逆向教学设计在高中化学教学中的探索与实践

曾青青　杨发福

［摘 要］逆向教学设计是“以理解为先”的教學设计，是促进“教、学、评”一体化、落实学科核心素养的有效方法。文章围绕“金属的腐蚀与防护”进行逆向教学设计，将“目标”“评价”“教与学”三者紧密连接，以深中通道的建设为主要教学情境，将实验探究、小组汇报等表现性任务融入课堂教学中，为学生提供一个展示批判性思维、解决问题等能力的机会。实践表明，逆向教学设计能够更好地发挥学生的主观能动性，促进学生思维的发展，培养学生的学科核心素养。

［关键词］逆向教学设计；金属的腐蚀与防护；核心素养；高中化学

［中图分类号］    G633.8        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2023）23-0067-06

一、逆向教学设计概述

随着新课程改革的不断深入，化学教学不再局限于书本知识，而是在知识的基础上更加注重培养学生的核心素养和综合能力［1］。核心素养培养不仅是当下教育革新的核心任务，也是学科素质教育的关键内容［2］。新课标所提出的核心素养是指向高阶位的目标，是学生需要通过专门的课程以及阶段性的学习后才能逐步养成的正确价值观、必备品格和关键能力。

20世纪90年代末，威金斯和麦克泰提出了一种新型的课程教学设计——逆向教学设计。逆向教学设计是促进“教、学、评”一体化、落实核心素养的有效方法，主要包括三个阶段，即确定预期的结果（学习目标），确定合适的评价证据（评价方式），设计学习体验活动（教学活动）（如图1）。该教学设计强调关注学习者的需要，而并非教育者的需求。教师在开展教学活动之前，应先思考学生需要达到的学习目标是什么，哪些证据能够表明该目标已经达成。

逆向教学设计以理解为先，即以学生真正理解所学的知识为教育目标。李世媛、支二娟等人以“补铁剂中Fe2+、Fe3+的性质及其转化”为例进行逆向教学设计，实践表明该方法能够激发学生对化学的学习兴趣，促进学生对知识的理解，进而提高教学效率［3］。王晓军、昌洪娟、刘伟利等人以“有机化合物的性质”为例，紧紧抓住“结构决定性质”这一核心观念进行逆向教学设计，通过预测、分析、解释等，让学生的学习从传统的“死记硬背”模式转变为“归纳演绎”模式，促进学生思维的发散与凝练［4］。赵博涵、李淑花、江媛嫒等人以“钠及其化合物”为例进行逆向教学设计，以教学目标为导向，设计了多元化的评价体系［5］。实践表明，逆向教学设计能够把学习兴趣、化学学科价值、基本观念等有机融合在一起，进而促进学生学科核心素养的培养。与传统的教学设计相比，逆向教学设计更符合我国目前的教育要求，更有利于促进学生核心素养的发展（见表1）。逆向教学设计将“学习目标”“评价方式”“教学活动”三者紧密相连。教师在设计评价任务时，应把教学目标、课堂教学重难点作为评价的中心，为学生的学习提供合适的支架，将他们的主观能动性发挥到最大，从而提升他们的学习能力，培养他们的学科核心素养。

二、逆向教学实践——以“金属的腐蚀与防护”教学为例

“金属的腐蚀与防护”是选修模块《化学反应原理》中的内容。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中指出要“了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，了解防止金属腐蚀的措施”。该学业要求表明学生要能够运用电化学原理对生活中的金属腐蚀现象进行分析解释，选择并设计防腐措施［9］。目前，部分教师还是采用传统的讲授法对该部分内容进行授课。学生被动学习，无法真正地理解和掌握电化学模型的应用，做题时经常出现知识混淆的情况，无法对知识进行有效的迁移应用，还停留在浅层认知上。本文首先结合课程标准，针对“金属的腐蚀与防护”进行逆向教学设计，图2展示的是逆向教学设计中的前两个阶段——确定预期的结果和确定合适的评估证据（表现性任务及其他证据）；接着，结合恰当的思政案例，以我国深中通道的建设为主要教学情境设计教学活动，并将本单元的教学任务划分为2个课时。

（一）课时1：金属的腐蚀

【情境导入】播放有关海底隧道深中通道建设的视频。深中通道在建设的过程中面临着许多挑战（如图3），其中包括主要材料之一的钢铁的耐腐蚀性的提升（即防腐）。

【提问】金属腐蚀可能会给该项工程带来哪些危害？生活中还有哪些腐蚀的现象？

学生1：若腐蚀严重，可能会导致隧道坍塌。

学生2：水龙头生锈、建筑物损坏，造成经济损失。

学生3：管道生锈导致气体或液体泄露，可能会引发爆炸。

设计意图：以深中通道的建设为案例进行情境导入，展示我国科学技术的进步，激发学生的民族自豪感，让学生认识到研究“金属的腐蚀与防护”对我国各个行业具有重要意义，进而激发学生的学习动力，培养学生的社会责任感，发挥课程的育人功能。通过课堂提问，引导学生根据情境对生活实际问题进行思考，调动学生学习的积极性。

