知識建構型翻轉課堂典型案例研究

夏建華+后勇軍

摘要：在“鐵的重要化合物”教學中采用知識建構型翻轉課堂的教學模式，通過課前在線學習、課堂以小組合作形式開展互動探究的六個環節的學習，以及傳統實驗和數字實驗的融合，實現了學習時空和流程的變革，體現了通過探究獲取知識的理念，提高了學習效率和教學質量。

關鍵詞：鐵的重要化合物；知識建構；翻轉課堂；數字化實驗

文章編號：1005–6629（2015）9–0027–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

翻轉課堂，是指在信息化環境中，教師提供以微課和進階練習為主要形式的學習資源，學生課前在線學習微課并完成進階練習或相關任務，師生在課堂上通過協作探究和互動交流等活動一起完成對知識的釋疑解惑、鞏固深化的一種混合型教學模式。在翻轉課堂課題研究中，我們探索了知識建構型、科學探究型和習題訓練型三種翻轉課堂教學模式。在知識建構型翻轉課堂教學模式中，課前完成基礎知識的學習是前提要素，課堂通過科學探究深化對知識理解是核心要素，而在基礎知識中發掘出探究情境則是教學成功的關鍵要素。學生只有在課前學習了必要的化學知識并對相關探究問題進行了深度思考，課堂上才能開展高品質的科學探究，從而在深化知識的同時，提升學生的思維品質。本文擬以人教版“鐵的重要化合物”教學為例，研究知識建構型翻轉課堂的基本模式。

1 教學設計基本思路

1.1 教學內容分析

“鐵的重要化合物”是現行人教版必修1第三章第二節第三部分的內容，共有三組實驗、四幅彩圖、三個對比表格，知識點多、活動多。囿于傳統課堂的時空限制，一節課要完成這些知識點的教學，通常選用的教學模式是：必要的知識講解、適當的演示實驗驗證和淺層的探究及討論。這種教學模式，對于完成教材上的知識傳授是可行的，但是對于學生科學素養的發展卻不是最佳的選擇。為了更好的達成本節課的三維目標，體現通過探究學習化學的理念，我們選擇了翻轉課堂教學模式進行教學。首先根據學生的實際情況結合學習的內容制作微課，學生通過自主學習微視頻和進階練習，了解鐵的三種氧化物的俗稱、性質和用途，Fe（OH）2和Fe（OH）3制備以及Fe3+檢驗等知識。課堂上，創設探究情境引導學生深入討論問題，開展科學探究，從而實現知識的深化和能力的提升。

1.2 微課設計

微課由微視頻（時間9分30秒）、學習任務單和進階練習三部分組成。

1.3 教學的基本模式

本節翻轉課堂教學基本模式如下：

2 課堂主要教學過程

環節1 反饋矯正，釋疑解惑

[關注微課，反饋矯正]

首先登錄學校翻轉課堂平臺，展示系統自動統計的全班學生學習微視頻和完成進階練習情況匯總分析表，就學生練習中存在的共性問題結合所學知識進行點評。

[鼓勵提問，釋疑解惑]

教師鼓勵學生就微課遇到的疑難問題進行提問，有針對性地釋疑解惑。如有學生提出：Fe2+如何檢驗？教師適時補充相關內容，以完善學生的知識結構，也為后續學習做好準備。

點評：利用系統的統計分析功能幫助學生形成良好的自主學習習慣，查找并彌補學生存在的知識缺陷，夯實所學基礎知識。

環節2 進行實驗，驗證知識——制備Fe（OH）3和Fe（OH）2

[學生實驗]學生兩人一組完成Fe（OH）3和Fe（OH）2的制備實驗：分別向FeCl3溶液和FeSO4溶液中滴加氫氧化鈉溶液（如圖2和圖3）。

[實驗現象及解釋]學生按學習任務單填寫實驗現象并寫出相關的離子方程式。

學生觀察到的現象有：向FeCl3溶液中滴加NaOH溶液立即有紅褐色沉淀；向FeSO4溶液中滴加NaOH溶液有大量淺綠色沉淀生成（很難觀察到白色沉淀），很快變為灰綠色，振蕩后，試管壁有少量的紅褐色沉淀生成。

