優化課程內容結構和組織形式的實踐探索

王云生

摘要： 依據課程標準，評析教育部智慧教育平臺課程教學選擇刊出的三節化學課堂教學課例，闡述化學課堂教學優化課程內容結構和組織形式，落實學科課程育人方針的幾個途徑：依據知識的邏輯結構、學生的認知結構，設計、組織教學活動；靈活運用多種學習方式，創造性地運用教材，引領學生從宏觀、微觀視角探究、認識物質結構、性質與變化；指導學生綜合應用學科內、學科間的已有知識理解、學習新知，了解化學科學發展成就，發展學科核心素養。

關鍵詞： 化學課堂教學; 課程內容結構; 內容組織形式; 物質結構與性質

文章編號： 1005-6629（2023）09-0003-05???中圖分類號： G633.8???文獻標識碼： B

2022年新修訂的義務教育各學科課程標準在前言“主要變化”一段中指出，課程標準“優化了課程內容結構”，“基于核心素養發展要求，遴選重要觀念、主題內容和基礎知識，設計課程內容，增強內容與育人目標的聯系，優化內容組織形式。設立跨學科主題學習活動，加強學科間相互關聯，帶動課程綜合化實施，強化實踐性要求”，“構建實踐型的學科育人方式”［1］。在課程教學中，落實優化課程內容結構的要求，不僅是義務教育階段也是高中階段各學科課程教學的重要問題。

學科課程教學要體現學科的本質特點、彰顯學科的獨特育人價值，一要依據課程標準遴選的各學習主題的教學內容，參照教材，優化內容組織形式。以學習主題統領教學內容，以學科基本觀念、思想統攝基礎知識、基本技能、學科研究方法和價值等必備知識；二要基于真實情境、問題、任務、項目設計組織教學活動，注重學科實踐，運用以實驗（或社會調查）為主要手段的科學探究學習方式，注意學科內、學科間的相互聯系。

在教育部國家中小學智慧教育平臺［2］設置的“課程教學”欄目中，為各學科課程教學提供了許多優秀的課堂教學課例。這些課例較好地體現了課程標準優化課程內容結構和內容組織形式的要求，對課堂教學的設計組織有很好啟發示范作用，有助于推動課堂教學改革的深化。下文以平臺“課程教學”欄目提供的高中化學課程“物質結構與性質”模塊的三節課（“分子的空間結構”“物質的聚集狀態與晶體常識”“配合物與超分子”）［3］為例做分析，與同行們切磋。

三節課依據化學課程標準規定的化學選擇性必修課程“物質結構與性質”模塊主題2（微粒間的相互作用與物質性質）的“分子空間結構”“晶體與聚集狀態”、主題3的“物質結構的探索無止境”［4］，參照人民教育出版社編寫的該模塊教材的第2章第二節“分子的空間結構”、第3章第一節“物質的聚集狀態與晶體常識”、第四節“配合物與超分子”設計組織。三節課在學習內容設計、內容組織形式上貫徹了課程標準的教學要求，具有鮮明的特色。

1? 依據知識的邏輯結構、學生的認知結構，設計、組織教學活動，幫助學生理解、掌握分子空間結構的知識體系

“分子的空間結構”一節課，教師依據課程標準規定的學習要求（“結合實例了解共價分子具有特定的空間結構，并可運用相關理論和模型進行解釋和預測。知道分子的結構可以通過波譜、X射線衍射等技術進行測定”［5］），以“多樣的分子空間結構”“價層電子對互斥模型”“雜化軌道理論簡介”三個標題統領全節教學內容，把教學過程分為三個階段，依次引領學生認識共價分子具有一定空間結構，學習科學家研究分子空間結構提出的價層電子對互斥模型，理解科學家為解釋分子空間結構提出雜化軌道理論。教學過程體現了分子空間結構基礎知識的內在邏輯結構。與此相對應，教師用“感受分子的空間結構”“預測分子的空間結構”“解釋分子的空間結構”三個副標題，揭示了學習、掌握學習內容的認知順序。從直觀形象地感受分子空間結構的多樣性入手，了解科學家如何預測、呈現分子的空間結構，認識科學家如何解釋分子固有的空間結構。課堂教學的設計、組織，把知識本身的邏輯結構與學生對分子空間結構認知的邏輯結構加以統整，使教師的教學思路、知識的內在邏輯結構、學生的學習思路三者和諧地統一起來。課堂教學結構流暢，易于理解接受。

