鄒國華 童文昭 韓閩江

摘要： 物質(zhì)結(jié)構(gòu)模塊是從微觀層次逐步認識物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的聯(lián)系，學(xué)生要理解多種類型的微觀模型，需要具備一定的空間能力，而各類微觀模型是分段學(xué)習(xí)的。對各階段涉及的空間模型進行學(xué)習(xí)進階分析，并探索在此基礎(chǔ)上整體規(guī)劃教學(xué)： 以物質(zhì)結(jié)構(gòu)空間模型為主題，以促進學(xué)生空間能力發(fā)展為目標(biāo)，科學(xué)設(shè)計教學(xué)單元。

關(guān)鍵詞： 物質(zhì)結(jié)構(gòu)； 空間能力； 學(xué)習(xí)進階； 教學(xué)單元設(shè)計

文章編號： 10056629（2018）9005205 中圖分類號： G633.8 文獻標(biāo)識碼： B

化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科，其特征是從微觀層次認識物質(zhì)，以符號形式描述物質(zhì)，也在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)[1]。高中物質(zhì)結(jié)構(gòu)模塊是帶領(lǐng)學(xué)生從原子、分子水平上認識物質(zhì)構(gòu)成的規(guī)律，以微粒之間的不同的作用力為線索，側(cè)重研究不同類型物質(zhì)的有關(guān)性質(zhì)，進一步豐富學(xué)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力[2]。微粒結(jié)構(gòu)的模型要用特定的符號進行呈現(xiàn)，學(xué)生要從微觀上認識物質(zhì)，就必須理解微粒的結(jié)構(gòu)模型，并理解微粒結(jié)構(gòu)模型的符號表示。物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的模型相當(dāng)一部分是以三維的形式呈現(xiàn)的，從原子的結(jié)構(gòu)，到分子的空間構(gòu)型，再到分子晶體、離子晶體、金屬晶體和原子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)等等，學(xué)生在解決這些涉及抽象的符號和微觀水平的三維空間問題時，出現(xiàn)了很大的困難[3]。物質(zhì)結(jié)構(gòu)模塊的學(xué)習(xí)需要較強的視覺空間能力，學(xué)生在該部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中，空間能力起重要作用。學(xué)生對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的微觀模型的認識需要由淺入深，循序漸進，每個階段的教學(xué)需要教師先研究各種微觀模型的空間構(gòu)型，再引導(dǎo)學(xué)生從各個角度透徹理解有限的模型，形成模型認知，從而才能推廣到對陌生微觀模型的認識。

1 空間能力的意義與內(nèi)涵

空間能力研究在心理學(xué)和教育學(xué)領(lǐng)域由來已久，研究者因所持的觀點、分析角度或?qū)哟蔚牟煌?，對空間能力的解釋會有些差異，臺灣學(xué)者鄭海蓮[4]（2007）綜合國內(nèi)外學(xué)者的觀點后認為空間能力是指個體能夠正確觀察、辨識物體，并根據(jù)視覺所吸收的圖像記憶于腦中，且進一步透過思維想象方式，在2D平面與3D立體之間任意移動、旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)，展現(xiàn)出再認、保留與回憶圖像的思考能力。空間能力構(gòu)成要素有很多，Lohman[5]（1988）通過綜合文獻，歸納出十種不同空間能力構(gòu)成因素，其中主要構(gòu)成要素有： 空間視覺、空間定位和空間關(guān)系三個，三者的內(nèi)涵見圖1。

在物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)中引入空間能力概念，旨在運用空間能力的研究成果，指引教師從空間視覺、空間定位、空間關(guān)系三個角度引導(dǎo)學(xué)生對微觀模型進行觀察和分析，加深學(xué)生對微觀空間模型的認識，促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)微觀空間模型，進而促進其空間能力的發(fā)展。

學(xué)習(xí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)模塊需要學(xué)生具有較好的空間能力，但學(xué)生的空間能力不可能一蹴而就，所以教學(xué)中需要遵循學(xué)生的認知規(guī)律。教師要清楚每個階段學(xué)生空間能力水平的起點和教學(xué)后需要達到的空間能力水平，合理安排教學(xué)計劃，逐步提高學(xué)生的空間能力。

