基于科學思維培育的單元復(fù)習教學設(shè)計與實施

【摘要】本文以滬教版化學九年級上冊“構(gòu)成物質(zhì)的微?！眴卧獜?fù)習教學為例，基于科學思維培育制訂單元復(fù)習教學目標，設(shè)計“構(gòu)筑球球認知模型，激活科學思維”“拆合應(yīng)用球球模型，形成科學思維”“轉(zhuǎn)化遷移球球模型，發(fā)展科學思維”的單元復(fù)習教學活動，促進學生思維的發(fā)展和能力的進階。

【關(guān)鍵詞】科學思維 單元復(fù)習教學 物質(zhì)的微粒 球球模型

【中圖分類號】G63 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2022）28-0041-04

《義務(wù)教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《2022年版化學課標》）提倡教師在教學過程中要逐步培養(yǎng)學生的化學觀念、科學思維、科學探究與實踐、科學態(tài)度與責任核心素養(yǎng)，體現(xiàn)化學學科育人的基本要求，全面展現(xiàn)化學課程學習對學生發(fā)展的重要價值。鐘啟泉先生認為，“核心素養(yǎng)—課程標準—單元設(shè)計—課時計劃”是課程發(fā)展和教學實踐的基本路線，單元教學設(shè)計是撬動課堂轉(zhuǎn)型的一個支點。在單元復(fù)習教學中，學生面對的是“片段的、無序的、理不清的”知識信息。教師需要找出一條思路，幫助學生整理、梳理知識，弄清概念間的聯(lián)系與區(qū)別，使學生能清晰地建立知識網(wǎng)絡(luò)。而《2022年版化學課標》中所提出的“基于實驗事實進行證據(jù)推理、建構(gòu)模型并推測物質(zhì)及其變化的思維能力”，屬于科學思維的一種表現(xiàn)形式，是化學學科基于“宏觀—微觀—符號”相結(jié)合的視角探究物質(zhì)及其變化規(guī)律的一種認知方式。本文以滬教版化學九年級上冊“構(gòu)成物質(zhì)的微?！眴卧獜?fù)習教學為例，探討借助球球模型幫助學生認識微觀世界，激活、形成并發(fā)展學生科學思維能力的教學策略。

一、基于科學思維培育的單元復(fù)習教學設(shè)計思想

化學是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化及其應(yīng)用的一門自然科學，其特征是從微觀層次上認識物質(zhì)，以符號的形式描述物質(zhì)，在不同的層面上創(chuàng)造物質(zhì)。教師應(yīng)基于科學思維培育的需要，結(jié)合學生的基本學情，從化學學科核心素養(yǎng)內(nèi)涵出發(fā)，統(tǒng)籌規(guī)劃單元復(fù)習教學目標，并依據(jù)目標擬定教學活動流程。

（一）教學內(nèi)容分析及教學目標制訂

“構(gòu)成物質(zhì)的微?！眴卧饕獜奈⒂^層面研究物質(zhì)的構(gòu)成，而初中生處于形象思維與初步抽象思維共存互換的階段，對微觀粒子的理解存在一定的困難。本單元復(fù)習從學生的基本學情出發(fā)，利用模擬建構(gòu)微粒模型的認知方法，遵循“宏觀—微觀”的思路，引導(dǎo)學生基于微觀實質(zhì)進行對比歸納，明晰本單元學習的元素、原子、分子等核心概念，同時正確建構(gòu)單元基本概念關(guān)系圖；以“拆分”“組合”的思維方法，研究物質(zhì)變化過程中的微觀實質(zhì)；以問題引領(lǐng)或任務(wù)驅(qū)動的形式，引導(dǎo)學生或小組合作或獨自歸納，固化多角度認識物質(zhì)的思路和方法，深入思考化學變化與質(zhì)量守恒定律之間的宏微觀關(guān)系并學會量化分析其間的關(guān)系；最后將模擬建構(gòu)模型的思維方法，轉(zhuǎn)化遷移到“空中生煙”實驗的新情境當中，使學生固化對化學變化和物理變化的宏微觀本質(zhì)區(qū)別的認識，能從本質(zhì)上分析、解釋、體會概念學習的價值和意義?！皹?gòu)成物質(zhì)的微粒”單元復(fù)習課的教學目標：初步模擬構(gòu)筑常見物質(zhì)的球球模型，運用比較、分類、分析、歸納等方法明晰基本概念，并能解釋一些簡單的化學問題；學會運用實驗、觀察等方法，獲取化學事實，從微粒變化的視角分析化學現(xiàn)象；能以“宏觀—微觀—符號”相結(jié)合的方式認識和表征化學變化，形成一定的證據(jù)推理能力。

