进阶型物理化学论文

摘要：《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》明确要求开展“素养为本”的课堂教学实践。立足高中化学课堂，总结“素养为本”的课型，包括：以发展学科观念为主的元素化合物新授课，以建构思维模型为主的概念原理新授课，基于价类二维图的元素化合物单元复习课，体现认知进阶的专题复习课，形式丰富、提质增效的讲评课等。以下是小编精心整理的《进阶型物理化学论文(精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

进阶型物理化学论文 篇1：

基于化学竞赛培养高中化学拔尖人才的策略研究

[摘   要]国家一直非常重视拔尖人才的培养，培养拔尖人才是国家的需要，是教育工作的一项战略任务和实现中华民族伟大复兴的历史要求。文章归纳了拔尖人才培养的相关理论，并基于理论指导，以南宁市第三中学为例，探索如何在化学竞赛的开展实践中促进高中化学拔尖人才的培养。

[关键词]化学竞赛;拔尖人才;培养

一、研究背景

2020年1月，教育部印发了《关于在部分高校开展基础学科招生改革试点工作的意见》，决定自2020年起，在部分高校开展基础学科招生改革试点工作，选拔培养有志于服务国家重大战略需求且综合素质优秀或基础学科拔尖的学生，这一计划称为强基计划[1]。可见，培养拔尖人才是教育工作的一项战略任务，也是回答“钱学森之问”，实现中华民族伟大复兴的历史要求。高校如何衡量学生是否拔尖？学科竞赛无疑是重要的参考依据。在“强基计划”中，包括清华大学、北京大学在内的所有试点高校，都对学科竞赛银牌及以上的获得者破格录取。本文以南宁市第三中学为例，探索如何在化学竞赛的开展实践中促进高中化学拔尖人才的培养。

二、理论基础

1.自主学习理论

自主学习并不等同于自学，也不等同于自由学习。自主学习是一种学习模式，是在教师的指导下学生根据自身的学习能力，制订适合自己的学习策略并完成学习目标。

自主学习是个体终身发展的需要。现代社会科学技术迅猛发展，各种知识更新换代的时间大大缩短，不可能在任何时候都有老师教。因此，引导学生学会自主学习，提升其终身发展能力非常必要。

自主学习是创新拔尖人才所必备的基本功。自主学习能促进学生对所学内容的理解更深刻和多维，有利于学生发展逻辑思维、发散性思维及批判性思维。著名的数学家华罗庚曾经说过：“一切创造发明，都不是靠别人教会的，而是靠自己想，自己做，不断取得进步。”

在传统的高中课堂，学生的能力参差不齐，且课时紧、任务重，并不能有效开展自主学习;学习竞赛的学生一般而言智力水平相对较好且综合能力较强，适合开展自主学习。重庆南开中学刘庆生[2]提出，在竞赛培训过程中，可分为三个阶段促进学生自主学习能力的发展：高一以高中课本中的知识点为基础，促进学生阅读水平的提高，促使其养成自主学习习惯，为第一阶段;高二以初赛的大纲为基础，通过多种方式促使学生熟练掌握自主学习模式，为第二阶段;初赛结束之后到决赛之前为第三阶段，这一阶段主要是促进学生自主学习能力的进一步提升。

2.创新教育理论

创新是社会发展的基础，是实现中华民族伟大复兴的根本。创新人才对于知识经济的发展起着越来越重要的作用。高中既是青少年打基础的黄金时期，又担负着为高校输送人才的重任，是基础教育的关键阶段。如何在高中阶段为国家培养对基础学科既有浓厚的兴趣又有过人的天赋，既有远大的志向又有创新能力的青年拔尖人才，是基础教育领域面临和必须解决的问题。

创新教育是指在教学过程中，根据创造学所揭示的规律把创造学、心理學、教育学等相关学科的原理与方法有机结合起来，帮助学生树立创新意识，发展创新思维（关键），培养创新精神（基础），提高创新能力（中心）的一种教育实践[3]。

学科竞赛是创新教育的重要载体。在学科竞赛中，学生不再只将目光聚集于课本所学，而是广泛涉猎，积极思考，开阔视野和思维， 优化学习方法，提升学习能力，提高心理素质和抗压能力。这是常规教学所不具备的教学效果。

三、实施策略

1.学生选拔方法

竞赛的内容多且难，部分甚至达到了大学本科二年级的水平，所以甄选出合适的学生尤为重要，否则最终可能只会让竞赛成为一种负担，以至于学生学不好竞赛，还耽误了高考。

适合学习化学竞赛的学生应具有以下特征：

（1）对化学学科具有浓厚的兴趣。爱因斯坦说过：“兴趣是最好的老师。”如果只是带着功利性的目的去学习竞赛，必然走不远。

（2）对未知的事物保持强烈的好奇心。

（3）具有一定的智力水平，较为均衡的综合成绩或综合成绩不是那么突出，但具有突出的化学成绩和学科潜力。

（4）具有坚忍不拔的精神，遇到困难不会轻易退缩。

基于不同的校情，不同学校选拔学生的方式大概有三种：第一种是初高中一贯制学校，如成都七中嘉祥外国语学校[4]，由于有部分优秀初中学生可以直接升入高中，因此在初三学年5月份初高中衔接的时候就可以开始着手组织选拔，接触学生，发现苗子，提前做好动员工作，这种模式有利于充分了解学生的学习能力和学科潜力;第二种是在暑假开设竞赛前期课程，如湖南长郡中学、湖南大学附属中学;第三种是大多数学校采用的方式，即在学生正式升入高中后开始选拔。南宁三中对学生的选拔介于第二种和第三种之间：在暑假的体验课中进行动员和宣传，在高一正式开学的第二个星期开始大规模的竞赛公益课。随着学习内容的深入，到了高一下学期部分学生会主动退出;再根据高一上学期的培训测试，高一下学期完成对学生的初步选拔。

