优化课程内容结构和组织形式的实践探索

王云生

摘要： 依据课程标准，评析教育部智慧教育平台课程教学选择刊出的三节化学课堂教学课例，阐述化学课堂教学优化课程内容结构和组织形式，落实学科课程育人方针的几个途径：依据知识的逻辑结构、学生的认知结构，设计、组织教学活动；灵活运用多种学习方式，创造性地运用教材，引领学生从宏观、微观视角探究、认识物质结构、性质与变化；指导学生综合应用学科内、学科间的已有知识理解、学习新知，了解化学科学发展成就，发展学科核心素养。

关键词： 化学课堂教学; 课程内容结构; 内容组织形式; 物质结构与性质

文章编号： 1005-6629（2023）09-0003-05   中图分类号： G633.8   文献标识码： B

2022年新修订的义务教育各学科课程标准在前言“主要变化”一段中指出，课程标准“优化了课程内容结构”，“基于核心素养发展要求，遴选重要观念、主题内容和基础知识，设计课程内容，增强内容与育人目标的联系，优化内容组织形式。设立跨学科主题学习活动，加强学科间相互关联，带动课程综合化实施，强化实践性要求”，“构建实践型的学科育人方式”［1］。在课程教学中，落实优化课程内容结构的要求，不仅是义务教育阶段也是高中阶段各学科课程教学的重要问题。

学科课程教学要体现学科的本质特点、彰显学科的独特育人价值，一要依据课程标准遴选的各学习主题的教学内容，参照教材，优化内容组织形式。以学习主题统领教学内容，以学科基本观念、思想统摄基础知识、基本技能、学科研究方法和价值等必备知识；二要基于真实情境、问题、任务、项目设计组织教学活动，注重学科实践，运用以实验（或社会调查）为主要手段的科学探究学习方式，注意学科内、学科间的相互联系。

在教育部国家中小学智慧教育平台［2］设置的“课程教学”栏目中，为各学科课程教学提供了许多优秀的课堂教学课例。这些课例较好地体现了课程标准优化课程内容结构和内容组织形式的要求，对课堂教学的设计组织有很好启发示范作用，有助于推动课堂教学改革的深化。下文以平台“课程教学”栏目提供的高中化学课程“物质结构与性质”模块的三节课（“分子的空间结构”“物质的聚集状态与晶体常识”“配合物与超分子”）［3］为例做分析，与同行们切磋。

三节课依据化学课程标准规定的化学选择性必修课程“物质结构与性质”模块主题2（微粒间的相互作用与物质性质）的“分子空间结构”“晶体与聚集状态”、主题3的“物质结构的探索无止境”［4］，参照人民教育出版社编写的该模块教材的第2章第二节“分子的空间结构”、第3章第一节“物质的聚集状态与晶体常识”、第四节“配合物与超分子”设计组织。三节课在学习内容设计、内容组织形式上贯彻了课程标准的教学要求，具有鲜明的特色。

1  依据知识的逻辑结构、学生的认知结构，设计、组织教学活动，帮助学生理解、掌握分子空间结构的知识体系

“分子的空间结构”一节课，教师依据课程标准规定的学习要求（“结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，并可运用相关理论和模型进行解释和预测。知道分子的结构可以通过波谱、X射线衍射等技术进行测定”［5］），以“多样的分子空间结构”“价层电子对互斥模型”“杂化轨道理论简介”三个标题统领全节教学内容，把教学过程分为三个阶段，依次引领学生认识共价分子具有一定空间结构，学习科学家研究分子空间结构提出的价层电子对互斥模型，理解科学家为解释分子空间结构提出杂化轨道理论。教学过程体现了分子空间结构基础知识的内在逻辑结构。与此相对应，教师用“感受分子的空间结构”“预测分子的空间结构”“解释分子的空间结构”三个副标题，揭示了学习、掌握学习内容的认知顺序。从直观形象地感受分子空间结构的多样性入手，了解科学家如何预测、呈现分子的空间结构，认识科学家如何解释分子固有的空间结构。课堂教学的设计、组织，把知识本身的逻辑结构与学生对分子空间结构认知的逻辑结构加以统整，使教师的教学思路、知识的内在逻辑结构、学生的学习思路三者和谐地统一起来。课堂教学结构流畅，易于理解接受。

在教学过程中，教师依照设计的教学思路，整合重组教材编写的教学内容，灵活运用教材中“资料卡片”“科学技术社会”等栏目提供的情境素材，参照“思考讨论”“研究与实践”等栏目组织学生开展学习活动，优化教学内容的组织形式，把教师的启发性讲解、学生的学习活动和谐地统一起来。使各个段落的学习内容无缝对接，自然流畅。教学过程中，教师没有刻意、机械地向学生呈示学习目标、说明内容的重难点，也没有做空洞的学习方法说教，但是学生通过课堂的讲解和学习活动，能清晰地了解学什么、怎样学。必备基础知识的理解、掌握，化学观念的教育，化学研究方法的启迪，学习价值的体会，通过学习活动自然而然地达成了，给人润物细无声之感。一扫某些课堂教学看似热闹，却杂乱无序、华而不实的教风。