（二）教學活動流程

在設(shè)計“構(gòu)成物質(zhì)的微粒”單元復(fù)習教學時，筆者構(gòu)建了相應(yīng)的教學活動流程（如圖1）。教師基于科學思維的培育，根據(jù)單元復(fù)習教學目標，在培養(yǎng)學生形成微粒觀的過程中，注重通過構(gòu)筑球球認知模型、拆合應(yīng)用球球模型和轉(zhuǎn)化遷移球球模型以期達到激活、形成、發(fā)展科學思維，強化創(chuàng)新意識，落實核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求的目的。

二、基于科學思維培育的單元復(fù)習教學實施路徑

單元復(fù)習教學具有相關(guān)性和層次性，避免了傳統(tǒng)課時教學中知識點的孤立學習和機械練習，有利于化學教學過程與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提高教學效益。教師在教學目標的指導(dǎo)下，以學科知識為載體設(shè)計問題驅(qū)動和任務(wù)驅(qū)動，根據(jù)構(gòu)建的單元教學活動流程有效實施教學活動。

（一）構(gòu)筑球球認知模型，激活科學思維

不同種原子可以構(gòu)成不同的分子，進而聚集形成不同的物質(zhì)。同一種原子亦可以構(gòu)成不同的物質(zhì)，比如初中學習的同素異形體。學生從微觀的視角辨識物質(zhì)的真實面目，通過構(gòu)筑球球認知模型，可以將抽象的知識在大腦中具體化、實體化，從而形成知識框架，使原本抽象、枯燥的化學知識變得更為清晰，更有利于學生將知識由點、線、面織成網(wǎng)，激活科學思維。

師：我們已經(jīng)學習了很多生活中常見的物質(zhì)，你熟知的有哪些呢？

生：氧氣、二氧化碳、水等。

師：你能根據(jù)化合價正確書寫它們的化學式嗎？你能根據(jù)課本中它們的微粒模型圖片構(gòu)筑它們的球球模型嗎？請同學們根據(jù)元素周期表，聯(lián)系原子的相對質(zhì)量大小，盡可能根據(jù)微粒相對質(zhì)量的不同，按比例構(gòu)筑構(gòu)成物質(zhì)微粒的球球模型，以小組的形式進行展示。

學生小組分工捏揉黏土制作球球模型，填寫常見物質(zhì)的球球模型展示表（如表1）。為突出“物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的”這一主題內(nèi)容，可以引導(dǎo)學生通過對比碳、氧、氫等原子的相對質(zhì)量大小來設(shè)計球球模型的相對大小，鍛煉學生的動手能力、對比分析能力和抽象思維能力。構(gòu)筑球球模型還可以為后續(xù)建構(gòu)本單元基本概念的關(guān)系圖奠定基礎(chǔ)。

教師結(jié)合小組模擬構(gòu)筑的常見物質(zhì)的微粒模型，請學生思考如何才能正確表征出純凈物、混合物、單質(zhì)和化合物等基本概念的微觀實質(zhì)。課堂中教師首先課件呈現(xiàn)了一組學生用球球模型展示的四個基本概念的微觀實質(zhì)圖（如圖2）；然后結(jié)合表1、圖2中物質(zhì)微粒的球球模型，讓學生辨析元素、原子、分子、純凈物、混合物、單質(zhì)以及化合物等概念之間的聯(lián)系和區(qū)別，獨自完成建構(gòu)本單元的基本概念關(guān)系圖；最后通過師生、生生交流，完善“構(gòu)成物質(zhì)的微?！眴卧靖拍铌P(guān)系圖（如圖3）。