在教學過程中，教師依照設計的教學思路，整合重組教材編寫的教學內容，靈活運用教材中“資料卡片”“科學技術社會”等欄目提供的情境素材，參照“思考討論”“研究與實踐”等欄目組織學生開展學習活動，優化教學內容的組織形式，把教師的啟發性講解、學生的學習活動和諧地統一起來。使各個段落的學習內容無縫對接，自然流暢。教學過程中，教師沒有刻意、機械地向學生呈示學習目標、說明內容的重難點，也沒有做空洞的學習方法說教，但是學生通過課堂的講解和學習活動，能清晰地了解學什么、怎樣學。必備基礎知識的理解、掌握，化學觀念的教育，化學研究方法的啟迪，學習價值的體會，通過學習活動自然而然地達成了，給人潤物細無聲之感。一掃某些課堂教學看似熱鬧，卻雜亂無序、華而不實的教風。

教學的第一階段，為了幫助學生感受（認識）分子空間結構的多樣性，教師把教材中的第1、 2兩小節整合重組，以多樣的分子結構統領學習內容，結合多媒體教學手段的運用，組織學生觀察多種精美的分子結構動畫，引導學生認識幾種雙原子、三原子、四原子、五原子分子的空間結構模型，體會到“分子空間結構”是共價分子中原子在空間所處位置的幾何學關系的直觀呈現。教師還注意提醒學生，由于分子中處于不斷的伸縮、彎曲的振動之中，分子空間構型呈現的是分子中各原子處于平衡狀態下，原子空間位置的幾何學關系。教學內容的設計組織，幫助學生建立了正確的分子結構觀念。能多角度、辯證地看待分子空間結構，認識分子空間結構的客觀性與多樣性。隨后，以問題為導引，轉入下一階段的學習。啟發學生思考為什么共價分子具有一定的空間結構，怎樣了解、怎樣運用物質結構理論預測、解釋分子的空間結構。

在第二階段的教學中，教師先結合實例通俗簡要地介紹科學家怎樣運用紅外光譜測定、晶體X射線衍射等實驗方法來測定分子的空間結構；具體闡述科學家如何運用“價層電子對互斥模型”推測分子的空間結構。為了幫助學生建立價層電子對互斥的概念，教師用綁扎在一起的2、 3、 4、 5個氣球，呈現這些氣球在空間的排布，讓學生直觀看到氣球互斥所形成的空間排列情況。用它類比分子（離子）中，中心原子的σ鍵電子對、孤電子對（合稱中心原子的價層電子對）具有互斥作用，使之盡可能地遠離，處于能量最低、最穩定的狀態。幫助學生形象地認識到價層電子對互斥模型是怎樣構建的，體會到分子中中心原子價層電子對由于互斥作用，使分子中各原子在空間的位置具有特定的幾何學關系。再聯系學生必修化學、有機化學基礎已學的典型分子，學習分子空間結構的測定、推測，體會、掌握如何依據分子中價層電子對［包括中心原子成鍵（σ鍵）電子對和孤電子對］的數目確定價層電子對互斥模型、分子的空間結構。清晰地辨識價層電子對互斥模型與分子的空間結構的關系。教師還組織學生開展學科實踐活動，分析各類典型實例，深化對“價層電子對互斥模型（VSEPR model）”、分子的空間結構的認識，提高靈活運用VSEPR模型、確定分子空間結構的能力。練習既包括教材中所列舉的分子（離子）的空間結構，也補充了學生較為陌生的HCN、 O3等實例，鼓勵學生運用所學的基本原理分析、預測較為陌生、復雜的分子的VSEPR模型和分子的空間結構。歸納了運用VSEPR模型”預測分子的空間結構的5個基本步驟（依據中心原子與所結合的原子數確定σ鍵的電子對數、從分子的電子式或運用計算通式確定孤電子對數、確定中心原子的價層電子對數、確定電子對互斥模型、依據VSEPR模型和孤電子對數確定分子空間結構），幫助學生清晰、快捷地掌握了運用VSEPR模型分析分子空間結構的具體方法。

