高中化學(xué)“物質(zhì)的量”項目式教學(xué)設(shè)計*

徐曼玲,朱永飛，b

(南寧師范大學(xué) a.化學(xué)與材料學(xué)院；b.廣西天然高分子化學(xué)與物理重點實驗室,廣西 南寧 530100)

0 引言

“物質(zhì)的量”是《高中化學(xué)(必修一)》第一章的內(nèi)容，其是連接宏觀物質(zhì)與微觀粒子的橋梁。對“物質(zhì)的量”的知識，單從梳理歷年高考有關(guān)考點來看，其分布應(yīng)用就十分廣泛，如：(1)求混合氣體的原子數(shù)；(2)求可逆反應(yīng)中生成物的粒子數(shù)；(3)求金屬與氧化性強弱不同的酸反應(yīng)時轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目；(4)求共價化合物的共價鍵數(shù)；(5)求弱酸的水解離子總數(shù)；(6)求生成價態(tài)不同的物質(zhì)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目；(7)求不同質(zhì)量數(shù)的核素的微觀粒子數(shù)；(8)求特殊物質(zhì)與水反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目；(9)求二氧化氮與四氧化二氮轉(zhuǎn)化反應(yīng)的分子個數(shù)；(10)求一個離子與同一個物質(zhì)電離出的離子都反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目；(11)求反應(yīng)物濃度變稀的化學(xué)反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目；(12)求基團與離子團所含的電子數(shù)，等等。可見，“物質(zhì)的量”是貫穿整個高中的較難的知識點。在傳統(tǒng)教學(xué)中,教師往往只重視概念性知識教學(xué),僅點明概念，對學(xué)生核心素養(yǎng)的落實關(guān)注不夠，有意無意間把學(xué)生作為一個接受知識的容器，忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，致使很多學(xué)生在學(xué)習(xí)這一知識點時感到非常吃力，需要花很長時間才能掌握其概念內(nèi)涵，導(dǎo)致實際教學(xué)效率較低，這一狀況亟需改變。基于此本文提出“基于問題驅(qū)動的項目式學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計”。

1 教學(xué)設(shè)計的理論基礎(chǔ)

1.1 課標要求

《課程標準》是各科教學(xué)的綱領(lǐng)性文件，是課堂教學(xué)必須遵循的規(guī)范?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標準(2017年版)》對應(yīng)本章節(jié)的教學(xué)要求為：認識摩爾是物質(zhì)的量的基本單位，掌握物質(zhì)的量的概念，熟悉計算式并能用于進行簡單的計算，體會化學(xué)中定量研究的方法[1]，新課標中重點突出了“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”等化學(xué)核心素養(yǎng)要求。課標作為課堂教學(xué)的綱領(lǐng)，要求師生活動必須以此為旨歸。師生在教學(xué)活動中如能全面貫徹并落實課標要求，除了能完成“三維目標”外，也可落實課程思政，培養(yǎng)國家需要的人才。

1.2 項目式學(xué)習(xí)

對項目式學(xué)習(xí)的表述，不同學(xué)者提法不同，克拉耶克(Krajcik, J.S.)認為，“基于項目”的科學(xué)教學(xué)是指教師通過設(shè)計驅(qū)動性問題引導(dǎo)、開展學(xué)生學(xué)習(xí)活動，使學(xué)生在相互交流、參與探究中解答問題[2]；李玉霞認為，“項目式學(xué)習(xí)”是指根據(jù)課程標準, 全面考慮學(xué)生已有經(jīng)驗去設(shè)計驅(qū)動問題, 學(xué)生自行去查找資料, 確定要解決的問題, 開展問題探究活動,展示探究成果[3]。二者闡述不同，但都指出：常規(guī)的項目式教學(xué)均包括了“根據(jù)新課程標準去設(shè)計真實問題及情境，讓學(xué)生主動地去思考、交流以解決疑惑等內(nèi)容”?？梢?，運用項目式學(xué)習(xí)能夠讓學(xué)生處于積極思考的狀態(tài)、能很好地培養(yǎng)學(xué)生的探究精神。

