基于“素养为本”的任务型教学设计——阿伏加德罗常数的测定

许如意

（新昌中学 浙江绍兴 312500）

我国著名化学家、教育学家戴安邦教授说：“化学实验教学是实施全面教育的最有效的教学形式。”实验教学是化学教学的核心内容和着重关注点，“实验教学能为学生正确认识物质及其变化规律提供实验事实，具有目的性、探索性、现实性和易感知性”。任务型教学策略恰恰迎合了实验教学的目的性这一原则，大大提高实验教学的有效性和清晰度，“任务型教学即以具体的任务为学习动力或动机，以完成任务的过程为学习过程，以展示任务成果的方式来体现教学成就。”在开展任务的过程中，有很多不可预测的情况出现，此时教师作为监控者应及时对学生的学习过程及问题适当给予帮助与指导，从而推进教学过程，贯穿科学探究的思想，完成任务后引导学生进行评价与思考并进行适当拓展。笔者以苏教版选修《实验化学》中“阿伏加德罗常数的测定”为例，探讨基于“素养为本”的任务型教学在化学实验教学中的应用[1]。

一、教学设计思路

“阿伏加德罗常数的测定”一课选自教版选修《实验化学》专题5拓展课题2。本课题是电化学问题研究的内容，旨在学习电解电镀原理的应用，阿伏加德罗常数的测定也是利用电解硫酸铜溶液的方法进行测定。涉及到的理论知识有电解池的原理、电镀的相关知识、阿伏伽德罗常数的定义、电路的相关知识、误差分析等。引导学生在“做”中“学”，能够利用电解电镀的方法测得阿伏加德罗常数，同时通过科学探究的方式引导学生设计研究出更好的实验方案加以测定，科学探究的一般过程贯穿整个课堂，分组实验进行探究，让学生在参与合作中互相学习，在探究的过程中加深对于基本知识的理解，培养宏观辨识与微观探析、实验探究与创新意识、证据推理与模型认知的核心素养，这也是本节课的中心任务。对于实验结果采取多元评价的方式，即过程评价与计算结果评价相结合的方式。

此前，学生已经学习了电解与电镀的基本知识以及阿伏加德罗常数的基本概念，同时积累了一定的物理电路知识可以独立搭建电路以及使用电流传感器，对于一些实验过程中洗涤称量等基本操作也以及比较熟悉。但由于本课原理较复杂，所以在课前交代学生预习本课内容，包括本课的原理、电子天平的基本操作、电流传感器的使用等。

基于以上教材和学情分析，结合理论指导，本节课采用教师引导性学习任务设计和学生自主实验设计及探究为核心，师生、生生多维度互动的方式展开。教学过程包括三个学习任务，各个任务中渗透不同素养导向功能。“学习任务1”旨在对电解原理的充分认知，以及如何利用电解原理测定阿伏加德罗常数的深刻剖析，需要从“宏观”和“微观”两个方面考虑它们之间的联系，过程中带着变化的观念，通过证据推理出电解法测阿伏加德罗常数的原理，以及对书本所给实验装置的深刻理解；“学习任务2”突出实验设计和实验探究，引导学生对课本给定实验装置和方案进行评价和改进，讨论设计合理的实验方案，合作完成实验探究，提高实验操作、描述现象等综合实验能力，并在这个过程中能够从系统误差、随机误差、过失误差三个方面对各个实验结果进行误差分析，说明各个实验方案的问题所在，如何改进以及甄选出最佳的实验方案，在这个过程中培养实验探究与创新意识的核心素养，帮助学生深刻认识实验原理，正确分析误差原因，培养证据推理与模型认知的核心素养；“学习任务3”引导学生总结出科学探究的一般过程，培养科学探究的精神与意识，拓展认识其他更精确得测定阿伏加德罗常数的方法，并介绍生活当中利用常温下双氧水分解产生氧气的化学反应原理以及注射器等生活废弃物设计的简易装置测定阿伏伽德罗常数的方法，体会化学与生活的联系。

