基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的PCK教學(xué)設(shè)計
——以“構(gòu)成物質(zhì)的基本微?！睘槔?/h1>

2021-06-01 08:16:02林雨虹楊水金

湖北師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)訂閱 2021年2期 收藏

關(guān)鍵詞：微粒間隔原子

柯 芳，林雨虹，楊水金

(湖北師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖北 黃石 435002)

目前許多國家正展開以“核心素養(yǎng)”為指導(dǎo)的課程改革，將培養(yǎng)“核心素養(yǎng)”的理念貫徹到課改的進(jìn)程中，通過“培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)”來促進(jìn)學(xué)生個體的發(fā)展，從而促進(jìn)整個社會的進(jìn)步[1]。初三階段是學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的啟蒙階段，初中化學(xué)教師有義務(wù)擔(dān)任起構(gòu)建初三學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的職責(zé)，促進(jìn)學(xué)生未來的個體發(fā)展。但目前為了應(yīng)付中考，大多中學(xué)教師采取灌輸式教學(xué)，造成學(xué)生對化學(xué)學(xué)科知識的理解大多只停留在知識的簡單記憶，一到真正應(yīng)用知識，便無從下手[2]。舒爾曼將PCK定義為一般教學(xué)知識與學(xué)科知識的交叉知識，其核心在于教師通過一般教學(xué)知識將學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生易于理解的知識[3，4]?；赑CK理論的教學(xué)設(shè)計能較好地協(xié)調(diào)知識、素養(yǎng)、策略、評價、興趣等方面內(nèi)容，根據(jù)具體的學(xué)科主題、不同的教學(xué)情景，選擇合適的教學(xué)策略，采用多樣化的評價方式，適應(yīng)不同學(xué)生的興趣和能力來展開教學(xué)，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)、促進(jìn)學(xué)生個體發(fā)展的目的。

1 PCK的核心內(nèi)涵與教學(xué)意義

針對美國教育體系中“缺失的范式”問題(教學(xué)研究中教學(xué)知識與學(xué)科知識相互割裂)，舒爾曼提出了學(xué)科教學(xué)知識(PCK)，它是一般教育知識與學(xué)科內(nèi)容知識的交叉知識，是一種具有可教性的學(xué)科知識，也是教師的專業(yè)知識[4～6]。PCK的核心內(nèi)涵在于將學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為符合教學(xué)目的的形式，其實(shí)質(zhì)便在于立足于學(xué)生立場的“轉(zhuǎn)化”。一個合格的教師應(yīng)該擁有豐富且正確的PCK理念，將其應(yīng)用于不同學(xué)科主題內(nèi)容的課堂之中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓課堂煥發(fā)出生命活力，讓書本上的知識真正地在PCK理論引導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)真正的教育價值[7]。所以作為人民教師，我們在教學(xué)中不能僅僅放眼于PCK初始的核心內(nèi)涵：立足于學(xué)生立場，實(shí)現(xiàn)知識的轉(zhuǎn)化，更要深深挖掘PCK在教學(xué)中的學(xué)術(shù)意義：教師如何立足于學(xué)生發(fā)展的角度，著力開發(fā)知識的育人價值[8]。

2 基于PCK理論下“構(gòu)成物質(zhì)的基本微?！钡慕虒W(xué)設(shè)計

“構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒”是初三化學(xué)十分重要的內(nèi)容，本節(jié)的內(nèi)容是學(xué)生首次接觸物質(zhì)的微觀世界，為后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)式、質(zhì)量守恒定律等內(nèi)容奠定了基礎(chǔ)，對學(xué)生構(gòu)建“宏觀辨識與微觀探析”這一化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)起著十分重要的作用。

2.1 教學(xué)內(nèi)容分析

“構(gòu)成物質(zhì)的基本微?！边x自人教版九年級化學(xué)上冊第三單元課題1，主要包括物質(zhì)由微粒構(gòu)成、微粒的性質(zhì)及分子與原子等幾部分內(nèi)容版塊?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》(2011)要求通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生能認(rèn)識物質(zhì)的微粒性，知道分子、原子、離子等都是構(gòu)成物質(zhì)的微粒，并能夠用微粒的觀點(diǎn)解釋某些常見的現(xiàn)象，其學(xué)習(xí)水平要求從“認(rèn)識”“知道”到“解釋”逐漸遞增[10]。本節(jié)內(nèi)容與學(xué)生生活息息相關(guān)，因此，教師教授本節(jié)內(nèi)容時，應(yīng)該結(jié)合學(xué)生熟悉的現(xiàn)象和已有的經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)生動且直觀的教學(xué)情景，從生活中常見的現(xiàn)象和一些較為簡單的實(shí)驗(yàn)入手，讓學(xué)生能更貼切地感受物質(zhì)的微粒觀，激起學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的欲望，初步實(shí)現(xiàn)初三學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2.2 學(xué)情分析

