发挥教科书对教学的引领作用

王云生

摘要： 人民教育出版社依据2017年版的《普通高中化学课程标准》于2020年编写出版的选择性必修课程“物质结构与性质”模块教科书，用化学大概念统领物质结构和性质的教学内容，有机融入物质结构研究方法与价值的教育，明晰地呈现应该“教什么”。教科书教学内容的组织编排、教学结构的设计和学习内容呈现方式，能帮助教师明确该“怎么教”。教科书严格依据课程标准的“内容要求”，“学业质量”和“学业要求”，设计多样的“教-学-评”活动，有利于实现“教-学-评”一体化，落实化学核心素养的培养。教科书很好地发挥了对教与学的引领作用。

关键词： 物质结构与性质; 教材设计编写; 化学课堂教学

文章编号： 1005-6629（2022）05-0019-04

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

人民教育出版社2020年编写出版的高中化学选择性必修课程“物质结构与性质”模块教科书（2020年5月第1版）[1]（下文简称“教科书”），是依据我国2017年版普通高中化学课程标准编写的三种版本同类教科书中的一种。课程标准规定，“物质结构与性质”模块的教学内容是“从原子分子水平上认识物质构成的规律，以微粒间不同的作用力为线索，认识不同类型物质的性质，丰富物质结构的知识，比较深入地认识物质结构与性质的关系，提高分析问题和解决问题的能力，发展化学学科核心素养”[2]。人教版教科书以物质结构与性质的大概念统摄学习内容，以物质微观结构的概念、原理、结构与性质关系的学习作为教学结构的中心。教科书在教学素材选取、教学内容编排与呈现、学生学习活动设计、教学内容的归纳总结、复习练习的编制与指导各方面都具有鲜明的特色，发挥了教学范例与学习指导作用，能有效地引领教师在教学中落实课程标准，提升学生的化学学科核心素养。

1 教科书以物质结构与性质的大概念统领学习内容，帮助教师认识“教什么”

教科书依据课程标准规定的3个学习主题“原子结构与元素性质”“微粒间的相互作用与物质性质”“研究物质结构的方法与价值”，遵循物质结构研究层次从低到高的顺序，以有关物质结构与性质的大概念为引领，帮助学生了解原子、分子、生物大分子、超分子等各种不同尺度和不同复杂程度的物质形态，从（元素）原子结构与（元素）性质、分子结构与性质、晶体结构与性质三个层次认识物质结构和性质的关系，建构物质结构与性质关系的学科观念。教科书注重指导学生运用实验手段、模型化认知方法与推理论证等逻辑思维方法，认识物质组成结构对物质性质的决定作用。学习从物质组成结构入手解释、说明如何预测物质性质、创造新的物质，提高高阶思维能力和学习能力。

教科书在学习内容的选择、编写上，突破了主要以文本呈现基础知识的模式，基于化学学科的特点及化学学科核心素养的内涵，在物质结构与性质核心基础知识的学习过程中，融入物质结构与性质学习研究方法、思维方式的教育内容，引导学生认识物质结构、性质研究在认识物质结构与性质、合理利用和创造新物质中的重要作用和价值。

（1） 密切结合基础知识的学习，运用科学家研究实践史料，说明研究和探索物质的微观结构也需要基于实验事实。例如，通过实验，发现各种元素有自己的特征谱线，由此可以发现、鉴定元素。原子电子层构造原理的提出也是以光谱学的各种实验事实作为基础。教科书设计了多种学生实验或“研究与实践”活动，编写了翔实的活动指导。教科书不仅依照课程标准要求编写了学生必做实验“简单配合物的（形成）制备”的学习指导，还增设了“明矾晶体的制备”“制作分子空间结构模型”等研究与实践活动，增强了学习内容的实践性。此外，教科书十分注重引用有关实验测定的数据（如关于元素原子半径、电离能、电负性的数据），运用图表做统计、比较和分析，幫助学生找隐含其中的规律性，体会数据分析在物质结构与性质研究中的重要性。

（2） 在基础知识的学习中融入物质结构与性质的学习研究方法的教育。例如，运用多种认知模型，如原子、分子空间结构、晶体结构模型，化学原理的认知模型（思维模型），帮助学生认识认知模型和事实的关系，体会理想化方法、思维模型在认识事物本质上的作用。

注意帮助学生体会基础理论研究、现代科学技术发展在物质结构与性质研究中的作用。例如，认识量子力学在研究核外电子的运动状态中发挥的巨大作用;了解红外光谱、质谱法、晶体X射线衍射等实验技术在物质结构研究中的运用。教科书还十分注意引导学生认识物质结构与性质的研究是在不断发展的，探究是无止境的。例如，介绍三张有重要历史意义的周期表的演变，超分子化学、离子液体、纳米晶体的研究成果等等。

