以多角度認知發展學生化學學科素養的線上教學*
——以“離子晶體”單元教學為例

趙揚

首都師范大學附屬中學 北京 100048

1 研究背景

“雙減”政策下，課堂教學需要提質增效，并減輕學生學業負擔。為達成“雙減”的相關要求，教師需要改變傳統思維模式，從知識為本體的教學走向思維發展的教學和學生核心素養達成的教學。這樣的課堂能促進學生深度思考，提高學生課堂參與度，使學習真正地發生，從而實現提質增效。

新時代背景下，網絡資源豐富，中小學生需要線上學習。當“雙減”遇到線上學習，一線教師應該充分挖掘網絡中的各種教學資源，尤其是教學軟件的功能與價值，使資源服務于教學，提高線上教學質量。“離子晶體”的學習內容位于人教版選擇性必修2 第三章第三節，具有復雜性、抽象性等特點。在線上教學中合理運用教學軟件，全方位、多角度展示晶體結構，能幫助學生突破認知難點。引導學生將結構信息與性質相關聯，體現“結構決定性質”的學科大概念，從而發展化學學科“宏觀辨識與微觀探析”的化學學科核心素養。在學習方式上引導學生利用軟件對晶體進行自主研究，能培養學生多角度認知晶體結構的能力，以培養學生思維的全面性。

2 單元學習內容

課程標準對“離子晶體”的學習要求如下：借助離子晶體等模型認識晶體的結構特點；制作離子晶體結構模型；比較氯化鈉、氯化銫等離子晶體的結構特征；能借助離子晶體等模型說明晶體中的微粒及其微粒間的相互作用[1]。“離子晶體”屬于高二化學的教學內容，教材以氯化鈉、氯化銫兩種典型的晶體為例，引導學生通過觀察晶胞結構理解離子晶體的部分微觀結構特征，歸納總結離子晶體的結構特點和性質規律，從而達成課標的要求。對學生來說，晶體屬于微觀概念，晶胞具有三維結構，學生難以充分想象出其全部的形態。并且，晶體是晶胞在三維空間不斷重復的單元，呈現出來的結構具有一定的復雜性。晶體知識的抽象性和復雜性使很多學生望而生畏，為了突破學生的認知障礙，面對線上教學的要求，教師選擇使用虛擬實驗室，引導學生在虛擬實驗室中體驗晶體的制作過程、觀察晶胞的特點，在虛擬實驗室中學生能夠直觀地多角度觀察晶胞，實現對晶體結構的深度認知，以提高思維的全面性。此時再關聯到宏觀的物質性質，體會晶體結構對物質性質的影響，來發展“宏觀辨識與微觀探析”的學科核心素養。虛擬實驗室的軟件有很多，筆者所在學校線上教學使用的平臺是ClassIn，因此在課堂上選擇使用ClassIn 中嵌入的NB 虛擬實驗室輔助教師教學，并向學生推薦CrystalMaker 軟件，這個軟件比NB 虛擬實驗室包括更為豐富的晶胞信息，供學生課后自主探究，輔助學生完成作業。

多角度認知的學習過程，是不斷促進學生思考的思維活動，提高學生問題解決能力，發展核心素養[2]。為了培養學生“多角度認知”的能力，筆者對“離子晶體”的教學內容進行了兩課時的單元重構。第一課時由教師帶領學生共同探究離子晶體中的氯化鈉、氯化銫晶體，總結離子晶體晶胞的特點及對性質的影響，形成研究晶體的認知角度。第二課時發展學生的遷移能力，由學生自主研究另外兩種晶體——硫化鋅、氟化鈣晶體的微觀結構，并由學生自主匯報研究過程、研究結論，以及對結論進行分析解釋，檢測學生是否掌握了多角度認知晶體的能力。兩課時的學習過程通過學生多角度認知晶體結構，來發展學生“宏觀辨識與微觀探析”的化學學科核心素養。

兩課時的關系如圖1所示。第一課時是第二課時的學習基礎，每個課時包括3 部分的學習環節，線上學習中軟件的合理運用能提質增效，因此在圖中標明了每個環節中主要使用的軟件情況。