點評：興趣是最好的老師。關注學生微課學習后的需求，從學生最感興趣的實驗入手，通過分組實驗，從微課觀看錄像實驗到親身體驗過程，大大激發了學生的學習熱情，鞏固了微課中的知識，增強了學生的觀察能力和動手能力。幫助學生從離子反應的角度再次認識反應的本質，深化了對知識的記憶和理解。同時為下一環節的教學引出了新的問題。

環節3 發現問題，開展探究——探究何種物質將Fe（OH）2氧化成Fe（OH）3

[提出問題]引導學生比較教材和學生實驗時現象的差異，發現問題：為什么實驗制備的Fe（OH）2不是白色的呢？是何種物質氧化了Fe（OH）2？

[提出假設]引導學生根據制備Fe（OH）2實驗過程中最終試管壁有少量的紅褐色沉淀生成的現象，結合已有知識提出假設：可能是溶液中的O2將Fe（OH）2氧化成Fe（OH）3。

[設計實驗驗證假設]引導學生從控制變量的角度討論實驗方案：自變量是溶液中的O2，因變量是溶液中O2濃度的變化和紅褐色Fe（OH）3沉淀。即只要檢驗出反應時溶液中的氧氣減少，同時溶液中有紅褐色沉淀出現，就可以證明假設成立。教師介紹氧氣傳感器、溶解氧傳感器和學生實驗臺上的實驗裝置（見圖4）。

[學生實驗]教師提出實驗要求，讓學生完成實驗。

[觀察現象]有大量的灰綠色沉淀生成，溶解氧（如圖5）和氧氣傳感器（如圖6）測得的曲線圖如圖所示。

[解釋與結論]學生解釋現象并得出結論：在三頸瓶中存在氧氣和溶解氧的溶解平衡，反應過程中溶液中的氧氣參加了反應，空氣中的氧氣溶解到溶液中，導致兩者都呈下降趨勢。兩者都同時下降表明：Fe（OH）2的制取中由白色變為灰綠色最終變為紅褐色是被溶液中的氧氣氧化的結果，假設成立。

[問題]課本第60頁第11行認為：白色Fe（OH）2被空氣里的氧氣氧化成紅褐色Fe（OH）3，通過該實驗你對這句話如何理解？

點評：該環節中，讓學生自主經歷了發現問題、提出假設、討論設計實驗的原理、進行實驗、解釋實驗現象和曲線、得出結論的探究過程。體驗了通過以實驗為核心的科學探究學習化學的基本理念，提升了學生化學實驗與探究的能力，加深了學生對Fe（OH）2和Fe（OH）3性質的理解。同時借助氧氣傳感器和溶解氧傳感器的圖像表征，從定性到定量探究影響Fe（OH）2生成的因素，完成了宏觀現象、微觀解釋、符號表征和圖像表征的四重建構。讓學生感知現代實驗手段和傳統實驗相融合的魅力，激發了學生的學習興趣。

環節4 應用知識，深入探究——探究如何控制減少O2的影響制取純凈的Fe（OH）2

[問題]在制取Fe（OH）2的實驗中如何減少O2的影響呢？微課中已經布置了相關的任務，現在請同學們設計可行的解決方案。

[設計方案]教師引導學生提出實驗的原理：使溶液中不含氧氣并使之與空氣隔絕。各小組在充分討論的基礎上，提出各自的實驗方案，然后在全班進行交流，最后形成以下三個實驗方案：