南宁三中作为广西的奥赛强校，近年来所取得的成绩有目共睹，但从选拔学生的时间节点和方式来看，目前还落后于湖南长郡中学、湖南大学附属中学等强校。如何改进选拔方法，选拔出更合适的学生是我们一直在思考和寻求改进的问题。

2.理论培训策略

根据化学竞赛的大纲要求，理论部分包括无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学等板块，时间短、任务重。在竞赛培训中必须处理好知识和能力之间的关系，做到以知识为载体，培养学生的能力和创新精神，避免满堂灌。

为达到上述目的，本校采取了以下两个策略：

第一，通过科学的理论培训，建立系统的知识网络。牛顿曾经说过：“站在巨人的肩膀上才会看得更远。”没有系统的知识网络谈创新只能是空中楼阁。南宁三中的理论培训主要分两阶段进行：第一阶段为高一学年，在上学期完成高中内容的学习，在下学期完成大学无机化学部分的《化学原理》及有机化学部分的《有机化学基础》的学习;第二阶段为高二学年，复习巩固并完成能力上的进一步提升，需要完成的任务有：①通过学习《分析化学》《中级无机化学》《中级有机化学》《高等无机结构化学》《物理化学》等进阶书籍进一步完善理论框架;②进行习题训练，提高解题能力。

第二，采用多种方式，培养学生的自主学习能力。竞赛的终极目标是“授人以渔”，培养学生的学习能力及创新精神，使其成为可持续发展的拔尖人才。因此，南宁三中在整个竞赛培训阶段采用多种方式促进学生自主学习能力的养成。

（1）在高一学年，着眼于培养学生自主学习的意识。比如，引导学生制订课程之外的自主学习计划，包括宏观计划、学期计划及月计划;在日常的学习过程中，当碰到问题时引导学生主动查找资料寻求答案，对问题进行多角度的思考。

（2）在高二复习巩固阶段，每个学生选讲一个专题，通过对知识的整合，加深对知识的理解并构建知识框架。学生普遍反映，通过给同学讲课，自己对知识的理解更清晰了。如2019届的宾同学选讲的是热力学，在此之前，她一直搞不清楚某反应在298 K时的标准吉布斯自由能變、在298 K时的非标准吉布斯自由能变及在某温度时的标准吉布斯自由能变之间的关系及差别。

（3）在高二习题训练阶段，每个学生命制一套初赛难度的试题，组织检测讲评并由同学打分评价，最后综合奖罚。首先，学生必须通过大量的练习才能吃透竞赛大纲的考点并把控题目的难度;其次，只有把题目的来龙去脉都研究透才敢上台讲题，不然可能会被尴尬地问倒在讲台上。

3.实验培训策略

化学是一门以实验为基础的学科，开展实验培训能有效激发学生的学习兴趣，培养学生的问题意识、基于实践解决问题的综合能力以及敢于创新的精神。

南宁三中在2018年组建了化学竞赛实验室，实验培训分三个阶段进行：

第一阶段：高二上学期，通过基础实验进行无机化学和有机化学的基本操作培训，包括过滤、分液、回流、蒸馏、结晶等，训练学生的基本实验技能，培养学生的实验素养。

第二阶段：高二下学期，进行常见定量分析实验及综合实验培训，提高学生的综合操作水平。

第三阶段：从确定省队队员到冬令营前，进行决赛实验培训，开展限时训练，培养学生独立实验、独自分析问题的能力。

学生表示实验培训让他们对化学的理解更为深刻，思考的方式更为多元。除此之外，实验培训还使他们具备了一定的实验研究能力。2018届的赖同学，在做“乙酸乙酯的合成”实验时，对产率不是很满意，因此，在课后通过查找文献设计了以下改进方案：

①催化剂种类对酯化反应的影响

②催化剂用量对酯化反应的影响

③反应时间对酯化反应的影响

通过实践，赖同学发现，可用铁粉代替浓硫酸作为酯化反应的催化剂，当铁粉用量为0.3 g时催化效果最好;反应时间为1.5 h时乙酸乙酯的产率最高，之后延长反应时间对提高产率并无作用。

可以欣喜地看到，赖同学的行为已经超出了一般的高中探究活动，具有一定的创新性及自主性，具备了科学研究的雏形。在2018年全国中学生化学竞赛决赛的实验考试中，实验功底扎实的赖同学以98分获得了广西代表队实验考试的第一名。

四、实践效果

以2019届为例，获得省级一等奖的11位学生，除一位同学出国外，其余全部考取了985高校，其中5位学生被清华大学、北京大学录取。

在众多学子中，获得冬令营银牌并破格入围北京大学强基计划的马同学的综合成绩并不算突出，高中阶段综合成绩基本维持在年级200名左右，但其对化学有着浓厚的兴趣。用马同学自己的话说，化学对其的意义是“一种乐趣，一种情怀，一种能力”。在初三的暑假，马同学就自学完了高中化学的全部内容。但只有兴趣是不够的，竞赛所涉及的内容，大部分是远超高中知识水平的大学知识。因此，在高一化学竞赛校内培训开始后，马同学在完成老师布置的竞赛任务，兼顾竞赛和综合成绩的同时加强自主学习。随着学习的深入，马同学慢慢地表现出对化学独特的敏锐性及拔尖学生所应具备的独立思考能力及创新能力：刚开始遇到竞赛上的问题，往往是通过和老师或同学交流，探讨答案;慢慢地，开始自己通过翻阅不同的书籍寻找答案;最后，对于一些比较新的、书本没办法解决的问题，则通过查阅文献探索，并在此基础上，结合文献对问题进行改编。在2019年的冬令营中，马同学获得冬令营银牌并破格入围北京大学强基计划，最终被北京大学化学化工学院录取。马同学并不是一位综合成绩特别优秀的学生，但是竞赛发掘了其在化学学科的潜力。在马同学看来，竞赛带给他的，不仅是升学这样实际性的帮助，还有学习方法的改变以及学习能力的提升。