師：認真思考，請說明建構(gòu)“構(gòu)成物質(zhì)的微?！眴卧靖拍铌P(guān)系圖的依據(jù)。

生：分子是由原子構(gòu)成；只有一種分子構(gòu)成的是純凈物；混合物是由不同種分子構(gòu)成；同種元素組成的純凈物是單質(zhì)等。

學生通過獨立思考，從宏觀—微觀相結(jié)合的維度繪制、評價、完善本單元基本概念關(guān)系圖，加大了課堂內(nèi)容設(shè)計的開放性，突出了學生學習的主體地位。教師借助球球模型的構(gòu)筑促進學生形成物質(zhì)的微粒觀；借助知識由點成線筑面織網(wǎng)的過程，建構(gòu)起一個單元概念的知識體系，有效激活了學生的科學思維。

（二）拆合應(yīng)用球球模型，形成科學思維

聯(lián)系已經(jīng)學過的知識，“分解反應(yīng)”是水通電分解生成氫氣和氧氣的一種反應(yīng)過程，“化合反應(yīng)”是氫氣在氧氣中燃燒生成水的一種反應(yīng)過程，其中：“分”指代分子分解成原子，“合”指代原子重新組合成分子。分解反應(yīng)和化合反應(yīng)，可謂一語雙關(guān)，在引導(dǎo)學生利用已學知識重新認識物質(zhì)發(fā)生化學變化的過程中球球模型的拆合應(yīng)用，培養(yǎng)了新的建模思路，促進了科學思維的形成。

師：你能分別從宏觀和微觀的角度來說一說水的組成或構(gòu)成嗎？

生：水是由氫元素和氧元素組成，水是由氫原子和氧原子構(gòu)成。

師：你能從“分解反應(yīng)”和“化合反應(yīng)”角度，利用拆分球球模型并組合安裝的方式，來演示“探究水的組成”的微觀變化過程嗎？

學生理清思路，通過拆合球球模型的方式，展示“探究水的組成”的微觀過程圖（如圖4）。仔細觀察圖4，從“宏觀—微觀”的角度出發(fā)，小組成員都說一說物質(zhì)發(fā)生化學變化的過程中哪些微粒發(fā)生了實質(zhì)性的改變，進而影響到了宏觀元素和物質(zhì)的改變，同時關(guān)注它們量的變化關(guān)系，形成思維路徑，并獨自設(shè)計化學變化與質(zhì)量守恒定律的關(guān)系圖（如圖5）。

通過球球模型的拆分和組合，學生會在大腦中不斷強化物質(zhì)的微粒觀以及變化的路徑，加深質(zhì)量守恒定律中原子的種類、數(shù)目、質(zhì)量均不變的實質(zhì)以及化學變化過程的實質(zhì)就是原子的重新組合，進而形成一定的建模思想和抽象思維能力。

（三）轉(zhuǎn)化遷移球球模型，發(fā)展科學思維

實踐是檢驗真理的唯一標準。為了檢驗學生科學思維的發(fā)展水平，教師可以組織學生以小組的形式開展實驗探究。

師：分別打開濃鹽酸、濃氨水的玻璃瓶蓋并將瓶子置于空氣中時，你觀察到什么樣的實驗現(xiàn)象？你認為這是什么變化過程？構(gòu)成物質(zhì)的微粒是什么？發(fā)生了什么樣的變化？

資料卡1：打開濃鹽酸玻璃瓶蓋，瓶口產(chǎn)生的是氯化氫氣體；打開濃氨水玻璃瓶蓋，瓶口產(chǎn)生的是氨氣，它們遇空氣中的水形成白霧，是揮發(fā)現(xiàn)象。

學生根據(jù)教師的一連串提問，通過動手實驗并觀察實驗現(xiàn)象等方法獲得化學事實，通過和資料進行比對、分析，形成一定的證據(jù)推理能力。

師：當分別蘸有濃鹽酸和濃氨水的兩根玻璃棒相互靠近時，你又觀察到什么現(xiàn)象？

資料卡2：濃鹽酸揮發(fā)出的氯化氫遇到濃氨水揮發(fā)出的氨氣會發(fā)生化學反應(yīng)，生成白色固體氯化銨，從而形成白煙（“空中生煙”反應(yīng)）。

通過前后兩組實驗對比，學生產(chǎn)生思維碰撞，加深了對化學變化和物理變化的認識。根據(jù)資料卡1、2，教師請學生根據(jù)元素和原子團化合價，正確書寫反應(yīng)物和生成物的化學式及化學方程式；根據(jù)提供的資料，獨立連接該反應(yīng)的微觀變化比例模型圖（如圖6）；從“宏觀—微觀”的角度說一說物理變化與化學變化的實質(zhì)，獨自總結(jié)歸納知識要點（如圖7）。

