基于變構(gòu)學(xué)習(xí)模型的教學(xué)實(shí)踐研究

葛蕊干

摘要：變構(gòu)學(xué)習(xí)模型是一種新型的學(xué)習(xí)觀，包含三個(gè)維度：學(xué)科維度、學(xué)習(xí)者維度、社會(huì)維度，學(xué)習(xí)不只是一個(gè)建構(gòu)過(guò)程，而是概念先解構(gòu)、后建構(gòu)、再解構(gòu)、再建構(gòu)不斷交替的過(guò)程。教師基于變構(gòu)學(xué)習(xí)模型展開“原電池”的教學(xué)，立足于學(xué)生適應(yīng)現(xiàn)代生活和未來(lái)發(fā)展的需要，整個(gè)研究過(guò)程體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：變構(gòu)學(xué)習(xí)模型;原電池;核心素養(yǎng);模型認(rèn)知

文章編號(hào)：1008-0546（2021）06-0078-03 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.06.020

2014年教育部印發(fā)了《關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》（以下簡(jiǎn)稱《意見》），意見提出，時(shí)代和社會(huì)發(fā)展需要進(jìn)一步提高國(guó)民的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新人才[1]。當(dāng)前國(guó)際教育理論研究聚焦“學(xué)習(xí)的復(fù)雜性”，作為歐洲學(xué)派杰出代表，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)科學(xué)認(rèn)識(shí)論與教學(xué)實(shí)驗(yàn)室（LEDS）對(duì)此進(jìn)行深入研究，LEDS的探索提供了一個(gè)很好的提升公民科學(xué)素養(yǎng)的范例，即從“學(xué)習(xí)一教育一文化”的維度建構(gòu)公民教育體系。變構(gòu)學(xué)習(xí)模型正是在這樣的背景下產(chǎn)生并發(fā)展的[2]。

一、變構(gòu)學(xué)習(xí)模型的概念界定

變構(gòu)學(xué)習(xí)模型（allosteric learning model）是20世紀(jì)80年代后期，科學(xué)教育專家安德烈·焦?fàn)柈?dāng)（AndreGiordan）教授帶領(lǐng)的LEDS團(tuán)隊(duì)提出的新的學(xué)習(xí)觀，對(duì)歐洲的科學(xué)教育產(chǎn)生了重要的影響。變構(gòu)學(xué)習(xí)模型包括五個(gè)復(fù)雜參數(shù)：P-問(wèn)題，R-參照系，M-心智處理，N-語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，S-意義符，對(duì)學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，概念系統(tǒng)轉(zhuǎn)換就是這五個(gè)復(fù)雜參數(shù)交互作用的結(jié)果。

華東師范大學(xué)課程與教學(xué)研究所的裴新寧教授對(duì)變構(gòu)學(xué)習(xí)模型進(jìn)行了深入的研究。裴教授指出，依據(jù)變構(gòu)學(xué)習(xí)模型，學(xué)生在進(jìn)行研究之前，已經(jīng)有了相關(guān)的概念系統(tǒng)，而學(xué)生的概念系統(tǒng)可能會(huì)成為學(xué)習(xí)的障礙。對(duì)于大多數(shù)學(xué)生而言，必須在指導(dǎo)性學(xué)習(xí)環(huán)境中借由“解構(gòu)—建構(gòu)”的方式，來(lái)戰(zhàn)勝障礙[3]。學(xué)習(xí)不只是一個(gè)建構(gòu)過(guò)程，而是概念先解構(gòu)、后建構(gòu)、再解構(gòu)、再建構(gòu)不斷交替的過(guò)程。變構(gòu)學(xué)習(xí)模型包含三個(gè)維度：學(xué)科維度、學(xué)習(xí)者維度、社會(huì)維度[4]（圖1）。

二、建構(gòu)基于變構(gòu)學(xué)習(xí)的教學(xué)模型

變構(gòu)學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，成功的學(xué)習(xí)應(yīng)該是概念系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的過(guò)程，教師應(yīng)當(dāng)設(shè)法提供動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境，促使學(xué)生不斷探索、創(chuàng)新。基于變構(gòu)學(xué)習(xí)模型，可以歸納出高中化學(xué)教學(xué)模型（圖2）。

三、基于變構(gòu)學(xué)習(xí)模型的“原電池”教學(xué)設(shè)計(jì)

原電池知識(shí)是電化學(xué)核心知識(shí)之一，概念比較抽象。新課標(biāo)要求學(xué)生在必修階段能夠以原電池為例認(rèn)識(shí)化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，從氧化還原角度初步認(rèn)識(shí)原電池的工作原理，體會(huì)研制新型電池的重要性[5]。

本節(jié)課基于變構(gòu)學(xué)習(xí)模型進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞“原電池”進(jìn)行學(xué)習(xí)，關(guān)注學(xué)生的已有概念以及概念轉(zhuǎn)換過(guò)程，注重培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，具體見表1。