五、思考

1.竞赛促进创新思维的发展

在传统的教学中学生对知识往往是被动吸收，缺乏积极思考;但在竞赛的学习中，学生对问题的思考是多方位、深层次的，这有利于发展其创新思维。通过竞赛学习，有的学生对答案持怀疑态度时，甚至会通过设计实验去验证自己的想法。这一过程其实就是创新思维的发展过程。

2.竞赛促进学习能力的提升

竞赛中所采取的研究型学习模式，赋予了学生更大的自主权。从以往的被动式学习转变为主动的、自我探究式学习，学生更重视学习的过程，重新认识到自身的价值，最终达到具备创新能力这一终极目标[5]。学生普遍表示，通过化学竞赛的学习，最重要的不是学会了多少知识，而是学会了如何学习，如何用所学知识去解决问题，这是他们在告别竞赛回归高考后能迅速恢复状态的根本所在，也是他们进入大学，乃至之后的人生发展都非常重要的能力。竞赛，促进了优秀学生的成长。

[   参   考   文   献   ]

[1]  胡浩.教育部将在部分高校开展基础学科招生改革试点.（2020-01-15）[2021-3-09].http：//www.gov.cn/xinwen/2020-01/15/content_5469333.htm.

[2]  刘庆生.开展竞赛 培养能力 优化素质[J].化学教育，2001（1）：40-43.

[3]  俞良驹，徐学俊.创新教育研究与实践[M].武汉：武汉出版社，2000：82-83.

[4]  曾定军.中学化学竞赛培养新机制的建立与实践：以成都七中嘉祥外国语学校为例[D].重庆：四川师范大学，2017.

[5]  廖义中.高中化学竞赛物质结构部分培训模式的设想与构建[D].重庆：四川师范大学，2008.

（责任编辑 罗 艳）

作者：陈俞瑾

进阶型物理化学论文 篇2：

“素养为本”的高中化学课型研究

摘要：《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》明确要求开展“素养为本”的课堂教学实践。立足高中化学课堂，总结“素养为本”的课型，包括：以发展学科观念为主的元素化合物新授课，以建构思维模型为主的概念原理新授课，基于价类二维图的元素化合物单元复习课，体现认知进阶的专题复习课，形式丰富、提质增效的讲评课等。

关键词：课型研究;素养为本;高中化学

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出：发展学生的化学学科核心素养，要求教师积极开展“素养为本”的课堂教学实践，主动探索“素养为本”的有效课堂教学模式和策略。为此，我们积极开展“素养为本”的课堂教学模式研究，总结提炼了一系列“素养为本”的高中化学课型。

一、以发展学科观念为主的元素化合物新授课

（一）課型特点

以发展学生的学科观念为主的元素化合物新授课，以学科观念统领元素化合物教学，以生活热点、社会焦点为抓手，激发学生学习兴趣，引导学生关心生活、关注健康、关爱生命，在建构知识的同时发展微粒观、元素观、分类观、变化观等学科观念，学会从化学视角观察问题，用化学方法解决问题，从而发展 “宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“实验探究与创新意识”“科学责任与社会价值”等学科核心素养。

（二）具体实践

教学中，基于学生已有的生活经验和工业生产实际，创设真实的教学情境，注重针对性、启发性、过程性和科学性，形成富有价值的问题，以此激活学生思维。

例如，《硝酸的性质》一课，教师选取的情境素材是“本地某水处理有限公司发生的废硝酸储罐泄漏事件”。时值暑假，红棕色气体弥漫在附近的天空中，消防队员和相关官员紧急待命。该事件迅速在微信朋友圈等各种媒体（自媒体）发酵，还有好事者借助网络散播谣言，称这是“芥子气”泄露。选取这一情境的原因是其贴近生活、贴合实际，既能激发学生兴趣，引导他们从已有认知作出正确判断、去伪存真;又能引发学生共鸣，引起他们对化学与社会发展相关问题的关注与思考。情境素材贯穿始终，教师通过这一事件引导学生关注“看到什么，想到什么，想问什么”，即“所见、所想、所思”，让学生意识到已有知识的不足，进而产生学习新知的需要。教学情境虽围绕浓硝酸引起的公共危害展开，但教师在教学中进行了正面引导，消除了学生的恐惧心理，让学生感受到学习一种物质的性质，是为了全面地了解它、更好地利用它，也包括对其造成的负面作用进行合理控制，使之能够更加有效地为人类服务。这也引导学生对与化学有关的社会问题作出正确的价值判断，认识化学知识在处理公共危险事故中的重要作用，发展“结构决定性质，性质决定应用”等学科观念，提升“科学态度和社会责任”等学科核心素养。

又如，《自然固氮》一课，教师通过真实情境“办公室绿萝叶片发黄原因的探究”导入，生成了一系列有价值的问题：植物为什么会变黄？植物为什么会缺氮？植物需要哪种氮？植物怎样从自然界获取氮？如何解决植物缺氮问题？利用问题驱动，层层推进，展开新授课教学。学科知识和学科观念被自然地融入情境之中，促进学生在问题解决和深度学习中发展学科观念，提升学科素养。