（3） 在基础知识的讲解中，用生动的事实说明物质结构与性质研究的认识价值和应用价值，激发学生学习探究的欲望，培养社会责任感。教科书在引言和各章节中，运用“科学史话”“资料卡片”“科学技术与社会”等栏目，列举、介绍的对社会发展发挥重要作用的有关物质结构与性质的研究成果多达20余项。内容涉及稀有气体及其化合物的发现，硅酸盐的结构与应用研究，表面活性剂和细胞膜的结构与作用的研究，分子结构修饰、化学药物、酶的结构研究和创造、离子液体和纳米晶体的研究与制备。教科书编写的物质结构研究成果的知识，生动、有趣。有关磺胺药的作用机理、贝壳中碳酸钙的晶体结构、壁虎和范德华力、生物大分子中的氢键、巴斯德与手性、大晶体的制备、天然气水合物、人工合成金刚石等，都能让学生饶有趣味地阅读、理解。

2 教科书依据物质结构与性质知识的逻辑结构、学生的认知结构，组织、呈现教学内容，帮助教师明确“如何教”

在学习内容的组织编排上，教科书依据物质结构与性质的内在逻辑关系，从元素原子结构与性质关系的阐述入手，逐步向分子、物质的聚集状态、晶体结构与物质性质的关系的学习拓展延伸。依据学生的认识规律，运用模型化认识方法帮助学生由浅入深，帮助学生建立不同层次的物质结构模型，简明、全面地认识物质结构与性质的关系。

例如，教科书第1章以元素原子核外电子运动状态、电子层构造原理和原子结构与元素性质的关系为统领，建构教学框架（见图1）。第1节（原子结构与性质/原子结构），以化学必修课程中有关原子核外电子在核外分层排布的初步认识为基础，从电子运动能量状态的不连续性入手，帮助学生建立原子核外电子排布的能层、能级概念，认识能级的能量顺序、所能容纳的最多电子数。联系原子光谱的事实，运用证据推理，阐述原子核外电子填入能级的顺序，建立“构造原理”概念。接着，指导学生通过思考、交流讨论和练习，认识1～36号元素基态原子的电子排布，初步了解能级交错的现象，分析稀有气体元素的最外电子层的排布特征，学习运用电子排布式（或简化的电子排布式）、价层电子排布式，表示元素基态原子的核外电子排布，提高知识的理解和应用能力。在完成核外电子排布与元素性质关系的学习之后，再帮助学生初步了解玻尔氢原子结构模型与量子力学如何描述原子核外电子的运动状态，建立原子轨道、电子云的概念，认识s、 p、 d能级的电子云轮廓图。帮助学生了解科学家们为说明原子核外电子在原子轨道上填充规律所提出的泡利原理、洪特规则、能量最低原理，学习运用这些原理、规则，书写描述电子在核外排布的轨道表示式。教材的教学设计框架，与原子结构知识的内在逻辑结构契合，教学内容由浅入深，层层递进，降低了学生理解和接受的难度，有利于帮助学生由具体到抽象、由浅入深整体理解掌握原子结构的基础知识。

在教学内容的呈现上，教科书把有关原子核外电子层的构造原理的论述、问题讨论等学习活动结合起来。运用丰富的资料、多样的学习活动、各种类型的模型图表，利用小框图在正文左侧以通俗的语言说明物质结构的概念和原理，突出显示描述原子结构的基本概念、原理与科学用语（如能量、能级、能层;构造原理、电子排布、概率、概率密度、电子云等等），强调教学过程中理解、掌握有关原子结构基本概念体系的重要性。为教学情境创设、学生学习活动的设计组织、教学评价活动设计，提供了有力的支持和指导，发挥了对教师的启发、示范作用。教科书在学习活动的设计上，指向性、可操作性强，学习内容表达条理清晰、文字简练流畅，图文并茂，可读性强，有利于学生的自学和复习。

教科书的第2章“分子结构与性质”，以“分子具有空间结构，分子空间结构及其对物质性质的影响”的大概念统领全章內容，从分子中的共价键、分子的空间结构、分子空间结构对物质性质的影响，分子间作用力及其对物质性质的影响等方面，依照知识的内在逻辑结构，编写了三节教学内容，简明地阐述了分子结构与性质的主要内容。全章结构完整、明晰（见图2）。第1节引领学生运用原子轨道重叠的概念，分析直接相邻的原子间共价键的形成与本质。通过对乙烷、乙烯、乙炔的分子结构模型的观察、分析，理解、掌握共价键的基本类型及其形成，探究共价键形成的条件。通过分子空间结构模型的观察、分析，直观地认识分子空间结构与分子中原子间的共价键有密切的联系，引出有关共价键参数（键能、键长与键角）及其测定方法的话题，探究分子中共价键的参数与分子空间架构的关系，共价键参数与分子空间结构和稳定性的影响。第2节则集中学习分子的空间结构。认识分子具有一定的空间结构、可以通过实验测定分子的空间结构，认识分子空间结构的多样性。接着指导学生了解并学习运用价层电子对互斥模型推测简单分子空间结构的方法，了解如何运用杂化轨道理论解释说明分子的空间构型。为了使抽象的分子空间结构直观化、可视化，教科书设计编写了“几种简单分子空间结构模型的制作”活动。第3节转入对分子结构与物质性质关系的分析探讨。一是从共价键极性、分子的极性，说明分子结构对物质化学性质的影响。通过具体实例分析，帮助学生认识通过分子结构的修饰，可以改变分子性质，获得具有更优越性能的物质。二是说明分子的组成、结构决定了分子间范德华力的大小，决定分子间是否可以形成氢键。简要分析范德华力、氢键对物质性质的影响。介绍分子的手性，拓展了分子空间结构与物质性质关系的认识。此外，教科书还在第三章第4节有关配合物和超分子知识的学习内容中阐明了共价键、分子间的相互作用与配合物、超分子结构形成的关系，拓展了对分子空间结构知识理解的深广度。

