陶杰

摘要：以蘇教版選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》專題4“分子的空間構(gòu)型”教學(xué)為例，探討了在課堂教學(xué)中立足知識(shí)板塊的基礎(chǔ)起點(diǎn)，“情境、問題、知識(shí)、素養(yǎng)”四線并行，自主學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)交融耦合;擇取三維情境素材創(chuàng)設(shè)情境探究問題與評(píng)價(jià)驅(qū)動(dòng)任務(wù)，建立認(rèn)知模型，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，形成學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：情境探究;深度學(xué)習(xí);分子的空間構(gòu)型

文章編號(hào)：1008-0546（ 2019）08-0030-05

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2019.08.010

一、問題的提出

2017年版《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）強(qiáng)調(diào)核心素養(yǎng)導(dǎo)向，彰顯學(xué)科特質(zhì)，倡導(dǎo)“教、學(xué)、評(píng)”一體化，在“課程基本理念”“教材編寫建議”“課程內(nèi)容”“教學(xué)與評(píng)價(jià)建議”和“學(xué)業(yè)水平考試命題建議”等環(huán)節(jié)中“情境”成為高頻關(guān)鍵詞，如下表1。

情境承載著使知識(shí)素養(yǎng)化的功能，是素養(yǎng)表現(xiàn)的平臺(tái)。情境教學(xué)是新課標(biāo)倡導(dǎo)的教學(xué)轉(zhuǎn)變方向，探究式的深度學(xué)習(xí)是核心，實(shí)施情境探究教學(xué)是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑。

二、情境教學(xué)與深度學(xué)習(xí)

情境教學(xué)“以美為境界、思為核心、情為紐帶，學(xué)生活動(dòng)為途徑，周圍世界為源泉”，并提出了“激起探究一引起滿足一產(chǎn)生樂趣一形成內(nèi)發(fā)性動(dòng)機(jī)”的四個(gè)環(huán)節(jié)[6]。知識(shí)本身不具有素養(yǎng)價(jià)值的全部功能，因此學(xué)習(xí)它的最好方法是在情境中。情境教學(xué)就是將問題解決融入真、美的境界，以情促思，通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)在探究活動(dòng)中發(fā)揮知識(shí)的功能價(jià)值，達(dá)成素養(yǎng)目標(biāo)。情境是知識(shí)的載體，問題生成的源泉，素養(yǎng)表現(xiàn)的對(duì)象，實(shí)施情境探究教學(xué)符合新課標(biāo)理念，有利于激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，發(fā)揮學(xué)習(xí)者的能動(dòng)性，促進(jìn)自主學(xué)習(xí)的形成。

深度學(xué)習(xí)是以理解學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，運(yùn)用高階思維批判地學(xué)習(xí)新的思想和事實(shí);能夠在知識(shí)之間進(jìn)行整體性聯(lián)通，將它們?nèi)谌朐械闹R(shí)體系進(jìn)行建構(gòu);能夠在不同的情境中創(chuàng)造性地解決問題;能夠運(yùn)用元認(rèn)知策略對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)行調(diào)控，并達(dá)到專家學(xué)習(xí)程度的學(xué)習(xí)[7]。深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的理解、加工和重建，其內(nèi)涵是批判性思維和創(chuàng)造性遷移應(yīng)用，對(duì)學(xué)習(xí)做出反思、評(píng)價(jià)和調(diào)控的一種學(xué)習(xí)方式。深度學(xué)習(xí)需要有基于深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)，創(chuàng)設(shè)激發(fā)學(xué)生高階思維的核心問題情境，將學(xué)習(xí)者帶入到深度學(xué)習(xí)模式中，在探究活動(dòng)中解決問題，最終達(dá)到遷移應(yīng)用的目的。