圖1 線上教學單元的學習內容及軟件使用情況

3 單元學習目標

第一，通過氯化鈉、氯化銫晶胞的學習，建立離子晶體的認知角度，發展思維的全面性。

第二，通過氯化鈉、氯化銫晶胞特點與性質的關聯學習，對大概念“結構決定性質”形成深刻認知，發展“宏觀辨識與微觀探析”的化學學科核心素養。

第三，通過硫化鋅、氟化鈣晶胞的學習，檢測學生“多角度認知”能力的掌握情況，進一步發展其“宏觀辨識與微觀探析”的化學學科核心素養。

4 單元學習資源

線上教學中，結合網絡資源、軟件的多樣性，為學生提供了豐富的學習資源。資源分為文本類、軟件類和視頻類，具體如表1所示。

表1 “離子晶體”單元教學資源

5 單元學習過程

第1 課時

環節一：探秘氯化鈉晶體結構（15 min）

關鍵問題1：氯化鈉晶胞是如何堆積形成的？如何理解配位數？

學生活動：觀看氯化鈉晶胞堆積視頻，理解其形成過程。能推理出配位數，并匯報給教師。

關鍵問題2：氯化鈉晶胞中氯離子和鈉離子的數量關系及位置是怎樣的？如何理解鈉離子（或氯離子）彼此之間的位置關系？

學生活動：觀看ClassIn 平臺NB 虛擬實驗室中的晶胞特點，推理出數量關系及位置關系。

關鍵問題3：氯化鈉晶胞邊長與陰陽離子半徑的關系是怎樣的？

學生活動：觀看教師在iPad 手寫板書上的推理過程，理解半徑與邊長的關系。

資源價值：第一，微課視頻提供了氯化鈉的堆積過程，ClassIn 平臺NB 虛擬實驗室提供了氯化鈉的晶胞信息，這些資源具有直觀性，能幫助學生理解復雜抽象的晶體結構。第二，iPad 手寫板書的過程是教師思維外顯的過程，能促進學生邏輯思維的發展。

環節二：探秘氯化銫晶體結構（15 min）

關鍵問題1：氯化銫晶胞是如何堆積形成的？如何理解配位數？

學生活動：觀看氯化銫晶胞堆積視頻，理解其形成過程。能推理出配位數，并匯報給教師。

關鍵問題2：氯化銫晶胞中氯離子和鈉離子的數量關系及位置是怎樣的？如何理解鈉離子（或銫離子）彼此之間的位置關系？

學生活動：觀看ClassIn 平臺NB 虛擬實驗室中的晶胞特點，推理出數量關系及位置關系。

關鍵問題3：氯化銫晶胞邊長與陰陽離子半徑的關系是怎樣的？

學生活動：根據堆積過程，模擬教師推理氯化鈉晶胞邊長和半徑關系的過程，獨立推斷氯化銫的相關內容，并匯報給老師。

資源價值：第一，微課視頻提供了氯化銫的堆積過程，ClassIn 平臺NB 虛擬實驗室提供了氯化銫的晶胞信息，這些資源具有直觀性，能幫助學生理解復雜抽象的晶體結構。第二，學生手寫推理過程并拍照上傳至ClassIn 小黑板，教師展示并邀請學生講解。

環節三：歸納總結離子晶體的結構特點并探秘離子晶體結構與性質的關系（15 min）

關鍵問題：1.構成離子晶體的微粒是什么？微粒間的作用力是什么？2.離子晶體的結構與其部分物理性質之間的關系是什么？3.你能通過課堂小測嗎？

學生活動：學生思考，回答問題。并在ClassIn 在線測試中完成測試，測試后軟件立即呈現測試分數。

資源價值：在課堂小測環節，ClassIn 的課堂測試能即時出現學生成績，有助于教師精準判斷學生掌握情況，即時調整教學。

課后作業：小組合作，結合教師提供的資源庫，多角度對硫化鋅、氟化鈣兩種晶胞進行研究，完成學案或錄制視頻。

資源價值：運用CrystalMaker 晶體軟件和教師提供的視頻資源，完成另外兩種晶胞的學習，填寫學案或錄制視頻，發送到“每日交作業”小程序。教師遴選出優秀作業，供第2 次課課堂展示。