1.創(chuàng)設(shè)情境，啟動(dòng)學(xué)習(xí)——尋找生活中的電池

【教師】課前布置學(xué)生尋找生活中的電池，并在同學(xué)之間互相展示。學(xué)生帶來(lái)了2號(hào)電池、5號(hào)電池、紐扣電池、相機(jī)電池（鋰電池）等，激發(fā)了學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣。教師提出以下問(wèn)題要求學(xué)生思考：

問(wèn)題1：化學(xué)電池的基本組成是怎樣的？請(qǐng)嘗試總結(jié)化學(xué)電池的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

【學(xué)生】化學(xué)電池有正極、負(fù)極、離子導(dǎo)體。

設(shè)計(jì)意圖：讓同學(xué)們通過(guò)觀察和查閱資料，嘗試歸納出生活中化學(xué)電池的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)化學(xué)電池形成“初步印象”——電池一般具有兩個(gè)活波型不同的電極，同時(shí)具有離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體，在解決這個(gè)問(wèn)題時(shí)，學(xué)生培養(yǎng)了獲取信息的能力和證據(jù)推理的能力。這樣在學(xué)習(xí)原電池的理論之前，學(xué)生已經(jīng)具有自己的概念系統(tǒng)，便于下一步概念系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。

2.引發(fā)思考，概念解構(gòu)——拆分干電池，畫出干電池組成的海報(bào)

【教師】問(wèn)題2：同學(xué)們帶來(lái)的2號(hào)干電池是否完全符合你總結(jié)的化學(xué)電池的特點(diǎn)？每一部分的作用是什么？請(qǐng)?jiān)囍鸱指呻姵兀嫵龈呻姵亟M成的海報(bào)。

【學(xué)生】根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)器材，拆分干電池，尋找證據(jù)，探究干電池的組成和結(jié)構(gòu)（圖3），研究每一部分的作用，畫出干電池組成（圖4）。

設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生表達(dá)的干電池組成中可以看出，學(xué)生只是初步了解干電池的各個(gè)要素，但是對(duì)于其中各個(gè)要素的作用和內(nèi)在聯(lián)系不明確，很少有學(xué)生把原電池和氧化還原反應(yīng)聯(lián)系到一起。

【教師】問(wèn)題3：通過(guò)說(shuō)明論證，干電池如何產(chǎn)生電流？什么物質(zhì)在得電子？什么物質(zhì)在失電子？在什么地方得失電子？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)拆分干電池，學(xué)生初步對(duì)原電池的裝置有了一定的概念，但是在教師的指導(dǎo)之下，學(xué)生經(jīng)過(guò)深入思考，發(fā)現(xiàn)對(duì)“原電池為什么能夠產(chǎn)生電流”這一概念產(chǎn)生“困惑”，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)換舊的概念系統(tǒng)的強(qiáng)烈需求。

3.多重對(duì)質(zhì)，建構(gòu)模型——組裝設(shè)計(jì)原電池

為了幫助學(xué)生深入認(rèn)識(shí)原電池，構(gòu)建原電池的認(rèn)識(shí)模型，教學(xué)中教師應(yīng)當(dāng)精選教學(xué)素材，通過(guò)豐富的、來(lái)源于生活的實(shí)驗(yàn)素材，激發(fā)學(xué)生的探究熱情。

【教師】請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本并小組討論形成實(shí)驗(yàn)方案，自主選擇電極材料、介質(zhì)和驗(yàn)電器材，設(shè)計(jì)不同的原電池。

（1）電極材料：碳棒、鐵釘、（粗）鋅片、99.995%高純鋅片、鎂條、鋁片。

（2）介質(zhì)：檸檬、土豆、食鹽水等生活素材，稀硫酸、硫酸銅溶液;濾紙（玻璃片）、KMnO4溶液。

（3）驗(yàn)電器材：靈敏電流計(jì)、連有發(fā)光二極管的電路板、鬧鐘。

設(shè)計(jì)意圖：選擇多種素材，促進(jìn)學(xué)生思考層層遞進(jìn);設(shè)計(jì)濾紙玻璃片的微量實(shí)驗(yàn)，方便操作，試劑用量少，同時(shí)該裝置與原電池裝置圖相似，有利于學(xué)生形象感知原電池的裝置圖。

【學(xué)生】學(xué)生通過(guò)閱讀學(xué)習(xí)、小組討論完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1——粗鋅-銅-稀硫酸原電池（圖5）。

【學(xué)生問(wèn)題】粗鋅片和銅片為什么同時(shí)產(chǎn)生氣泡？

【問(wèn)題解決】分析原電池原理，認(rèn)識(shí)銅片產(chǎn)生氣泡的原因是因?yàn)殂~片上氫離子得到電子生成氫氣，鋅片失去電子生成鋅離子，形成電流。粗鋅片產(chǎn)生氣泡的原因初步推理是粗鋅片不純，與稀硫酸接觸構(gòu)成微小原電池，可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證推理。

