区域实践探索：学科教学改革研究成果

——新课程背景下高中化学主题教学知识结构化实践思考

学科教学是学校教育的中心工作，是实现教育目标的主要途径。新课程背景下，如何培养学生学科核心素养成为学科教学改革的重点。以教学为中心的活动，按照理论和实践二个维度，建立相应的实践研究模型。从理论上理清指导教学活动的各个关键要素，研究出教学活动的策略，设计教学活动方案，指导教学活动的实施。

（一）以“教学为中心”的实践研究模型

（二）国家课程

（三）普通高等学校招生全国统一考试大纲、说明

（四）建构主义理论

皮亚杰学说基本观点：

1.认知发展划分为不同的阶段。各认知阶段呈序列性变化，发展趋势不会颠倒，后面的阶段总是在前面阶段的认知结构基础上转换而成。

2.教学内容的处理和教学形式的安排不仅要从直观抽象这一维度来考虑，而且要从知识网络的组织方面来分析。

3.学生总是从他们的认知结构出发去接纳知识，原有的知识组织不同，对知识的理解显然也会各异。

4.同化和顺应及平衡是认知发展的重要机理，真正的学会意味着能够把知识同化进自己的认知结构，同时自己的认知结构与知识结构的特点相吻合，没有发生曲解。知识的真正掌握必然会伴随着认知结构的发展。

维果茨基“最近发展区”学说基本观点：

1.教学的功能之一就是建构认知发展。教学应该走在认知发展的前面，真正的教学不是简单的知识传授。学习的本质是创造最近发展区，教学的本质是引发最近发展区。

2.积极的范型能够使学生通过模仿而发展智力。

3.人类个体学习具有社会性。集体活动是有效教学必不可少的重要环节，社会性学习活动有利于学习和促进思维发展，要注重设计有效互动的合作性学习。

4.理论学习有助于让学生内化科学概念，形成科学思维。学习过程中要建立心理工具，在教学中要凸显符号、概念和命题反映的知识结构。

建构主义教学原理：

认知重组是学习过程的要素，教育者需要做的是，吸引学生体验他们的世界，引导他们提问和回答问题。建构的过程要引导学生去发现原有认知结构与新知识之间的不协调性，然后主动去改变。知识学习的认知建构发生于具体情景中，认知建构产生于积极的设计过程中。

1.学习依赖于学习者以前的经验。

2.学习者必须建构起自己的意义。

3.学习是情境的。

4.学习依赖于共同具有的理解，这种共有的理解来自学习者与他人的商讨。

5.建构主义包括理解学生现有的认知，并且提供适当的学习活动去帮助他们。

6.基于概念与学习理解之间的和谐性，教学能够利用一些关键性的策略，促进概念的变化。

7.针对概念变化的关键成分可以采取特定的教学方法。

8.教师将作为学生学习的指导者和探路者，在必要时说明信息，维持进行学习的适当环境。

9.在建构性的教与学中，更多强调学生“学会学习”，而不是事实的积累。

建构主义教学实践：

“抛锚式”教学模式：从局部入手，以少带多，在真实的情景中建构知识，教师能够以伙伴、合作者和指导者的身份向学生提供信息源、解决方案等帮助。

布鲁纳学科结构理论：

基本观点：“学习任何学科主要是使学生掌握这一学科的基本结构，同时也要掌握研究这一学科的基本态度和方法”。所谓“学科基本结构”，是指该学科的基本概念、基本原理及其相互之间的关联性。学习的实质在于主动地形成认知结构，其核心就是一套类别编码系统，发现学习是学生掌握学科基本结构的良好方法。

奥苏伯尔认知同化理论：

1.有意义学习过程的实质就是符号所代表的新知识与学习者认知结构中已有的适当观念建立非人为的和实质性的联系。

2.知识的同化。学习者学习新知识的过程实际上是新旧材料之间相互作用的过程，学习者必须积极寻找存在于自身原有知识结构中的能够同化新知识的停靠点，把新知识纳入已有的图式中去，从而引起图式量的变化的活动。

