基于科学思维培育的单元复习教学设计与实施

【摘要】本文以沪教版化学九年级上册“构成物质的微粒”单元复习教学为例，基于科学思维培育制订单元复习教学目标，设计“构筑球球认知模型，激活科学思维”“拆合应用球球模型，形成科学思维”“转化迁移球球模型，发展科学思维”的单元复习教学活动，促进学生思维的发展和能力的进阶。

【关键词】科学思维 单元复习教学 物质的微粒 球球模型

【中图分类号】G63 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2022）28-0041-04

《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称《2022年版化学课标》）提倡教师在教学过程中要逐步培养学生的化学观念、科学思维、科学探究与实践、科学态度与责任核心素养，体现化学学科育人的基本要求，全面展现化学课程学习对学生发展的重要价值。钟启泉先生认为，“核心素养—课程标准—单元设计—课时计划”是课程发展和教学实践的基本路线，单元教学设计是撬动课堂转型的一个支点。在单元复习教学中，学生面对的是“片段的、无序的、理不清的”知识信息。教师需要找出一条思路，帮助学生整理、梳理知识，弄清概念间的联系与区别，使学生能清晰地建立知识网络。而《2022年版化学课标》中所提出的“基于实验事实进行证据推理、建构模型并推测物质及其变化的思维能力”，属于科学思维的一种表现形式，是化学学科基于“宏观—微观—符号”相结合的视角探究物质及其变化规律的一种认知方式。本文以沪教版化学九年级上册“构成物质的微粒”单元复习教学为例，探讨借助球球模型帮助学生认识微观世界，激活、形成并发展学生科学思维能力的教学策略。

一、基于科学思维培育的单元复习教学设计思想

化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化及其应用的一门自然科学，其特征是从微观层次上认识物质，以符号的形式描述物质，在不同的层面上创造物质。教师应基于科学思维培育的需要，结合学生的基本学情，从化学学科核心素养内涵出发，统筹规划单元复习教学目标，并依据目标拟定教学活动流程。

（一）教学内容分析及教学目标制订

“构成物质的微粒”单元主要从微观层面研究物质的构成，而初中生处于形象思维与初步抽象思维共存互换的阶段，对微观粒子的理解存在一定的困难。本单元复習从学生的基本学情出发，利用模拟建构微粒模型的认知方法，遵循“宏观—微观”的思路，引导学生基于微观实质进行对比归纳，明晰本单元学习的元素、原子、分子等核心概念，同时正确建构单元基本概念关系图；以“拆分”“组合”的思维方法，研究物质变化过程中的微观实质；以问题引领或任务驱动的形式，引导学生或小组合作或独自归纳，固化多角度认识物质的思路和方法，深入思考化学变化与质量守恒定律之间的宏微观关系并学会量化分析其间的关系；最后将模拟建构模型的思维方法，转化迁移到“空中生烟”实验的新情境当中，使学生固化对化学变化和物理变化的宏微观本质区别的认识，能从本质上分析、解释、体会概念学习的价值和意义。“构成物质的微粒”单元复习课的教学目标：初步模拟构筑常见物质的球球模型，运用比较、分类、分析、归纳等方法明晰基本概念，并能解释一些简单的化学问题；学会运用实验、观察等方法，获取化学事实，从微粒变化的视角分析化学现象；能以“宏观—微观—符号”相结合的方式认识和表征化学变化，形成一定的证据推理能力。

（二）教学活动流程

在设计“构成物质的微粒”单元复习教学时，笔者构建了相应的教学活动流程（如图1）。教师基于科学思维的培育，根据单元复习教学目标，在培养学生形成微粒观的过程中，注重通过构筑球球认知模型、拆合应用球球模型和转化迁移球球模型以期达到激活、形成、发展科学思维，强化创新意识，落实核心素养培养要求的目的。

二、基于科学思维培育的单元复习教学实施路径

单元复习教学具有相关性和层次性，避免了传统课时教学中知识点的孤立学习和机械练习，有利于化学教学过程与结构的优化，提高教学效益。教师在教学目标的指导下，以学科知识为载体设计问题驱动和任务驱动，根据构建的单元教学活动流程有效实施教学活动。

（一）构筑球球认知模型，激活科学思维

不同种原子可以构成不同的分子，进而聚集形成不同的物质。同一种原子亦可以构成不同的物质，比如初中学习的同素异形体。学生从微观的视角辨识物质的真实面目，通过构筑球球认知模型，可以将抽象的知识在大脑中具体化、实体化，从而形成知识框架，使原本抽象、枯燥的化学知识变得更为清晰，更有利于学生将知识由点、线、面织成网，激活科学思维。