二、以建构思维模型为主的概念原理新授课

（一）课型特点

以建构思维模型为主的概念原理新授课，从概念原理出发，搭建宏观到微观的桥梁，降低内容的抽象性。学生通过了解概念原理形成与发展历程，初步建模;在对重难点内容的辨析、释疑中，逐步完善模型;最后，在问题解决的过程中实现对模型的应用，并进一步提炼、强化思路和方法。这样的学习过程可以帮助学生有效地形成概念原理的认知结构，并充分巩固和应用概念原理，使学生进入概念原理的高认知水平，同时也发展“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”等学科核心素养。

（二）具体实践

化学史展现了科学家们艰辛而卓越的探索历程，体现了他们严谨的科学态度和精神，蕴藏着丰富的科学思想和方法。从概念模型的初步建构到不断完善再到对模型的应用，科学家们的发现和研究历程也是学习和理解概念原理的过程，学生可以体验科学家的思考过程，了解知识是如何被发现的、为什么会被发现、又是通过怎样的方法成功解决问题的，从而不断提升认知、加深理解。

例如，对离子的认识，从法拉第的“离子观点”到阿累尼乌斯的“电离学说”，是发展，是进步，但在当时却经历了从“金科玉律”到“奇谈怪论”的过程。面对质疑，阿累尼乌斯没有退缩，而是通过大量的实验研究证实了“电离学说”的科学性，并最终得到了认可。他的电离理论为物理化学的发展开创了新阶段，同时也促进了整个化学的进步。借助电离理论，近代科学家们转变视角，从离子的产生和结合角度研究溶液中的电解质之间的反应，体现了电离学说的再研究、再运用。当然，电离理论也存在局限性，而这也随着科学家们的不断探索和科学技术的不断发展得到了进一步完善。通过史料的模型建构诠释科学概念的发展历程，有助于学生对核心概念（电离概念，电解质、非电解质概念，强、弱电解质概念）的理解以及对离子反应本质的理解，有助于学生养成良好的思维品质，体悟科学家们追求真理的科学态度，学习锲而不舍、迎难而上的科学精神。

三、基于价类二维图的元素化合物单元复习课

（一）课型特点

基于价类二维图的元素化合物单元复习课，对学生在单元学习中学过的几种重要物质进行有效关联，从而串起一条学习主线。价类二维图是以物质的类别为横坐标，以元素的化合价为纵坐标，在二维平面内绘制的含有该元素的常见物质之间相互转化关系的图像。该图的绘制需要学生熟悉物质的性质及转化关系，目标导向清晰，可操作性强，可以帮助学生主动建构单元知识复习主图1

线。这样的过程，不仅实现了知识的重构，使知识体系化、结构化，还形成了观察物质的视角（化合价和类别），并可以在后续学习中迁移应用。

（二）具体实践

在一个单元的学习之后，教师有必要开设单元复习课，帮助学生梳理大脑中孤立且碎片化的知识点，构建系统化的知识网络，加深对知识的理解。

例如，学生学习了 “含硫化合物的性质”之后，对二氧化硫、亚硫酸、浓硫酸等物质性质已经有一定的掌握，但此时学生认知体系中的知识还比较孤立、零散。如果借助价类二维图（如图1），通过回顾酸雨的形成、浓硫酸的特性以及对硫酸工业的再认识，利用硫元素价态的变化以及不同含硫物质之间的转化进行动态构建，可以有效促进学生构建从价态变化看反应类型、从物质类别分析转化关系的元素化合物知识学习方法体系，形成有逻辑体系、结构化、体系化的知识结构。

四、体现认知进阶的专题复习课

（一）课型特点

专题复习课是高三复习课中的一种常见课型，以巩固所学知识并提高运用知识解决实际问题的能力为主要任务，但又区别于单元复习课。这类课型关注学生的认知结构和认知发展，是在充分研究高考的基础上，依据学生的掌握情况，针对薄弱环节、重点环节而开设的，是单元复习课的一类补充、一种强化。这类课型的显著特点是目标取向更集中、内容取向更专一、策略和方法取向更到位，充分体现了高三复习教学的针对性、模拟性和实效性，有利于培养学生的证据意识和推理能力。

（二）具体实践

通过专题形式从纵、横两方面对知识进行归类、联系，可以加强复习的针对性和实用性。

例如，化学实验综合题最后一问的实验设计，综合性强，考查要求高，对学生来说有较大难度。其实，此时学生已经具备了实验操作的基本知识，以及化学反应原理和物质性质的相关知识。但如何将这些模块知识统整到实验方案的设计与评价中，是学生的困难所在。为解决这一问题，可以在实验基本原理及基本操作复习以后，开设《新情境下物质制备方案的设计与评价》专题复习课，通过建构思维模型，帮助学生寻找解决问题的思路和方法。教师可以根据需要适时增设小切口专题，如实验条件的控制、实验试剂的选择等，逐步推进，让学生在原有的认知基础上不断拓展提升。以实验条件的控制为例，可以按照“为什么要控制条件？控制条件的依据是什么？怎样控制条件？还要做哪些细化、完善工作？”这样的逻辑铺开，促进学生真正理解并掌握知识本质。

又如，近年来热门的原因解释类试题，综合了元素化合物、化学反应原理、实验化学等知识，且对题目所给信息的提取与处理要求很高。在进行专题梳理时，可以依据学生的认知特点，有梯度地推进：从影响因素看，可以从单一因素影响（如温度、浓度、催化剂等）到叠加因素影响（如温度和催化剂的影响、两种催化剂的影响等），再到多重因素影响（抓主要矛盾）进行梳理;从反应体系看，可以从单一反应体系到竞争反应体系进行梳理;从反应程度看，可以整合定性判断和定量分析方法进行梳理。