3.学习的原则与策略：逐渐分化原则、综合贯通原则、序列巩固原则。

与教学、学生认知形成最紧密的上述认知观点、教育原理有：

因此，知识结构化对学习具有重大意义，学生学习的过程可以视为知识结构化的过程。认知心理学认为，只有组织有序的知识才能在一定的刺激下被激活，在需要应用时才能成功地提取。知识结构化有利于学生对知识的记忆，有利于学生对知识的理解和整体上的把握，有利于学生学习的迁移应用，有利于缩小高级知识和初级知识之间的差距。教师的工作就是将本学科的知识有目的、有层次、有系统地传授给学生，并使学生头脑中的知识网络化、结构化。特别是化学学科，其知识相对其他学科比较琐碎，难记忆，易混淆，因此教师要把握化学学科整体知识结构、单元知识结构和课时知识结构，找准学科知识结构与学生认知结构的差异和结合处，了解学生已有的认知结构，诊断其错误联系和断链、缺面、缺体部分，上课时根据课的类型和教学目的要求，为学生最佳理解提供最佳的知识结构，从而帮助学生掌握学科知识。这就要求教师转变思路，改进教学策略，通过教学将知识结构转化为学生头脑中的认知结构。

（五）知识结构化实践研究线路

本研究按照《普通高中化学课程标准（2017年版）》，以“元素周期律”为核心概念，必修2第一章《原子结构与元素周期律》为主题。

（六）新课程背景下主题教学知识结构化策略

1.科学规划知识呈现顺序。教材所编辑的知识呈现顺序不一定是学生“学”和教师“教” 的顺序，要根据学生的实际情况和教师个体“教”的特点进行科学规划。如本主题知识顺序可以调整为：原子结构　→　元素周期表　→　核素　→　原子结构与元素性质　→　元素周期律（元素性质的周期性变化规律、元素周期表和元素周期律的应用）　→　化学键，主要是突出结构决定性质的基本观念，以原子结构的规律性和递变性认识元素周期律。

2.找准教学的切入点（出发点）。深入分析学生已有知识结构，对照课程标准和新的知识及教学内容，找准教学的切入点。课堂教学的切入点是多元化的，可以从关键词、知识线索、学生感兴趣的问题、教学目标、化学事件、质疑、实验等切入，但一定要与学生已有知识、新知识有逻辑关系，不能生拉硬扯，喧宾夺主。如本主题是以学生回答氢气、铁、氯化钠、二氧化碳物质中由原子构成的是哪个和完成氢、氦、锂、铍、硼、碳、氮、氧元素原子结构示意图为切入点，通过自主学习阅读教材，在原有知识基础上，增加了对原子结构的认识，又在新认识的基础上对原子结构形成新的认知，继而能够在原子结构、元素周期表结构上建立元素周期律的认识。对于理论性较强的本主题，学生能从已熟知的原子结构为起点学习，符合认识规律。

3.完成一系列有关联的任务，解决一系列有价值的问题。学习任务环环相扣，完成任务即是学习，切实落实学生学习的主体性。通过问题解答，不断纠错，在任务和问题的刺激下，认知发生同化与顺应，构建新的认知结构。本主题教学设计中设计了多个任务和一系列问题，目的就是让学生在完成任务和解决问题过程中，达到将知识结构化。

4.指导学生及时归纳总结，使知识结构化。

5.指导学生研制化学概念图和思维导图，使知识网络化。将概念图的框架、层级、思路教给学生，引导学生分析关键节点，寻找有效层级，进行有意义的连接。按照科学思维的逻辑关系，理顺知识层级，形成知识主题的思维导图。

6.实施探究式教学。探究式教学是知识结构化的重要途径。按照科学探究的路径，让学生在探究中提出问题、猜想与假设、实验验证，在分析的基础上获得新知识。新知识是在探究的基础上获得，不是灌输式、简单记忆。

7.创设真实的问题情境。基于真实的STSE问题和化学史实、学生学习中的问题等，设计教学情境。如本主题设计“学前瞭望”，让学生了查阅了解原子结构模型的演变。

8.精心编制典型习题，开展变式训练，促进知识结构的完善。通过练习学生能够加深对知识的理解，达到深度记忆，增强知识的应用能力，在解决问题的同时完善知识结构。通过学生自己总结、讨论和变式训练，加大理解和记忆的深度，提高应用能力。

（七）知识结构化策略及其教育原理分析

知识结构化有二层含义：一是学科知识本身的结构化程度；二是学生将知识结构化的程度。

（八）《原子结构与元素周期律》知识结构分析(www.xing528.com)

物质结构决定物质的性质及相关的应用，是化学是从微观层次认识物质的重要角度，是化学课程的重要基础。一般化学物质主要是通过原子间离子键或共价键形成，对于组成和结构相似的物质，其性质相似。元素周期律揭示了物质的性质周期性变化规律，是元素及其性质的重要概括，通过学习学生能够将元素性质、物质结构、元素周期表等内容结合起来，认知元素及其化合物性质的变化规律。本章重点是原子结构与元素性质的关系以及元素周期律，以碱金属和卤族元素为代表介绍同主族元素性质的相似性和递变性，以第三周期元素为代表介绍元素周期律。在化学基本概念、基础理论知识中，物质结构和元素周期律具有非常重要的地位，对于学生系统认知氢、碱金属、卤族等元素及其化合物有较大帮助，为选修课程《物质结构及性质》奠定基础。