1.3 認知同化理論

根據(jù)認知同化理論，學(xué)生的學(xué)習(xí)與其先前的認知結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)聯(lián)。知識有了關(guān)聯(lián)，才能實現(xiàn)“意義學(xué)習(xí)”?！耙饬x學(xué)習(xí)”(meaningful learning)是認知心理學(xué)家David P.Ausubel倡導(dǎo)的最重要教育理念之一。他認為：學(xué)生的學(xué)習(xí)，如果要有價值，應(yīng)該盡可能地“有意義”。要使學(xué)習(xí)“有意義”，就要引導(dǎo)學(xué)生把新學(xué)的內(nèi)容與自己已有的知識結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，使學(xué)習(xí)的內(nèi)容變得有組織、有條理[4]。“物質(zhì)的量”的學(xué)習(xí)自然也受這一心理規(guī)律支配?！耙饬x學(xué)習(xí)”是將新知識與已有的知識進行關(guān)聯(lián)，從而內(nèi)化為自身知識的一個過程。

目前，對于“物質(zhì)的量”的研究大多集中在學(xué)習(xí)困難分析、概念學(xué)習(xí)和理解水平的測查、知識結(jié)構(gòu)分析、“物質(zhì)的量”相關(guān)重難點的突破等方面[5-8]，其中有的研究雖有涉及“物質(zhì)的量”教學(xué)的設(shè)計，但很少有從核心素養(yǎng)角度去進行設(shè)計教學(xué)的，并且在講解“物質(zhì)的量”這一知識點時，多數(shù)教師占了大部分時間去講述概念，但因“學(xué)生是否掌握了知識”并不是外顯的，所以教師無法實時檢測自己的教學(xué)效果，而只能在學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)中才會發(fā)現(xiàn)這種傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計的問題，致使這種傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計的課堂教學(xué)效率普遍不高。但若通過創(chuàng)設(shè)問題情境、合作交流，促進學(xué)生思考與回答，就能在理解“物質(zhì)的量”概念的同時，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

基于上述理論，教師如能基于問題、利用項目來改進教學(xué)設(shè)計，根據(jù)學(xué)生已有的知識與“待發(fā)展的認知”，通過精心設(shè)計的教學(xué)幫助學(xué)生將新舊知識進行重構(gòu)與主動建構(gòu)，并且經(jīng)過個體同化，將會幫助學(xué)生不斷達成“有意義的學(xué)習(xí)”。

這樣就能通過“物質(zhì)的量”的新的教學(xué)設(shè)計，發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”等核心素養(yǎng)。

2 核心素養(yǎng)指導(dǎo)下的項目式課堂

2.1 細化教學(xué)目標

高中化學(xué)要實現(xiàn)“知識與能力、過程與方法、情感態(tài)度價值觀”這三維目標，但課標中的三維目標表述往往是比較概括和寬泛的，課標中雖有發(fā)展學(xué)生的能力方面的描述，但針對具體教學(xué)內(nèi)容發(fā)展哪方面能力卻沒有細講的，需要教師備課處理，許多教師對如何在課堂上落實這一目標不是十分明確，因此，有必要結(jié)合具體的課程來對教學(xué)目標的描述進行細化，根據(jù)認知同化理論和建構(gòu)主義的“意義學(xué)習(xí)”理論，結(jié)合《普通高中化學(xué)課程標準(2017年版)》要求，本節(jié)課的課程目標可細化為:

(1)能利用生活中的宏觀物質(zhì)作為一個集體進行類比，得出微觀世界中微粒集體數(shù)的意義，樹立“聚少成多，聚微成宏”的集合思想，掌握微觀粒子數(shù)與宏觀質(zhì)量之間的關(guān)系，跨越學(xué)科界限，實現(xiàn)學(xué)科整合——落實課標“宏觀辨識與微觀探析”目標。

(2)掌握原子失去或得到電子變化前后質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)之間的關(guān)系，理解微觀粒子數(shù)與物質(zhì)的量之間的關(guān)系。最終落實課標“變化觀念與平衡思想”目標。

(3)通過物質(zhì)微粒的質(zhì)量求得摩爾質(zhì)量，推出摩爾質(zhì)量的概念，建立概念認知的模型，為以后學(xué)習(xí)電解質(zhì)的概念樹立認知模型觀念——落實課標“證據(jù)推理與模型認知”目標。

(4)通過氫氣與氧氣探究物質(zhì)微粒數(shù)與宏觀質(zhì)量之間的關(guān)系，經(jīng)過“步驟呈現(xiàn)式”問題進行推導(dǎo)與總結(jié)，懂得利用“物質(zhì)的量”把它們聯(lián)系在一起——落實課標“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”目標。

