進行羅列,通過梳理高考考點,進一步確定學生需要在作業(yè)中達到何種水平,這對高考備考有著較強的指導意義,避免作業(yè)布置與設計中的隨意性與盲目性。

(二)精挑作業(yè)素材,創(chuàng)設真實情境

隨著社會科學技術及化學學科的發(fā)展,作業(yè)素材與問題情境不僅要與時俱進,關注化學中的熱點問題,更需要深挖生產(chǎn)生活中的化學問題。教師也可以通過設置項目式學習等任務,達到學科育人的價值。尤其在高三階段,作業(yè)內(nèi)容中應該重視學生的已有基礎與當前的復習進度,合理設置模擬題、高考題、原創(chuàng)題的比例,調(diào)節(jié)作業(yè)難度,設置多樣化的作業(yè),提高作業(yè)的效度,促使學生能厘清認識該類問題的思路,掌握方法。

(三)精析反饋情況,改進后續(xù)教學

教師要對照學生試題的作答情況,分析學生能力的到達情況,以此判定教學目標的達成情況,結合學生課后訪談的反饋情況分析當前教學問題,明確教學改進方向。譬如,一方面可以根據(jù)學生的典型錯誤進行分析與討論,或用開展專題課的方法指導課程,幫助學生厘清迷思概念;另一方面,可以在課后指導學生繪制思維導圖,梳理知識點之間的關系,使學生在以后的復習中有抓手、有依據(jù)。