2 物質(zhì)結(jié)構(gòu)空間模型的學(xué)習(xí)進階構(gòu)建

2.1 學(xué)習(xí)進階理論的意義

科學(xué)知識和技能的學(xué)習(xí)是分階段有明確的路徑的，思維要遵循一條連貫的、由簡單到復(fù)雜的軌跡。人們在過往已經(jīng)認識到學(xué)科知識和技能的形成、建立和深化是一個螺旋式的學(xué)習(xí)過程[6]。學(xué)習(xí)進階描述學(xué)生在一定時間跨度下對某一核心概念的理解以及對某種技能的掌握連貫且逐漸深入的典型發(fā)展路徑[7]。其研究價值有： 學(xué)習(xí)進階的研究成果具有對學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展進行預(yù)測的功能，有利于解決課程設(shè)計的核心問題，即選擇合適的課程內(nèi)容并進行學(xué)段組織的問題[8]；了解學(xué)生對學(xué)科中核心概念認識的發(fā)展規(guī)律，作為制定學(xué)科課程標(biāo)準中科學(xué)概念進階發(fā)展的依據(jù)，合理規(guī)劃學(xué)生在各個學(xué)習(xí)階段的概念理解水平[9]；能讓教師在教學(xué)前通過交流情況對學(xué)生既有水平做出準確評估，也能在教學(xué)中依據(jù)相應(yīng)的進階水平對學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)作出評判并依此調(diào)整教學(xué)，還能在教學(xué)后有效合理地評價課堂學(xué)習(xí)效果[10]。

學(xué)習(xí)進階理論對跨時間段出現(xiàn)的同類型核心概念的教學(xué)有很重要的指導(dǎo)作用，根據(jù)學(xué)習(xí)進階描述的學(xué)生對核心概念的理解所經(jīng)歷的多個水平層次，教師可以設(shè)計適合學(xué)生發(fā)展的教學(xué)流程，逐步達到教學(xué)目標(biāo)，這有助于促進學(xué)生更深層次地理解概念，從而促進學(xué)生對具體知識內(nèi)容的學(xué)習(xí)及關(guān)鍵性內(nèi)容的掌握。2017年版普通高中化學(xué)課程標(biāo)準引入學(xué)習(xí)進階理論對學(xué)業(yè)質(zhì)量水平進行界定，對化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平進行劃分，將化學(xué)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平和化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的水平劃分為4級。1級到4級能力水平逐漸遞增，每個學(xué)習(xí)階段的學(xué)生需要達到相對應(yīng)的學(xué)業(yè)質(zhì)量和學(xué)科核心素養(yǎng)水平。2017年版課程標(biāo)準引入學(xué)習(xí)進階理論更好地界定了各階段學(xué)生的學(xué)業(yè)質(zhì)量和核心素養(yǎng)應(yīng)達到的水平等級，為各階段的教、學(xué)、評提供了參考。

2.2 物質(zhì)結(jié)構(gòu)空間模型的學(xué)習(xí)進階構(gòu)建

物質(zhì)結(jié)構(gòu)模塊從原子、分子水平上認識物質(zhì)構(gòu)成的規(guī)律，并以微粒間不同作用力為線索，深入認識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。學(xué)習(xí)中有很多微觀的空間模型需要學(xué)生掌握，如理解原子軌道空間結(jié)構(gòu)、共價鍵的空間模型、分子的空間構(gòu)型和各種晶體的空間構(gòu)型。這些微觀層面的模型，學(xué)生看不見、摸不著，內(nèi)化這些空間模型，學(xué)生需要具備一定的空間認識能力。為更好地幫助學(xué)生理解這些模型特征，一方面，教學(xué)要有條不紊，層層遞進，以分散難點，幫助學(xué)生克服恐懼心理；另一方面，在教學(xué)中又不能因為空間模型抽象難懂而降低對學(xué)生學(xué)習(xí)的要求，降低課標(biāo)規(guī)定的難度水平，降低評價標(biāo)準。為遵循學(xué)生空間認識規(guī)律和各階段課標(biāo)規(guī)定的能力水平，基于學(xué)習(xí)進階理論，構(gòu)建物質(zhì)結(jié)構(gòu)空間模型發(fā)展水平如表1，從1級到4級，能力逐漸增強。

