基于“素養為本”的任務型教學設計
——阿伏加德羅常數的測定

許如意

（新昌中學 浙江紹興 312500）

我國著名化學家、教育學家戴安邦教授說：“化學實驗教學是實施全面教育的最有效的教學形式。”實驗教學是化學教學的核心內容和著重關注點，“實驗教學能為學生正確認識物質及其變化規律提供實驗事實，具有目的性、探索性、現實性和易感知性”。任務型教學策略恰恰迎合了實驗教學的目的性這一原則，大大提高實驗教學的有效性和清晰度，“任務型教學即以具體的任務為學習動力或動機，以完成任務的過程為學習過程，以展示任務成果的方式來體現教學成就。”在開展任務的過程中，有很多不可預測的情況出現，此時教師作為監控者應及時對學生的學習過程及問題適當給予幫助與指導，從而推進教學過程，貫穿科學探究的思想，完成任務后引導學生進行評價與思考并進行適當拓展。筆者以蘇教版選修《實驗化學》中“阿伏加德羅常數的測定”為例，探討基于“素養為本”的任務型教學在化學實驗教學中的應用[1]。

一、教學設計思路

“阿伏加德羅常數的測定”一課選自教版選修《實驗化學》專題5拓展課題2。本課題是電化學問題研究的內容，旨在學習電解電鍍原理的應用，阿伏加德羅常數的測定也是利用電解硫酸銅溶液的方法進行測定。涉及到的理論知識有電解池的原理、電鍍的相關知識、阿伏伽德羅常數的定義、電路的相關知識、誤差分析等。引導學生在“做”中“學”，能夠利用電解電鍍的方法測得阿伏加德羅常數，同時通過科學探究的方式引導學生設計研究出更好的實驗方案加以測定，科學探究的一般過程貫穿整個課堂，分組實驗進行探究，讓學生在參與合作中互相學習，在探究的過程中加深對于基本知識的理解，培養宏觀辨識與微觀探析、實驗探究與創新意識、證據推理與模型認知的核心素養，這也是本節課的中心任務。對于實驗結果采取多元評價的方式，即過程評價與計算結果評價相結合的方式。

此前，學生已經學習了電解與電鍍的基本知識以及阿伏加德羅常數的基本概念，同時積累了一定的物理電路知識可以獨立搭建電路以及使用電流傳感器，對于一些實驗過程中洗滌稱量等基本操作也以及比較熟悉。但由于本課原理較復雜，所以在課前交代學生預習本課內容，包括本課的原理、電子天平的基本操作、電流傳感器的使用等。

基于以上教材和學情分析，結合理論指導，本節課采用教師引導性學習任務設計和學生自主實驗設計及探究為核心，師生、生生多維度互動的方式展開。教學過程包括三個學習任務，各個任務中滲透不同素養導向功能。“學習任務1”旨在對電解原理的充分認知，以及如何利用電解原理測定阿伏加德羅常數的深刻剖析，需要從“宏觀”和“微觀”兩個方面考慮它們之間的聯系，過程中帶著變化的觀念，通過證據推理出電解法測阿伏加德羅常數的原理，以及對書本所給實驗裝置的深刻理解；“學習任務2”突出實驗設計和實驗探究，引導學生對課本給定實驗裝置和方案進行評價和改進，討論設計合理的實驗方案，合作完成實驗探究，提高實驗操作、描述現象等綜合實驗能力，并在這個過程中能夠從系統誤差、隨機誤差、過失誤差三個方面對各個實驗結果進行誤差分析，說明各個實驗方案的問題所在，如何改進以及甄選出最佳的實驗方案，在這個過程中培養實驗探究與創新意識的核心素養，幫助學生深刻認識實驗原理，正確分析誤差原因，培養證據推理與模型認知的核心素養；“學習任務3”引導學生總結出科學探究的一般過程，培養科學探究的精神與意識，拓展認識其他更精確得測定阿伏加德羅常數的方法，并介紹生活當中利用常溫下雙氧水分解產生氧氣的化學反應原理以及注射器等生活廢棄物設計的簡易裝置測定阿伏伽德羅常數的方法，體會化學與生活的聯系。