在第三段雜化軌道理論的教學中，教師以碳原子的價層電子的排布難以解釋甲烷分子空間結構的問題為例創設問題情境，引入了鮑林的雜化軌道理論的學習。以學定教，設計組織學習活動，并針對學生的學習難點和存在問題，指導、答疑。例如，強調說明雜化軌道理論的提出是為了解決原有的價鍵理論難以說明某些分子空間結構的問題。避免學生把雜化軌道理論視為分子空間結構形成的原因。又如，為了組織學生開展實踐活動，幫助學生正確理解、運用雜化軌道理論推測分子空間結構。活動后，幫助學生用簡明扼要的語言總結從學習活動得到的體會：（1）雜化軌道的形成是有條件的，在外界條件影響下，中心原子的能量相近的軌道發生雜化，使其他原子的結合得以發生；（2）中心原子的價層電子對數目、孤電子對數目與形成的雜化軌道數目有確定的關系：雜化軌道數=中心原子的價層電子對數=中心原子的孤電子對數+中心原子與結合原子間的σ鍵電子對數；（3）軌道雜化后，軌道的成分、能量、形狀、伸展方向都發生了變化，但軌道數目不變，雜化軌道用于形成中心原子與所結合原子的σ鍵或容納未參與成鍵的孤電子對；分子中形成π鍵的電子只能處于沒有發生雜化的原子軌道上。

2? 靈活運用多種學習方式，創造性地運用教材，引領學生從宏觀、微觀視角認識物質的聚集狀態，了解晶體的特征、晶體結構的測定方法，了解認識晶體微觀結構的思路和方法

“物質聚集狀態與晶體常識”一節是人教版《物質結構與性質》模塊教材第一章（“晶體結構與性質”）的第一節。教材是依據高中化學課程標準主題2的內容要求編寫的。與舊課標下的學習要求相比，學習內容修改補充較多。其中有關晶胞結構學習內容的理解掌握需要有一定的幾何學知識和空間想象能力，難度較大［6］。如何設計、組織學習內容才能取得較好的教學效果，智慧課堂提供的課例能給教師諸多啟示。

為了幫助學生從微觀視角認識物質的聚集狀態，授課教師參照教材以學生熟悉的物質三態及其轉化為例，說明物質三態的變化是構成物質的粒子間的作用力在外界條件影響下發生改變的結果。在此基礎上，列舉晶體、非晶體、等離子體、離子液體、液晶等實例，說明物質的聚集狀態隨構成物質的微粒（離子、分子、原子等）種類、微粒間的相互作用、微粒聚集程度的不同有所差異。組織學生通過各種學習活動（樣品觀察、實驗事實、數據圖表的分析等），直觀地了解固體兩種聚集狀態（晶體與非晶體）在宏觀性質上的差異；認識晶體具有自范性、各向異性的本質原因是晶體內部質點排列的有序性。通過實例分析說明利用X射線晶體衍射實驗是區別晶體和非晶體最可靠的科學方法。介紹晶體形成的途徑、我國科研人員開發CVD人造金剛石國產化生產線的科研成果，幫助學生了解晶體研究及其應用價值。