(5)學(xué)習(xí)宏觀物質(zhì)與微觀粒子的橋梁——“物質(zhì)的量”，樹立宏微結(jié)合的思想，感受化學(xué)世界的奧妙，激發(fā)探索微觀世界的欲望，培養(yǎng)熱愛科學(xué)、熱愛祖國的情感——落實課標“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”目標。

2.2 問題驅(qū)動的項目式教學(xué)設(shè)計

2.2.1 課前預(yù)設(shè)，設(shè)置階梯式驅(qū)動問題

課前精心預(yù)設(shè)，課堂巧妙生成，課前預(yù)設(shè)可以在一定程度上避免課堂可能會出現(xiàn)的一些問題；根據(jù)學(xué)生學(xué)情制訂教學(xué)設(shè)計，學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容應(yīng)基于上一層級的學(xué)習(xí)內(nèi)容，設(shè)置階梯式驅(qū)動問題，有利于保持學(xué)生的積極思考與學(xué)習(xí)自信。

參照認知同化理論和“意義學(xué)習(xí)”理論，結(jié)合《普通高中化學(xué)課程標準(2017年版)》，可設(shè)計在課前給學(xué)生看《化學(xué)大師》中關(guān)于“物質(zhì)的量”的視頻，并提醒同學(xué)們注意有關(guān)“物質(zhì)的量”的知識點。至此，教師可依據(jù)觀看的視頻與學(xué)生已有的知識，根據(jù)人類“感知-理解-記憶-鞏固-運用”的一般認知過程，設(shè)計以下問題：

【驅(qū)動問題1】提問同學(xué)們生活中是如何買大米的？為什么不買一粒大米或者幾粒大米？圖片展示一包大米，實物展示一盒粉筆、一包紙巾。

這是生活中的例子，根據(jù)生活中的常識，思考米粒的數(shù)量在生活中的意義，讓學(xué)生明白應(yīng)把一定米粒的數(shù)量看成一個整體，才可以在生活中產(chǎn)生一定的意義，而所用的一盒、一包的量詞是利用了“聚少成多、聚微成宏”的集合思想。引導(dǎo)學(xué)生初步意識到：人類認識世界時一般要憑借“概念”等手段進行指稱，這就是提出“物質(zhì)的量”這一概念的現(xiàn)實意義，這一設(shè)計可幫助學(xué)生對“物質(zhì)的量”概念形成初步感知。

【驅(qū)動問題2】生活中有哪些類似于物質(zhì)的量的名詞呢？

通過學(xué)生列舉與“物質(zhì)的量”類似的例子，如班級、女排等名詞。啟發(fā)學(xué)生聯(lián)系身邊的事物，利用“物質(zhì)的量”與班級集體進行類比，讓“物質(zhì)的量”這個概念變得通俗易懂，易于理解。這一設(shè)計可在類比和聯(lián)系中幫助學(xué)生對“物質(zhì)的量”概念進行深入理解和強化記憶。

2.2.2 課中定位：核心概念逐漸顯現(xiàn)

課堂上要掌握的內(nèi)容較多，教師應(yīng)捕捉知識的作用，聚焦知識點，從長遠的眼光落實學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，以培養(yǎng)學(xué)生的必備品格和關(guān)鍵能力。

(1)物質(zhì)的量的概念

【驅(qū)動問題3】班級集體的定義怎么描述的？推斷出物質(zhì)的量的定義？

引導(dǎo)學(xué)生對班級集體進行定義，通過類比、總結(jié)的方法得出化學(xué)上也有含有一定數(shù)目微粒的集合體，那就是“物質(zhì)的量”，形成“物質(zhì)的量”的概念，并在此基礎(chǔ)上點明“班級”是宏觀的量，“物質(zhì)的量”是微觀的量。形成宏觀辨識與微觀探析”的核心素養(yǎng)。

(2)“物質(zhì)的量”的單位——摩爾的概念

【驅(qū)動問題4】按照這兩個定義，一個班是由多少個人組成的？“物質(zhì)的量”這個集體又是由多少微粒構(gòu)成的？

學(xué)生先前查找相關(guān)資料：1摩爾物質(zhì)中所含的微粒數(shù)目與0.012千克12C中所含的碳原子數(shù)目相同。

【驅(qū)動問題5】12克12C中含碳原子數(shù)又是多少呢？為什么國際上規(guī)定1摩爾物質(zhì)中含有的微粒數(shù)目與12克12C中含碳原子數(shù)相等呢？