方案1 用煮沸過的蒸餾水配制溶液，然后在溶液中滴加保護層（如植物油、苯或液體石蠟等），將滴管（或注射器）插入溶液中滴加氫氧化鈉溶液。

教師追問：保護層是在配制溶液前加還是配制后加好？

方案2 在溶液中通入氮氣趕走溶液中的氧氣，并在氮氣氛圍下滴加氫氧化鈉溶液。

方案3 在溶液中加入比Fe2+更強的還原劑，如在溶液中撒入還原鐵粉等。

教師引導學生分析、評價三個方案的優、缺點和可行性。

[學生實驗]學生按方案1向除去O2后的FeSO4溶液中滴加NaOH溶液（圖7）。

[觀察現象]大多數學生的實驗能較長時間看到白色的Fe（OH）2沉淀，但有少數實驗中仍有少量紅褐色沉淀出現。

[提出問題]請分析少數學生實驗中仍有紅褐色Fe（OH）3沉淀的原因。

[提出假設]學生提出假設：可能是溶液中有少量的Fe2+被氧化成Fe3+。

[驗證假設]學生運用微課學習的知識提出方案：用KSCN檢驗溶液中是否有Fe3+的存在。

[思考與歸納]教師引導學生歸納鑒別Fe3+和Fe2+方法：（1）觀色法；（2）滴加NaOH法；（3）滴加KSCN法。并讓學生討論這三種方法的效果差異。

[演示實驗]取4～5滴FeCl3溶液于試管中，觀察溶液顏色；再加入適量的蒸餾水，觀察溶液顏色變化；再分別滴加4滴氫氧化鈉溶液和KSCN溶液，觀察溶液顏色的變化。

[得出結論]學生通過上述實驗得出結論：溶液濃度大時，觀色法效果好，滴加KSCN法靈敏度高，是檢驗Fe3+的常用方法。

點評：本環節引導學生運用已有知識，通過探究的方法提出了“如何使溶液中不含氧氣”的三種方案，解決了“仍有少數實驗有Fe（OH）3生成的原因分析和驗證”的問題，讓學生在科學探究過程中學習控制變量的方法，提出創新性的實驗方案，體驗實驗異?，F象的分析和解決過程，使學生通過深度思考，形成氧化還原的知識和相關觀念（兩種還原劑存在時，通常是較強的還原劑先被氧化），運用已有知識分析、解決問題，提升思維品質和創新能力。

環節5 創設情境，學以致用——運用氧化還原的知識和相關觀念解決實際問題

[播放視頻]教師播放“維C和補鐵劑搭檔效果會更好”的視頻。展示補鐵藥的說明書。

[提出問題]為何維C和補鐵藥搭檔效果會更好呢？

學生根據已學的相關知識分析、回答問題，教師小結。

點評：聯系生活實際，從化學走向生活，引導學生活用化學知識，深化對Fe2+還原性的理解，同時在討論中形成兩種還原劑存在時強的還原劑先被氧化的規律，提升辯證思維能力。培養學生用化學視角關注生活，激發學生的學習興趣，讓學生感知化學的魅力。

環節6 在線診斷鞏固知識

[在線測試]學生利用平板電腦登錄學校網絡平臺，進行在線練習，教師適時指導并呈現學生答題統計分析表。

[交流]針對錯誤率較高的第3題，組織學生展開討論和點評。

點評：讓學生通過網上在線練習鞏固知識，發現知識缺陷，及時反饋和矯正。充分利用了現代信息技術，創造了高效、科學的測試和評價體系，對于提高教學效率和教學質量起到了積極的作用。