【提问】深中通道处于海水环境中，调查发现，海边的金属更容易发生腐蚀，这是为什么呢？发生的是哪种腐蚀？

【学生预测】形成了原电池，加速腐蚀。

【问题引导】如何证明形成了原电池？正、负极的产物分别是什么？

【实验设计1】某小组用氯化钠溶液模拟海水环境，实验装置如图4所示。

【实验记录】检流计的指针发生偏转，说明有电流产生，即反应过程中发生了电子转移，证明形成了原电池。正、负极产物的鉴别如表2所示。

设计意图：引导学生在已学的原电池相关理论的基础上，设计实验模拟海水环境中的钢铁腐蚀，让学生学以致用，同时培养学生的合作探究能力。教师根据学生方案设计的合理性、实验操作的规范性、能否正确书写电极反应式以及总反应式等为标准进行评价。

【提问】不同环境下，钢铁发生腐蚀的原理相同吗？

【实验设计2】某小组设置了一组不同环境下的钢铁腐蚀对照实验（如图5）。

【实验记录】装置①：导管液面上升；装置②：导管液面下降。

【分析】根据实验可知，在NaCl环境下发生的是吸氧腐蚀，所以导管液面上升；在酸性环境下发生的是析氢腐蚀，有氢气生成，所以导管液面下降。

设计意图：让学生结合控制变量的思想设计合理的对照实验，验证不同环境下钢铁发生腐蚀的类型，充分调动学生学习的积极性和主动性，培养学生“科学探究与创新意识”的核心素养。

【汇报展示】基于上述实验，引导学生分析归纳吸氧腐蚀与析氢腐蚀的区别与联系，并派代表进行汇报展示。（表3展示的是其中一个小组的结论）

设计意图：让学生基于实验进行归纳总结，引导学生在寻求理解的过程中成为知识的自主建构者。通过小组相互讨论、交流，最后进行汇报展示的环节，可促进学生语言表达能力的提升和逻辑思维的发展，进而培养学生“证据推理与模型认知”的核心素养。

【创设情境】取两支试管分别加入打磨过的锌片（几乎不含杂质）并滴加适量的盐酸，向其中一支试管滴加硫酸铜溶液。提出问题：滴加硫酸铜溶液前有什么现象？

【学生活动】动手实验，观察现象，并回答：有气泡产生。

【追问】向其中一支试管中滴加硫酸铜溶液，两支试管中的现象有无差异？

【学生活动】动手实验，观察现象，并回答：加入硫酸铜溶液的试管中气泡产生的速率更快。

【提问】为什么在加入硫酸铜溶液后，气泡产生的速率更快了？根据上述实验，能得出什么结论？

【交流分析】未加入硫酸铜溶液时，锌与盐酸发生反应：Zn+HCl = ZnCl2+H2↑，属于化学腐蚀；加入硫酸铜溶液后，锌与硫酸铜发生置换反应，置换出的铜和锌构成原电池，属于电化学腐蚀。上述实验说明电化学腐蚀的速率更快，并且两种腐蚀通常是同时发生的。

【归纳小结】根据是否形成原电池，把金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

设计意图：教学中教师扮演资源的提供者和促进者的角色，逐步引导学生进行实验探究，加深学生对新知识的理解，帮助学生完成知识体系的建构。

（二）课时2：金属的防护

【问题导入】深中通道中的钢壳沉管为何能做到一百年不被腐蚀？

【资料展示】钢壳沉管所采用的防腐措施：“预留腐蚀厚度+重涂装+外置牺牲阳极块”三重钢壳防腐技术。部分涂装方案如表4所示。

【提问】上述涂装方案是通过什么原理来进行金属防护的？

学生：在金属的表面覆盖保护层，隔绝水和空气。

【引导】金属保护层不仅可以“涂”出来，还可以“电”出来。

【仿真实验】电镀铜（如图6）。

【交流分析】在被保护的物品上镀上一层金属膜，其中阳极为镀层金属（通常采用耐腐蚀的金属：铜、镍等），阴极为待镀的物品，电解液为含镀层金属阳离子的溶液。通过该方法能够增强金属的抗腐蚀性。

设计意图：以深中通道建设过程中采取的相关防腐措施为例，让学生意识到化学对生产生活具有重要的作用。利用仿真实验，让学生分别从宏观和微观两个角度去观察、描述物质发生的变化，进而归纳总结出电镀模型，培养学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”的核心素养。

【展示】钢壳沉管的外壳有类似管子一样的银白色长条（如图7）即外置的牺牲阳极块，其主要成分为：Al-Zn-In（铝-锌-铟）。

【活动探究】牺牲阳极的阴极保护法实验装置如图8所示。

【交流分析】图8装置构成了原电池，有电流产生，所以电压表的指针发生了偏转。在铁片附近滴入2滴铁氰化钾溶液，无明显现象，说明溶液中不存在Fe2+，即铁片不发生反应；有气泡产生，是由于溶液中的H+得到电子生成了H2。