問題情境設(shè)計(jì)是實(shí)施深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是素養(yǎng)輸入和輸出的中樞，決定著素養(yǎng)發(fā)展水平和學(xué)習(xí)力增長(zhǎng)的程度。情境設(shè)計(jì)的內(nèi)涵和外延要體現(xiàn)寬度、廣度和深度，既能讓學(xué)習(xí)者參與系統(tǒng)學(xué)習(xí)的研究歷程，又能感受到挑戰(zhàn)任務(wù)的深度體驗(yàn)，促進(jìn)高階思維。情境教學(xué)是深度學(xué)習(xí)的動(dòng)脈，深度學(xué)習(xí)是情境教學(xué)的氣質(zhì)表現(xiàn)，探究是途徑，當(dāng)情境探究教學(xué)與深度學(xué)習(xí)親密接觸、相得益彰時(shí)，核心素養(yǎng)就萌芽了。

三、情境探究教學(xué)建構(gòu)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐

l.教材分析

“分子的空間構(gòu)型”是蘇教版選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》專題4第一單元第一課時(shí)的內(nèi)容。本節(jié)課教材內(nèi)容主要分為兩部分：其一，以CH4、BF3、BeCl2的空間構(gòu)型為素材載體，從微觀結(jié)構(gòu)（中心原子價(jià)電子特點(diǎn)）對(duì)常見的三種雜化軌道類型進(jìn)行學(xué)習(xí)，借助于化學(xué)史實(shí)，向?qū)W生介紹了雜化軌道理論的由來和主要觀點(diǎn)。其二，運(yùn)用雜化軌道理論解釋乙烷、乙烯和乙炔中碳原子成鍵特點(diǎn)和分子的空間構(gòu)型，從而達(dá)到類比、對(duì)比、遷移和應(yīng)用的目的。該部分知識(shí)既呼應(yīng)了前面的知識(shí)：共價(jià)鍵類型（σ鍵和π鍵）;也為后續(xù)分析分子的極性提供理論基礎(chǔ)，起到承前啟后的作用。教材提供了直觀模型化方法思路，滲透了由抽象到具體并指導(dǎo)具體的思想方法。

2.設(shè)計(jì)思路

基于教材的編排特點(diǎn)和學(xué)生的學(xué)情，本節(jié)課以含碳物質(zhì)為主線，運(yùn)用模型素材，設(shè)置問題情境，從宏觀感知模型結(jié)構(gòu)到微觀探析空間構(gòu)型，滲透對(duì)雜化軌道理論的理解、遷移和應(yīng)用。教材中CH4、BF3、BeCl2中原子的雜化方式在課前借助于微課讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，課堂上主要以甲烷、乙烯、乙炔為研究對(duì)象，結(jié)合化學(xué)史完成淺層學(xué)習(xí)到深度學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)向，化學(xué)史用于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。在“回望教材”和“評(píng)價(jià)任務(wù)”中升華到運(yùn)用知識(shí)解決苯和石墨的空間結(jié)構(gòu)，從而使知識(shí)更加系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)化，發(fā)展科學(xué)探究和創(chuàng)新意識(shí)素養(yǎng)，感悟豐富多彩的物質(zhì)世界，教學(xué)設(shè)計(jì)流程如圖1。

3.情境素材擇取

東北師范大學(xué)鄭長(zhǎng)龍教授認(rèn)為化學(xué)學(xué)習(xí)情境除了激趣、激疑、激思功能外，還是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的平臺(tái)，素養(yǎng)表現(xiàn)的機(jī)會(huì)。他將化學(xué)學(xué)習(xí)情境按照新功能分為兩類：一類是建構(gòu)性化學(xué)學(xué)習(xí)情境，其功能是通過化學(xué)知識(shí)和化學(xué)方法的建構(gòu)，促進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展;另一類是遷移性化學(xué)學(xué)習(xí)情境，其主要功能是通過真實(shí)情境下的化學(xué)問題解決，為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的表現(xiàn)提供機(jī)會(huì)[8]?；诖耍竟?jié)課的素材選擇如圖2，教材素材和教學(xué)素材屬于建構(gòu)性化學(xué)學(xué)習(xí)情境素材，主要承擔(dān)雜化軌道理論的建構(gòu);拓展素材屬于遷移性化學(xué)學(xué)習(xí)情境素材，為運(yùn)用雜化軌道理論分析物質(zhì)的空間構(gòu)型提供了作用對(duì)象;融人生活化素材，例如搭建氣球模型作為支架，便于學(xué)生理解雜化軌道的空間構(gòu)型。由上述情境素材為載體構(gòu)建情境探究教學(xué)，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

