基于“認(rèn)知模型”構(gòu)建的教學(xué)設(shè)計

于寶忠　崔利新　張雪

[摘 要]

在必修階段對原子結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)和元素周期律（表）的已有認(rèn)識基礎(chǔ)上，基于認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化和化學(xué)核心觀念的結(jié)構(gòu)化，建構(gòu)新的原子結(jié)構(gòu)模型和元素周期律（表）模型，深化學(xué)生對微觀結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)變化規(guī)律的認(rèn)知，深入認(rèn)識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生對學(xué)科本質(zhì)的理解，發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]

認(rèn)知模型；構(gòu)建；教學(xué)設(shè)計

“原子的結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)”是高中化學(xué)選擇性必修模塊2“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”中的主題1，是學(xué)生在必修階段對原子結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)和元素周期律（表）的已有認(rèn)識基礎(chǔ)上，反思已有理論模型的局限性，建構(gòu)新的原子結(jié)構(gòu)模型和元素周期律（表）模型，深化對微觀結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)變化規(guī)律的認(rèn)知，深入認(rèn)識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系，促進(jìn)對學(xué)科本質(zhì)的理解，發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。本節(jié)復(fù)習(xí)課的主要任務(wù)是基于認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化和化學(xué)核心觀念的結(jié)構(gòu)化[1]，在新授課基礎(chǔ)上建構(gòu)原子結(jié)構(gòu)和元素周期律（表）認(rèn)知模型，提高學(xué)生分析和解決問題的能力，診斷并發(fā)展學(xué)生的理論模型結(jié)構(gòu)化水平，評價學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)成水平。

一、教學(xué)與評價目標(biāo)

（一）教學(xué)目標(biāo)

（1）通過繪制核外電子運(yùn)動特征和運(yùn)動狀態(tài)模型概念圖及典型問題解析，鞏固學(xué)生對微觀粒子運(yùn)動狀態(tài)的理解，鞏固構(gòu)造原理及典型元素基態(tài)原子電子排布式（圖）的書寫。

（2）通過繪制元素周期律（表）模型概念圖及典型問題解析，鞏固學(xué)生對元素第一電離能、電負(fù)性變化規(guī)律的理解及應(yīng)用。

（3）通過高考考綱分析與試題命制，明確學(xué)業(yè)要求，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。

（二）評價目標(biāo)

（1）通過概念圖繪制過程中的問題引導(dǎo)及典型問題解析，診斷并發(fā)展學(xué)生對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識水平、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)核心觀念認(rèn)識水平、物質(zhì)轉(zhuǎn)化中能量變化的認(rèn)識水平、認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化水平及學(xué)生對化學(xué)學(xué)科價值的認(rèn)識水平。

（2）通過試題命制，診斷并發(fā)展學(xué)生分析和解決問題的能力，診斷并發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平，診斷學(xué)生的交流合作水平。

二、教學(xué)與評價思路

三、教學(xué)流程

（一）理論模型概念圖繪制與典型問題解答

【學(xué)習(xí)任務(wù)1】電子云與原子軌道概念圖的繪制與典型問題解答。

【評價任務(wù)1】通過核外電子運(yùn)動特征模型的建構(gòu)及典型問題解答，診斷并發(fā)展學(xué)生對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識水平。

【教學(xué)流程】

[問題情境]1910年，盧瑟福進(jìn)行了一次名留青史的實(shí)驗(yàn)——用α粒子轟擊一張極薄的金箔（散射實(shí)驗(yàn)），并據(jù)此提出了原子結(jié)構(gòu)的“行星模型”，否定了他的老師湯姆生提出的“葡萄干面包式模型”，使人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。盧瑟福的學(xué)生玻爾將量子力學(xué)引入到“行星模型”中，解決了經(jīng)典電磁力學(xué)所無法解釋的難題，使人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識跨入了一個嶄新的時代，玻爾因此而被譽(yù)為“原子結(jié)構(gòu)學(xué)說之父”。根據(jù)現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)模型——“電子云模型”，你如何理解原子核外電子的運(yùn)動特征？