师：我们已经学习了很多生活中常见的物质，你熟知的有哪些呢？

生：氧气、二氧化碳、水等。

师：你能根据化合价正确书写它们的化学式吗？你能根据课本中它们的微粒模型图片构筑它们的球球模型吗？请同学们根据元素周期表，联系原子的相对质量大小，尽可能根据微粒相对质量的不同，按比例构筑构成物质微粒的球球模型，以小组的形式进行展示。

学生小组分工捏揉黏土制作球球模型，填写常见物质的球球模型展示表（如表1）。为突出“物质是由微粒构成的”这一主题内容，可以引导学生通过对比碳、氧、氢等原子的相对质量大小来设计球球模型的相对大小，锻炼学生的动手能力、对比分析能力和抽象思维能力。构筑球球模型还可以为后续建构本单元基本概念的关系图奠定基础。

教师结合小组模拟构筑的常见物质的微粒模型，请学生思考如何才能正确表征出纯净物、混合物、单质和化合物等基本概念的微观实质。课堂中教师首先课件呈现了一组学生用球球模型展示的四个基本概念的微观实质图（如图2）；然后结合表1、图2中物质微粒的球球模型，让学生辨析元素、原子、分子、纯净物、混合物、单质以及化合物等概念之间的联系和区别，独自完成建构本单元的基本概念关系图；最后通过师生、生生交流，完善“构成物质的微粒”单元基本概念关系图（如图3）。

师：认真思考，请说明建构“构成物质的微粒”单元基本概念关系图的依据。

生：分子是由原子构成；只有一种分子构成的是纯净物；混合物是由不同种分子构成；同种元素组成的纯净物是单质等。

学生通过独立思考，从宏观—微观相结合的维度绘制、评价、完善本单元基本概念关系图，加大了课堂内容设计的开放性，突出了学生学习的主体地位。教师借助球球模型的构筑促进学生形成物质的微粒观；借助知识由点成线筑面织网的过程，建构起一个单元概念的知识体系，有效激活了学生的科学思维。

（二）拆合应用球球模型，形成科学思维

联系已经学过的知识，“分解反应”是水通电分解生成氢气和氧气的一种反应过程，“化合反应”是氢气在氧气中燃烧生成水的一种反应过程，其中：“分”指代分子分解成原子，“合”指代原子重新组合成分子。分解反应和化合反应，可谓一语双关，在引导学生利用已学知识重新认识物质发生化学变化的过程中球球模型的拆合应用，培养了新的建模思路，促进了科学思维的形成。

师：你能分别从宏观和微观的角度来说一说水的组成或构成吗？

生：水是由氢元素和氧元素组成，水是由氢原子和氧原子构成。

师：你能从“分解反应”和“化合反应”角度，利用拆分球球模型并组合安装的方式，来演示“探究水的组成”的微观变化过程吗？

学生理清思路，通过拆合球球模型的方式，展示“探究水的组成”的微观过程图（如图4）。仔细观察图4，从“宏观—微观”的角度出发，小组成员都说一说物质发生化学变化的过程中哪些微粒发生了实质性的改变，进而影响到了宏观元素和物质的改变，同时关注它们量的变化关系，形成思维路径，并独自设计化学变化与质量守恒定律的关系图（如图5）。

通过球球模型的拆分和组合，学生会在大脑中不断强化物质的微粒观以及变化的路径，加深质量守恒定律中原子的种类、数目、质量均不变的实质以及化学变化过程的实质就是原子的重新组合，进而形成一定的建模思想和抽象思维能力。

