以多角度认知发展学生化学学科素养的线上教学*——以“离子晶体”单元教学为例

赵扬

首都师范大学附属中学 北京 100048

1 研究背景

“双减”政策下，课堂教学需要提质增效，并减轻学生学业负担。为达成“双减”的相关要求，教师需要改变传统思维模式，从知识为本体的教学走向思维发展的教学和学生核心素养达成的教学。这样的课堂能促进学生深度思考，提高学生课堂参与度，使学习真正地发生，从而实现提质增效。

新时代背景下，网络资源丰富，中小学生需要线上学习。当“双减”遇到线上学习，一线教师应该充分挖掘网络中的各种教学资源，尤其是教学软件的功能与价值，使资源服务于教学，提高线上教学质量。“离子晶体”的学习内容位于人教版选择性必修2 第三章第三节，具有复杂性、抽象性等特点。在线上教学中合理运用教学软件，全方位、多角度展示晶体结构，能帮助学生突破认知难点。引导学生将结构信息与性质相关联，体现“结构决定性质”的学科大概念，从而发展化学学科“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。在学习方式上引导学生利用软件对晶体进行自主研究，能培养学生多角度认知晶体结构的能力，以培养学生思维的全面性。

2 单元学习内容

课程标准对“离子晶体”的学习要求如下：借助离子晶体等模型认识晶体的结构特点；制作离子晶体结构模型；比较氯化钠、氯化铯等离子晶体的结构特征；能借助离子晶体等模型说明晶体中的微粒及其微粒间的相互作用[1]。“离子晶体”属于高二化学的教学内容，教材以氯化钠、氯化铯两种典型的晶体为例，引导学生通过观察晶胞结构理解离子晶体的部分微观结构特征，归纳总结离子晶体的结构特点和性质规律，从而达成课标的要求。对学生来说，晶体属于微观概念，晶胞具有三维结构，学生难以充分想象出其全部的形态。并且，晶体是晶胞在三维空间不断重复的单元，呈现出来的结构具有一定的复杂性。晶体知识的抽象性和复杂性使很多学生望而生畏，为了突破学生的认知障碍，面对线上教学的要求，教师选择使用虚拟实验室，引导学生在虚拟实验室中体验晶体的制作过程、观察晶胞的特点，在虚拟实验室中学生能够直观地多角度观察晶胞，实现对晶体结构的深度认知，以提高思维的全面性。此时再关联到宏观的物质性质，体会晶体结构对物质性质的影响，来发展“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养。虚拟实验室的软件有很多，笔者所在学校线上教学使用的平台是ClassIn，因此在课堂上选择使用ClassIn 中嵌入的NB 虚拟实验室辅助教师教学，并向学生推荐CrystalMaker 软件，这个软件比NB 虚拟实验室包括更为丰富的晶胞信息，供学生课后自主探究，辅助学生完成作业。

多角度认知的学习过程，是不断促进学生思考的思维活动，提高学生问题解决能力，发展核心素养[2]。为了培养学生“多角度认知”的能力，笔者对“离子晶体”的教学内容进行了两课时的单元重构。第一课时由教师带领学生共同探究离子晶体中的氯化钠、氯化铯晶体，总结离子晶体晶胞的特点及对性质的影响，形成研究晶体的认知角度。第二课时发展学生的迁移能力，由学生自主研究另外两种晶体——硫化锌、氟化钙晶体的微观结构，并由学生自主汇报研究过程、研究结论，以及对结论进行分析解释，检测学生是否掌握了多角度认知晶体的能力。两课时的学习过程通过学生多角度认知晶体结构，来发展学生“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。

两课时的关系如图1所示。第一课时是第二课时的学习基础，每个课时包括3 部分的学习环节，线上学习中软件的合理运用能提质增效，因此在图中标明了每个环节中主要使用的软件情况。

图1 线上教学单元的学习内容及软件使用情况

3 单元学习目标

第一，通过氯化钠、氯化铯晶胞的学习，建立离子晶体的认知角度，发展思维的全面性。

第二，通过氯化钠、氯化铯晶胞特点与性质的关联学习，对大概念“结构决定性质”形成深刻认知，发展“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。