3 教科书依据课程标准的“内容要求”“教学提示”与“学业要求”，运用多种学习栏目编写学习活动和学习指导，有利于实现“教、学、评”一体化

化学课程标准在选择性必修课程模块的说明中，用简要的文字阐述了模块的学习目标，依据各个主题的“内容要求”，编写了“教学提示”和“学业要求”，指出了该主题应该学什么、教什么，怎么教、怎样学，教与学应达到怎样的要求。依据课程标准的这些规定，教科书运用“思考与讨论”“研究与实践”“探究”“科学史话”“资料卡片”“科学·技术·社会”栏目，对教与学做了具体、翔实的指导，引领教与学的方式、教学评价的变革，为“教-学-评”一体化的实施提供了支撑。

教科书十分注意结合基础知识的讲解，编写有关的学习指导，并针对学生可能产生的对结构与性质关系的模糊或片面认识，做相应的解释说明。例如，在讲解核外电子层构造原理时，指出“构造原理是一个思维模型，是个假想过程”“是理想化的”。“它不等同于真实事物，但能反映事物的本质特征”“理想化是建立思维模型所必须的”。在讲述电子云的概念时，指出“电子云是处于一定空间运动状态的电子在核外空间的概率密度的分布的形象化描述”，电子云图的“小点不是电子本身”。说明由于“电子云图很难描述，使用不便，常使用电子云轮廓图”“表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态做形象化的简便描述”。帮助学生认识思维模型与实际事物的关系，正确的理解和运用基本概念，了解科学的方法和思维方式。又如，针对学生对“电子在原子轨道中电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道”可能产生的片面认识，强调指出“整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子（运动）三个因素共同决定的，构建基态原子的电子层结构时，若相邻能级能量相差不太大时，有1或2个电子占据能量稍高的能级，可能反而降低了电子排斥能，使整个原子能量最低（如所有副族元素的基态原子）”。又如，在“原子结构与性质”一章中，针对学生书写原子核外电子排布式时经常出现的问题，指出“在书写电子排布式时，一般情况下能层低的能级要写在左边，而不是按构造原理顺序写”。

教科书依据课程标准提出的14项“学业要求”[3]，在完成章节编写的学习内容后，用“思考与讨论”或“探究”栏目，通过学习活动，了解、测评学习效果。帮助教师收集反馈信息，调整、推进教学进程，帮助学生了解学习目标的达成度。例如，在“原子结构与元素性质”一节，为了帮助学生理解、掌握“根据构造原理得出的元素原子核外电子排布，解释元素周期系的结构”，设计了一个探究学习活动“再探元素周期表”，要求学生仔细考察书末的元素周期表，提出并回答有关元素周期表结构，表中各周期、各列元素的核外电子排布，金属元素、非金属元素在表中的分布等问题，整理出对元素周期表的新认识。还要求学生思考讨论有关元素周期表中某些主族元素与右下方的主族元素在某些性质上存在相似性的问题，利用互联网搜索有关资料，比较锂和镁，铍和铝，硼和硅三对元素及其化合物性质的相似性。

教科书依据课程标准的“学业要求”，在各节之后编写了“练习与应用”，通过练习帮助学生进一步理解掌握基础知识，提高知识的应用能力，检查评价学习效果。在章后编写了“整理与提升”，“复习与提高”，指导学生对整章的学习做归纳总结。例如，在指出元素周期律揭示了元素性质随核电荷的递增发生周期性变化规律的同时，突出说明元素周期律主要体现于核外电子排布、原子半径、主要化合价、金属性、非金属性、第一电离能、电负性等的周期性变化，指导学生具体、全面地理解掌握元素周期律的内涵。“整理与提升”栏目不只是提供章节的知识结构和内容要点，还运用问答题等形式的练习，引导学生对学习内容做归纳、总结，提高知识的结构化程度。例如，在归纳总结原子结构和元素性质关系的学习内容时，要求学生结合实例说明元素“位”“构”“性”的关系。教材在“复习与提高”栏目中提供了类型多样的练习与检测习题，编写了少量略高于学习要求的练习题供学生选做，为发展要求更高的学生提供学习资源。

参考文献：

[1]吴国庆， 李俊主编. 普通高中课程教科书·化学选择性必修2·物质结构与性质[M]. 北京： 人民教育出版社， 2020.

[2][3]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 36， 38～45.