基于核心素养的导引体验式教学——以“物质成分探究”为例

陈志英，刘文西，胡小兵

(宝鸡文理学院 化学化工学院，陕西 宝鸡 721013)

传统教学过程侧重于教师输出，学生很少参与，很大程度上影响学生对知识的掌握和理解。如何提高初中化学教学效果，是提高学生学习质量效率的关键。导引体验式教学能激发学生学习化学的兴趣和提高学习积极性，对教学效果有重大意义。

1 化学学科核心素养

《义务教育化学课程标准(2022版)》提出化学学科核心素养主要包括化学观念、科学思维、科学探究与实践、科学态度与责任，展现化学课程学习对学生发展的教育育人价值，“物质的组成与结构”是其为促进学生核心素养发展为导向而设置的5个学习主题之一，“物质成分的探究”是该主题的大概念导引课[1]。教学设计运用化学史为教学情境，将核心素养渗透到教学过程中，运用原子结构示意图、微课视频等方式实现微观世界可视化，以丰富学生对微观世界的想像和认识，进一步形成物质成分的微观视角[2]。

2 导引体验式教学

导引体验式教学是指教师教学过程中，通过对学习环境和学生理解程度的把握，进行课堂设计，让学生亲自参与实践、探索和学习，实现知识掌握的一个过程[3]。导引体验式教学的基本流程：教师引导—学生体验—讨论探究—分析解决问题—归纳总结。在核心素养的背景下，运用导引体验式教学，能改变传统教学模式教师输出，学生被动接受学习，课堂效率低下的现状，也能使学生主体地位得到提升，通过教师引导，学生体验的过程，增强学生感性认识，激发多层次多角度求知欲，培养科学探索的精神。导引体验式教学能充分发挥化学学科的优势。化学史是化学学科的优势，其与导引体验式教学结合，通过感受科学家发现物质成分的历程，体会其曲折发展，能加强学生对知识的理解，培养学生思考问题、分析问题、解决问题的能力。笔者设计教学设计时遵循学生主体性原则、知识体系化原则、课堂延展性原则[4]

3 教学设计

本节课选自义务教育人教版九年级化学第三单元[5]，是物质构成奥秘的导引课。在课程开始前，学生通过前面的学习，一直是从宏观视角认识物质世界。到第三单元，要从宏观转入微观层面学习，对于感知微观世界经验很少的学生来说难度很大。学生难以信服原子、质子等微观粒子的存在。如何使学生信服、接纳、领会微观粒子的存在，是本节课的重难点。现阶段的学生抽象思维尚未成熟、理解微观世界能力不足。本节课先从宏观视角，使学生理解概念；从微观视角，进行证据推理感受科学家探索世界的历程；通过宏微结合，初步建立模型认知；最后青蒿素应用，知识迁移实际生活。导引课作为物质组成与结构主题的第一节课，价值在于引导学生建构认识物质成分的宏微视角，体会化学家探索物质成分的历程和学科思维方式，对化学史的学习初步建立模型认知的核心素养。

3.1 教学目标设计

1)通过理解波义耳和拉瓦锡有关物质成分的探究史实，初步建立对宏观元素的认识和辨析科学家的观点，形成科学思维，培养学生严谨的科学态度。

2)通过对道尔顿和阿伏伽德罗有关物质成分的探究史实，初步形成微观粒子的认识，建立微观粒子模型，理解物质是由原子和分子构成，体会物质成分探究的学科思维方式。

3)通过体会物质成分探究的发展历程，知道人类对物质世界的探索是不断发展的。

4)通过对青蒿素结构式进行分析，辨识其宏观微观成分，体会科学家的艰辛付出，培养民族自豪感。

3.2 教学流程 (如图1)

图1 教学流程

3.3 教学过程

1)宏观视角，理解概念

[教师引入]物质是由什么组成的？科学家是如何发现物质成分？物质成分是如何不断被人类探索？本节课教师就带大家体验物质成分探究的发展历程。

[学生]观看微课视频

英国化学家波义耳在1661年出版《怀疑派化学家》一书中，提出元素是指化学变化中不能分解的物质，把化学看成一门独立的科学，并认为科学不存在凭空的假说，必须以实验和观察为基础。

[教师引导]波义耳的科学思想对化学发展产生了深远的影响，使化学得以被确立为科学。基于波义耳对元素的定义可得，物质是由元素组成的，如何判断一种物质是否为化学元素？

[活动1]阅读素材1、小组讨论思考对拉瓦锡元素分类表的看法。

[资料卡1]

表1 拉瓦锡的元素分类表

[学生1]石灰可以分成氧和钙，石灰不是元素。

[学生2]镁土、钡土、铝土、硅土不是元素、这些能再分。

[教师过渡]化学物质是否能用实验方法再分作为当时判断元素的依据。由于当时的化学实验分析技术水平有限，用已知技术还不能分解的物质都被人们误解为元素。19世纪初，英国科学家道尔顿发现了利用元素说无法解释的问题，开始将物质成分的探究转入微观层面视角。