學(xué)生需要理解的微觀模型越來越復(fù)雜，空間能力的要求也逐級增加，而這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)是隱含在整個模塊中的。微粒的空間構(gòu)型與物質(zhì)性質(zhì)有緊密的聯(lián)系，若要進一步豐富學(xué)生的物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識，提升學(xué)生對微觀模型的空間認識能力是關(guān)鍵，而學(xué)生對空間模型的認識不能僅僅停留在視覺感受上，應(yīng)該從空間視覺、空間定位、空間關(guān)系等角度去觀察、認識微觀模型，這樣才能引導(dǎo)學(xué)生深度理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識，深入認識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。在各個階段的學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)的起點和學(xué)習(xí)任務(wù)都不相同，表1對物質(zhì)結(jié)構(gòu)模塊中涉及空間模型部分進行進階分析，旨在為教學(xué)和評價提供參考，促進教師深度教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

此處選取水平4中金剛石的空間模型進行分析（見表2），一則為進一步闡釋物質(zhì)結(jié)構(gòu)引入空間能力概念對教學(xué)的指引作用，二則為讀者提供示范，體會如何將表1中的分析運用于實際教學(xué)，提升學(xué)生空間能力。

教學(xué)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從不同角度觀察、分析金剛石的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和晶胞，總結(jié)晶胞中每個碳原子的位置特點，金剛石中每個碳原子與四個碳原子相連，形成正四面體結(jié)構(gòu)單元，六個碳相連形成椅式的六元環(huán)結(jié)構(gòu)；引導(dǎo)學(xué)生進一步觀察、分析，總結(jié)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與晶胞間的空間關(guān)系，包括金剛石晶胞、晶體硅晶胞、二氧化硅晶胞、硫化鋅晶胞、氟化鈣晶胞的空間關(guān)系。

3 促進空間能力進階發(fā)展的物質(zhì)結(jié)構(gòu)空間模型主題教學(xué)單元設(shè)計

物質(zhì)結(jié)構(gòu)所蘊含和培育學(xué)生的空間能力分散并滲透在整個模塊的學(xué)習(xí)中，空間能力的培養(yǎng)和提高需要有目的、有計劃地進行，可根據(jù)不同的內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，參照表1的進階分析實施教學(xué)。目前教學(xué)中，往往沒有系統(tǒng)地對物質(zhì)結(jié)構(gòu)模塊中的空間模型進行整體分析和研究，沒有理清各個知識點、各教學(xué)環(huán)節(jié)在空間能力發(fā)展層面的內(nèi)在聯(lián)系；沒有從物質(zhì)結(jié)構(gòu)空間能力培養(yǎng)這個主題來分析把握各知識點、各環(huán)節(jié)的教學(xué)；沒有基于整個主題來剖析各環(huán)節(jié)、各部分內(nèi)容在整個空間能力培養(yǎng)中的地位和作用。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)空間模型的學(xué)習(xí)進階構(gòu)建，為教學(xué)設(shè)計提供了可參考的教學(xué)起點和教學(xué)目標(biāo)。以物質(zhì)結(jié)構(gòu)空間模型為主題，以促進學(xué)生空間能力進階發(fā)展為目標(biāo)，整體把握學(xué)生空間能力的培養(yǎng)，設(shè)計教學(xué)單元如表3所示。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)微觀模型的教學(xué)分散在整個模塊中，是分階段、依次加深的，教師要有宏觀、整體的教學(xué)意識，每個階段的教學(xué)要運用好實物模型和多媒體設(shè)備，化難為易、化抽象為具體。教學(xué)中使用的模型是有限的，教師需要引導(dǎo)學(xué)生從空間視覺、空間定位和空間關(guān)系上透徹理解有限的模型，形成模型認知，進而推廣到對其他微粒的認識。

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