楊濤 王興田

摘要：高中化學物質結構模塊的教學中可以較好地培養(yǎng)學生的宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知等核心素養(yǎng)。在具體教學中如何落實，如何借助信息技術手段突破傳統(tǒng)教學方法難以完成的物質結構教學，都是值得在教學中思考和探索的問題。文章以雜化軌道理論的教學為例，探索落實核心素養(yǎng)的策略和方法。

關鍵詞：核心素養(yǎng);物質結構;智慧課堂

文章編號：1008-0546（ 2020） 04-0042-03

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2020.04.01l

一、問題的提出

核心素養(yǎng)是學生在接受相應學段的教育過程中，逐步形成的適應個人終生發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力[1]。高中化學學科核心素養(yǎng)是高中學生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，主要包含宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創(chuàng)新意識、科學態(tài)度與社會責任等五個維度?；瘜W學科核心素養(yǎng)的載體是教學內容和知識，如何在課堂教學中滲透化學學科核心素養(yǎng)，逐步培養(yǎng)學生形成與化學學科相關的品格和能力是教師在教學設計中應該重點思考的問題。物質結構的相關知識與宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知等核心素養(yǎng)密切相關，本文以物質結構教學中的重要內容“雜化軌道理論”為例探究物質結構教學與化學學科核心素養(yǎng)融合的策略。

二、案例分析

1.學習內容與任務分析

《高中化學課程標準》對本課教學內容的要求是認識共價分子的多樣性和復雜性，能根據有關理論判斷簡單分子或離子構型。根據雜化軌道理論和價層電子對互斥理論判斷分子或離子構型是高考化學選修3模塊必考內容之一。教學重點是sp、sp₂、sp₃雜化軌道的形成過程。教學難點：用雜化軌道理論解釋分子構型及物質性質。

2.設計思想

根據建構主義學習理論和翻轉課堂的教學理論，應用智慧課堂的教學手段，并且充分靈活地將信息技術運用于課堂教學，將雜化軌道這一抽象晦澀的教學內容形象地展示出來。同時也運用多種模型創(chuàng)設情境，讓學生更加深刻地理解雜化軌道理論在解釋分子結構方面的應用。在化學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)方面，學習雜化軌道理論并且學會解釋分子構型可以培養(yǎng)學生宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)，用數字化傳感器進行數字化實驗探究可以培養(yǎng)學生證據推理與模型認知的核心素養(yǎng)。

3.教學模式與策略設計

本節(jié)課教學采用的是智慧課堂[2]的教學模式，微課內容為共價鍵的軌道重疊理論和共用電子對理論，同時也包括鍵參數鍵能、鍵長、鍵角的介紹。學生學習微課后完成微課練習，主要針對微課知識及本節(jié)課的相關知識進行測驗，通過數據分析學生的知識儲備情況，有針對性地進行教學活動設計。在課堂教學中運用智慧課堂的教學模式可以通過多種互動方式與學生交流，包括隨機提問、搶答、拍照上傳等等，并且學生練習的情況可以即時反饋，提高教學效率。最后再運用習題智能推送技術，根據學生的錯題情況發(fā)送針對性的習題，每位學生的習題都不一樣，充分體現了因材施教。

運用AR技術展示甲烷的球棍模型和比例模型，創(chuàng)設學習情境，讓學生聯(lián)系舊知分析甲烷的結構和性質，再由甲烷的結構和性質引入sp₃雜化軌道的知識。在學習過程中通過動畫模型和實物模型（氣球模擬）多種教學手段來模擬雜化軌道的形成過程和構型，讓學生能更加直觀地感受到虛擬的雜化軌道。解決sp₃雜化軌道之后，sp₂雜化軌道和sp雜化軌道分別通過乙烯分子和乙炔分子來創(chuàng)設學習情境，在實例中學習，在模型中理解（圖1）。

三、教學過程設計

環(huán)節(jié)1 微課練習講解

學生課前在云平臺上完成微課練習，主要針對原子核外電子排布、球棍模型和比例模型、甲烷分子構型、共價鍵的飽和性和方向性等知識。學生完成練習后，通過數據分析統(tǒng)計答題正確率，在課前針對錯誤率較高的習題進行針對性講解。