第三，通过硫化锌、氟化钙晶胞的学习，检测学生“多角度认知”能力的掌握情况，进一步发展其“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。

4 单元学习资源

线上教学中，结合网络资源、软件的多样性，为学生提供了丰富的学习资源。资源分为文本类、软件类和视频类，具体如表1所示。

表1 “离子晶体”单元教学资源

5 单元学习过程

第1 课时

环节一：探秘氯化钠晶体结构（15 min）

关键问题1：氯化钠晶胞是如何堆积形成的？如何理解配位数？

学生活动：观看氯化钠晶胞堆积视频，理解其形成过程。能推理出配位数，并汇报给教师。

关键问题2：氯化钠晶胞中氯离子和钠离子的数量关系及位置是怎样的？如何理解钠离子（或氯离子）彼此之间的位置关系？

学生活动：观看ClassIn 平台NB 虚拟实验室中的晶胞特点，推理出数量关系及位置关系。

关键问题3：氯化钠晶胞边长与阴阳离子半径的关系是怎样的？

学生活动：观看教师在iPad 手写板书上的推理过程，理解半径与边长的关系。

资源价值：第一，微课视频提供了氯化钠的堆积过程，ClassIn 平台NB 虚拟实验室提供了氯化钠的晶胞信息，这些资源具有直观性，能帮助学生理解复杂抽象的晶体结构。第二，iPad 手写板书的过程是教师思维外显的过程，能促进学生逻辑思维的发展。

环节二：探秘氯化铯晶体结构（15 min）

关键问题1：氯化铯晶胞是如何堆积形成的？如何理解配位数？

学生活动：观看氯化铯晶胞堆积视频，理解其形成过程。能推理出配位数，并汇报给教师。

关键问题2：氯化铯晶胞中氯离子和钠离子的数量关系及位置是怎样的？如何理解钠离子（或铯离子）彼此之间的位置关系？

学生活动：观看ClassIn 平台NB 虚拟实验室中的晶胞特点，推理出数量关系及位置关系。

关键问题3：氯化铯晶胞边长与阴阳离子半径的关系是怎样的？

学生活动：根据堆积过程，模拟教师推理氯化钠晶胞边长和半径关系的过程，独立推断氯化铯的相关内容，并汇报给老师。

资源价值：第一，微课视频提供了氯化铯的堆积过程，ClassIn 平台NB 虚拟实验室提供了氯化铯的晶胞信息，这些资源具有直观性，能帮助学生理解复杂抽象的晶体结构。第二，学生手写推理过程并拍照上传至ClassIn 小黑板，教师展示并邀请学生讲解。

环节三：归纳总结离子晶体的结构特点并探秘离子晶体结构与性质的关系（15 min）

关键问题：1.构成离子晶体的微粒是什么？微粒间的作用力是什么？2.离子晶体的结构与其部分物理性质之间的关系是什么？3.你能通过课堂小测吗？

学生活动：学生思考，回答问题。并在ClassIn 在线测试中完成测试，测试后软件立即呈现测试分数。

资源价值：在课堂小测环节，ClassIn 的课堂测试能即时出现学生成绩，有助于教师精准判断学生掌握情况，即时调整教学。

课后作业：小组合作，结合教师提供的资源库，多角度对硫化锌、氟化钙两种晶胞进行研究，完成学案或录制视频。

资源价值：运用CrystalMaker 晶体软件和教师提供的视频资源，完成另外两种晶胞的学习，填写学案或录制视频，发送到“每日交作业”小程序。教师遴选出优秀作业，供第2 次课课堂展示。