4.教學(xué)過程

教學(xué)環(huán)節(jié)1：建立物質(zhì)認(rèn)識(shí)角度——空間結(jié)構(gòu)的多樣性

[任務(wù)情境1]初識(shí)碳及其化合物（如圖3）

[教師活動(dòng)]問題與思考：C原子與H原子結(jié)合形成的分子為什么是CH4，而不是CH2或CH3？ CH4分子為什么具有正四面體結(jié)構(gòu)？

[學(xué)生活動(dòng)]利用共價(jià)鍵知識(shí)分析甲烷分子式;用氣球模擬甲烷分子的穩(wěn)定空間構(gòu)型，如圖4。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)真實(shí)、具體且具有價(jià)值的問題情境平臺(tái)，感悟豐富多彩的物質(zhì)世界，將微觀結(jié)構(gòu)具體表現(xiàn)為宏觀模型，從宏觀上認(rèn)識(shí)常見含碳物質(zhì)的空間構(gòu)型，并以此為主線展開教學(xué)，點(diǎn)明學(xué)習(xí)的主題，引發(fā)認(rèn)知沖突，促進(jìn)學(xué)生深度思考不同空間構(gòu)型的形成原因，發(fā)展“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。借助于氣球模型，激發(fā)學(xué)生興趣，搭建腳手架，運(yùn)用支架式理論，建構(gòu)有意義的學(xué)習(xí)，類比發(fā)現(xiàn)甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)是物質(zhì)的一種自然取向，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)是一門自然學(xué)科，反映出自然界中的一般規(guī)律，感受化學(xué)與自然的緊密聯(lián)系。

教學(xué)環(huán)節(jié)2：形成微觀探究思路——雜化類型的多樣性

[任務(wù)情境2]利用課前微課自學(xué)CH4、BF3和BeCl2的雜化類型

[學(xué)生活動(dòng)]通過微課自主學(xué)習(xí)，完成以下學(xué)習(xí)任務(wù)，如表2。

設(shè)計(jì)意圖：構(gòu)建自學(xué)情境，課前利用微課及任務(wù)單引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性。微課中設(shè)計(jì)了雜化軌道形成過程的模擬動(dòng)畫，生動(dòng)逼真，有助于學(xué)生對(duì)抽象問題的理解和認(rèn)識(shí)。課堂教學(xué)主要以甲烷中的碳原子雜化為例，以點(diǎn)帶面，解決學(xué)生在課前預(yù)習(xí)自學(xué)中的困惑，構(gòu)建程序式分析問題方法，為下面乙烯、乙炔的深度分析作好鋪墊，達(dá)到螺旋式上升的目的。

[任務(wù)情境3]探究甲烷的分子構(gòu)型

[教師活動(dòng)]以甲烷為例，分析sp3雜化過程，如圖5和圖6所示。

[學(xué)生活動(dòng)]用氣球模擬sp3雜化軌道的空間構(gòu)型。

[評(píng)價(jià)任務(wù)1]分析甲硅烷（SiH4）的結(jié)構(gòu)