為了幫助學生更好地學習“晶體微觀結構的測定”，教師把教材中的三、四（晶胞、晶體結構的測定）小節合并重組，引導學生像科學家那樣，從晶體結構的基本單元（晶胞）的研究，認識晶體結構；利用X射線晶體衍射實驗得到的衍射圖譜，經過計算處理，獲得晶胞的結構的各種信息，了解晶體中微粒的相互關系。在教學過程中，教師運用諸多形象的實例、實驗事實幫助學生建立晶胞的概念。為了幫助學生明確晶胞與晶體的關系，用動畫形象地說明，晶胞無隙并置是共頂點、共平面、共棱線的。識別晶胞，要確定它的八個頂點是否完全相同，沿著三維直角接坐標x、 y、 z軸的三套各4根平行棱是否分別相同，沿著x-y、 x-z、 y-z展開的三套各兩個平行面是否分別相同。運用若干實例引領學生通過分析，學會辨識晶胞，從定性、定量兩方面分析晶胞結構，把握分析晶體微觀結構的思路和方法，能依據晶胞結構確定晶體中各組成粒子的空間位置關系，晶體的化學組成、密度。

3? 指導學生綜合應用在學科內、學科間已學的知識理解、掌握“配合物”、“超分子”的基礎知識，了解化學科學發展的成就，落實“研究物質結構的方法與價值教育”的要求

2017年版高中化學課程標準在學習內容上要求“認識簡單配位化合物的成鍵特征、了解配位化合物的存在與應用”，把簡單配合物的制備作為學生的必做實驗之一［7］。還要求“了解人類探索物質結構的過程，認同物質結構的探索無止境的觀點，了解從原子、分子、超分子等不同尺寸認識物質結構的意義”［8］。配合物的研究發展跟人類生活有密切的關系，在生產和科學技術方面的應用也很廣泛。超分子體系在生命體中有著舉足輕重的作用，超分子化學是認識生命現象的重要工具。超分子化學在科學領域有著廣泛的應用。許多新型催化劑、藥物、功能材料、分子器件的開發研制都離不開超分子化學的研究。配合物與超分子的學習內容反映了物質結構研究的進展，說明了物質結構的探索是無止境的，體現了物質結構研究的價值。這兩項學習內容的理解掌握，建立在諸多化學基礎知識、基本概念的基礎上，還和生物、物理的基礎知識相關聯。幫助高中學生學習配合物的基礎知識、初步建立超分子的概念，了解超分子的分子識別和自組裝特征，可以幫助學生深化和拓展對共價鍵、配位鍵、氫鍵、范德華力、共價分子、分子空間結構等基本概念的認識，了解化學科學的新進展，認識化學科學研究的價值。人教版教材在《物質結構與性質》模塊的最后一章編寫了這兩項學習內容，引導學生綜合運用已有基礎知識和掌握的研究方法，理解建立配合物、超分子的概念，有助于全面落實課程標準的學習要求。多年來配合物的學習內容在高考內容中出現很少，超分子的學習內容是新課標和新教材新增加的學習內容，一些教師在教學中不夠重視，一些教師對超分子、超分子的形成、分子識別與自組裝等概念比較生疏，缺乏這方面的知識準備和教學經驗，教學上存在畏難情緒。智慧課堂提供的“配合物與超分子”一節課的設計組織十分值得學習和研究。

該教學實例運用教材提供的素材，聯系有機化學和生物學科中學過的知識，深入淺出地指導學生通過學習活動學習以達成學習目標，提供了可借鑒的經驗。授課教師在兩項學習內容的設計組織上，非常注意學科內、學科間的相互關聯，引導學生運用已有的化學基礎知識、化學實驗、證據推理和模型建構等研究方法，聯系生物、物理學科的知識，幫助學生理解、建構配合物、超分子的觀念。例如，引導學生從硫酸銅、氯化銅、溴化銅溶液都呈藍色，推測銅離子可能呈藍色，再從無水硫酸銅晶體、氯化銅晶體、溴化銅晶體分別呈白色、棕色、深褐色，質疑上述推論的正確性，從五水硫酸銅晶體、二水合氯化銅晶體呈藍色、綠色，進一步做推理論證，得出水合銅離子呈藍色的結論。進而提出銅離子和水分子怎么結合的問題，啟發學生從銅離子和水分子的結構、性質出發，否定兩種微粒以共價鍵、離子鍵、金屬鍵相結合的可能、設想并論證銅離子和水分子可以通過配位鍵結合。通過分析，建立配位化合物及其組成的相關概念，并運用于分析說明銅氨離子、銀氨離子、硫氰合鐵離子的形成、組成，鞏固、擴展配合物的概念。帶領學生回顧存在多種硫氰合鐵離子的事實，認識不同配離子具有不同穩定性。為了深化對配合物知識的理解，教師設計了一個問題解決活動，組織學生探究為什么氯化銅溶液隨著濃度增大，顏色逐漸從藍色轉為藍綠色、黃色。啟發學生依據水合銅離子、四氯合銅離子的顏色、聯系物理中學習三原色配色原理，運用控制變量實驗方法，觀察、比較分別在0.1mol·L-1、 2mol·L-1的飽和硫酸銅溶液中加入6mol·L-1氯化鈉溶液時顏色的變化，解決了問題，提升了學生的科學探究意識和能力。