二、教学流程

（一）认知启迪，原理推理

【学习任务1】课前，充分复习阿伏加德罗常数的定义、意义以及电解的基本原理，通过回顾阿伏加德罗常数与物质的量、微粒数的关系建立与电解法之间的联系，在学案中准确推理出电解法测阿伏加德罗常数的数学表达式，从而准确理解课本所给实验方案及相应装置的意义。

【评价任务1】基于经验水平、概念原理水平诊断学生对知识的掌握程度，进一步培养宏观辨识与微观探析的能力

[学生活动]

随着我国经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们对生活质量的要求越来越高，越来越多的人涌进城市，使得我国的城市化水平不断提高。青岛市作为我国经济发展迅速的城市，同时作为美丽的海滨城市，其人口城市化率每年都在提高（见图1）。

（1）什么是阿伏加德罗常数？

充分复习预习后完成学案任务：

12g碳12中所含有的原子数，用NA表示，近似为6.02*1023每摩尔

发完短信，再瞅那两位姑娘，已不见踪影。此时，那首歌的MV也已在电视上消失，取而代之的是没完没了的电视邮购广告。高潮的情绪蓦然低落下来，索然寡味地站在车厢里，任乘客挤来挤去。

设计意图：及时归纳、总结与提升，加深对电解法测阿伏加德罗常数的认识，以及培养合理设计最优实验方案的能力。

（3）预习说明课本所给实验方案和实验装置测阿伏加德罗常数的基本原理：

梳理总结：①讨论分析误差最小的组别及原因；②进一步研讨如何消除随机误差和过失误差。

得到此公式：NA=Ne/ne=ItM(Cu)/(2m*1.6*10-19)）

设计意图：引导学生从学习经验和经验事实理解实验原理，加深对阿伏加德罗常数的理解，做好知识储备，初步诊断学生的认知水平。

（二）研讨改进，误差分析

【学习任务2】评价课本所给方案；自主设计改进实验方案；对实验结果进行合理评价和误差分析，选择出最佳实验方案。

【评价任务2】激发学生内在学习动机，发展科学探究核心素养，小组合作，培养合作意识，锻炼严谨实验操作能力，寻找证据解释结果，发展证据推理素养。

随着中国制造业的产业结构调整，中国对美出口产品结构也在升级，资本密集型产业如电子通信、机械制造产业等，对美出口也呈现出增长的态势，涨幅较大，与劳动密集型产品出口规模的差距在不断缩小。2017年中国向美国出口的电机和电气产品总额为1470.0亿美元，同比增长14.0%；机械设备出口总额为1096.3亿美元，同比增长12.5%，占据中国对美国出口总额的首位。

[学生活动]

经典MDS通常利用相异性矩阵计算低维空间中(通常是二维或三维)对应的节点信息.假设网络中布置有N个需要定位的机器人,每个机器人上设置有传感器网络节点,分别由x1,x2,…,xn表示,D=[dij]N×N为距离矩阵,dij表示节点i与节点j之间的实际距离，即

交流与研讨1：对于课本给出的实验方案给出评价（若认为有缺陷，给出改进猜想）结合同学对于缺陷的改进讨论并设计本组实验，以小组为单位汇报实验方案（见表1）

设计意图：培养学生科学处理数据的能力，建立宏观辨识与微观探析的意识，在误差分析的过程中培养学生证据推理与模型认知的能力。

表1 方案设计

[学生活动]

实验实施：①依据这三种方案展开实验探究，考虑到科学性，每两组采用同一种方案做平行实验，自由分配；②说明实验过程中的注意事项：根据本组预期讨论的实验方案，结合书本的实验装置、实验步骤和桌上提供的实验器材、药品进行实验设计，实验过程中注意电子天平的规范使用、电解液的准确配置、铜电极的洗涤除杂、电解装置的准确搭建、数据的及时记录与处理等。（注：教师引导明确任务处理意外）

设计意图：通过小组合作，锻炼实验操作能力，在科学探究过程中培养核心素养，在实验中完成知识整合与深度学习

[学生活动]

该系统主要包括车辆的防撞系统、智能驾驶辅助系统、车辆运行管理系统、收费管理系统和车辆控制系统等，使用不同种类的子系统可以对道路和车辆进行科学的控制和管理[4]。

[学生活动]