教学的第一阶段，为了帮助学生感受（认识）分子空间结构的多样性，教师把教材中的第1、 2两小节整合重组，以多样的分子结构统领学习内容，结合多媒体教学手段的运用，组织学生观察多种精美的分子结构动画，引导学生认识几种双原子、三原子、四原子、五原子分子的空间结构模型，体会到“分子空間结构”是共价分子中原子在空间所处位置的几何学关系的直观呈现。教师还注意提醒学生，由于分子中处于不断的伸缩、弯曲的振动之中，分子空间构型呈现的是分子中各原子处于平衡状态下，原子空间位置的几何学关系。教学内容的设计组织，帮助学生建立了正确的分子结构观念。能多角度、辩证地看待分子空间结构，认识分子空间结构的客观性与多样性。随后，以问题为导引，转入下一阶段的学习。启发学生思考为什么共价分子具有一定的空间结构，怎样了解、怎样运用物质结构理论预测、解释分子的空间结构。

在第二阶段的教学中，教师先结合实例通俗简要地介绍科学家怎样运用红外光谱测定、晶体X射线衍射等实验方法来测定分子的空间结构；具体阐述科学家如何运用“价层电子对互斥模型”推测分子的空间结构。为了帮助学生建立价层电子对互斥的概念，教师用绑扎在一起的2、 3、 4、 5个气球，呈现这些气球在空间的排布，让学生直观看到气球互斥所形成的空间排列情况。用它类比分子（离子）中，中心原子的σ键电子对、孤电子对（合称中心原子的价层电子对）具有互斥作用，使之尽可能地远离，处于能量最低、最稳定的状态。帮助学生形象地认识到价层电子对互斥模型是怎样构建的，体会到分子中中心原子价层电子对由于互斥作用，使分子中各原子在空间的位置具有特定的几何学关系。再联系学生必修化学、有机化学基础已学的典型分子，学习分子空间结构的测定、推测，体会、掌握如何依据分子中价层电子对［包括中心原子成键（σ键）电子对和孤电子对］的数目确定价层电子对互斥模型、分子的空间结构。清晰地辨识价层电子对互斥模型与分子的空间结构的关系。教师还组织学生开展学科实践活动，分析各类典型实例，深化对“价层电子对互斥模型（VSEPR model）”、分子的空间结构的认识，提高灵活运用VSEPR模型、确定分子空间结构的能力。练习既包括教材中所列举的分子（离子）的空间结构，也补充了学生较为陌生的HCN、 O3等实例，鼓励学生运用所学的基本原理分析、预测较为陌生、复杂的分子的VSEPR模型和分子的空间结构。归纳了运用VSEPR模型”预测分子的空间结构的5个基本步骤（依据中心原子与所结合的原子数确定σ键的电子对数、从分子的电子式或运用计算通式确定孤电子对数、确定中心原子的价层电子对数、确定电子对互斥模型、依据VSEPR模型和孤电子对数确定分子空间结构），帮助学生清晰、快捷地掌握了运用VSEPR模型分析分子空间结构的具体方法。

在第三段杂化轨道理论的教学中，教师以碳原子的价层电子的排布难以解释甲烷分子空间结构的问题为例创设问题情境，引入了鲍林的杂化轨道理论的学习。以学定教，设计组织学习活动，并针对学生的学习难点和存在问题，指导、答疑。例如，强调说明杂化轨道理论的提出是为了解决原有的价键理论难以说明某些分子空间结构的问题。避免学生把杂化轨道理论视为分子空间结构形成的原因。又如，为了组织学生开展实践活动，帮助学生正确理解、运用杂化轨道理论推测分子空间结构。活动后，帮助学生用简明扼要的语言总结从学习活动得到的体会：（1）杂化轨道的形成是有条件的，在外界条件影响下，中心原子的能量相近的轨道发生杂化，使其他原子的结合得以发生；（2）中心原子的价层电子对数目、孤电子对数目与形成的杂化轨道数目有确定的关系：杂化轨道数=中心原子的价层电子对数=中心原子的孤电子对数+中心原子与结合原子间的σ键电子对数；（3）轨道杂化后，轨道的成分、能量、形状、伸展方向都发生了变化，但轨道数目不变，杂化轨道用于形成中心原子与所结合原子的σ键或容纳未参与成键的孤电子对；分子中形成π键的电子只能处于没有发生杂化的原子轨道上。