為了幫助學生建立超分子的初步概念，教師利用生物課和有機化學中講解的DNA雙螺旋結構的例子，說明DNA中兩條分子鏈通過空間幾何關系配對相互識別，并以氫鍵相互結合，從DNA的穩定性，印證兩條單分子鏈可以通過氫鍵穩定地結合。認識兩個分子可以通過非共價鍵的相互作用結合形成分子聚集體，初步建構了超分子的概念。再運用結構模型圖，講解杯酚與C60、冠醚6與鉀離子通過尺寸配合，以范德華力或配位鍵相互結合的過程，幫助學生進一步認識到分子間（分子與離子間）還可以通過選擇性配位作用，以配位鍵、范德華力相互作用，結合成超分子，完整地建構了超分子的概念。教師還針對學生的疑問，說明配位鍵屬于共價鍵，但它也能參與分子間相互作用，可以在超分子的形成中發揮作用。幫助學生用辯證、發展的眼光看待配位健的概念。教師還選擇運用淺顯、易懂的例子，幫助學生認識超分子研究的價值和意義。如，在甲苯中添加冠醚6，讓鉀離子與冠醚的結合，把高錳酸根離子帶入甲苯，可以大大提高高錳酸鉀氧化甲苯的反應速率。運用教材第二章“科學技術社會”欄目介紹的烷基磺酸根離子在水中能自動形成膠束的例子，說明什么是“自組裝”，介紹超分子可以通過自組裝形成超分子有序體。

上述三節課基于核心素養發展要求，在教學內容設計、教學內容組織形式的探索，說明課堂教學要依據知識的邏輯結構、學生的認知結構設計教學思路；要靈活運用多種學習方式，引領學生從宏觀、微觀視角認識物質及其變化；要注意學科內、學科間的相互關聯，指導學生綜合應用已有知識，理解、掌握新知識；要幫助學生了解化學科學發展的成就，落實“研究物質結構的方法與價值教育”。這些經驗對于幫助學生深刻理解、扎實掌握必備基礎知識，形成化學觀念思想，了解化學科學的研究思路方法，認識化學科學的應用價值，提高化學學科核心素養，進一步深化化學課堂教學改革，都是非常寶貴的。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部制定. 義務教育化學課程標準（2022年版）［S］. 北京： 北京師范大學出版社， 2022： 4.

［2］中華人民共和國教育部， 教育部教育技術與資源發展中心（中央電化教育館），國家中小學智慧教育公共平臺. https：//www.zxx.edu.cn.

［3］中華人民共和國教育部，教育部教育技術與資源發展中心（中央電化教育館）， 國家中小學智慧教育公共平臺https： //www.zxx.edu.cn/syncClassroom/classActivity？activityId=20c5c54808bb49618dfa63da6124bda8、 https：//www.zxx.edu.cn/syncClassroom/classActivity？activityId=fe455ca14092468dba66d66634e08d5c.

［4］［6］［7］［8］中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2018： 39～43.

［5］吳國慶， 李俊. 普通高中課程教科書·化學選擇性必修2·物質結構與性質［M］. 北京： 人民教育出版社， 2020.