第2 课时

环节一：学生自主汇报硫化锌晶胞的研究过程（15 min）

关键问题：1.硫化锌晶胞，需要研究哪些方面呢？2.你还能研究哪些方面呢？

学生活动：堆积过程、配位数、晶胞中粒子数量及位置关系、晶胞边长和半径的关系为学生必须汇报的角度，其他角度不限。

资源价值：学生运用CrystalMaker 晶体软件展示晶体结构特点，并展示录制的视频，由完成作业优秀的学生在全班讲解各个角度，给出推理过程。

环节二：学生自主汇报氟化钙晶胞的研究过程（15 min）

关键问题：1.氟化钙晶胞，需要研究哪些方面？2.你还能研究哪些方面？

学生活动：堆积过程、配位数、晶胞中粒子数量及位置关系、晶胞边长和半径的关系为学生必须汇报的角度，其他角度不限。

资源价值：学生运用CrystalMaker 晶体软件展示晶体结构特点，并展示录制的视频，由完成作业优秀的学生在全班讲解各个角度，给出推理过程。

环节三：教师点评、明确研究方法（15 min）

关键问题：1.离子晶体的结构研究，我们需要研究哪些角度？2.离子晶体结构和其他三种晶体有哪些共同点？3.晶体的研究方法是什么？

学生活动：学生思考回答问题。进行自我评价。

资源价值：因学生无法在线上教学中书写板书，由学生采用口述的方式，教师运用iPad 手写板书，外显学生的分析思维，引导学生建立多种晶体之间的关系。

课后作业：在ClassIn 上完成单元测试。

资源价值：单元测试报告能即时生成，教师能评价自己的教学效果和学生的学习效果。

以上教学活动充分体现了线上教学的优势：资源丰富、反馈及时。丰富的软件应用于线上教学，辅助学生理解了复杂的、抽象的晶体结构，达成了教学目标。线上测试能即时反馈结果，有助于教师精准找到学习薄弱人群，并在课后进行一对一辅导。此外，在本单元的线上教学中，充分实现了“以学生为主体”的课堂学习模式。通过第2 课时的交流展示，学生之间思维碰撞，激活了学生的思维，也检测出学生思维是否具备“多角度”认知的全面性。整个教学过程，围绕多角度认知离子晶体结构的学习任务展开，环环相扣，从教师展示方法到学生运用方法研究新的晶体，形成了对晶体结构的自主认知、全面认知，并建立了微观结构与宏观性质的关系，发展了学生化学学科“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养。

6 单元学习评价

单元学习评价分为过程性评价和终结性评价。过程性评价包括学生线上回答问题、线上测试及课后作业。终结性评价是指单元学习后的单元测试。本单元运用线上学习软件，在评价方面有以下两点创新。

第一，诊断效率提高，实现了提质增效。在线测试具有即时性，这是目前线下学习中无法实现的功能。无论是过程性评价中的小测还是终结性评价中的单元测试，学生一旦完成，诊断报告立即生成，教师能够快速锁定学习薄弱人群，并在课后对其进行一对一辅导。同时，教师能在脑海中迅速调整教学策略，改进教学。

第二，作业形式创新。第1 课时的作业，属于迁移型作业。课内学习的是氯化钠、氯化铯晶胞，课后作业研究的是硫化锌和氟化钙晶胞。作业考查了学生的迁移能力，迁移能力已是化学学科核心素养的要求[3]。教师考查迁移能力的方法有很多，比如本单元中的填写学案或录制视频。学生可以根据自己的爱好和性格特点，选择适合自己的作业，只要达成作业目标即可。

7 单元教学反思

从学习目标来看，本单元重点发展学生对晶体结构“多角度认知”的能力，发展学生“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。第1 课时的作业中，有超过60%的同学能够准确地研究出另外两种陌生晶体的结构信息，在第2 课时的课堂教学中，还有些同学给出了学案以外的认识角度，如晶胞内的重复单元……这些情况都说明学生达成了“多角度认知”。单元诊断中，有95%的学生能够取得90 分以上的好成绩（满分100 分），说明教学过程有效地达成了预设的目标，发展了学生化学学科核心素养。

此外，为落实“双减”政策的要求，线上教学的核心是提质增效。第一，达成“提质”。“离子晶体”的单元教学，第1 课时的前半部分为教师主讲，目的是传授方法，教师在第1 课时的后半部分逐渐放手，让学生去推理晶胞和半径的关系。教师在第2 课时完全放手，让学生来讲解另外两种复杂的晶体结构，由教师做整体点评。这样的学习过程，达成了教学目标，做到了“提质”。第二，达成“增效”。“离子晶体”的单元教学，运用了多种软件、多类资源，充分体现了线上教学的优势。信息时代下，技术的使用本身就可以吸引学生注意力，本单元运用了多种技术，学生觉得这样的线上学习比教师对着PPT 讲解有趣很多，做到了“增效”。