化学学科的学习，就是从认识物质性质开始，继而深入探究各类无机物和有机物物质的结构、用途等。

1.初中知识。

学生通过初三年级学习，基本认识了氢、氧、铁等大约30种元素，包括元素的名称、符号的书写、在元素周期表中的位置，以及元素的简单分类，形成基本的“元素观”。初步认识元素周期表周期和族、原子序数，但不了解元素周期表是怎么排列的。对原子的构成、核外电子分层排布有了一定的认识，已经认识了1～18号元素的原子结构示意图。初步了解在化学反应中，原子最外层电子都趋于达到相对稳定的结构。

2.高中知识结构。

“原子结构与元素周期律”主题，其知识结构如下图。

3.主题知识内容分析。

原子结构与元素周期律主题的内容主要是在进一步认识原子结构的基础上，形成元素性质的周期性变化规律的认识。具体就是知道元素、核素的含义，了解原子核外电子的排布，通过有关数据和实验事实认识原子结构、元素性质呈周期性变化的规律，以碱金属和卤族元素为实例认识元素性质周期性和递变性，建立原子结构、元素性质与元素在元素周期表中位置的关系。

4.主题知识内容呈现顺序分析。

人教版高中化学必修2第一章《物质结构元素周期律》共有3节，该章首先学习元素周期表，然后依次学习元素周期律和化学键。

第一节　元素周期表

[元素周期表]

1.简单介绍元素周期表的产生。从化学史引入，直接呈现元素周期表。

2.原子序数与原子结构关系。从元素周期表中原子序数与元素原子结构关系直接引出原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数

3.元素周期表的纵横排列方式。介绍元素周期表横行、纵行排列的原则。

4.元素周期表中周期、族的情况。长、短周期和主族、副族的情况，第ⅠA族、ⅦA族、0族俗称。

[元素性质与原子结构]

1.碱金属元素。设置“科学探究”栏目，其任务一：要求学生查阅元素周期表填写碱金属的元素符号、核电荷数、原子结构示意图、最外层电子数、电子层数、原子半径，通过表提示学生观察碱金属元素原子结构的共同之处；任务二：实验钾与氧气、水的反应，提示学生思考交流钾、钠实验得出性质相似和不同之处。根据两个任务直接总结得到碱金属元素特点，一是最外层都有1个电子；二是化学性质相似，都能与氧气等非金属单质以及水反应，反应中化合价都是一价；三是总结得出碱金属元素核电荷数增加、电子层数、原子半径、原子核对最外层电子吸引力、碱金属性及与水反应的规律；四是以表的形式归纳颜色、柔软性、密度等物理性质变化。

2.卤族元素。设计“学与问”栏目，让学生从氟、氯、溴、碘元素的原子结构示意图中分析推测卤族元素化学性质的相似和递变规律，然后教材直接以表格的形式列出①卤素单质与氢气反应②卤素单质间的置换反应，接着介绍卤素单质氧化性强弱规律，分析规律性变化与最外层电子数关系以及同族元素原子半径、得失电子能力、金属性和非金属性变化规律。

[核素]

在上述认识的基础上，提出讨论“元素的性质与原子核的关系”。教材先介绍质子数，依据元素的定义提出“中子数”是否相同问题，根据已有的科学实验回答这一问题，并列表给出氢元素3种不同的中子数状况，据此定义“核素”，接着介绍同位素以及相对原子量和碳、氧、铀的核素情况。

最后，教材还设计了查阅资料搜集不同形式的元素周期表、自己制作元素周期表2项实践活动。

第二节　元素周期律

[原子核外电子排布]

首先直接介绍电子层模型——洋葱式结构和多电子原子中电子能量与原子核远近及排布规律，接着提出各电子层最多可排布电子数问题。直接引用原子光谱和理论分析结果，以表格形式给出1～20号元素原子核外电子层排布。

[元素周期律]