甲硅烷（SiH4）的結(jié)構(gòu)與甲烷相似。SiH4分子中Si的雜化方式是

;H原子的Is軌道與Si原子的

軌道重疊形成Si-Hσ鍵。

[任務(wù)情境4]化學(xué)史：雜化軌道理論資料（1931年，美國(guó)化學(xué)家鮑林L.Pauling提出）

[學(xué)生活動(dòng)]從化學(xué)史資料中歸納雜化軌道理論要點(diǎn)。

[教師活動(dòng)]以甲烷分子的雜化為例，結(jié)合化學(xué)史資料歸納雜化軌道理論要點(diǎn)：①能級(jí)相近的價(jià)電子軌道混合雜化;②雜化前后軌道數(shù)目不變;③雜化后軌道伸展方向，形狀發(fā)生改變。

設(shè)計(jì)意圖：化學(xué)史可以介紹雜化軌道理論發(fā)展的歷程，展示化學(xué)家在揭示這一規(guī)律過程中的科學(xué)探究思維方法，傳遞科學(xué)家的科學(xué)研究態(tài)度、精神和品質(zhì)，是進(jìn)行情感態(tài)度價(jià)值觀教育的一種重要途徑。將化學(xué)史以化學(xué)故事的情境呈現(xiàn)，融入雜化理論主要觀點(diǎn)和科學(xué)家的關(guān)鍵事件，讓化學(xué)史更具“科學(xué)味”“人情味”和“趣味性”，培養(yǎng)學(xué)生信息感知、捕捉與分析能力，發(fā)展科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。

[任務(wù)情境5]運(yùn)用雜化軌道理論分析乙烯和乙炔

[學(xué)生活動(dòng)]制作乙烯的球棍模型，寫出乙烯的結(jié)構(gòu)式，從原子軌道的重疊方式角度分析乙烯分子中的共價(jià)鍵類型;用雜化軌道理論解釋乙烯分子中5個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵的形成過程，如圖7;扎破一個(gè)氣球，用氣球模擬sp²雜化軌道的空間構(gòu)型，如圖8。

[教師活動(dòng)]引導(dǎo)學(xué)生分析雜化過程，點(diǎn)評(píng)學(xué)生的分析思路和書寫表達(dá)，建立模型化思維方法，如圖9和圖10。

[教師活動(dòng)]引導(dǎo)學(xué)生嘗試應(yīng)用雜化軌道理論分析乙炔分子的成鍵情況。

[學(xué)生活動(dòng)]制作乙炔的球棍模型，寫出乙炔的結(jié)構(gòu)式.從原子軌道的重疊方式角度分析乙炔分子中的共價(jià)鍵類型，用雜化軌道理論解釋乙炔分子中3個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵的形成過程，如圖11;再扎破一個(gè)氣球，用氣球模擬sp雜化軌道的空間構(gòu)型，如圖12。

[教師活動(dòng)]引導(dǎo)學(xué)生交流討論，診斷和檢測(cè)學(xué)生的遷移應(yīng)用能力，借助多媒體輔助完善學(xué)生認(rèn)知，如圖13和圖14。

設(shè)計(jì)意圖：B和Be原子的雜化具有一定的特殊性，乙烯和乙炔中碳原子的雜化過程更具普適性和代表性。結(jié)合自主學(xué)習(xí)，從甲烷的分子結(jié)構(gòu)分析出發(fā)，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)，兩條學(xué)習(xí)線并行，殊途同歸，但又彼此呼應(yīng)，如圖15。用B和Be原子搭建支架，設(shè)置具有一定臺(tái)階但符合學(xué)生認(rèn)知能力水平的問題，將知識(shí)以探究性的形式呈現(xiàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)知識(shí)獲取的過程，在問題的解決中，通過類比、對(duì)比、遷移與應(yīng)用，突出批判性思維和創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行深度思考，從而形成對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用，符合深度學(xué)習(xí)“聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、活動(dòng)與體驗(yàn)、本質(zhì)與變式和遷移與應(yīng)用[9]”的四個(gè)特征要求。