第2 課時

環節一：學生自主匯報硫化鋅晶胞的研究過程（15 min）

關鍵問題：1.硫化鋅晶胞，需要研究哪些方面呢？2.你還能研究哪些方面呢？

學生活動：堆積過程、配位數、晶胞中粒子數量及位置關系、晶胞邊長和半徑的關系為學生必須匯報的角度，其他角度不限。

資源價值：學生運用CrystalMaker 晶體軟件展示晶體結構特點，并展示錄制的視頻，由完成作業優秀的學生在全班講解各個角度，給出推理過程。

環節二：學生自主匯報氟化鈣晶胞的研究過程（15 min）

關鍵問題：1.氟化鈣晶胞，需要研究哪些方面？2.你還能研究哪些方面？

學生活動：堆積過程、配位數、晶胞中粒子數量及位置關系、晶胞邊長和半徑的關系為學生必須匯報的角度，其他角度不限。

資源價值：學生運用CrystalMaker 晶體軟件展示晶體結構特點，并展示錄制的視頻，由完成作業優秀的學生在全班講解各個角度，給出推理過程。

環節三：教師點評、明確研究方法（15 min）

關鍵問題：1.離子晶體的結構研究，我們需要研究哪些角度？2.離子晶體結構和其他三種晶體有哪些共同點？3.晶體的研究方法是什么？

學生活動：學生思考回答問題。進行自我評價。

資源價值：因學生無法在線上教學中書寫板書，由學生采用口述的方式，教師運用iPad 手寫板書，外顯學生的分析思維，引導學生建立多種晶體之間的關系。

課后作業：在ClassIn 上完成單元測試。

資源價值：單元測試報告能即時生成，教師能評價自己的教學效果和學生的學習效果。

以上教學活動充分體現了線上教學的優勢：資源豐富、反饋及時。豐富的軟件應用于線上教學，輔助學生理解了復雜的、抽象的晶體結構，達成了教學目標。線上測試能即時反饋結果，有助于教師精準找到學習薄弱人群，并在課后進行一對一輔導。此外，在本單元的線上教學中，充分實現了“以學生為主體”的課堂學習模式。通過第2 課時的交流展示，學生之間思維碰撞，激活了學生的思維，也檢測出學生思維是否具備“多角度”認知的全面性。整個教學過程，圍繞多角度認知離子晶體結構的學習任務展開，環環相扣，從教師展示方法到學生運用方法研究新的晶體，形成了對晶體結構的自主認知、全面認知，并建立了微觀結構與宏觀性質的關系，發展了學生化學學科“宏觀辨識與微觀探析”的學科核心素養。

6 單元學習評價

單元學習評價分為過程性評價和終結性評價。過程性評價包括學生線上回答問題、線上測試及課后作業。終結性評價是指單元學習后的單元測試。本單元運用線上學習軟件，在評價方面有以下兩點創新。

第一，診斷效率提高，實現了提質增效。在線測試具有即時性，這是目前線下學習中無法實現的功能。無論是過程性評價中的小測還是終結性評價中的單元測試，學生一旦完成，診斷報告立即生成，教師能夠快速鎖定學習薄弱人群，并在課后對其進行一對一輔導。同時，教師能在腦海中迅速調整教學策略，改進教學。

第二，作業形式創新。第1 課時的作業，屬于遷移型作業。課內學習的是氯化鈉、氯化銫晶胞，課后作業研究的是硫化鋅和氟化鈣晶胞。作業考查了學生的遷移能力，遷移能力已是化學學科核心素養的要求[3]。教師考查遷移能力的方法有很多，比如本單元中的填寫學案或錄制視頻。學生可以根據自己的愛好和性格特點，選擇適合自己的作業，只要達成作業目標即可。

7 單元教學反思

從學習目標來看，本單元重點發展學生對晶體結構“多角度認知”的能力，發展學生“宏觀辨識與微觀探析”的化學學科核心素養。第1 課時的作業中，有超過60%的同學能夠準確地研究出另外兩種陌生晶體的結構信息，在第2 課時的課堂教學中，還有些同學給出了學案以外的認識角度，如晶胞內的重復單元……這些情況都說明學生達成了“多角度認知”。單元診斷中，有95%的學生能夠取得90 分以上的好成績（滿分100 分），說明教學過程有效地達成了預設的目標，發展了學生化學學科核心素養。

此外，為落實“雙減”政策的要求，線上教學的核心是提質增效。第一，達成“提質”。“離子晶體”的單元教學，第1 課時的前半部分為教師主講，目的是傳授方法，教師在第1 課時的后半部分逐漸放手，讓學生去推理晶胞和半徑的關系。教師在第2 課時完全放手，讓學生來講解另外兩種復雜的晶體結構，由教師做整體點評。這樣的學習過程，達成了教學目標，做到了“提質”。第二，達成“增效”。“離子晶體”的單元教學，運用了多種軟件、多類資源，充分體現了線上教學的優勢。信息時代下，技術的使用本身就可以吸引學生注意力，本單元運用了多種技術，學生覺得這樣的線上學習比教師對著PPT 講解有趣很多，做到了“增效”。