[學(xué)生活動1]學(xué)生與教師談話協(xié)同構(gòu)建核外電子運(yùn)動特征模型概念圖。

[學(xué)生活動2]解答典型問題（學(xué)案）。

[設(shè)計意圖]教師選取核外電子運(yùn)動特征，設(shè)計從電子云到原子軌道建立概念圖，是基于“宏觀與微觀相結(jié)合的視角[2]”認(rèn)識物質(zhì)世界的基本方法，所以這不只是知識關(guān)聯(lián)的簡單結(jié)構(gòu)化，更是基于認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化和化學(xué)核心觀念的結(jié)構(gòu)化。引導(dǎo)學(xué)生由里及表構(gòu)建核外電子運(yùn)動特征模型（與教材內(nèi)容呈現(xiàn)順序相反），既有利于邏輯系統(tǒng)的展示知識間的內(nèi)在聯(lián)系，從而充分發(fā)揮概念圖在教學(xué)中的優(yōu)勢，又有利于克服學(xué)習(xí)中的“審美疲勞”。通過模型建構(gòu)過程中的交流互動及學(xué)生對典型問題的分析解答與互評，診斷并發(fā)展學(xué)生對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識水平、認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化水平及分析和解決問題的能力。

【學(xué)習(xí)任務(wù)2】電子排布式（圖）概念圖的繪制與典型問題解答。

【評價任務(wù)2】通過核外電子運(yùn)動狀態(tài)模型的建構(gòu)及典型問題解答，診斷并發(fā)展學(xué)生對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識水平。

【教學(xué)流程】

[問題情境]1955年，我國化學(xué)家徐光憲根據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納出用軌道的（n+0.7l）值來判斷能級高低的近似規(guī)律，較好地解決了難于正確書寫原子核外電子構(gòu)型的問題。迄今為止，你認(rèn)為怎樣才能準(zhǔn)確表示基態(tài)原子的核外電子運(yùn)動狀態(tài)？

[學(xué)生活動3]學(xué)生與教師談話協(xié)同構(gòu)建核外電子運(yùn)動狀態(tài)模型概念圖。

[學(xué)生活動4]解答典型問題（學(xué)案）。

[設(shè)計意圖]教師以原子結(jié)構(gòu)基本原理為核心設(shè)計核外電子運(yùn)動狀態(tài)模型概念圖，突出了化學(xué)基本原理在學(xué)習(xí)中的統(tǒng)領(lǐng)地位，培養(yǎng)了學(xué)生具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思維方式和基本方法，促成了學(xué)生認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化和化學(xué)核心觀念的結(jié)構(gòu)化。引導(dǎo)學(xué)生基于理論證據(jù)建構(gòu)核外電子運(yùn)動狀態(tài)模型，通過模型建構(gòu)過程中的交流互動及學(xué)生對典型問題的分析解答與互評，診斷并發(fā)展學(xué)生對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識水平、認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化水平及分析和解決問題的能力。

【學(xué)習(xí)任務(wù)3】元素周期律（表）模型概念圖的繪制與典型問題解答。

【評價任務(wù)3】通過元素周期律（表）模型的建構(gòu)及典型問題解答，診斷并發(fā)展學(xué)生對結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)核心觀念認(rèn)識水平、認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化水平及學(xué)生對化學(xué)學(xué)科價值的認(rèn)識水平。

【教學(xué)流程】

[問題情境]1869年，門捷列夫制作了人類歷史上第一張?jiān)刂芷诒?，揭示了化學(xué)元素間的內(nèi)在聯(lián)系，成為化學(xué)史上的重要里程碑之一，恩格斯在《自然辯證法》一書中給予了高度評價。元素周期表和元素周期律知識對你學(xué)習(xí)化學(xué)有什么幫助？

[學(xué)生活動5]學(xué)生與教師談話協(xié)同構(gòu)建元素周期律（表）模型概念圖。

[學(xué)生活動6]解答典型問題（學(xué)案）。

[設(shè)計意圖]引導(dǎo)學(xué)生基于“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”這一化學(xué)學(xué)科核心觀念，建構(gòu)元素周期律（表）模型，形成“位”“構(gòu)”“性”關(guān)系的系統(tǒng)思維框架。通過模型建構(gòu)過程中的交流互動及學(xué)生對典型問題的分析解答與互評，診斷并發(fā)展學(xué)生對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識水平、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)核心觀念認(rèn)識水平、物質(zhì)轉(zhuǎn)化中能量變化的認(rèn)識水平、認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化水平及學(xué)生對化學(xué)價值的認(rèn)識水平。利用模型分析和解釋一些常見元素的性質(zhì)，鞏固學(xué)生對元素第一電離能、電負(fù)性變化規(guī)律的理解及應(yīng)用，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。

（二）試題命制

【學(xué)習(xí)任務(wù)4】目標(biāo)分析與試題命制

【評價任務(wù)4】通過試題命制，診斷并發(fā)展學(xué)生分析和解決問題的能力，診斷并發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平，診斷學(xué)生的交流合作水平。