（三）转化迁移球球模型，发展科学思维

实践是检验真理的唯一标准。为了检验学生科学思维的发展水平，教师可以组织学生以小组的形式开展实验探究。

师：分别打开浓盐酸、浓氨水的玻璃瓶盖并将瓶子置于空气中时，你观察到什么样的实验现象？你认为这是什么变化过程？构成物质的微粒是什么？发生了什么样的变化？

资料卡1：打开浓盐酸玻璃瓶盖，瓶口产生的是氯化氢气体；打开浓氨水玻璃瓶盖，瓶口产生的是氨气，它们遇空气中的水形成白雾，是挥发现象。

学生根据教师的一连串提问，通过动手实验并观察实验现象等方法获得化学事实，通过和资料进行比对、分析，形成一定的证据推理能力。

師：当分别蘸有浓盐酸和浓氨水的两根玻璃棒相互靠近时，你又观察到什么现象？

资料卡2：浓盐酸挥发出的氯化氢遇到浓氨水挥发出的氨气会发生化学反应，生成白色固体氯化铵，从而形成白烟（“空中生烟”反应）。

通过前后两组实验对比，学生产生思维碰撞，加深了对化学变化和物理变化的认识。根据资料卡1、2，教师请学生根据元素和原子团化合价，正确书写反应物和生成物的化学式及化学方程式；根据提供的资料，独立连接该反应的微观变化比例模型图（如图6）；从“宏观—微观”的角度说一说物理变化与化学变化的实质，独自总结归纳知识要点（如图7）。

师：在回顾本单元知识的过程中，你学到了什么思维方法？你还能再举出一例，从宏观和微观的角度分别说明反应中的哪些物质发生了变化吗？尝试将你的设计写在自己的作业本上。

教师引导学生对比概念的异同，运用比较法、分类法构建基本概念的关系图，有利于学生从“宏观—微观”角度总结归纳物理变化和化学变化的本质区别，引导学生找出知识背后隐藏的科学规律和问题解决思路，培养“获取信息、分析问题、解决问题”的科学思维能力。

三、基于科学思维培育的单元复习教学评价

以核心素养为导向，教师要立足学生基本学情，重视以学生学习过程为载体的有效教学评价，积极改进终结性评价，科学设计评价工具，充分关注学生在化学学习活动中的具体表现。在实施精准学习评价的过程中，教师不仅要对学生课堂活动的学习状态、参与度和表现力做出适当评价，而且要关注学生课堂活动中吸纳学科知识的学习效果和思维路径，以及学生在学习过程中的思维外显水平。在学习活动评价中，除了师评外，学生自评和互评也是不可或缺的。学生自评能“三省吾身”，自我反思、自我完善、自我进步。而学生之间的交流和评价不仅能促进学生对学科知识的深度理解，而且有利于学生形成科学思维。

在单元复习教学评价中，常见的评价类型主要有“日常作业评价”和“活动表现评价”。“构成物质的微粒”单元复习教学的具体评价采用的是学习活动表现评价（如表2）。本次学习活动评价的设计主要立足于检验学生科学思维的水平，使学生学会建立模型认知的正确路径和方法，并能进行迁移应用。

四、基于科学思维培育的单元复习教学反思

单元复习是教学活动中的重要一环，是提高教学质量，促进学生认知结构化、系统化的关键。仅通过本单元这一类“构建、拆合球球模型”来发展学生的空间想象能力和抽象思维能力，还不能使学生真正形成建模思想。教师除了展示直观的模型外，还可以在不同的单元复习教学中采用不同的模型，逐步培养学生的模型意识，发展学生的模型认知思维。比如在复习“碳的化合物”时，教师就可以在教学中引入“价—类二维图”，简单梳理物质化学式与化合价的关系，通过对比强化学生对化合价的再认识。教师还可以采用图片、动画、视频、信息等不同形式，让学生再次体验学习的过程，既达到对所学知识的巩固与运用，又兼顾学生的自我认识与探索。此外，单元复习教学中教师还可以给学生适当布置一些精题来强化知识，比如对典型例题采用“一题多解”或“多题一解”的模式来增强学生的归纳总结能力和知识迁移能力等。

有效的单元复习教学设计不是内容的简单重复和堆砌，而是围绕一个主题由浅入深、层层递进地展开，发展学生的高阶思维，优化学生的认知结构。在复习教学阶段，教师通过设计有效的教学活动促进学生自主反思、完善并建立合理的前后知识间的联系和进阶，引导学生在解决真实情境问题的过程中培养思维的外显力和创造力，从中彰显初中化学知识的功能和价值。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］钟启泉.单元设计：撬动课堂转型的一个支点［J］.教育发展研究，2015（24）：1-5.

［3］邢国文，孙根班，李会峰，等.中学化学教学中的科学思维与逻辑辨析［J］.化学教育（中英文），2022，43（16）：44-48.

［4］喻俊，叶佩佩.促进学生核心素养发展的单元教学设计实践探索［J］.化学教学，2020（5）：51-55.

作者简介：张俊俊（1988— ），河南上蔡人，二级教师，研究方向为初中化学教学。

（责编 韦榕峰）