基于核心素養的高中化學翻轉課堂的教學嘗試
——以“原子結構模型的演變”教學為例

陳秀琴

（福建省莆田哲理中學，福建莆田 351100）

引 言

《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）提出了化學學科核心素養的五大要素：宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、實驗探究與創新意識、科學精神與社會責任，強調了“重視素養為本的教學”。《2017年普通高等學校招生全國統一考試理科綜合考試大綱的說明（課程標準實驗版）》的化學學科部分將化學學習能力概括為理解能力、推理論證能力、實驗探究能力和綜合分析能力。Aaron Sams等人把翻轉課堂界定為：學生通過觀看教學視頻來完成知識的傳授部分，以此將節省出的時間用于討論與交流。學生習得知識的過程也是提升學習能力的過程，所以課堂教學中教師所采用的教學方法、教學模式至關重要。以“原子結構模型的演變”這一化學史教學為例，筆者采用了翻轉課堂教學模式。在本課例中，課堂教學側重解決學生自學過程中遇到的三個問題：①湯姆生葡萄干面包式模型、道爾頓原子結構模型有什么缺點？為什么？②為什么α粒子散射實驗能說明原子內存在原子核？實驗應該怎么做？依據是什么？③量子力學是什么？

一、課前的導學提綱設計與自主學習

《課程標準》要求根據原子結構發現史和實驗事實認識原子結構，設計導學提綱（部分）（見表1）。在本課例中，具體教學設計流程（見圖1）。學生利用課余時間學習微課，完成導學提綱，把學習過程中產生的疑問及導學提綱中不會回答的問題在課堂中進行探究。

表1 部分導學提綱內容

圖1 教學設計流程

二、課中的引導與探究

學生的學習過程是在真實的學習情境中發現問題和解決問題的過程[1]。在化學課堂教學中，教師要引導學生先用化學思維思考問題，再用化學知識解決問題[2]。本課例中，對于學生自學過程中遇到的三個疑難問題，師生共同探究情況如下。

對于第一個問題，教師引導學生思考，學生通過分組討論形成一致觀點：湯姆生提出原子的葡萄干面包模型，認為原子中的正、負電荷是均勻分布的，質量也是均勻分布的，但這僅僅是猜測，沒有實驗依據，最終被盧瑟福推翻了。道爾頓實心球原子結構模型不能解釋原子內部有電子存在，這和湯姆生的葡萄干面包原子模型相矛盾。

對于第二個問題，教師引導學生進行層層深入地探究。教師提問：“道爾頓認為原子是實心球，不可再分，湯姆生認為原子內部有電子，那么，進一步探索原子結構需要利用物理方法還是化學方法？為什么？”學生回答：“需要利用物理方法，因為原子是化學變化中的最小微粒。”教師追問：“你能想出什么方法？”學生回答：“用一個東西砸它，看看會發生什么？”教師繼續引導學生思考：“用什么砸？”學生回答：“用一種微粒，帶電荷，要有一定的質量。”教師繼續引導：“砸什么？原子十分微小，轟擊單個原子幾乎是不可能的，那么如何處理？如果用金屬的薄片，讓它沒有太多原子，選擇什么金屬？為什么?”教師再適時給出相關資料：金箔厚度只有10-4cm，即1μm，只有頭發直徑的二十分之一。最終，學生選擇金箔作為被砸對象。教師進一步設問：“怎么砸？我們應該向金箔發射一束α粒子，觀察α粒子與金箔的原子發生作用后會怎么運動。”隨后，教師播放α粒子散射實驗視頻，引導學生討論并得出結論：原子是中空的，α粒子在運動過程中沒有受到阻礙；有帶正電荷的微粒對α粒子產生庫侖力的作用，原子中存在很小的帶正電荷的原子核；α粒子被反彈回來，說明原子質量都集中在原子核上。在學生思考進入白熱化階段時，教師引導學生類比遷移：“若在葡萄干面包模型中，α粒子穿過時不會發生較大偏轉甚至反彈，如何解釋這個現象呢？”并給學生信息提示：α粒子帶正電，電子的質量不到α粒子的1/7300。在教師的逐步引導下，學生豁然開朗。

對于第三個問題，教師先介紹化學史：玻爾在前人研究的基礎上利用物理學定律，成功計算出氫的電子可能的軌道半徑和對應的能量。然后，教師提問：“玻爾理論有什么優點？”學生發現，玻爾行星軌道模型成功解釋了氫原子光譜不連續的特點。接著，教師引出玻爾理論的局限性：用經典力學解釋微觀世界，由此引出量子力學，電子云的概念。最后，教師展示電子云圖片，解釋小黑點疏密處表示電子出現的概率密度大小，并不是真實存在的。

結 語

筆者采用翻轉課堂模式開展化學史教學，摒棄了傳統的知識灌輸式教學，把更多的課堂時間用在引導學生進行問題探究上。從課堂教學反饋來看，翻轉課堂教學對于調動學生學習積極性、培養學生的化學學科思維具有積極意義，有利于提升學生的化學核心素養[3]。需要注意的是，教師采用翻轉課堂教學模式，應充分考慮學生的實際情況、教學的難度和深度等情況，同時也需要教師不斷學習和實踐，以提升教學能力和課堂駕馭能力。