2  灵活运用多种学习方式，创造性地运用教材，引领学生从宏观、微观视角认识物质的聚集状态，了解晶体的特征、晶体结构的测定方法，了解认识晶体微观结构的思路和方法

“物质聚集状态与晶体常识”一节是人教版《物质结构与性质》模块教材第一章（“晶体结构与性质”）的第一节。教材是依据高中化学课程标准主题2的内容要求编写的。与旧课标下的学习要求相比，学习内容修改补充较多。其中有关晶胞结构学习内容的理解掌握需要有一定的几何学知识和空间想象能力，难度较大［6］。如何设计、组织学习内容才能取得较好的教学效果，智慧课堂提供的课例能给教师诸多启示。

为了帮助学生从微观视角认识物质的聚集状态，授课教师参照教材以学生熟悉的物质三态及其转化为例，说明物质三态的变化是构成物质的粒子间的作用力在外界条件影响下发生改变的结果。在此基础上，列举晶体、非晶体、等离子体、离子液体、液晶等实例，说明物质的聚集狀态随构成物质的微粒（离子、分子、原子等）种类、微粒间的相互作用、微粒聚集程度的不同有所差异。组织学生通过各种学习活动（样品观察、实验事实、数据图表的分析等），直观地了解固体两种聚集状态（晶体与非晶体）在宏观性质上的差异；认识晶体具有自范性、各向异性的本质原因是晶体内部质点排列的有序性。通过实例分析说明利用X射线晶体衍射实验是区别晶体和非晶体最可靠的科学方法。介绍晶体形成的途径、我国科研人员开发CVD人造金刚石国产化生产线的科研成果，帮助学生了解晶体研究及其应用价值。

为了帮助学生更好地学习“晶体微观结构的测定”，教师把教材中的三、四（晶胞、晶体结构的测定）小节合并重组，引导学生像科学家那样，从晶体结构的基本单元（晶胞）的研究，认识晶体结构；利用X射线晶体衍射实验得到的衍射图谱，经过计算处理，获得晶胞的结构的各种信息，了解晶体中微粒的相互关系。在教学过程中，教师运用诸多形象的实例、实验事实帮助学生建立晶胞的概念。为了帮助学生明确晶胞与晶体的关系，用动画形象地说明，晶胞无隙并置是共顶点、共平面、共棱线的。识别晶胞，要确定它的八个顶点是否完全相同，沿着三维直角接坐标x、 y、 z轴的三套各4根平行棱是否分别相同，沿着x-y、 x-z、 y-z展开的三套各两个平行面是否分别相同。运用若干实例引领学生通过分析，学会辨识晶胞，从定性、定量两方面分析晶胞结构，把握分析晶体微观结构的思路和方法，能依据晶胞结构确定晶体中各组成粒子的空间位置关系，晶体的化学组成、密度。

3  指导学生综合应用在学科内、学科间已学的知识理解、掌握“配合物”、“超分子”的基础知识，了解化学科学发展的成就，落实“研究物质结构的方法与价值教育”的要求

2017年版高中化学课程标准在学习内容上要求“认识简单配位化合物的成键特征、了解配位化合物的存在与应用”，把简单配合物的制备作为学生的必做实验之一［7］。还要求“了解人类探索物质结构的过程，认同物质结构的探索无止境的观点，了解从原子、分子、超分子等不同尺寸认识物质结构的意义”［8］。配合物的研究发展跟人类生活有密切的关系，在生产和科学技术方面的应用也很广泛。超分子体系在生命体中有着举足轻重的作用，超分子化学是认识生命现象的重要工具。超分子化学在科学领域有着广泛的应用。许多新型催化剂、药物、功能材料、分子器件的开发研制都离不开超分子化学的研究。配合物与超分子的学习内容反映了物质结构研究的进展，说明了物质结构的探索是无止境的，体现了物质结构研究的价值。这两项学习内容的理解掌握，建立在诸多化学基础知识、基本概念的基础上，还和生物、物理的基础知识相关联。帮助高中学生学习配合物的基础知识、初步建立超分子的概念，了解超分子的分子识别和自组装特征，可以帮助学生深化和拓展对共价键、配位键、氢键、范德华力、共价分子、分子空间结构等基本概念的认识，了解化学科学的新进展，认识化学科学研究的价值。人教版教材在《物质结构与性质》模块的最后一章编写了这两项学习内容，引导学生综合运用已有基础知识和掌握的研究方法，理解建立配合物、超分子的概念，有助于全面落实课程标准的学习要求。多年来配合物的学习内容在高考内容中出现很少，超分子的学习内容是新课标和新教材新增加的学习内容，一些教师在教学中不够重视，一些教师对超分子、超分子的形成、分子识别与自组装等概念比较生疏，缺乏这方面的知识准备和教学经验，教学上存在畏难情绪。智慧课堂提供的“配合物与超分子”一节课的设计组织十分值得学习和研究。

