1976年，Marton和Säljö^[1]提出了深度学习的概念。相对于机械的、只重视记忆和简单理解的浅层学习，深度学习要求学习者能够积极主动、批判性地学习新的知识和思想，和大脑长时记忆中旧知识体系融会贯通，整合构建自己新的知识体系，并能够在复杂的新情景中运用新知识。同时深度学习也强调学生的反思和元认知^[2]。因此，深度学习是以学习者的高阶思维发展和解决综合实际问题的能力为目标，这与“金课”建设所提出“两性一度”的课程标准是高度契合的^[3]。

翻转课堂是混合学习的一种，虽然实施的具体模式不尽相同，但其基本思路都是把基础知识从传统课堂上迁移到课前，通过MOOC、SPOC等方式完成基础知识的传授，达成记忆、理解等低阶目标；课堂时间则用于知识的内化和迁移，在学生高度参与中达成分析、综合、评价等高阶目标。目前翻转课堂教学模式已成为激发学生学习兴趣和潜能、深化大学教学改革的重要途径。翻转课堂的具体实施绝不是简单的时序重构，而是应该通过设计教与学的策略和方法，以达到深度学习的根本目标^{[4, 5]}。

已有众多国内学者从翻转课堂如何促进深度学习发生的机理、影响深度学习的因素、构建促进深度学习的教学模式、促进深度学习的策略和如何对翻转课堂进行教学评价等方面进行了研究。乐会进等^[6]从认知负荷理论角度研究了翻转课堂促进深度学习的原因，结果表明，深度学习的目标定位、学习任务的结构化、以学习者为中心的教学策略以及信息技术的协助都会促进深度学习的发生。李志河等^[2]研究表明翻转课堂教学模式下影响深度学习的主要因素是沟通交流、认知加工水平和反思评价水平。姚巧红等^[7]构建了基于整合网络学习空间和学习支架的翻转课堂一般过程模型。王晓晨等^[8]从课前强调初步理解整合、课中强调知识转化及迁移应用、课后强调反思拓展构建了深度学习结果导向的高校翻转课堂教学模式。曹梅等^[9]认为翻转课堂课前先学阶段依然有深度学习的特征，并对课前深度学习的问题生成策略进行了研究。陈明等^[10]在深层次学习理论指导下，从教学设计、在线学习、课堂教学、成绩与教学成果、教学研究五个方面构建翻转课堂的发展性评价体系。高校不同类型的课程在班容量、学生学情、课程内容特点和考核方式等方面具有多样性和灵活性，因此，如何根据课程特点和学情设计具体教学策略，以达到促进学生深度学习的目的，仍是翻转课堂在大学课堂教学应用中亟待解决的问题。

目前无机化学和相关课程也开展了翻转课堂教学模式的研究和实践^{[11, 12]}。梁爱琴等^[13]采用翻转课堂教学模式以教学难点“复杂氧化还原电对电极电势的计算”为例研究了学生知识迁移能力的培养；高慧等^[14]则用翻转课堂与科研实践案例相结合，对“配位化合物基本概念”进行教学设计，取得了较好的教学效果。本文基于深度学习相关理论，采取翻转课堂教学模式来对“配合物的基本概念”进行教学设计，培养学生深度学习的能力。

在无机化学的教学中，选用宋天佑等编写的《无机化学》(第四版)作为教学用书^[15]，配合物的基本概念是教材上册第十一章“配位化学基础”的部分内容，本文主要选取配合物的定义、组成和命名三部分知识进行教学设计和实践。其中配合物的定义和组成属于概念性知识，学生不仅要能够记忆和理解诸如配体、中心、配位原子、配位数、单齿配体、多齿配体、螯合物等概念，还应该能够将这些概念建构成结构化的知识体系，以达到融会贯通、提取自如的目的。而配合物的命名属于程序性知识，这里面也涉及到了学生陌生的大量配体以及比较复杂的配体命名先后顺序的规则，学生只有在熟练掌握配合物定义和组成的基础上，才能应用相关规则对配合物进行命名。因此，这部分知识对学生来说认知负荷较大，在学习过程中容易产生厌烦和烦躁的情绪。

虽然“配合物”在高中阶段化学教学中不是教学重点，只涉及到配位键的形成本质、配合物的大致基本构成，以及例如[Cu(H₂O)₄]²⁺、[Cu(NH₃)₄]²⁺、[Fe(SCN)₆]³⁻和[Ag(NH₃)₂]⁺等几种常见配合物，但是，在“配合物”教学之前，学生已经学习了价键理论、杂化轨道理论等物质结构的相关知识，在充分激活旧知的基础上，学生能够在课前自主完成这部分知识的初步学习。学生在无机化学课程前面章节的学习中，对翻转课堂的教学模式已经熟悉和适应，因此在后续教学中，能够在教师和同学的帮助下完成课堂部分的深度学习。