教學(xué)環(huán)節(jié)3：遷移深化思維方式——解釋復(fù)雜的空間構(gòu)型

[任務(wù)情境6]深度認(rèn)識(shí)苯和石墨的空間構(gòu)型

回望教材：閱讀教材46頁(yè)“苯分子中的共價(jià)鍵”和59頁(yè)“混合晶體”，試用雜化軌道理論解釋苯和石墨的結(jié)構(gòu)。

[學(xué)生活動(dòng)]運(yùn)用雜化軌道理論，分組討論苯分子中σ鍵和π鍵，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)苯分子中的鍵是介于單鍵和雙鍵之間的一種特殊的鍵;交流石墨結(jié)構(gòu)中大π鍵的形成，解釋石墨能導(dǎo)電的原因。

[評(píng)價(jià)任務(wù)2]分子中的大π鍵可用符號(hào)π表示，其中m代表參與形成大π鍵的原子數(shù)，n代表參與形成大π鍵的電子數(shù)（如苯分子中的大π鍵可表示為Ⅱ6），則吡咯（如圖16）中的大π鍵應(yīng)表示為

。

[教師活動(dòng)]指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用雜化軌道理論解釋復(fù)雜的空間構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)順向遷移和深度理解。

設(shè)計(jì)意圖：“回望教材”既是對(duì)教材的回望，也呼應(yīng)了本節(jié)課的問題情境，兼顧新舊知識(shí)的聯(lián)系，同時(shí)也是對(duì)舊知識(shí)的再審視，站在更高的位置換個(gè)視角看問題，促使學(xué)生反思原有結(jié)構(gòu)模型的空間構(gòu)型，深化對(duì)雜化軌道理論的理解和認(rèn)識(shí)，穿越模塊壁壘，為其他模塊例如《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。將評(píng)價(jià)任務(wù)融入到有意義的測(cè)試情境之中，變換視角，診斷學(xué)生情境關(guān)聯(lián)能力和素養(yǎng)達(dá)成水平。

四、實(shí)踐后的思考

1.情境探究教學(xué)促進(jìn)教與學(xué)行為的嬗變

王磊教授認(rèn)為：知識(shí)的功能價(jià)值只有在基于真實(shí)學(xué)習(xí)情境的豐富多樣的學(xué)科能力活動(dòng)中才可能轉(zhuǎn)化為自覺主動(dòng)的、合理的認(rèn)識(shí)方式（認(rèn)識(shí)角度、認(rèn)識(shí)思路和思維方式），形成核心素養(yǎng)[10]。選擇合適的情境素材，建立基于深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)情境平臺(tái)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境下不同復(fù)雜和陌生程度的問題解決活動(dòng)，例如：構(gòu)建情境探究教學(xué)，轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)方式，讓課堂活潑靈動(dòng)，從“有意思”到“有意義”，從“有腔調(diào)”走向“有格調(diào)”;促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，在追求“生本、生命、生活”的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)“生成、生動(dòng)、生長(zhǎng)”的化學(xué)課堂教學(xué)，將情境下的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生合作探究學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，實(shí)現(xiàn)順向遷移和曲線推進(jìn)，促進(jìn)課堂教與學(xué)行為的嬗變。

2.情境探究教學(xué)樹立素養(yǎng)為本的評(píng)價(jià)觀

在教學(xué)評(píng)測(cè)中樹立“素養(yǎng)為本”的評(píng)價(jià)觀，建立具有融合關(guān)系的情境線、問題線、知識(shí)線和素養(yǎng)線。圍繞評(píng)測(cè)目標(biāo)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)、有意義的測(cè)試情境，精心設(shè)計(jì)有梯度的一系列課堂評(píng)價(jià)任務(wù)，完成知識(shí)學(xué)習(xí)向真實(shí)情境問題解決的自然過渡和延伸，符合教學(xué)規(guī)律的邏輯結(jié)構(gòu)，形成結(jié)構(gòu)化的教學(xué)過程，診斷與反饋學(xué)生素養(yǎng)達(dá)成水平，真正實(shí)現(xiàn)新課程標(biāo)準(zhǔn)所要求的“教、學(xué)、評(píng)”一致性，激發(fā)高階思維，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，在情境探究教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展與提升。

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