“構(gòu)成物質(zhì)的基本微?！笔浅踔谢瘜W(xué)知識的一個分水嶺，學(xué)生即將從熟悉的宏觀世界進(jìn)入到微觀世界，而微觀粒子看不見、摸不著，學(xué)生的抽象思維尚未發(fā)展完全，理解起來有較大的難度。在此前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了物化變化、物質(zhì)性質(zhì)及化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作等內(nèi)容，具有一定的觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能力，此外在小學(xué)的自然課中還學(xué)習(xí)了物質(zhì)的三態(tài)變化，知道熱脹冷縮等自然現(xiàn)象，有助于微粒觀的形成。但學(xué)生對宏觀物質(zhì)內(nèi)在的微觀變化比較陌生，所以對于抽象的微觀粒子方面的知識的理解還是有一定難度的。教師可應(yīng)用生活實(shí)例、動畫模擬、圖像等表征方式將微觀世界展現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生在此基礎(chǔ)上能夠感受微觀世界的存在，并將其與宏觀物質(zhì)聯(lián)系到一起。

2.3 教學(xué)與評價目標(biāo)

1)教學(xué)目標(biāo)

① 通過大量生活中常見的現(xiàn)象認(rèn)識物質(zhì)的微粒性，知道分子、原子、離子等都是構(gòu)成物質(zhì)的微粒；②通過實(shí)驗(yàn)探究構(gòu)成物質(zhì)的微粒的基本性質(zhì)，能用微粒的觀點(diǎn)解釋某些常見的生活現(xiàn)象。

2)評價目標(biāo)

①通過常見生活現(xiàn)象及“桃花朵朵開”、壓縮空氣等實(shí)驗(yàn)活動的觀察與探究，診斷并發(fā)展學(xué)生對物質(zhì)的認(rèn)識進(jìn)階(物質(zhì)水平、微粒水平)；②通過具體生活實(shí)例的分析，診斷并發(fā)展學(xué)生對分子與原子等微粒認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化水平(視角水平、內(nèi)涵水平)和對化學(xué)價值的認(rèn)識水平(學(xué)科價值視角、社會價值視角)。

2.4 設(shè)計思想

本研究緊扣PCK核心內(nèi)涵，利用“1+5”PCK教學(xué)模式(1個學(xué)科主題和5條PCK主線——知識線、素養(yǎng)線、策略線、興趣線和評價線)對“分子與原子”這一課題內(nèi)容展開教學(xué)，具體內(nèi)容如圖1所示。

圖 1 “構(gòu)成物質(zhì)的基本微?！钡奈鍡lPCK主線

2.5 基于“構(gòu)成物質(zhì)的基本微?！钡姆肿优c原子教學(xué)設(shè)計

環(huán)節(jié)一: 由宏入微、感知身邊的微粒

[情境導(dǎo)入]把方糖丟到水里面會怎么樣？

[學(xué)生]糖會慢慢溶解、水會變甜。

[教師]方糖溶解后還看得到方糖嗎？怎么證明糖沒有憑空消失？

[學(xué)生]看不到了；水變甜了，說明糖跑到水里面去了。

[展示]花園的花香、揮發(fā)的酒精、衣服晾干后消失的水滴等。

[教師]這些物質(zhì)依舊存在但我們?nèi)庋蹍s無法觀察到，因此，為了更好地研究物質(zhì)、探究世界本質(zhì)，早期學(xué)者便提出了物質(zhì)都是由肉眼看不見的微小粒子構(gòu)成的設(shè)想，想法很大膽，可怎么證明呢？隨著科技的進(jìn)步，人們發(fā)明大量先進(jìn)的儀器，不但證實(shí)了原子、分子等微觀粒子的存在，還能夠測量它們的質(zhì)量和體積，甚至移動原子。從此，人類對物質(zhì)的認(rèn)識和研究從肉眼可見的宏觀世界走向了肉眼不可見的微觀世界。

[展示]用掃描隧道顯微鏡(STM)獲得苯分子的圖像、通過“原子操縱”技術(shù)移走硅原子構(gòu)成的文字(圖2)。

圖2 “顯微鏡下的苯分子和硅原子”

[板書]物質(zhì)是由分子、原子等微粒構(gòu)成。

環(huán)節(jié)二: 從微辨宏、探究微粒的性質(zhì)