针对教学内容和学情分析，在知识目标上学生能够记住配合物的定义和组成的相关概念，并以思维导图的形式形成自己的知识网络；在能力目标上学生能够应用配合物的定义和组成的相关概念对常见配合物的结构进行分析，能够应用配合物命名的规则对常见配合物进行正确命名；最后在价值目标上学生通过对配合物发展史和Werner对配位化学贡献的学习，能够感悟正确的科学认知论和方法论、坚持实事求是的原则、发展科学创新思维。

教师在教学设计过程中，不仅要设计教学策略，更重要的是要设计学生的认知加工过程，即学习策略，如图 1所示。

在教学策略的设计上，针对教学内容和学情分析中存在的问题，首先对于“配合物的定义和组成”这样概念性的知识，应用层次化案例进行表征，适时插入一些学生熟悉的、与日常生活密切相关的和能够反映学科最新进展的真实案例，帮助学生掌握概念的特征，激发学习兴趣；对于“配合物的命名”这种程序性的知识，首先要针对难点设计分步练习，再进行综合练习，帮助学生逐步构建心理脚本。此外，教师还要在整个教学过程中随时对学生的学习情况给予反馈、监控学生的理解程度和达成目标的过程。

在学习策略的设计上，应用翻转课堂教学模式，设计贯穿课前–课中–课后的结构化学习任务和元认知任务，以帮助学生提高深度学习的能力。

结构化学习任务是指学习任务设计时，突出强调任务之间的逻辑和意义关联、思维层次逐渐递进^[6]。在教学设计中，通过课前的初步测试到课中基于配合物定义和组成层次化案例的练习和配合物命名的从分步到综合的层次化练习，再到课后的构建语义网络，将学习任务有逻辑地分解到各个环节中，降低高认知水平学习任务的认知负荷。学生在后一学习任务中可以积极主动地调用前一个学习任务中习得的概念和步骤，在新旧知逐步融合的过程中构建自己的图式，从低阶的记忆和理解逐步达成分析和解决综合问题等高阶目标。

元认知是指学生在学习过程中能够预测他们在各种学习任务中表现的能力以及能够对目前的理解和掌握程度进行监控和调整的能力。在教学设计中，通过课前的问题自我生成，到课中的学习状态自我反思，再到课后的问题自我解释和章节反思，帮助学生持续关注自己的理解和进行自我评价。此外，根据同学的反馈，学生还可以从他人那里得到对自己理解力的认知，进而调整下一步的学习策略和方法。元认知任务可以增强学生知识迁移的能力，促进深度学习的发生。

依据教学目标制定的教学策略，我们对“配合物的基本概念”以翻转课堂的模式对课前、课中和课后的教学实施进行了设计，如图 2所示。

课前是自主学习，主要目的是完成知识的自学和吸纳，这是成功开展课堂活动的关键环节。为了更好地帮助学生初步掌握知识，教师提供了视频、练习和任务单等学习资源，学生可以根据任务单的指导明确各项学习任务、时间截点和学习目标，在自学完成后还可以根据任务单核对自己的目标达成度，对自己的学习效果做出初步评估。

此外，在看完视频和完成练习后，每个学生都有了自己的初步知识建构，会带着这种初步认知进入到课堂学习中，而这种初步认知或促进或阻碍课堂知识的内化过程，因此教师必须给学生机会把这种初步认知展示出来。为此教师在学习通平台讨论区发布“你对配合物的基本概念还有什么问题”，鼓励学生把自己的疑问回复在讨论区。这样学生在课前自学中就会反思监控自己的理解，教师也可以根据学生的疑问对课堂教学进行动态的调整。

我们设计了层次化的案例帮助学生巩固、深化和拓展配合物的概念。首先要求学生写出自己中学遇到过的配合物或者课前自学新学到的配合物的结构式，并拍照上传学习通讨论区。这样应用学生自我生成的案例能够激活旧知，迅速进入学习状态。接着教师要求学生两人一组回忆分析NH₄Cl和CO的结构并抛出问题“有配位键就一定是配合物吗？”。通过分析可知这两个化合物中也有配位键，但习惯上并不把它们看成配位化合物，其原因是水溶液中不存在这种配位单元与其中心、配体之间的配位解离平衡。通过变式案例可以引发学生的认知冲突，辩证地理解配位化合物的定义。然后教师通过介绍配位聚合物、MOF (Metal-Organic Frameworks)等概念，对配合物的概念加以扩展，并展示一些文献中报道的配位聚合物和MOF的晶体结构示意图，引导学生辨认其中的配位键，在拓深对配合物的认知的同时，初步了解晶体工程的合成艺术，开阔视野，激发学习兴趣。最后教师从化学史的角度对配合物概念的发展做出梳理和总结^[16]。

在“配合物的定义”课堂教学中通过自我生成案例、变式案例和扩展案例这种层次化案例的设计以及基于案例的层次化练习，在“是配合物–不是配合物–是配合物”的反复分析和思辨过程中培养学生的批判性思维。

通过课前的自主学习中提出的问题发现学生不知道如何确定中心的价态、配位原子、配位数，特别是对配位数和配位原子的关系感到困惑，这就提示我们仅通过课前视频的讲解和初步的测试并不足以让学生掌握教师认为简单易学的知识。学生在课前学习可以达成初步理解的目标，课前自主学习更重要的目的是让学生带着疑问进入课堂。基于此，对“配合物的组成”做了如下课堂教学设计。