二、教學流程

（一）認知啟迪，原理推理

【學習任務1】課前，充分復習阿伏加德羅常數的定義、意義以及電解的基本原理，通過回顧阿伏加德羅常數與物質的量、微粒數的關系建立與電解法之間的聯系，在學案中準確推理出電解法測阿伏加德羅常數的數學表達式，從而準確理解課本所給實驗方案及相應裝置的意義。

【評價任務1】基于經驗水平、概念原理水平診斷學生對知識的掌握程度，進一步培養宏觀辨識與微觀探析的能力

[學生活動]

隨著我國經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，人們對生活質量的要求越來越高，越來越多的人涌進城市，使得我國的城市化水平不斷提高。青島市作為我國經濟發展迅速的城市，同時作為美麗的海濱城市，其人口城市化率每年都在提高（見圖1）。

（1）什么是阿伏加德羅常數？

充分復習預習后完成學案任務：

12g碳12中所含有的原子數，用NA表示，近似為6.02*1023每摩爾

發完短信，再瞅那兩位姑娘，已不見蹤影。此時，那首歌的MV也已在電視上消失，取而代之的是沒完沒了的電視郵購廣告。高潮的情緒驀然低落下來，索然寡味地站在車廂里，任乘客擠來擠去。

設計意圖：及時歸納、總結與提升，加深對電解法測阿伏加德羅常數的認識，以及培養合理設計最優實驗方案的能力。

（3）預習說明課本所給實驗方案和實驗裝置測阿伏加德羅常數的基本原理：

梳理總結：①討論分析誤差最小的組別及原因；②進一步研討如何消除隨機誤差和過失誤差。

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

設計意圖：引導學生從學習經驗和經驗事實理解實驗原理，加深對阿伏加德羅常數的理解，做好知識儲備，初步診斷學生的認知水平。

（二）研討改進，誤差分析

【學習任務2】評價課本所給方案；自主設計改進實驗方案；對實驗結果進行合理評價和誤差分析，選擇出最佳實驗方案。

【評價任務2】激發學生內在學習動機，發展科學探究核心素養，小組合作，培養合作意識，鍛煉嚴謹實驗操作能力，尋找證據解釋結果，發展證據推理素養。

隨著中國制造業的產業結構調整，中國對美出口產品結構也在升級，資本密集型產業如電子通信、機械制造產業等，對美出口也呈現出增長的態勢，漲幅較大，與勞動密集型產品出口規模的差距在不斷縮小。2017年中國向美國出口的電機和電氣產品總額為1470.0億美元，同比增長14.0%；機械設備出口總額為1096.3億美元，同比增長12.5%，占據中國對美國出口總額的首位。

[學生活動]

經典MDS通常利用相異性矩陣計算低維空間中(通常是二維或三維)對應的節點信息.假設網絡中布置有N個需要定位的機器人,每個機器人上設置有傳感器網絡節點,分別由x1,x2,…,xn表示,D=[dij]N×N為距離矩陣,dij表示節點i與節點j之間的實際距離，即

交流與研討1：對于課本給出的實驗方案給出評價（若認為有缺陷，給出改進猜想）結合同學對于缺陷的改進討論并設計本組實驗，以小組為單位匯報實驗方案（見表1）

設計意圖：培養學生科學處理數據的能力，建立宏觀辨識與微觀探析的意識，在誤差分析的過程中培養學生證據推理與模型認知的能力。

表1 方案設計

[學生活動]

實驗實施：①依據這三種方案展開實驗探究，考慮到科學性，每兩組采用同一種方案做平行實驗，自由分配；②說明實驗過程中的注意事項：根據本組預期討論的實驗方案，結合書本的實驗裝置、實驗步驟和桌上提供的實驗器材、藥品進行實驗設計，實驗過程中注意電子天平的規范使用、電解液的準確配置、銅電極的洗滌除雜、電解裝置的準確搭建、數據的及時記錄與處理等。（注：教師引導明確任務處理意外）

設計意圖：通過小組合作，鍛煉實驗操作能力，在科學探究過程中培養核心素養，在實驗中完成知識整合與深度學習

[學生活動]