師：在回顧本單元知識的過程中，你學到了什么思維方法？你還能再舉出一例，從宏觀和微觀的角度分別說明反應(yīng)中的哪些物質(zhì)發(fā)生了變化嗎？嘗試將你的設(shè)計寫在自己的作業(yè)本上。

教師引導(dǎo)學生對比概念的異同，運用比較法、分類法構(gòu)建基本概念的關(guān)系圖，有利于學生從“宏觀—微觀”角度總結(jié)歸納物理變化和化學變化的本質(zhì)區(qū)別，引導(dǎo)學生找出知識背后隱藏的科學規(guī)律和問題解決思路，培養(yǎng)“獲取信息、分析問題、解決問題”的科學思維能力。

三、基于科學思維培育的單元復(fù)習教學評價

以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，教師要立足學生基本學情，重視以學生學習過程為載體的有效教學評價，積極改進終結(jié)性評價，科學設(shè)計評價工具，充分關(guān)注學生在化學學習活動中的具體表現(xiàn)。在實施精準學習評價的過程中，教師不僅要對學生課堂活動的學習狀態(tài)、參與度和表現(xiàn)力做出適當評價，而且要關(guān)注學生課堂活動中吸納學科知識的學習效果和思維路徑，以及學生在學習過程中的思維外顯水平。在學習活動評價中，除了師評外，學生自評和互評也是不可或缺的。學生自評能“三省吾身”，自我反思、自我完善、自我進步。而學生之間的交流和評價不僅能促進學生對學科知識的深度理解，而且有利于學生形成科學思維。

在單元復(fù)習教學評價中，常見的評價類型主要有“日常作業(yè)評價”和“活動表現(xiàn)評價”?！皹?gòu)成物質(zhì)的微?！眴卧獜?fù)習教學的具體評價采用的是學習活動表現(xiàn)評價（如表2）。本次學習活動評價的設(shè)計主要立足于檢驗學生科學思維的水平，使學生學會建立模型認知的正確路徑和方法，并能進行遷移應(yīng)用。

四、基于科學思維培育的單元復(fù)習教學反思

單元復(fù)習是教學活動中的重要一環(huán)，是提高教學質(zhì)量，促進學生認知結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的關(guān)鍵。僅通過本單元這一類“構(gòu)建、拆合球球模型”來發(fā)展學生的空間想象能力和抽象思維能力，還不能使學生真正形成建模思想。教師除了展示直觀的模型外，還可以在不同的單元復(fù)習教學中采用不同的模型，逐步培養(yǎng)學生的模型意識，發(fā)展學生的模型認知思維。比如在復(fù)習“碳的化合物”時，教師就可以在教學中引入“價—類二維圖”，簡單梳理物質(zhì)化學式與化合價的關(guān)系，通過對比強化學生對化合價的再認識。教師還可以采用圖片、動畫、視頻、信息等不同形式，讓學生再次體驗學習的過程，既達到對所學知識的鞏固與運用，又兼顧學生的自我認識與探索。此外，單元復(fù)習教學中教師還可以給學生適當布置一些精題來強化知識，比如對典型例題采用“一題多解”或“多題一解”的模式來增強學生的歸納總結(jié)能力和知識遷移能力等。

有效的單元復(fù)習教學設(shè)計不是內(nèi)容的簡單重復(fù)和堆砌，而是圍繞一個主題由淺入深、層層遞進地展開，發(fā)展學生的高階思維，優(yōu)化學生的認知結(jié)構(gòu)。在復(fù)習教學階段，教師通過設(shè)計有效的教學活動促進學生自主反思、完善并建立合理的前后知識間的聯(lián)系和進階，引導(dǎo)學生在解決真實情境問題的過程中培養(yǎng)思維的外顯力和創(chuàng)造力，從中彰顯初中化學知識的功能和價值。

參考文獻

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［4］喻俊，葉佩佩.促進學生核心素養(yǎng)發(fā)展的單元教學設(shè)計實踐探索［J］.化學教學，2020（5）：51-55.

作者簡介：張俊?。?988— ），河南上蔡人，二級教師，研究方向為初中化學教學。

（責編 韋榕峰）