五、形式丰富、提质增效的讲评课

（一）课型特点

传统的讲评课多以教师讲授为主，学生在很大程度上处于被动接受状态。结合讲评内容的特点和学生实际，设计多样化的学习任务，引导学生开展分类概括、证据推理、模型解释、符号表征等具有学科特质的学习活动，通过实验探究、小组互动等多样化方式解决问题，丰富讲评课的形式，提升讲评课的实效，能够有效促进学生化学学习方式的转变。

（二）具体实践

依据“学习金字塔”理论，学习方法对学习效果起着决定性作用，不同学习方法的学习效能不同，其中，“教别人”或者“马上应用”的学习方法效能最高。对此，教师可在讲评课中融入相应的环节，充分发挥学生在学习活动中的主体地位，使讲评课提质增效。

我们可以这样展开讲评课教学：学生自行订正，解决粗心问题→小組讨论，解决简单问题，发现共性问题→小组汇报，外显思维过程（交流思路、难点和困惑点）→教师讲评，解决共性问题和重难点问题→整理内化，形成个性化学习资料。

例如，《离子共存问题》专题讲评课，首先让学生自查自纠后互查互纠，并进行小组汇报。学生提出，对“离子共存问题”，要看清题目的问法，是“一定能大量共存”“不能大量共存”，还是“可能大量共存”;还要关注题目的限定条件，包括溶液的颜色、酸碱性等（这也是学生认为的重难点问题）。对此，教师基于数据统计、讲评内容和“学困点”分析设计教学任务，通过问题串设计、实验探究等方式帮助学生理清思路、突破难点。最终，引导学生自主整理、巩固强化，并适度拓展应用、反思提升，得到表1。

此外，我们还可以通过讨论交流、学生提问、教师讲解等方式展开对话式讲评教学;通过学生自评、同伴互评、教师评价等形式开展互动式讲评教学，从而有效提高讲评课的思维含量，提升学生的积极性。

作者：周萍 华丽芬

进阶型物理化学论文 篇3：

立足学科核心素养的化学单元学习

摘要：以“微粒及其相互作用”单元学习的设计和实施为案例，从学习目标的确定，核心表现型任务群的设立，评价与反思几个方面论述了单元的设计和落实核心素养的效果，为立足核心素养的化学单元的设计提供参考。

关键词：核心素养；单元学习；物质结构；微粒及其相互作用

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.01.009

根据《普通高中化学课程标准（2017年版）》[1]（以下简称新课标），“证据推理与模型认知”属于高中化学学科要求的学科核心素养之一，其中“模型认知”的具体内涵为“知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征，构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律”。“模型认知”是学生在高中阶段形成的重要的化学学科的思想和方法之一，是解决复杂化学问题的思维框架的基础，对于帮助学生形成未来发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力有重要的作用和价值。

在新课标[1]修订的基础之上，北京师范大学王磊教授团队主持编纂了新的《物质结构与性质》的选择性必修教材，并且由山东科学技术出版社出版[2-3]。新的鲁科版教材包含“原子结构”，“化学键与分子间作用力”以及“物质的聚集状态与物质性质”三个章节的内容，体现了学生从原子结构，到微粒相互作用，再到物质聚集状态，从物质的结构，到物质的性质和功能的学习进阶。

结合国内外对于“模型”学习进程的研究[4-6]，参照布卢姆教育目标分类学[7]和韦伯知识深度模型[8]对认知维度的划分，“模型认知”能力水平划分为“认识模型”“理解模型”“运用模型”“建构模型”四个水平。其中“运用模型”即学生能够利用模型描述物理或化学变化过程，解释化学事实，根据模型预测物质的性质和变化等，而“建构模型”即学生能够建构模型来展示和解释现象是如何发生的，讨论模型的适用范围和局限性，根据证据或批判性思维优化模型以提高模型的解释力等。

在过去的教学过程中，绝大多数教师和学生均表示“物质结构与性质”内容的难度较大，一方面，在过去10多年，“物质结构和性质”的相关内容都不在北京等省市的高考要求之内，教师缺少完整的教学经验；另一方面，涉及物质结构的知识相对细碎繁多，交错复杂。相比于无机化学和有机化学等与学生生活紧密联系的内容，物质结构的理论知识相对较为抽象，不易理解，体现了“模型”学习的难度。因此，我们希望结合国内外对于“模型”学习的研究，设计基于“认识模型”“理解模型”“运用模型”“建构模型”的表现型任务，并且基于学科大概念形成学习单元，以不同微粒之间的不同相互作用力作为线索，引导学生深入认识物质的结构和性质之间的关系，发展化学学科“证据推理与模型认知”“宏观辨识与微观探析”等核心素养，最终提高学生在真实情境中分析和解决问题的能力。

一、学习单元设计基础：课程标准

根据新课标[1]，“微粒及其相互作用”（物质结构）属于必修课程“主题3物质结构基础与化学反应规律”，选修课程“模块2物质结构与性质”中的“主题2微粒间的相互作用与物质的性质”的内容范畴。总体要求提升有关物質结构的基本认识，深入认识物质的结构与性质之间的关系，发展“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”等化学学科核心素养，其具体对应的内涵和要求如表1所示。