[教師]物質(zhì)由微粒構(gòu)成，那我們有沒有辦法感受到微粒的存在呢？下面老師給大家表演一個魔術(shù)，看看大家能不能從微粒的角度找出破綻。

[趣味實(shí)驗(yàn)]“桃花朵朵開”

[提示]堿性物質(zhì)(如氨水等)能使無色的酚酞溶液變紅；濃氨水具有很強(qiáng)的揮發(fā)性。

[學(xué)生討論]紙花上面肯定有酚酞溶液；濃氨水里面的微粒跑到了紙花上面，讓紙花上的酚酞溶液變紅了。

[教師]那物質(zhì)中的微粒們是不是一直老老實(shí)實(shí)地原地待著呢？

[學(xué)生]不是，它們會跑來跑去。

[教師]也就是微粒在不斷運(yùn)動，所以人們常說酒香不怕巷子深、桂花十里飄香。

[板書]微粒的特征1：分子與原子等微粒在不斷運(yùn)動；

[提問]通過剛剛的魔術(shù)，大家感受到了微粒的存在，也知道了微粒是不斷運(yùn)動的，那微粒運(yùn)動的速度和什么有關(guān)呢？

[學(xué)生]思考。

[實(shí)驗(yàn)視頻]品紅溶液在冷水和熱水中的擴(kuò)散。

[學(xué)生]感受品紅溶液在冷水和熱水中的擴(kuò)散速度，得出微粒的運(yùn)動速度與溫度有關(guān)；溫度高、微粒運(yùn)動得快；溫度低、微粒運(yùn)動得慢。

[板書〗]溫度越高，微粒運(yùn)動越快；溫度越低，微粒運(yùn)動越慢。

[教師]肉眼看不見的微粒究竟有多小呢，我們通過水分子自述來感受一下。

[展示]水分子的自述：“嗨，同學(xué)們好，我是水分子，我存在于你們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€角落，你們離不開我，可你們真的了解我嗎？我的化學(xué)名是H2O，這是因?yàn)槲沂怯蓛蓚€H原子和一個O原子構(gòu)成，你們學(xué)習(xí)化學(xué)后會經(jīng)?？吹轿业幕瘜W(xué)名！我有多小呢？1個水分子是3×10﹣26kg，這是什么概念呢？1滴水有1.67×1021個我，如果一人一分鐘數(shù)100個，我們十億中國人要數(shù)3萬多年才能數(shù)得完呢！”

[學(xué)生]原來一滴水里面有這么多水分子；水分子真的是太小太小了。

[留疑]不斷運(yùn)動著的分子與原子等微粒是怎樣構(gòu)成物質(zhì)的呢？有什么規(guī)則嗎？我們通過幾個活動來一起探究微粒的性質(zhì)。

[學(xué)生活動]小組合作，在教師的引導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)活動并記錄現(xiàn)象，展開交流討論。

活動1：向50mL水加入50mL酒精，觀察溶液體積變化；向100mL黃豆里面加100mL綠豆，觀察并記錄體積變化；

交流討論1: 50mL水和50mL酒精混合后體積小于100mL，100mL黃豆加100mL綠豆混合后體積也小于100mL(觀察到綠豆嵌入黃豆之間的縫隙里)，所以分子等微粒在組成物質(zhì)時彼此之間是有縫隙的；

結(jié)論1：構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間有間隔。

活動2：取氣密性良好的兩支大小相同的醫(yī)用注射器，分別吸入等體積的空氣和水，用手指頂住針筒末端的小孔，將栓塞慢慢推進(jìn)，觀察并記錄兩者壓縮情況；

交流討論2: 吸入水的注射器很難推動，吸入空氣的注射器可使勁推動一小段距離，教師引導(dǎo)從微粒之間的間隔思考其原因；

結(jié)論2：構(gòu)成物質(zhì)的微粒間有間隔，且不同狀態(tài)的物體，微粒之間的間隔距離不同；

越來越多的人類勞動可以被人工智能替代，這對人類來說，是巨大的變遷。它對極少數(shù)人來說，是機(jī)遇、財富和統(tǒng)治權(quán)，但對絕大多數(shù)人來說，卻是災(zāi)難和奴役。為什么?讓我們回顧一下大歷史。

活動3：用手捏捏裝滿空氣、水和裝滿冰的三個密封塑料瓶，觀察并記錄其形變程度和用力情況；

交流討論3: 裝有空氣的塑料瓶形變程度最大，且用力最少；裝有水的塑料瓶也能發(fā)生一定的形變，比較費(fèi)勁；裝有冰的塑料瓶幾乎沒有形變，最為費(fèi)力，教師引導(dǎo)從三種狀態(tài)的物質(zhì)微粒之間的間隔思考其原因；

