基于核心素養的導引體驗式教學
——以“物質成分探究”為例

陳志英，劉文西，胡小兵

(寶雞文理學院 化學化工學院，陜西 寶雞 721013)

傳統教學過程側重于教師輸出，學生很少參與，很大程度上影響學生對知識的掌握和理解。如何提高初中化學教學效果，是提高學生學習質量效率的關鍵。導引體驗式教學能激發學生學習化學的興趣和提高學習積極性，對教學效果有重大意義。

1 化學學科核心素養

《義務教育化學課程標準(2022版)》提出化學學科核心素養主要包括化學觀念、科學思維、科學探究與實踐、科學態度與責任，展現化學課程學習對學生發展的教育育人價值，“物質的組成與結構”是其為促進學生核心素養發展為導向而設置的5個學習主題之一，“物質成分的探究”是該主題的大概念導引課[1]。教學設計運用化學史為教學情境，將核心素養滲透到教學過程中，運用原子結構示意圖、微課視頻等方式實現微觀世界可視化，以豐富學生對微觀世界的想像和認識，進一步形成物質成分的微觀視角[2]。

2 導引體驗式教學

導引體驗式教學是指教師教學過程中，通過對學習環境和學生理解程度的把握，進行課堂設計，讓學生親自參與實踐、探索和學習，實現知識掌握的一個過程[3]。導引體驗式教學的基本流程：教師引導—學生體驗—討論探究—分析解決問題—歸納總結。在核心素養的背景下，運用導引體驗式教學，能改變傳統教學模式教師輸出，學生被動接受學習，課堂效率低下的現狀，也能使學生主體地位得到提升，通過教師引導，學生體驗的過程，增強學生感性認識，激發多層次多角度求知欲，培養科學探索的精神。導引體驗式教學能充分發揮化學學科的優勢。化學史是化學學科的優勢，其與導引體驗式教學結合，通過感受科學家發現物質成分的歷程，體會其曲折發展，能加強學生對知識的理解，培養學生思考問題、分析問題、解決問題的能力。筆者設計教學設計時遵循學生主體性原則、知識體系化原則、課堂延展性原則[4]

3 教學設計

本節課選自義務教育人教版九年級化學第三單元[5]，是物質構成奧秘的導引課。在課程開始前，學生通過前面的學習，一直是從宏觀視角認識物質世界。到第三單元，要從宏觀轉入微觀層面學習，對于感知微觀世界經驗很少的學生來說難度很大。學生難以信服原子、質子等微觀粒子的存在。如何使學生信服、接納、領會微觀粒子的存在，是本節課的重難點。現階段的學生抽象思維尚未成熟、理解微觀世界能力不足。本節課先從宏觀視角，使學生理解概念；從微觀視角，進行證據推理感受科學家探索世界的歷程；通過宏微結合，初步建立模型認知；最后青蒿素應用，知識遷移實際生活。導引課作為物質組成與結構主題的第一節課，價值在于引導學生建構認識物質成分的宏微視角，體會化學家探索物質成分的歷程和學科思維方式，對化學史的學習初步建立模型認知的核心素養。

3.1 教學目標設計

1)通過理解波義耳和拉瓦錫有關物質成分的探究史實，初步建立對宏觀元素的認識和辨析科學家的觀點，形成科學思維，培養學生嚴謹的科學態度。

2)通過對道爾頓和阿伏伽德羅有關物質成分的探究史實，初步形成微觀粒子的認識，建立微觀粒子模型，理解物質是由原子和分子構成，體會物質成分探究的學科思維方式。

3)通過體會物質成分探究的發展歷程，知道人類對物質世界的探索是不斷發展的。

4)通過對青蒿素結構式進行分析，辨識其宏觀微觀成分，體會科學家的艱辛付出，培養民族自豪感。

3.2 教學流程 (如圖1)

圖1 教學流程

3.3 教學過程

1)宏觀視角，理解概念

[教師引入]物質是由什么組成的？科學家是如何發現物質成分？物質成分是如何不斷被人類探索？本節課教師就帶大家體驗物質成分探究的發展歷程。

[學生]觀看微課視頻

英國化學家波義耳在1661年出版《懷疑派化學家》一書中，提出元素是指化學變化中不能分解的物質，把化學看成一門獨立的科學，并認為科學不存在憑空的假說，必須以實驗和觀察為基礎。

[教師引導]波義耳的科學思想對化學發展產生了深遠的影響，使化學得以被確立為科學。基于波義耳對元素的定義可得，物質是由元素組成的，如何判斷一種物質是否為化學元素？

[活動1]閱讀素材1、小組討論思考對拉瓦錫元素分類表的看法。

[資料卡1]

表1 拉瓦錫的元素分類表

[學生1]石灰可以分成氧和鈣，石灰不是元素。

[學生2]鎂土、鋇土、鋁土、硅土不是元素、這些能再分。

[教師過渡]化學物質是否能用實驗方法再分作為當時判斷元素的依據。由于當時的化學實驗分析技術水平有限，用已知技術還不能分解的物質都被人們誤解為元素。19世紀初，英國科學家道爾頓發現了利用元素說無法解釋的問題，開始將物質成分的探究轉入微觀層面視角。