【學(xué)生】學(xué)生通過(guò)小組討論完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2——純鋅—銅—稀硫酸原電池（圖6），發(fā)現(xiàn)銅片上有氣泡，純鋅片上基本沒有氣泡，驗(yàn)證了自己的推理。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生從鋅-銅-稀鹽酸為例，通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)異?，F(xiàn)象，提出質(zhì)疑和新的設(shè)想。

【學(xué)生】在教師的引導(dǎo)下，組裝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3——鐵—碳—氯化鈉原電池，并在中間滴加少量高錳酸鉀溶液。觀察到濾紙上有色離子遷移。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)模擬鋼鐵的電化學(xué)腐蝕，發(fā)現(xiàn)正極溶液中的氧氣也可以得到電子，電解質(zhì)不一定直接參與反應(yīng)，擴(kuò)大學(xué)生對(duì)原電池的認(rèn)識(shí)范圍。

【學(xué)生】學(xué)生自主搭建水果電池。經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)了解到稀硫酸、硫酸銅等可以與活潑金屬發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成原電池;氧氣也可以氧化活潑金屬形成原電池。水果電池中這兩種情況可能同時(shí)存在。

【學(xué)生】通過(guò)觀察論證、合作學(xué)習(xí)，初步構(gòu)建經(jīng)典原電池的認(rèn)知模型（圖7），從原理和裝置角度表達(dá)自己的認(rèn)知。在探究過(guò)程中學(xué)生建立起分析原電池的核心角度：能量轉(zhuǎn)化、電極判斷、電極反應(yīng)、電子移動(dòng)、離子移動(dòng)，既體現(xiàn)了原電池的構(gòu)成條件，又為分析陌生的原電池指明了方向。

4.調(diào)用知識(shí)，應(yīng)用模型——分析真實(shí)情境下的原電池

【教師】隨著環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題的日益突出，新能源汽車成為了世界各大汽車廠商及研發(fā)機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)，其中，燃料電池汽車以其高效率和近零排放被普遍認(rèn)為具有廣闊的發(fā)展前景。請(qǐng)同學(xué)們課后查閱資料，嘗試完成新能源汽車的小論文，重點(diǎn)分析燃料電池的工作原理。

設(shè)計(jì)意圖：化學(xué)知識(shí)從生活中（干電池）來(lái)，到生活中（燃料電池）去，既滿足了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又反映了當(dāng)今社會(huì)利用科技改變生活的真實(shí)現(xiàn)狀，讓學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)到化學(xué)為滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活的需要做出了巨大貢獻(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度社會(huì)責(zé)任的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

四、教學(xué)反思

1.以變促學(xué)，要激發(fā)內(nèi)部動(dòng)機(jī)

教師在課前可以通過(guò)個(gè)別訪談、問(wèn)卷調(diào)查等方式多了解學(xué)生，關(guān)注學(xué)生對(duì)知識(shí)的興趣點(diǎn)和掌握程度。通過(guò)創(chuàng)設(shè)學(xué)生感興趣的情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，主動(dòng)建構(gòu)概念。本節(jié)課通過(guò)提問(wèn)“干電池如何產(chǎn)生電流”等一系列問(wèn)題，讓學(xué)生產(chǎn)生“困惑”，進(jìn)而主動(dòng)探索、解構(gòu)概念，打破自己原先對(duì)原電池的粗淺理解。

2.以變促學(xué)，要?jiǎng)?chuàng)設(shè)合適的指導(dǎo)性學(xué)習(xí)環(huán)境

真實(shí)的化學(xué)電池是比較復(fù)雜的，學(xué)生在高一剛開始接觸原電池的概念時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)“最近發(fā)展區(qū)”理論，選取適切的教學(xué)素材，創(chuàng)設(shè)合適的學(xué)習(xí)環(huán)境，指導(dǎo)學(xué)生一步一步主動(dòng)探索：經(jīng)典的鋅—銅—稀硫酸原電池實(shí)驗(yàn)（粗鋅和純鋅兩組實(shí)驗(yàn)），讓學(xué)生認(rèn)識(shí)負(fù)極材料與電解質(zhì)反應(yīng)的原電池原型;結(jié)合濾紙微型實(shí)驗(yàn)，組裝鐵—碳—氯化鈉原電池，用有色離子將微觀離子的運(yùn)動(dòng)可視化，幫助學(xué)生建構(gòu)概念，畫出通用原電池認(rèn)識(shí)模型。在這樣合適的指導(dǎo)下的學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生會(huì)接收干預(yù)，實(shí)現(xiàn)概念的轉(zhuǎn)化。

綜上所述，基于變構(gòu)學(xué)習(xí)模型的原電池教學(xué)，立足于學(xué)生適應(yīng)現(xiàn)代生活和未來(lái)發(fā)展的需要，整個(gè)研究過(guò)程體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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[2][3]裴新寧.變構(gòu)學(xué)習(xí)模型與教學(xué)設(shè)計(jì)[J].全球教育展望，2006（12）：38-42

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