首先要求学生重新审视课前自己作答的测试题，围绕以下三个问题进行个人反思和两两讨论，即解决了哪些旧疑惑？澄清了哪些旧误解？学习了什么新知识？这三个问题不仅可以帮助学生激活旧知，还可以通过两两讨论在互学互教中以出声思考的方式将自己对知识的最初理解和理解的程度外显化，为深度学习做好准备。

接下来通过基本案例、情境案例和动态案例的层次化案例设计在学生高度参与过程中对课前提出的问题进行深入的分析和讲解。

基本案例的设计是首先要求学生用课前自主学习的知识写出德国化学家Genth在1856年提出的几种Co(Ⅲ)与氨生成的几种化合物的结构式，在此基础上教师再讲解配位理论的发展历史，介绍瑞士化学家Werner在配位理论建立方面的卓越贡献，学生在“学”中感悟正确的科学认知论和方法论、坚持实事求是的原则和发展科学创新思维^[17]，教学设计框架如图 3所示。

由于人体、动植物体内的许多金属蛋白和金属酶的活性中心都是Mg²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺等金属离子的配合物，其中例如血红素、血蓝蛋白、叶绿素、维生素B₁₂、碳酸酐酶、尿素酶等都与人体自身一些生理功能或与学生日常生活密切相关，因此可以将它们设计为情境案例，要求学生在这些金属蛋白和金属酶的活性中心结构图中确定中心离子、配体、配位原子和配位数，厘清配位数和配位原子的关系。学生还可以从中感悟到配合物离我们并不远，它就存在于我们的周围、甚至我们的体内。情境案例不仅可以激发学生的学习兴趣，而且可以让学生体会到无机化学、有机化学、生物化学等多学科融合的必要性。

在基本案例和情境案例的基础上，结合教学内容和教师的研究方向，选择了Cu²⁺、Ni²⁺、Co³⁺、Mn³⁺、Zn²⁺、Cd²⁺等配合物通过Diamond软件展示作为动态案例，如图 4所示。这些配合物的配体齿数、配位原子和配位构型各不相同，用Diamond软件通过旋转、放大、缩小等操作，全方位动态展示配合物的结构，特别是可以清楚地展示和解释多齿有机配体的配位模式，帮助学生对配体的齿数、配位原子和配位数之间的关系有更加清晰和具体的认识，此外还可以通过键长和键角的测量使学生对配合物的构型有初步认知，从而为后续“配合物的结构”的学习打下基础^[18]。

从简单到复杂、从静态到动态的层次化案例的设计能够从化学史到学科前沿，从学生自身到日常生活等多角度地与教学内容融合，驱动学生产生学习动力，应用基本知识解决实际问题以完成知识的迁移，在反复提取练习^[19]中层进地澄清课前的疑惑和误解，逐步达到深度学习。

学生对“配合物的命名”这部分内容提出最多的问题是配体的排序，而配体的排序最关键的是确定配体的类型和配位原子。因此，我们先将配体排序的前两条规则即“先无机配体，后有机配体”和“先阴离子类配体，后分子类配体”概括为“无中生有，先离后分”以帮助学生进行记忆，再设计了“找到配位原子”和“配体排序”两个练习(图 5)，先进行分步重点练习，最后在此基础上，再要求学生完成配合物命名的综合练习。通过分步和综合练习这种结构化的练习设计，可以将认知负荷分散到练习的各个阶段，从而降低每一步练习的认知负荷。

课后除了常规的作业，我们还设计了三项作业。第一项是以思维导图的形式完成本节课的知识体系构建，这是结构化学习任务的最后一步，目的是通过课前的初步知识传授和课中的知识内化，学生能够梳理整个知识体系，以构建完整的图式。这项作业要求学生提交到讨论区，教师会根据思维导图的完整性和逻辑性进行定性的评价，将优秀的作业置顶，如图 6所示。这样既会激励完成优秀作业的学生，也为其他学生提供了改进和努力的方向。第二项作业是要求学生回答在课前自己提出的问题。第三项任务是章节反思，这也是元认知任务的最后一步，要求学生回顾整个学习过程，自评学习目标的达成度，分析学习过程中的得失。这两项作业不仅可以帮助学生提高自己的元认知能力，为改进学习方式和思维模式提供抓手，而且学生也可以从中体验到学会知识的成就感和收获感。

基于深度学习相关理论，应用翻转课堂教学模式对“配合物的基本概念”进行了教学实践。首先，根据教学内容的特点设计相应的教学策略；其次，通过贯穿课前–课中–课后的结构化学习任务和元认知任务的学习策略设计，让学生在学习中不断完成知识的迁移，主动构建自己的知识体系，关注自己的学习方法和策略并能做出积极的调整。此外，我们还要注意的是，在教学实践中应用翻转课堂的教学模式不能仅是“教”与“学”的时序重构，要根据具体教学内容和学情，对每堂课都要进行精心的设计，只有这样，才能发挥翻转课堂最大的价值，实现引导学生深度学习的根本目标。