二、学习单元设计

1.单元学习目标

将课程标准转化为学习目标是单元学习的核心问题，相关的策略和流程在有关文献中已经讨论[9]。通过基于课程标准的关键词解构，基于核心素养的单元核心重构，基于单元学习任务的学习者目标的转化，以及学习迁移和学习建构的互补，得到的“微粒及其相互作用”的单元学习目标如表2所示。

“微粒及其相互作用”单元的核心概念为：（1）能够从不同层次对具有已知结构的物质进行分类，能从不同水平预测其可能具有的性质；（2）能够结合物质的已知性质和变化，推测其可能具有的结构特点，即“结构-性质-功能”的正向和逆向的推论关系。因此，对应的核心问题分别为“物质为什么会具有特定的性质？”和“如何根据目标功能寻找合适的化学材料？”。上述表2中的单元学习目标不再基于碎片化的知识，而是聚焦于核心概念和核心问题这两个更广泛的框架之上。以核心概念和核心问题作为线索，可以引导教师从解决生活、生产中存在的实际问题的角度切入，设计表现型任务，发展学生的化学学科的核心素养。

2.核心任务（群）

在过去“物质结构和性质”有关的教学案例[10]中，绝大多数案例聚焦于观察不同相互作用的静态示意图，或者观察和分析已有的物质结构模型，其中涉及到的学科能力集中在“概括关联”和“说明论证”中，缺少对于复杂体系或者高阶学科能力的撬动，因此很难实现对于化学学科核心素养的发展。北京师范大学王磊和胡久华老师的深度学习课题组提出，只有来源于日常生产生活，能够激发学生的兴趣的学习任务，才能达成发展核心素养的目的。因此，基于深度学习的标准和学情分析，综合考虑之下，我们将“构建一套物质结构模型，装扮化学学科功能教室”作为本单元的核心任务。在学生制作完模型，如NaCl，金刚石和水的结构模型并且讨论问题之后，由同学们按照量规为每个小组的模型投票选择出最佳模型，在学科教室展出，并作为日常教学的工具。这些同学们自己制作的模型更加贴近同学学习的思维过程，能够更好地促进学生对于物质结构的理解，也是一种肯定和认可，从而能够提升学生的学习兴趣。

为了帮助学生能够成功地完成“构建模型”的核心任务，我们通过任务一帮助学生了解构成物质的基本微粒和微粒之间的相互作用的种类；在“构建模型”的核心任务完成之后，让学生进一步“运用模型”，完成对于“物质-化学反应-真实情境”的解释，强化“宏观辨识与微观探析”的核心素养，在这一过程中也不断地修正和优化自己的模型；最后，通过任务四中的思维导图整理思维过程，形成结构化的知识体系（见表3）。

（1）理解模型：微粒如何构成物质？

【教师：情境引入】给出介绍四种代表性物质（氯化钠、水、金刚石和金属铝）的典型物理化学性质的资料卡片，包括溶解性、导电性、稳定性、硬度、延展性等；

【学生活动1】阅读上述资料卡片，判断这四种物质的晶体分别由哪种微粒组成？和同学们分享根据它们的物理化学性质来进行分析推理的思维过程。

【教师：提供资料】提供离子键、共价键和金属键的相关模型，包括：Na+和Cl-之间的离子键，以及H和Cl之间的共价键的形成过程，HCl分子形成过程中的能量变化，不同轨道相互重叠的示意图和金属键模型。

【学生活动2】观察不同种类的化学键的形成过程图示，总结离子键、共价键和金属键的形成条件和判断方法。

①仿照HCl中共价键的形成过程，写出甲烷（CH4），氨（NH3）和水（H2O）中共价键的形成过程；

②在CH4分子中，四根C-H键在空间如何排列（即CH4的空间构型是什么）？为什么？NH3和H2O的空间构型又是什么样的？

③根据不同类型的化学键的形成过程，离子键、共价键和金属键具有哪些特性？（如方向性和饱和性）有哪些参数能够表征这些相互作用的强弱/特征？（如键长、重叠程度、极性、键角、键能等）

【教师：深入发掘】回顾活动1中四种不同物质的物理性质，不同的微粒是如何构成晶体的？

①以Na+和Cl-作为基本构成微粒，它们如何通过离子键形成NaCl晶体（离子晶体）？

②以C原子作为基本构成微粒，它如何通过共价键形成金刚石晶体（原子晶体/共价晶体）？

③以Al3+和自由电子作为基本构成微粒，它们如何通过金属键形成金属铝晶体（金属晶体）？

④在一个H2O分子中，H和O之间的相互作用是什么？多个H2O分子依靠什么相互作用构成H2O/冰晶体（分子晶体）？

【学生活动3：总结提升】总结四种不同晶体的异同点，包括它们的基本组成微粒，微粒之间的相互作用，以及形成过程和判断方法。这些晶体中不同类型的相互作用分别受到哪些因素的影响？

设计意图：辨识物质构成的微粒是学习本单元“微粒及其相互作用”的基础，因此情境引入从真实生活中具有广泛用途以及学生在过往学习中接触过的物质中分别选取具有代表性的晶体，引导学生通过这些物质的性质和功能分析其构成的微粒，引导学生树立“结构决定性质，性质决定功能”的化学学科思想，并且贯穿到整个单元的学习之中。

在了解构成物质的微粒的基础之上，提供资料进而引导学生了解微粒之间的相互作用。第一个水平层级为化学键，通过分别展示典型物质的作用示意图，引导学生认识化学键形成的微观实质，总结不同种类的化学键的形成条件和判断方法。第二个水平层级为物质的聚集状态，通过总结四种典型的晶体的异同点，包括它们的基本组成微粒，微粒之间的相互作用，以及形成过程和判断方法，形成结构化的知识体系。