結(jié)論3：氣體的分子間隔大于液體分子間間隔大于固體分子間間隔；

活動4：將裝有適量酒精溶液的密封塑料袋放入熱水中，待密封袋不再變化后再放到冷水中，觀察并記錄現(xiàn)象；

交流與討論4: 將密封袋放入熱水中不一會兒，密封袋就“胖”起來了；將膨脹的密封袋放入冷水中，密封袋就“瘦”下去了；教師引導(dǎo)從溫度對微粒間隔的影響的角度來思考其中原因；

結(jié)論4：分子等微粒之間的間隔受熱時增大、遇冷時縮??；

[板書結(jié)論]

微粒的特征3：構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間有間隔。

(同種微粒間的間隔：氣體>液體>固體；微粒間隔隨溫度的升高而增大)

環(huán)節(jié)三: 宏微結(jié)合、建構(gòu)三重表征模型

[教師]通過前面的探究，我們認(rèn)識了構(gòu)成物質(zhì)的微粒，并且對它的組成特點(diǎn)也有了一定的了解，接下來，我們從化學(xué)視角來看看我們熟悉的物質(zhì)究竟是由哪些微粒構(gòu)成呢？

[投影]幾種熟悉的物質(zhì)的“物質(zhì)名稱-宏觀組成-微觀構(gòu)成-化學(xué)符號”的比較表。如表1所示。

表1 物質(zhì)的“物質(zhì)名稱-宏觀組成-微觀構(gòu)成-化學(xué)符號”比較表

[學(xué)生活動]在教師的引導(dǎo)下結(jié)合前面已經(jīng)掌握的知識完成表格，嘗試從宏觀、微觀和化學(xué)符號的化學(xué)三重表征的角度來認(rèn)識物質(zhì)。

環(huán)節(jié)四：學(xué)以致用，全新認(rèn)識世界

[投影]從微粒的角度分析并解釋以下現(xiàn)象：

1)水蒸發(fā)為水蒸氣后體積變大；2)墻內(nèi)開花墻外花香；3)香水、汽油等易揮發(fā)物質(zhì)需要密封保存；4)夏天的濕衣服比冬天的濕衣服干得快；5)6000L氧氣在加壓的情況下可裝入40L的鋼瓶中；6)混合物和純凈物有什么不同？

[學(xué)生活動]從微粒的角度進(jìn)行解釋。

[師生活動]共同進(jìn)行課堂小結(jié)。

[播放視頻]“化學(xué)之美之沉淀”。

[師生活動]共同欣賞放大數(shù)倍后的沉淀反應(yīng)，感受化學(xué)之美。

3 教學(xué)設(shè)計特色

1)該教學(xué)設(shè)計以PCK理論下“1+5”教學(xué)導(dǎo)航模式來展開，從“構(gòu)成物質(zhì)的基本微?！边@一學(xué)科主題出發(fā)，明晰本主題所對應(yīng)的素養(yǎng)線、知識線，進(jìn)而明確合適的興趣線、策略線和評價線內(nèi)容，有助于教師構(gòu)建起整節(jié)教學(xué)內(nèi)容的整體框架。教師站在學(xué)生理解問題的角度選取合適的興趣內(nèi)容和教學(xué)策略來引導(dǎo)學(xué)生對相應(yīng)知識點(diǎn)的思考與探究，將復(fù)雜難懂學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生容易理解的學(xué)生知識，提高學(xué)生課堂參與度，最終落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2)該教學(xué)過程較好地展示了新課程下以素養(yǎng)為導(dǎo)向，“教、學(xué)、評”一體化的教學(xué)設(shè)計，如利用方糖溶解、酒精揮發(fā)等大量生活實(shí)例的興趣內(nèi)容通過問題驅(qū)動的教學(xué)策略來讓學(xué)生認(rèn)識到“物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的”這一知識點(diǎn)，并在此過程中診斷并發(fā)展學(xué)生對物質(zhì)從物質(zhì)水平到微粒水平的進(jìn)階認(rèn)識，初步建構(gòu)學(xué)生的微粒概念；利用混合豆豆、壓縮空氣和水、膨脹的密封袋等學(xué)生的趣味活動通過實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)策略讓學(xué)生自主探究微粒的基本性質(zhì)，并通過學(xué)生在活動中的表現(xiàn)診斷并發(fā)展學(xué)生對分子與原子等微粒認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化水平(視角水平、內(nèi)涵水平)等。

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