2)微觀視角，證據推理

[學生]觀看微課

1803年，英國氣象學、物理學家道爾頓提出原子論，認為物質是由原子構成，原子是不可分割微小的實心球體，在化學變化中原子不可分。

[教師旁白]道爾頓提出的原子論，解決了當時元素說無法解決的問題，人們逐漸意識到，原子是構成物質的一種成分，這標志著化學家們對物質成分的認識逐漸由宏觀層次步入到微觀層次。道爾頓提出原子論不久后，便有人提出與道爾頓相矛盾的假說。

[資料卡2]如圖2[6][7]。

圖2 蓋·呂薩克“半個原子“、阿伏伽德羅分子學說示意圖

圖3 原子內部結構示意圖

[教師提問]蓋·呂薩克基于道爾頓原子論通過實驗發現“半個原子”的情況存在，同學們根據其推測，完成圖2微觀模型模擬過程。道爾頓反駁其觀點，為什么？

[學生]因為原子不可分。

[教師引導]蓋·呂薩克與道爾頓對“半個原子”的說法各執己見。直到阿伏伽德羅提出分子學說，“半個原子”矛盾才得以解決。

[學生活動2]閱讀資料卡2 推測其微觀模型模擬過程。

[教師提問]閱讀資料卡2能得到什么結論？構成物質的成分只有原子嗎？

[小結]分子和原子都是微觀粒子，分子由原子構成，分子和原子都是構成物質的成分。

[教師拓展]當時的人們對道爾頓原子論這一權威學說的絕對信服，致使分子學說被埋沒了50多年，直到后來康尼查羅用實驗論證分子學說的正確性。阿伏伽德羅分子學說才被人們信服[8]。

3)宏微結合，建立模型

[教師提問]從道爾頓提出有關化學元素和原子關系的觀點中，可以得知元素與原子是什么關系？請同學們閱讀資料卡回答問題。

[學生]元素是由一種原子組成。例如氫元素由氫原子組成。

[教師引導]阿伏伽德羅的分子學說解決了“半個原子”的矛盾，但未解決原子是否可再分的問題。歷史上，人們一度認為原子是最小的粒子。直到1897年湯姆森的實驗改變人們這種認識。

[學生]觀看微課視頻。

1897年湯姆森陰極射線實驗及現象發現電子。1911年和1919年盧瑟福和他的團隊用α粒子轟擊金箔和氮原子核實驗裝置，發現原子核和質子。1932年查德威克用α粒子轟擊硼原子核的實驗：從硼原子核中得到了一個不帶電的粒子，其質量與質子差不多，命名為中子.

[學生活動3]原子可再分嗎？原子核中含有哪些粒子？請同學們在導學案中畫出原子內部結構。

[學生1]原子可再分為原子核和電子。

[學生2]原子核中由質子和中子構成。

[資料卡3]

表2 氫的3種同位素原子

[教師提問]英國科學家索迪發現同位素，以氫元素為例，發現氫元素的3種同位素，請同學們分析比較氫元素三種原子的質子數和中子數的異同點。

[學生討論探究]氫元素3種原子中質子數都相同，中子數不同。

[教師引導]氫元素有三種不一樣的原子，我們還能用元素是由一種原子組成作為判斷依據嗎？

[學生思考]不能，元素是由一類相同質子數，不同中子數組成的。

[教師總結]通過原子內部結構的不斷發現，元素含義被重新定義。元素是具有相同質子數的一類原子的元素總稱。化學家從宏觀微觀結合層面將元素和原子概念建立關聯。回顧科學家對物質成分的探索過程，從宏觀到微觀，根據不斷更新的實驗技術，對物質成分探究不斷深入。直到現在，科學家發現微觀世界最小的粒子是夸克，探索仍在繼續。

4)應用實踐，融會貫通

[資料卡5]屠呦呦發現有效的抗瘧藥——青蒿素獲得2015年諾貝爾醫學獎。

[教師]如何從宏觀與微觀視角辨識青蒿素的成分(如圖4)？

圖4 板書設計

[學生討論探究]青蒿素由碳元素、氧元素、氫元素組成。青蒿素分子由碳原子、氧原子、氫原子構成。

[教師總結]屠呦呦是中國第一個本土培養獲得科學類諾貝爾獎的科學家。她證明了特效抗瘧藥——青蒿素的存在，并將中西醫完美結合，成功提取出青蒿素。屠呦呦獲得諾貝爾醫學獎，開創了中國科學在本土進行科學研究獲得諾貝爾獎的先河。這一獎項式中國科學界迄今為止的最高獎項，也是中醫藥成果的最高獎項。關于對物質成分的探究，本節課帶大家體驗的只是一小部分，在今后的課堂里會進行更深層次地學習。

[投影]歸納與小結(如圖5)

圖5 青蒿素的結構式

4 教學反思

我們通過導引體驗式教學方式，將核心素養滲透到教學環節的各個方面。運用物質成分探究化學史設計教學情境，學生體驗學習科學家發現探索未知事物的思維方式。運用微課、微觀粒子示意圖等可視化方式，幫助學生信服原子、分子等粒子存在。實現學生主體，教師主導的新課程教育理念。以教師引導、學生體驗的教學，能激發學生興趣，煥發課堂活力，培養學生科學精神，實現教育的育人價值。