【提問】上述实验中，铁是被保护的金属，在金属种类不变的条件下，如何保护锌片？

【提示】能否把装置改成电解池？此时，电池的正负极该如何连接？

【探究分析】某小组设计了两个对照实验装置（如图9）。分析可知，图9中的装置①能够达到保护锌片的目的，即被保护的金属应与电源负极相连。

教师：根据上述实验，归纳总结出两种电化学保护法的原理及要求。

【归纳总结】两种电化学保护法的相关知识点如表5所示。

【课后习题】①如何延长共享单车的使用寿命？②我国船舶采取了哪些防腐措施？对应的防腐原理是什么？

设计意图：根据钢壳沉管的外置牺牲阳极块构建模型，引导学生分别从“原电池模型”和“电解池模型”对其进行猜想验证，从宏微结合的视角对其进行分析，建构正确的电化学模型，发展学生“证据推理与模型认知”“宏观辨识与微观探析”等核心素养。课后习题的设置能够检验学生对所学知识的迁移应用能力，评估学生对知识点的理解程度，给教师提供反馈信息，从而促进教学的改进。

（三）课堂实践评价

教学实践后，对两种教学模式下的学生表现进行对比，结果如表6所示。

课后，学生在教师的引导下完成个人评价表（如表7）的填写。学生个人评价表中的评价类型分为学生自评、小组评价以及教师评价。该表能够帮助学生进行自我总结和反思，让学生意识到自身存在的问题，也有助于教师了解学生的学习情况，进而促进教学改进。

部分学生个人评价表的填写情况如图10所示。

部分学生个人评价表的填写情况如图10所示。

从图10可以看出，学生自评的结果与教师评价的结果较为接近，即75%左右的学生（自评结果为A和B）能够主动参与课堂活动且能够有效地将所学的知识应用于新问题的解决中。由此可见，逆向教学设计能够提高学生学习的积极性与主动性，促使学生勇于质疑、表达自己的观点与想法，并将知识进行有效的迁移应用，即能够根据所学知识提出多种有效的问题解决方案，进而加深对知识的理解。

该教学模式要求学生课前做好充分的预习准备，同时教师在设计评价任务以及相关教学活动时，要紧紧围绕教学目标并充分考虑学生的学情。在教学过程中，教师要适时地进行引导，及时帮助学生解决疑难问题。

从教学实践来看，传统教学模式有利于教师更好地把控课堂节奏和系统地传授学科知识，但未能充分地发挥学生的主动性，缺乏培养学生创造性思维的机会；而逆向教学模式能够给学生提供更多自主思考的空间，通过小组之间的交流讨论、合作探索，更好地发挥学生的主观能动性，促进学生思维的发展。

三、总结

本文以“金属的腐蚀与防护”教学为例进行了逆向教学设计的探索。在教学过程中，教师将评价融入课堂活动，引导学生通过小组合作的形式解决问题，从而使学生在解决问题的过程中加深对知识的理解，同时通过课堂评估为学生提供展示批判性思维、解决问题等能力的机会，促进学生化学学科核心素养的发展。此外，课堂评估还能够为教师提供有意义的信息反馈，帮助教师更好地调整教学。鑒于时间以及实践范围有限，笔者仅在少部分学生中进行实践调查，并没有进行大面积的推广应用。今后，需要更多的教师去探索逆向教学模式，设计更适合、更科学的评价方式和评价标准，并通过不断的实践与反思去进一步完善。

［   参   考   文   献   ］

［1］  胡先锦.为理解而教：课堂的应然追求：我们需要什么样的化学课堂［J］.化学教学，2020（4）：33-37.

［2］  侯明黎.中学化学教学中学生科学素养的培养初探［D］.大连：辽宁师范大学，2007.

［3］  李世媛，支二娟.基于UbD理论培养学考生化学核心素养的教学设计：以“补铁剂中Fe2+、Fe3+的性质及其转化”为例［J］.化学教与学，2019（7）：81-83，74.

［4］  王晓军，昌洪娟，刘伟利，等.模型认知视域下《有机化学基础》逆向教学整体设计：以“有机化合物的性质”为例［J］.中学化学教学参考，2022（1）：14-17.

［5］  赵博涵，李淑花，江媛媛，等.逆向设计在素养导向的单元教学设计中的应用：以“钠及其化合物”单元为例［J］.化学教育（中英文），2022（7）：57-67.

［6］  郑璐.逆向教学设计模式初探［J］.北极光，2019（4）：143-144.

［7］  夏敬标. 逆向教学设计与传统教学方式的比较［J］. 成都教育学院学报，2004（1）：41.

［8］  杨胜涵，韩世明. 逆向设计在教学中的应用研究综述［J］.中学教学参考，2022（12）：61-63.

［9］  中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准：2017年版2020年修订［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［10］  宋神友，陈伟乐，金文良，等. 深中通道工程关键技术及挑战［J］. 隧道建设（中英文），2020（1）：143-152.

［11］  金文良，宋神友，陈伟乐，等. 深中通道钢壳混凝土沉管隧道总体设计综述［J］.中国港湾建设，2021（3）：35-40.

（责任编辑 罗 艳）