學(xué)生通過自己的運算得出1摩爾物質(zhì)中所含的微粒數(shù)目為6.02×1023，并讓學(xué)生通過比較1個氧原子的質(zhì)量、10 000個氧原子的質(zhì)量、1012個氧原子的質(zhì)量及6.02×1023個氧原子的質(zhì)量，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)6.02×1023是一個又很奇妙的數(shù)字，用它來表示物質(zhì)的量的本質(zhì)原因，這一設(shè)計可以發(fā)展學(xué)生的推理能力，在問題探究、概念呈現(xiàn)的進程中教會學(xué)生掌握化學(xué)知識的方法，授之以漁。

【驅(qū)動問題6】請描述6.02×1023是怎樣的一個數(shù)值，再次回想剛才買一粒大米或幾粒大米的意義，其表示宏觀物質(zhì)對人們的生活用處大不大？

通過學(xué)生自己聯(lián)想把阿伏伽德羅常數(shù)用于宏觀物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)在生活中用此數(shù)值意義不大，從而得出摩爾單位的適用條件。

(3)阿伏伽德羅常數(shù)的概念

【驅(qū)動問題7】通過計算1摩爾物質(zhì)中所含的微粒數(shù)目為6.02×1023，并把1摩爾物質(zhì)中所含的微粒數(shù)目叫做阿伏伽德羅常數(shù)，其數(shù)值約等于6.02×1023。

在此運用數(shù)學(xué)上的圓周律來做類比，即聯(lián)系圓周律(π)計算結(jié)果為3.14這先期已學(xué)會的知識與阿伏伽德羅常數(shù)、NA、6.02×1023進行類比，這一設(shè)計通過知識活用，可以發(fā)展其跨學(xué)科、全面系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法。

(4)摩爾質(zhì)量的概念

【驅(qū)動問題8】同學(xué)知道了1摩爾物質(zhì)中含有的微粒，延伸考慮1摩爾的物質(zhì)中質(zhì)量，再延伸探究2個氫氣分子與1個氧氣分子反應(yīng)生成2個水分子與4克氫原子與32克氧原子反應(yīng)得到36克水的中微觀粒子與宏觀質(zhì)量之間的關(guān)系。

通過一個原子的質(zhì)量推導(dǎo)出含有“阿伏伽德羅常數(shù)”這么多個原子的質(zhì)量，并得出1摩爾物質(zhì)所含微粒數(shù)目的質(zhì)量，進而得出“摩爾質(zhì)量”的定義，這一設(shè)計可以通過對概念性知識進行定義，建立概念模型，更新學(xué)生原有的學(xué)習(xí)方法，形成與發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)中的證據(jù)推理與模型認知”。

【驅(qū)動問題9】討論微粒數(shù)、質(zhì)量、物質(zhì)的量之間到底含有的關(guān)系

在此建立一個連接微觀世界與宏觀世界的一個小式子如式(1)，為以后學(xué)習(xí)氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度與物質(zhì)的量之間的關(guān)系打下基礎(chǔ)。

設(shè)置下列的課堂習(xí)題，學(xué)生計算原子與其離子的質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)，計算微觀的粒子數(shù)，形成原子轉(zhuǎn)換成離子，質(zhì)子數(shù)不變，電子數(shù)改變的變化觀念與平衡思想，這一設(shè)計可以通過習(xí)題鞏固并落實“變化觀念與平衡思想”核心素養(yǎng)。

(1) 2 mol H2SO4含____ 個H2SO4分子，可電離出__ mol H+，可電離出__mol SO42-,共含________個 原子。

(2) 1moI Na變成Na+失去____ mol電子.

通過問題層層推進，在學(xué)生了解到1摩爾物質(zhì)中含有的微粒數(shù)目，進而深入了解物質(zhì)的質(zhì)量有多少，在計算離子的摩爾質(zhì)量時，運用摩爾質(zhì)量在數(shù)值上等于其相對原子質(zhì)量或相對分子質(zhì)量，在此，很多學(xué)生對原子失去電子轉(zhuǎn)變成離子，對離子摩爾質(zhì)量的數(shù)值不知所措。因此教師需要分析不管其是離子還是原子，摩爾質(zhì)量不是相對原子質(zhì)量或相對分子質(zhì)量，摩爾質(zhì)量只是在數(shù)值上等于其相對分子質(zhì)量或相對原子質(zhì)量，這一情境可把微觀粒子數(shù)與宏觀物質(zhì)的質(zhì)量聯(lián)系起來，這一設(shè)計突出了知識活用與拓展延伸，主要針對化學(xué)核心素養(yǎng)中的宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認知”等目標。