设计意图：尊重学生对于实验的理解与改进，在实验过程中加深对电解法测阿伏加德罗常数的理解，发挥学生主体地位。

表2 实验结果

表3 误差分析

数据处理、误差分析：①收集数据并处理；②结果展示（见表2），从系统误差、随机误差和过失误差角度讨论分析各方案的可能误差来源（见表3）。

（引导：原理是在0.1A恒定电流下电解硫酸铜溶液60分钟，微观电子的总数目通过时间与电流的乘积得到总电量与电子的电量比值测得，电子的物质的量由宏观阳极铜的减重或阴极铜的增重间接测得，两者比值即为阿伏伽德罗常数。

项目经理部按照建设工程施工合同的要求，明确了项目三大控制和安全生产的目标，明确验收标准，施工组织设计，施工图预算等工作。为便于具体的施工，开展资料收集工程具体特点和施工难点分析等工作，为开工申请的顺利获批做好一切准备。

小麦生产试验采用大区对比法，不设重复。小区宽6米以上，面积不少于200平方米，并设不少于6行的保护区。全区收获计产，计算增（减）产百分率。

（2）阿伏加德罗常数与物质的量、微粒数之间的关系：NA=N/n

（三）拓展思路、不断升华

【学习任务3】归纳科学探究的一般过程，学习了解阿伏加德罗常数测定方法的演变史，介绍生活中利用简易装置测阿伏加德罗常数的方法，激发对化学的更多兴趣。

By adopting the method of density matrix, linear IOACs α(1)(ω), and the third-order nonlinear IOACs α(3)(I, ω) can be given as follows[14, 15, 18, 19]:

[学生活动]

交流讨论：通过整节课的学习进行讨论归纳总结科学探究的一般过程，构建模型

设计意图：在实践中培养科学探究的精神和意识，在实验中构建思维模型，发展证据推理素养，完善学生认知。

[学生活动]

视野拓展：课外可浏览学习其他测定阿伏加德罗常数的方法：①电子电荷法；②单分子油膜法；③现代X射线晶体密度法（XRCD）。校准气体质谱法准确测定硅原子量，从而确定阿伏加德罗常数。

美学属于哲学。从哲学、一般艺术学和书法学三者结合的高度上去研究书法，这是一个正途，尤其是对书法本质这样的本体性问题更应重视哲学化的问题。从创作技法、经验的探讨，在积累中升上去、玄上去，是非常关键的。马正平先生于1995年指出：“写作哲学是写作文化的核心。”“从思维学、心理学、表达学的角度，是不能最终探求写作的奥秘的。”［2］472

设计意图：拓展学习不同的方法测定阿伏加德罗常数，开阔学习的视角与知识的广度。

三、实践感悟

笔者作为一名青年教师，在一师一优课的视频录制课中精心设计了本节课，课后对本节课的各个环节进行了简析和反思。第一个感触就是课堂学习任务的设计不能马虎，特别是本节课是以探究性学习为主的课，如何在有限的时间内最大限度得为学生提供互动和交流的机会，达到教学目的，是需要深入思考的，并且由于本课实验的操作较复杂，课堂中可能会出现各种各样的问题，非常需要有效把控课堂的能力，这对我来说也是一个挑战。

站点布局上能够实现全覆盖，加油站库存方面也没有丝毫问题。每座加油站一次可以存储约40吨柴油，500座加油站约可存两万吨柴油，对于春耕、秋收两季每天最多销量5000吨左右柴油，每天两万吨的库存量，完全可以满足农民的用油需求。

其次，需要对教材内容有较为准确的定位，自己希望学生能够获得的核心素养也要有清晰的认知，否则就是一堂混乱不堪的课堂，因此我精心设计了学案让学生加以充分预习，使得各个学习任务得以有效开展。但在施教的过程中，还是深刻的感受到了自身素养的不足，对于课堂内容和形式的设计需要学习的地方还有很多，还需要不断学习以应对教学过程中遇到的各种情况。