2)微观视角，证据推理

[学生]观看微课

1803年，英国气象学、物理学家道尔顿提出原子论，认为物质是由原子构成，原子是不可分割微小的实心球体，在化学变化中原子不可分。

[教师旁白]道尔顿提出的原子论，解决了当时元素说无法解决的问题，人们逐渐意识到，原子是构成物质的一种成分，这标志着化学家们对物质成分的认识逐渐由宏观层次步入到微观层次。道尔顿提出原子论不久后，便有人提出与道尔顿相矛盾的假说。

[资料卡2]如图2[6][7]。

图2 盖·吕萨克“半个原子“、阿伏伽德罗分子学说示意图

图3 原子内部结构示意图

[教师提问]盖·吕萨克基于道尔顿原子论通过实验发现“半个原子”的情况存在，同学们根据其推测，完成图2微观模型模拟过程。道尔顿反驳其观点，为什么？

[学生]因为原子不可分。

[教师引导]盖·吕萨克与道尔顿对“半个原子”的说法各执己见。直到阿伏伽德罗提出分子学说，“半个原子”矛盾才得以解决。

[学生活动2]阅读资料卡2 推测其微观模型模拟过程。

[教师提问]阅读资料卡2能得到什么结论？构成物质的成分只有原子吗？

[小结]分子和原子都是微观粒子，分子由原子构成，分子和原子都是构成物质的成分。

[教师拓展]当时的人们对道尔顿原子论这一权威学说的绝对信服，致使分子学说被埋没了50多年，直到后来康尼查罗用实验论证分子学说的正确性。阿伏伽德罗分子学说才被人们信服[8]。

3)宏微结合，建立模型

[教师提问]从道尔顿提出有关化学元素和原子关系的观点中，可以得知元素与原子是什么关系？请同学们阅读资料卡回答问题。

[学生]元素是由一种原子组成。例如氢元素由氢原子组成。

[教师引导]阿伏伽德罗的分子学说解决了“半个原子”的矛盾，但未解决原子是否可再分的问题。历史上，人们一度认为原子是最小的粒子。直到1897年汤姆森的实验改变人们这种认识。

[学生]观看微课视频。

1897年汤姆森阴极射线实验及现象发现电子。1911年和1919年卢瑟福和他的团队用α粒子轰击金箔和氮原子核实验装置，发现原子核和质子。1932年查德威克用α粒子轰击硼原子核的实验：从硼原子核中得到了一个不带电的粒子，其质量与质子差不多，命名为中子.

[学生活动3]原子可再分吗？原子核中含有哪些粒子？请同学们在导学案中画出原子内部结构。

[学生1]原子可再分为原子核和电子。

[学生2]原子核中由质子和中子构成。

[资料卡3]

表2 氢的3种同位素原子

[教师提问]英国科学家索迪发现同位素，以氢元素为例，发现氢元素的3种同位素，请同学们分析比较氢元素三种原子的质子数和中子数的异同点。

[学生讨论探究]氢元素3种原子中质子数都相同，中子数不同。

[教师引导]氢元素有三种不一样的原子，我们还能用元素是由一种原子组成作为判断依据吗？

[学生思考]不能，元素是由一类相同质子数，不同中子数组成的。

[教师总结]通过原子内部结构的不断发现，元素含义被重新定义。元素是具有相同质子数的一类原子的元素总称。化学家从宏观微观结合层面将元素和原子概念建立关联。回顾科学家对物质成分的探索过程，从宏观到微观，根据不断更新的实验技术，对物质成分探究不断深入。直到现在，科学家发现微观世界最小的粒子是夸克，探索仍在继续。

4)应用实践，融会贯通

[资料卡5]屠呦呦发现有效的抗疟药——青蒿素获得2015年诺贝尔医学奖。

[教师]如何从宏观与微观视角辨识青蒿素的成分(如图4)？

图4 板书设计

[学生讨论探究]青蒿素由碳元素、氧元素、氢元素组成。青蒿素分子由碳原子、氧原子、氢原子构成。

[教师总结]屠呦呦是中国第一个本土培养获得科学类诺贝尔奖的科学家。她证明了特效抗疟药——青蒿素的存在，并将中西医完美结合，成功提取出青蒿素。屠呦呦获得诺贝尔医学奖，开创了中国科学在本土进行科学研究获得诺贝尔奖的先河。这一奖项式中国科学界迄今为止的最高奖项，也是中医药成果的最高奖项。关于对物质成分的探究，本节课带大家体验的只是一小部分，在今后的课堂里会进行更深层次地学习。

[投影]归纳与小结(如图5)

图5 青蒿素的结构式

4 教学反思

我们通过导引体验式教学方式，将核心素养渗透到教学环节的各个方面。运用物质成分探究化学史设计教学情境，学生体验学习科学家发现探索未知事物的思维方式。运用微课、微观粒子示意图等可视化方式，帮助学生信服原子、分子等粒子存在。实现学生主体，教师主导的新课程教育理念。以教师引导、学生体验的教学，能激发学生兴趣，焕发课堂活力，培养学生科学精神，实现教育的育人价值。