【教學(xué)流程】

[問題情境]如何才能編制出一道好的試題？

[學(xué)生活動7]分析高考考綱（學(xué)案），以小組為單位，命制一道試題。

命題要求：題型為非選擇題，題干形式不限，問題涉及5種以下元素（至少包含一種過渡元素），涵蓋以上3種概念圖，分值15分。

[學(xué)生活動8]小組試題展示與互評。

[設(shè)計意圖]通過試題命制，熟悉高考考綱，明確考試方向，鞏固學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的思維模型，診斷并發(fā)展學(xué)生的理論模型結(jié)構(gòu)化水平、分析和解決問題的能力以及交流合作水平，評價學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展水平和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)成水平。

【案例說明】

“原子的結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)”是高中化學(xué)選擇性必修模塊2的核心內(nèi)容之一，也是搭建高中化學(xué)知識體系的關(guān)鍵內(nèi)容?！敖Y(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”是化學(xué)學(xué)科的核心觀念，是“宏觀辨識與微觀探析”思維方式的具體表現(xiàn)形式。圍繞化學(xué)核心概念和觀念的結(jié)構(gòu)化，通過概念圖繪制和問題解決的策略進(jìn)行單元復(fù)習(xí)，形成基于“認(rèn)識思路”的結(jié)構(gòu)化，從而提升化學(xué)核心概念和觀念的結(jié)構(gòu)化水平，發(fā)展他們的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1.搭建概念模型，突出“認(rèn)識思路”和“核心觀念”的結(jié)構(gòu)化設(shè)計

化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化是促進(jìn)學(xué)生從化學(xué)學(xué)科知識向化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。單元復(fù)習(xí)課的特點(diǎn)是知識結(jié)構(gòu)相對完整，有利于運(yùn)用概念圖對教學(xué)內(nèi)容整體設(shè)計以達(dá)到知識關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化。本節(jié)課的突出特點(diǎn)是有計劃地進(jìn)行“認(rèn)識思路”和“核心觀念”的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，如基于宏觀與微觀相結(jié)合的視角進(jìn)行核外電子運(yùn)動特征概念模型的建構(gòu)，基于基本原理在學(xué)習(xí)中的指導(dǎo)地位進(jìn)行核外電子運(yùn)動狀態(tài)模型的建構(gòu)，基于“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”進(jìn)行元素周期律（表）模型的建構(gòu)，形成了本單元“位”“構(gòu)”“性”關(guān)系的系統(tǒng)思維框架。這種基于“認(rèn)識思路”和“核心觀念”的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，為逐步提升學(xué)生的化學(xué)知識結(jié)構(gòu)化水平，提升學(xué)生分析問題和解決問題能力，發(fā)展他們的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供了有力的支持。

2.優(yōu)化提問設(shè)計，關(guān)注化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)達(dá)成情況的診斷

提問與點(diǎn)評是有效開展化學(xué)日常學(xué)習(xí)評價的基本途徑和方法之一，課堂提問的設(shè)計不應(yīng)只關(guān)注基礎(chǔ)知識和基本技能的達(dá)成情況，更應(yīng)有意識地關(guān)注化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)達(dá)成情況的診斷。例如：本節(jié)課中“你如何理解原子核外電子的運(yùn)動特征？”這一問題，可以診斷學(xué)生能否基于微觀和宏觀兩個視角認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)；“你認(rèn)為怎樣才能準(zhǔn)確表示基態(tài)原子的核外電子運(yùn)動狀態(tài)？”這一問題，可以診斷學(xué)生基于理論證據(jù)建構(gòu)認(rèn)知模型的水平，以及化學(xué)學(xué)科思維方式和基本方法的達(dá)成水平；“元素周期表和元素周期律知識對你學(xué)習(xí)化學(xué)有什么幫助？”這一問題，可以診斷學(xué)生基于“位”“構(gòu)”“性”三者關(guān)系的認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化水平以及結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)核心觀念認(rèn)識水平。課堂點(diǎn)評也要有的放矢，增強(qiáng)促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展的指導(dǎo)性。例如，教師設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)：“分析高考考綱（學(xué)案），以小組為單位，命制一道試題”，針對學(xué)生對試題的展示與互評，教師從化學(xué)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的達(dá)成、學(xué)生分析和解決問題的能力及化學(xué)核心觀念的結(jié)構(gòu)化角度進(jìn)行點(diǎn)評，發(fā)展學(xué)生知識關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化及認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化水平，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]王云生.課堂轉(zhuǎn)型與學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)[M].上海：上海教育出版社，2016.

（責(zé)任編輯：張華偉）