3 反思

3.1 翻轉課堂讓知識的形成過程更精彩

本節課涉及的知識點有：鐵的三種氧化物的俗稱、性質和用途，Fe（OH）2和Fe（OH）3制備、Fe3+檢驗等。其中Fe（OH）2、Fe（OH）3制備和Fe3+檢驗是重點，Fe（OH）2的制備是難點。鐵的三種氧化物知識主要是讓學生課前自主學習微視頻及進階練習、課堂第6環節在線診斷完成的。而Fe（OH）2和Fe（OH）3制備、Fe3+檢驗主要是在課堂上通過互動、探究而形成的，如環節3探究制備Fe（OH）2時觀察不到白色沉淀的原因，讓學生在教師引領下自主提出假設、設計實驗、進行實驗、觀察現象和曲線、分析曲線得出結論，體現了完整的科學探究過程，讓學生在深化知識的同時，提升了化學實驗和探究能力。環節4設計讓溶液中不含氧氣的實驗方案過程中，學生的創造性思維被充分激活，設計出的三種方案各具特色，甚至超出了教師課前的預設，學生應對這種富有挑戰性的任務需要具備以下三個基本條件：一是要具備一定的知識基礎（微課已解決）；二是要有足夠的時間和空間讓學生進行深度思考[學生在課前微課學習中需要思考：如何制取較純凈的Fe（OH）2？]；三是要建設一種基于合作、互動、開放的學習文化，學生先在小組中展開頭腦風暴，提出所有的設想，小組對各種思路進行評價后再形成可行的小組方案供全班討論。這個過程參與面廣、互動性強，詮釋了教學即“師生交往、積極互動”的新課程理念。這種以小組合作方式開展互動、探究學習正是翻轉課堂的核心要素。

由此可見，翻轉課堂教學模式有效地連接了課前在線學習和課堂學習，由于課前的微課實現了知識的初步學習，從而為課堂探究提供了知識基礎和時空條件；由于課前微課布置了需要深層思考的問題及提供了獲取信息的渠道，從而為課堂上的高品質科學探究夯實了基礎。這種基于知識建構型的翻轉課堂教學模式不僅關注知識是什么，更多的關注知識是如何形成的，這種高品質的深度學習正是新課程孜孜以求的目標。

3.2 翻轉課堂讓知識的建構更科學

在本節翻轉課堂教學中，學生通過課前微視頻和進階練習實現了知識的初步內化，而在課堂上的互動、探究和應用知識的過程中，通過知識的外化和活化，達到了重難點知識[Fe（OH）2、Fe（OH）3制備和Fe3+檢驗]的深度內化。學生在課前可以反復觀看微視頻，遇到不懂的知識可以暫停觀看，通過查閱教材、上網查詢和平臺討論的方式來解決。在線進階練習時，可以實時地看到自己的練習成績，對于錯題可以及時分析錯誤的原因并進行矯正學習。充分體現了在線微課學習的優勢。而課堂上學習過程中，環節1解決了學生微課學習過程中的共性問題，彌補了學生的知識缺陷；環節2通過動手實驗強化了Fe（OH）2、Fe（OH）3制備知識；環節3和環節4的科學探究深化了對Fe（OH）2的制備、Fe（OH）2轉化為Fe（OH）3、Fe3+檢驗的相關知識；環節5是創設情境應用已學知識解決實際問題；環節6是鞏固知識、反饋與矯正?？梢?，翻轉課堂教學模式中，知識的記憶和理解層次的目標主要是在課前微課學習中達成，而知識的應用、分析、綜合和創造的目標主要在課堂學習中達成。學生在課前微課學習的基礎上，通過課堂動手實驗、互動探究、應用知識、鞏固知識等環節的學習及頻繁的反饋，促進了知識的內化，較好地詮釋了建構主義和掌握學習的理論。這種學習方式有助于激發學生興趣，所學知識記得牢固、理解深刻、應用更靈活。

3.3 信息技術為翻轉課堂提供了必要的支撐

本節課成功實現了信息技術和化學教學的深度融合，有效地結合了在線學習和課堂教學的優勢，實現了課堂結構的顯著變化。其中信息技術提供了不可替代的作用，主要表現有以下三點：一是微課制作和在線平臺為學生學習提供了基礎，教師通過信息技術將教材上的知識轉化為教學知識，制作成微視頻供學生觀看；翻轉課堂平臺承載了觀看微課、完成進階練習、統計和分析的功能。二是課堂教學中的數字化實驗實現了信息技術和化學教學的最佳融合，將溶液中和瓶內O2變化實時地呈現出來，幫助學生定量分析反應的本質，實現了化學學習由三重表征向四重表征的過渡。三是課堂教學的第6環節在線測試和測試結果的實時分析功能，使得掌握學習倡導的“及時反饋與矯正”理念在課堂上成為現實，有效地提高了教學效率和質量。

參考文獻：

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