以上活動分别从“构成物质的微粒种类”“微粒之间的相互作用”和“物质的聚集状态”三个层次引导学生对物质结构产生思考，在学习过程中注意逻辑结构，注重总结和比较，形成类比和比较的学习思想。

（2）建构模型：构建一套物质结构模型，装扮化学教室。

【教师：情境引入】在了解了物质的基本构成微粒、相互作用和聚集状态之后，如何用模型表示这些相互作用或者晶体的结构呢？发挥你的创意，自己构建一套物质结构模型，优秀的作品还会被选为学科教室的教具，帮助更多同学的学习哦！

【学生活动】构建一套物质模型，要求：

①包含3种基本构成微粒（原子，离子和分子）和4种相互作用；4种相互作用可以体现在不同的模型中，分别为“A离子键”“B共价键（包括分子的空间结构）”“C金属键”“D分子间作用力（氢键和范德华力）”；A要求包含“晶胞结构”，B要求包含“分子的空间结构”要素，A和C鼓励包含不同的堆积方式，鼓励同一个模型中含有多种相互作用。

②模型构建完成之后，对你的模型作用进行科学描述，包括你所构建的模型的基本构成微粒，微粒之间的相互作用类型，以及形成的晶体类型。为你的作品配上一个以化学符号（电子式，结构式均可）呈现的描述说明。

③观察教室里一些常用的物质结构模型，你的模型和这些模型相比有什么异同点？有哪些优点和不足之处？尝试用自己的模型解释一些问题，以自我检验自己的模型是否构建合理，在对比和运用的过程中对自己的模型进行不断优化。

设计意图：在学生掌握“构成物质的微粒种类”“微粒之间的相互作用”和“物质的聚集状态”的知识基础之上，通过自主构建物质结构模型的任务，在创作的过程中引起学生学习的兴趣，启动学生的自我系统，同时增加学生对于各种不同微粒及它们之间的相互作用的理解。在引导学生通过自己的模型解释问题的过程中，强化“结构决定性质，性质反映结构”的基本思想，发展“宏观辨识与微观探析”的化学核心素养。在解释问题以及与常用模型的比较过程中，发现自己模型的不足并且进行修正，对“发现问题——进行改进”的科学发展过程有更好的体会，也加深了对于常用模型的理解。

（3）模型如何解释性质和功能？

【情境引入】再次回顾任务1中的四种不同物质，它们的晶体类型，微粒间相互作用的类型和它们的物理、化学性质之间有怎样的关系？

【学生活动1】如何应用我们自己构建的物质结构模型，对物质的性质和功能进行解释？针对每种晶体类型，小组一位同学列举出2-3种常见代表性的物质，对它们的常见物理、化学性质和在日常生活、生产中的应用和功能进行归纳总结，另一位同学尝试用自己的模型进行解释这些性质和功能，在解释的过程中不断地优化自己的模型。

【教师引导】在物质性质和功能解释的基础之上，能否用我们的模型，对于化学反应的相关机理和过程进行解释？

【学生活动2】选择一个反应，结合小组的模型，用模型表示反应历程。可以结合模型绘制简单示意图，也可以制作新的实物模型。可选的反应包括化合/加成反应、质子转移反应、电解反应等，其他自选反应亦可。

【教师：深入挖掘】化学不仅是停留在书面上的理论，更可以帮助我们更好地理解生活中的相关问题，与生产和我们的生活有紧密的联系。那么，我们的模型是否能够够进一步用于解释或解决生活中遇到的化学问题呢？

【学生活动3】选择一个你感兴趣的与物质结构有关的论题进行科学阐释，撰写一篇小论文，可以将该项目作为研究性学习课题进行研究。要求能够结合小组构建的物质结构模型对问题进行阐述；能够紧密联系现实生活和科学的前沿进展。可选论题包括：

①“钻石”骗局（从物质结构的角度出发，设计或寻找一种钻石的替代品）；

②如果没有了氢键（氢键与生命的密切关系，如DNA，蛋白质中的氢键）；

③处处都有“相似相溶”（如蔗糖、氨和碘分别在水和四氯化碳中的溶解性）；

④破解头发的结构之谜（头发中化学键，洗发、烫发对头发结构的影响）。

设计意图：从活动1中列举的四种晶体的学习拓展到具有同种晶体类型的其他物质，体会“从个别到一般”的归纳法在学习中的应用。在理解归纳法的基础之上，通过小组内同学的互相提问，在解释问题的过程中，发现自己模型的不足并且进行修正，对模型和相互作用有更加深刻的认识，也对“发现问题——进行改进”的科学发展过程有更好的体会，发展“宏观辨识与微观探析”和“证据推理与模型认知”的学科核心素养。

在静态的物质的物理化学性质的基础之上，用小组模型表示动态的化学反应，深入理解“化学反应是旧化学键断裂、新化学键形成的过程”，最后，在综合论题的写作过程中继续“运用模型”，形成利用物质结构解释和预测物质性质，以及从物质的性质反推物质结构的解决问题模式，在写作的过程中深刻体会化学与生命科学和生活的联系，同时发展“科学态度与社会责任”的学科核心素养。

（4）梳理知识形成思维导图。

【任务布置】对本单元中的知识进行梳理，形成思维导图。结合小组的模型，小组共同梳理本章的知识网络，以思维导图的形式呈現。要求：

①与小组模型紧密联系，能够指导自己和他人使用模型进行问题解释；

②思维导图中要体现3种基本构成微粒，4种相互作用；对同一水平的不同概念进行比较和辨析；

③要求包含下列问题的答案：不同的相互作用有哪些异同点？不同的相互作用受到哪些因素的影响？如何判断不同种物质的熔沸点高低？

设计意图：总结该单元的知识点，在对同一水平的不同概念进行辨析的过程中，加深对于易混淆概念的理解，比如化学键和分子间作用力等。结合物质的结构和性质，形成自己的解释说明（从结构角度对性质进行解释）和推论预测（已知结构预测可能具有的性质）的解决问题模式，发展“证据推理与模型认知”的学科核心素养。