該系統主要包括車輛的防撞系統、智能駕駛輔助系統、車輛運行管理系統、收費管理系統和車輛控制系統等，使用不同種類的子系統可以對道路和車輛進行科學的控制和管理[4]。

[學生活動]

設計意圖：尊重學生對于實驗的理解與改進，在實驗過程中加深對電解法測阿伏加德羅常數的理解，發揮學生主體地位。

表2 實驗結果

表3 誤差分析

數據處理、誤差分析：①收集數據并處理；②結果展示（見表2），從系統誤差、隨機誤差和過失誤差角度討論分析各方案的可能誤差來源（見表3）。

（引導：原理是在0.1A恒定電流下電解硫酸銅溶液60分鐘，微觀電子的總數目通過時間與電流的乘積得到總電量與電子的電量比值測得，電子的物質的量由宏觀陽極銅的減重或陰極銅的增重間接測得，兩者比值即為阿伏伽德羅常數。

項目經理部按照建設工程施工合同的要求，明確了項目三大控制和安全生產的目標，明確驗收標準，施工組織設計，施工圖預算等工作。為便于具體的施工，開展資料收集工程具體特點和施工難點分析等工作，為開工申請的順利獲批做好一切準備。

小麥生產試驗采用大區對比法，不設重復。小區寬6米以上，面積不少于200平方米，并設不少于6行的保護區。全區收獲計產，計算增（減）產百分率。

（2）阿伏加德羅常數與物質的量、微粒數之間的關系：NA=N/n

（三）拓展思路、不斷升華

【學習任務3】歸納科學探究的一般過程，學習了解阿伏加德羅常數測定方法的演變史，介紹生活中利用簡易裝置測阿伏加德羅常數的方法，激發對化學的更多興趣。

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]:

[學生活動]

交流討論：通過整節課的學習進行討論歸納總結科學探究的一般過程，構建模型

設計意圖：在實踐中培養科學探究的精神和意識，在實驗中構建思維模型，發展證據推理素養，完善學生認知。

[學生活動]

視野拓展：課外可瀏覽學習其他測定阿伏加德羅常數的方法：①電子電荷法；②單分子油膜法；③現代X射線晶體密度法（XRCD）。校準氣體質譜法準確測定硅原子量，從而確定阿伏加德羅常數。

美學屬于哲學。從哲學、一般藝術學和書法學三者結合的高度上去研究書法，這是一個正途，尤其是對書法本質這樣的本體性問題更應重視哲學化的問題。從創作技法、經驗的探討，在積累中升上去、玄上去，是非常關鍵的。馬正平先生于1995年指出：“寫作哲學是寫作文化的核心。”“從思維學、心理學、表達學的角度，是不能最終探求寫作的奧秘的。”［2］472

設計意圖：拓展學習不同的方法測定阿伏加德羅常數，開闊學習的視角與知識的廣度。

三、實踐感悟

筆者作為一名青年教師，在一師一優課的視頻錄制課中精心設計了本節課，課后對本節課的各個環節進行了簡析和反思。第一個感觸就是課堂學習任務的設計不能馬虎，特別是本節課是以探究性學習為主的課，如何在有限的時間內最大限度得為學生提供互動和交流的機會，達到教學目的，是需要深入思考的，并且由于本課實驗的操作較復雜，課堂中可能會出現各種各樣的問題，非常需要有效把控課堂的能力，這對我來說也是一個挑戰。

站點布局上能夠實現全覆蓋，加油站庫存方面也沒有絲毫問題。每座加油站一次可以存儲約40噸柴油，500座加油站約可存兩萬噸柴油，對于春耕、秋收兩季每天最多銷量5000噸左右柴油，每天兩萬噸的庫存量，完全可以滿足農民的用油需求。

其次，需要對教材內容有較為準確的定位，自己希望學生能夠獲得的核心素養也要有清晰的認知，否則就是一堂混亂不堪的課堂，因此我精心設計了學案讓學生加以充分預習，使得各個學習任務得以有效開展。但在施教的過程中，還是深刻的感受到了自身素養的不足，對于課堂內容和形式的設計需要學習的地方還有很多，還需要不斷學習以應對教學過程中遇到的各種情況。