该教学实例运用教材提供的素材，联系有机化学和生物学科中学过的知识，深入浅出地指导学生通过学习活动学习以达成学习目标，提供了可借鉴的经验。授课教师在两项学习内容的设计组织上，非常注意学科内、学科间的相互关联，引导学生运用已有的化学基础知识、化学实验、证据推理和模型建构等研究方法，联系生物、物理学科的知识，帮助学生理解、建构配合物、超分子的观念。例如，引导学生从硫酸铜、氯化铜、溴化铜溶液都呈蓝色，推测铜离子可能呈蓝色，再从无水硫酸铜晶体、氯化铜晶体、溴化铜晶体分别呈白色、棕色、深褐色，质疑上述推论的正确性，从五水硫酸铜晶体、二水合氯化铜晶体呈蓝色、绿色，进一步做推理论证，得出水合铜离子呈蓝色的结论。进而提出铜离子和水分子怎么结合的问题，启发学生从铜离子和水分子的结构、性质出发，否定两种微粒以共价键、离子键、金属键相结合的可能、设想并论证铜离子和水分子可以通过配位键结合。通过分析，建立配位化合物及其组成的相关概念，并运用于分析说明铜氨离子、银氨离子、硫氰合铁离子的形成、组成，巩固、扩展配合物的概念。带领学生回顾存在多种硫氰合铁离子的事实，认识不同配离子具有不同稳定性。为了深化对配合物知识的理解，教师设计了一个问题解决活动，组织学生探究为什么氯化铜溶液随着浓度增大，颜色逐渐从蓝色转为蓝绿色、黄色。启发学生依据水合铜离子、四氯合铜离子的颜色、联系物理中学习三原色配色原理，运用控制变量实验方法，观察、比较分别在0.1mol·L-1、 2mol·L-1的饱和硫酸铜溶液中加入6mol·L-1氯化钠溶液时颜色的变化，解决了问题，提升了学生的科学探究意识和能力。

为了帮助学生建立超分子的初步概念，教师利用生物课和有机化学中讲解的DNA双螺旋结构的例子，说明DNA中两条分子链通过空间几何关系配对相互识别，并以氢键相互结合，从DNA的稳定性，印证两条单分子链可以通过氢键稳定地结合。认识两个分子可以通过非共价键的相互作用结合形成分子聚集体，初步建构了超分子的概念。再运用结构模型图，讲解杯酚与C60、冠醚6与钾离子通过尺寸配合，以范德华力或配位键相互结合的过程，帮助学生进一步认识到分子间（分子与离子间）还可以通过选择性配位作用，以配位键、范德华力相互作用，结合成超分子，完整地建构了超分子的概念。教师还针对学生的疑问，说明配位键属于共价键，但它也能参与分子间相互作用，可以在超分子的形成中发挥作用。帮助学生用辩证、发展的眼光看待配位健的概念。教师还选择运用浅显、易懂的例子，帮助学生认识超分子研究的价值和意义。如，在甲苯中添加冠醚6，让钾离子与冠醚的结合，把高锰酸根离子带入甲苯，可以大大提高高锰酸钾氧化甲苯的反应速率。运用教材第二章“科学技术社会”栏目介绍的烷基磺酸根离子在水中能自动形成胶束的例子，说明什么是“自组装”，介绍超分子可以通过自组装形成超分子有序体。

上述三节课基于核心素养发展要求，在教学内容设计、教学内容组织形式的探索，说明课堂教学要依据知识的逻辑结构、学生的认知结构设计教学思路；要灵活运用多种学习方式，引领学生从宏观、微观视角认识物质及其变化；要注意学科内、学科间的相互关联，指导学生综合应用已有知识，理解、掌握新知识；要帮助学生了解化学科学发展的成就，落实“研究物质结构的方法与价值教育”。这些经验对于帮助学生深刻理解、扎实掌握必备基础知识，形成化学观念思想，了解化学科学的研究思路方法，认识化学科学的应用价值，提高化学学科核心素养，进一步深化化学课堂教学改革，都是非常宝贵的。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部制定. 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： 4.

［2］中华人民共和国教育部， 教育部教育技术与资源发展中心（中央电化教育馆），国家中小学智慧教育公共平台. https：//www.zxx.edu.cn.

［3］中华人民共和国教育部，教育部教育技术与资源发展中心（中央电化教育馆）， 国家中小学智慧教育公共平臺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： 39～43.

［5］吴国庆， 李俊. 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.