三、评价与反思

1.对“宏观辨识与微观探析”核心素养的发展

“宏观辨识与微观探析”是本单元最为重点发展的学科核心素养之一，只有在深入认识物质构成微粒和微粒间相互作用的基础上，学生才能够实现“从不同层次认识物质的多样性；从原子、分子水平认识物质的组成、结构和性质”。为了通过表现型任务检测学生是否达成了该目标，我们对学生完成的任务进行了深入的分析。

本单元的任务2为构建一套物质结构模型，装扮化学学科教室，经过学生的制作、讨论、修改和评选，有代表性的三个物质结构模型如图1所示。图1a为学生构建的NaCl的离子晶体结构模型，与传统的晶体结构模型不同，该结构模型采用了球形的切片来表示晶胞中位于顶点的离子。这一方面能够更好地帮助学生认识到晶体可以通过晶胞的重复堆积形成，另一方面也能够帮助学生理解晶胞中不同位置的微粒的计数原理。图1b是学生构建的氨分子的空间结构，用体积较大的蓝色柱状部分表示了氨气分子中孤对电子的存在，从而能够帮助学生形象地理解氨分子的空间结构是三角锥型的原因：因为孤对电子与N-H键有较大的排斥作用。图1c为学生构建的氨分子与水分子之间的氢键的作用，直观地体现出了一水合氨分子的空间结构，也能够帮助学生更好地理解氢键的方向性和饱和性。

虽然学生自己制作的模型与通常学科教室呈现的离子晶体等的模型不同，不能尽善尽美，存在一些缺陷，但对于解决学生本章中遇到的“迷思概念”有很大的帮助。在制作模型的基础之上，让每组学生描述自己的模型，并尝试用自己的模型解释化学问题，在这一过程中不仅从不同层次认识了物质，还从宏观和微观相结合的视角分析和解决了实际问题，从而发展了“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。

2.对“证据推理与模型认知”核心素养的发展

在本单元，“证据推理与模型认知”的核心素养要求学生能将化学事实和微粒间相互作用相关理论模型进行关联和合理匹配，并能选取适当的证据从不同视角分析问题，推出合理的结论。此外，能描述和表示与微粒间相互作用有关的理论模型，指出做模型表示的具体含义，并运用理论模型解释或推测物质的组成、结构和变化。

本单元的任务3为“运用模型”，其中在小组构建的深度模型的基础上撰写小论文的活动引起了同学们的积极参加。部分同学论文中的相关摘录如下：

学生通过提供的学习资源以及自己上网搜查感兴趣的与物质结构有关的议题，并且利用自己构建的模型和所有的物质结构有关的知识进行解读。例如：在“钻石恒久远：金刚石的结构稳定之谜”中通过C-C形成的稳定的单键和原子晶体的结构，解释了钻石作为碳单质的稳定性，并且通过键长和键能等的数据比较佐证了这一点；在“如果没有了氢键”中，结合氢键的作用强度讨论了DNA结构的相对稳定性和复制的功能；在“碳vs.硅：命运的鸿沟从何而来”中，结合Si和C的成键能力和性质的对比，解释了为什么碳原子成为了生命的基础，而硅成为了电子以及半导体行业发展的基石。这些论述都体现了学生“宏观辨识与微观探析”和“证据推理与模型认知”核心素养的发展。

此外，上述论文的撰写过程，也使学生们深刻认识到了化学对于创造更多物质财富，满足人民美好生活的重大贡献，培养了学生严谨求实的科学态度，探索未知和崇尚真理的意识。学生选择的主题，如“利用雾霾合成钻石”“碳vs.硅：命运的鸿沟从何而来”“是什么让我每天發型爆炸”“如果没有了氢键”等，都与日常生活实际密切相关，体现了学生从书面知识向思考生活的转变，形成观察、思考、分析、解释生活中与化学有关的现象的习惯，继而自愿成为化学科学的宣传者，也反映了“科学态度与社会责任”的学科核心素养的发展。

综上所述，此次以“构建一套物质结构模型，装扮化学功能教室”和“运用模型解决实际问题，撰写小论文”为核心的任务群的学习，对于不同化学学科的核心素养的发展都起到了一定的促进作用。在单元学习季结束之后，绝大多数同学在访谈中表示，在该单元的学习中，自己动手制作模型，并且将其作为化学学科功能教室的教学工具，不仅增加了自己对于模型和物质结构知识的理解，而且也获得了成就感和自豪感。用自己制作的模型解决实际问题，能够更好地培养“结构决定性质，性质决定功能”的观念。因此，以后在生活中遇到其他与物质性质有关的问题，也能够更加自主地从物质结构的角度进行思考和解释。本单元的学习也对本学年的学习起到了很好的承上启下作用，对暑假的自主学习起到了总结提高、拓展升华的作用。

四、总结

总之，我们以课程标准作为单元设计的出发点，以落实核心素养作为单元实践的目标，对于“微粒及其相互作用”的单元设计和实践展开了研究。任务完成的结果表明，单元学习中包含的学习任务（群）促进了学生化学学科的“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”等学科核心素养的发展，对于化学学科其他单元的设计提供了参考和借鉴。

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作者：彭了 冯岸超