2.2.3 課后鞏固：多重練習(xí)，養(yǎng)成核心素養(yǎng)

習(xí)題是課堂知識點的延伸與鞏固，核心素養(yǎng)存在于系統(tǒng)知識點中，通過習(xí)題解答可以培養(yǎng)核心素養(yǎng)。

例題：(1)含有6.02×1023個H2SO4分子的物質(zhì)的量是_________。落實“宏觀物質(zhì)與微觀探析素養(yǎng)”。

(2)將0.5mol Al2(SO4)3溶于水配成溶液，溶液中硫酸根離子的物質(zhì)的量_______；鋁離子的質(zhì)量為______。落實“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)。

(3) 一個碳原子的質(zhì)量為1.993×10-23g，1mol C原子的質(zhì)量為______，2mol C原子的質(zhì)量為_____，其摩爾質(zhì)量為_____。落實“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)。

(4)64克SO2分子中含有___個SO2分子，含有____個O原子。落實“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”素養(yǎng)。

以上習(xí)題利用在習(xí)題中隱含的核心素養(yǎng)去檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，可以提高學(xué)生的素養(yǎng)觀念。這一設(shè)計突出了新知識的強化、鞏固和應(yīng)用，能全面落實教學(xué)目標。

3 理論提升，形成教學(xué)模式

教學(xué)模式是在一定理論指導(dǎo)下，為實現(xiàn)特定教學(xué)目標而設(shè)計的比較穩(wěn)定的教學(xué)程序及其實施方法的策略體系[9]。構(gòu)建一套有推廣價值的教學(xué)模式對于提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平具有重要的意義。如李雁冰曾指出：教學(xué)模式既是教學(xué)過程理論體系的具體化，又是教學(xué)實際經(jīng)驗的系統(tǒng)總結(jié)。相對于教學(xué)的基本理論而言，它是低層次的，因而具體、簡明、易于操作；相對于教學(xué)而言，它又是高層次的，因而概括、完整和系統(tǒng)，便于教師理解和掌握，有利于提高教學(xué)質(zhì)量。教學(xué)模式一般具備整體性、理論性、簡明性、可操作性、創(chuàng)新性等優(yōu)點，能直接為教師選擇合適的教學(xué)法和出色完成教學(xué)任務(wù)提供許多有益的幫助[9]。本節(jié)教學(xué)設(shè)計是根據(jù)課標的要求、項目式學(xué)習(xí)理論、認知同化理論，結(jié)合“物質(zhì)的量”課例，從知識點與習(xí)題兩方面去落實核心素養(yǎng)，根據(jù)美國學(xué)者布魯姆提出的人們學(xué)習(xí)過程一般包括理解、記憶、應(yīng)用、分析、評價、創(chuàng)造這六個階段[10]，結(jié)合學(xué)生的能力培養(yǎng)，設(shè)計的教學(xué)模式，如圖1所示。

圖1 核心素養(yǎng)下的教學(xué)模式

通過問題驅(qū)動的方式讓學(xué)生主動去探索“物質(zhì)的量”的知識，讓學(xué)生從被動接受轉(zhuǎn)為主動思考、主動發(fā)現(xiàn)，一步一步深入思考與推導(dǎo)，深入學(xué)習(xí)“物質(zhì)的量”的核心概念，并且讓學(xué)生在掌握知識點、鞏固核心概念的進程中繼續(xù)思考與核心素養(yǎng)相關(guān)的其他問題，最后由習(xí)題檢測核心素養(yǎng)是否落實，這就能使之由隱性知識轉(zhuǎn)為顯性知識，因此這一“問題探究驅(qū)動-緊系化學(xué)核心素養(yǎng)-深入理解核心概念核心概念檢測-核心素養(yǎng)外顯-核心素養(yǎng)再現(xiàn)”的教學(xué)模式，可以使學(xué)生自主探究并檢測核心素養(yǎng)的達成。

4 結(jié) 語

利用問題驅(qū)動法的項目式教學(xué)設(shè)計可使學(xué)生的知識延伸至創(chuàng)造階段，在整個課堂中學(xué)生一直在通過查找相關(guān)資料回答各種問題，這一設(shè)計做到了既尊重學(xué)生的思考主動性，又利于教師把握學(xué)生知識學(xué)習(xí)的進程，使“物質(zhì)的量”項目式學(xué)習(xí)的結(jié)果更加外顯化，最終能提高教學(xué)效率。