按照“科学探究”的思路，先是让学生写出1～18号元素的原子结构示意图，接着以周期表横向结构为线索，讨论核外电子层排布、元素的原子半径和化合价呈现的递增规律。继而又按照“科学探究”思路，以第三周期元素为代表归纳元素周期律。探究活动通过镁与水和镁、铝与盐酸的反应实验，结合必修1钠与水的反应实验，讨论钠、镁、铝与水反应的难易程度、最高价氧化物对应水化物碱性强弱、金属性强弱问题，并提供第三周期其他元素硅、磷、硫、氯单质与氧气反应条件、最高价氧化物对应水化物酸性强弱情况（表格）给学生阅读，归纳出第三周期元素金属性、非金属性递变规律。在此探究基础上，自然引出元素周期律。

[元素周期表和元素周期律的应用]

教材首先明确可以根据元素在周期表中的位置推测其原子结构和性质的对应关系，接着介绍周期表分区及相应的金属性、非金属性递变规律，就此提出3个“学与问”问题，然后介绍主族元素的最高正化合价等于它所处的族序数、非金属元素的最高负化合价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数及最低负化合价问题。教材还介绍了元素周期表和元素周期律在寻找材料、发现新元素等方面的应用。

第三节　化学键

（“化学键”也是高中化学核心概念，另拟主题研究教学实施，此处仅分析知识呈现顺序）

问题提出：原子之间是通过什么作用形成物质多样性？

[离子键]

主要从原子核外电子排布、8电子稳定结构分析化合物的形成和化学反应的本质。

【实验1-2】从钠和氯原子核外电子排布、8电子稳定结构分析钠离子、氯离子的形成，并最终导致形成氯化钠，以此引出离子键、离子化合物定义，介绍用电子式表示氯化钠形成过程。

[共价键]

教材首先提出氢气、氯气、氯化氢形成与氯化钠形成是否一样的“思考与交流”，然后又抛出上述分子中原子数量关系问题，接着用核外电子数、8电子稳定结构分析氯原子形成氯分子过程，从而定义共价键、共价化合物。用电子式表示以氢原子与氯原子形成氯化氢过程，并以此定义共价化合物。设置“学与问”让学生用电子式表示水的形成过程，依据原子吸引电子能力，引出非极性键和极性键。通过离子键形成离子化合物，共价键形成共价化合物，引出化学键概念。用化学键观点分析氢气与氯气反应过程，就是旧化学键断裂，新化学键形成过程。

“科学视野”拓展：分子间的作用力和氢键。

5.学生认知分析。

此前，学生已经学习了物质及其组成、原子结构及部分元素的原子分层结构示意图、金属钠和氯气的化学性质，从原子结构和物质性质上为本主题的学习打下了坚实的基础。本主题就是要认识原子结构与元素性质周期变化规律——元素周期律，因此，学生在认知上要通过增加原子核外电子分层排布知识，从相关原子核外电子排布中得到启示，认识规律，并以实验验证增强理解。学生在学习中认识原子核外电子层及其分层排布规律（新增洋葱式结构），据此认识元素周期表，从而根据核外电子排布规律和实验验证学习元素周期律。

学生在构建新的知识结构过程中存在下列问题：一是原子核外电子分层排布较为抽象，且在不同的学习阶段有不同深度的表述，对学生是一个难点；二是元素性质规律性变化的普遍性与特殊性难于掌握，学生容易产生疑惑，从而增加学习难度；三是实验验证是教师进行演示，学生的动手实验能力欠缺。设想在实际教学中设计以下环节和问题：①“学前瞭望”让学生了解科学史上原子结构模型的演变，克服难点；②让学生解决一系列有价值的问题，建构新的知识；③　实施探究式教学，从提出问题开始，通过假设与猜想、实验进行验证、归纳总结、巩固练习等环节，在探究中构建新的知识结构；④重视实验验证，演示过程中要求学生记录好，尽量做到举一反三；⑤开展变式训练，通过应用将知识结构化。

（九）《原子结构与元素周期律》主题教学案设计

教学案是教师为学生学习设计的路线图或学习路径，主要体现学习活动的各个环节和相关任务，以及反映所采用的教学策略、素养目标达成。以学生为学习的主体，体现学生学习自主构建。教师的重点是研究将知识结构化的策略和方法变成实实在在的“做法”，不是“备”怎么做“课件”，遵循“问题多设计一些、情境多思考一些、习题更加典型一些、切入点更加准确一些、总结归纳更加及时一些”的基本思路。总之，教学案的设计是最终改变教师满堂灌、学生被动听的课堂教学，形成教师适时引导、学生自主学习构建知识结构的和谐课堂教学生态。

高中化学必修2：第一章　物质结构　元素周期律第一节　　原子结构与元素周期律教学设计

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