環(huán)節(jié)2 引入新課

從甲烷分子的正四面體結構引入，用AR技術直觀展示甲烷的球棍模型和比例模型，引導學生思考甲烷分子為什么形成正四面體構型，引入新課——雜化軌道理論。

環(huán)節(jié)3 sp₃雜化軌道形成過程

引導學生從甲烷分子中碳原子的成鍵情況與碳原子價電子軌道表示式的沖突進行思考。碳原子最外層未成對電子是2個，但甲烷分子中碳原子卻形成了四個共用電子對;碳原子最外層四個電子能量不相同，但是甲烷分子中碳原子形成四個能量相同的C-H鍵。由此可以引導學生得出結論，這是由于碳原子的原子軌道發(fā)生了某種變化，即原子軌道的雜化。然后講解sp₃雜化軌道的形成過程及四個sp₃雜化軌道的空間構型。

通過對碳原子核外電子排布的分析及甲烷分子實際模型的觀察，可以讓學生明確分子的結構與分子構型間存在一定的聯(lián)系，認識到化學學習中結構決定性質的重要思想，培養(yǎng)學生宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)。在講解sp₃雜化軌道的空間構型時可以采取氣球模型模擬的方法，將四個大小相同的氣球扎在一起擺成平面構型，輕輕碰觸氣球后四個氣球立即變?yōu)檎拿骟w構型，讓學生通過實物觀察認知sp₃雜化軌道的構型，學會用直觀模型推理微觀結構，培養(yǎng)學生證據推理與模型認知的核心素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)4 數字化實驗探究甲烷取代反應

分析甲烷結構可知甲烷分子中碳原子sp3雜化軌道與氫原子Is軌道形成σ鍵，所以甲烷性質較穩(wěn)定，引導學生回顧甲烷的性質，甲烷不會與強酸強堿反應、不會使酸性高錳酸鉀溶液退色等，這都是由于甲烷分子性質穩(wěn)定。但是甲烷可以在光照下和氯氣發(fā)生取代反應，取代反應傳統(tǒng)實驗現象不是非常明顯且所需時間較長，可以用傳感器進行數字化實驗探究。

用氣壓傳感器和溫度傳感器同時測量反應過程中壓強和溫度的變化，得到兩條不同的曲線，讓學生分析圖像變化（圖2），得出結論。用定量實驗的手段可以獲得定性傳統(tǒng)實驗無法獲得的信息，分析實驗現象的過程可以培養(yǎng)學生證據推理的核心素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)5 sp₂雜化軌道和sp雜化軌道形成過程和空間構型

通過乙烯分子創(chuàng)設情境分析乙烯分子中碳原子sp₂雜化軌道形成過程及空間構型，通過乙炔分子創(chuàng)設情境分析碳原子sp雜化軌道形成過程和空間構型。引導學生類比于sp₃雜化軌道形成過程和空間構型思考、討淪sp₂雜化軌道和sp雜化軌道形成過程和空間構型，培養(yǎng)學生自主學習、合作學習的能力，并且學會用雜化軌道理論解釋乙烯平面形結構和乙炔直線形結構。

教學過程中通過智慧課堂云平臺和平板電腦與學生進行隨機提問、搶答等互動，學生也可以通過平板電腦進行拍照上傳與同學和老師分享討論成果（圖3）。同時隨堂練習的結果也可以實時展示，用數據分析了解學生的掌握情況（圖4）。

環(huán)節(jié)6 自適應練習

智能推送技術，根據每位學生不同的錯題推送不同的習題，對做錯的知識點進行再強化訓練，因材施教，有針對性地進行練習鞏固。學生完成練習后通過云平臺提交答案，分析答題情況（圖5）。

四、案例反思

本節(jié)課的設計重點就是如何將抽象的內容具象化，幫助學生理解復雜抽象的雜化軌道，并學會用雜化軌道理論解釋分子構型，理解分子結構與分子構型的聯(lián)系，培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)。并且在教學過程中可以依據智慧課堂的特點及時反饋，了解學生的掌握情況，進行針對性的講解和探究，充分地將信息技術與課堂教學充分融合，取得了非常好的教學效果。

在教學過程中，運用智慧課堂的教學手段可以做到很多傳統(tǒng)課堂無法完成的事情，比如課堂練習的即時反饋和講解，課堂提問方式的多元化，與學生互動方式的多樣化等等。但是智慧課堂對學校的硬件條件有較高的要求，學生平板、教師平板、微云服務器等都需要較大的投入，目前來說較難普及，只有少部分條件較好的學?？梢蚤_展。同時智慧課堂對教師的操作及教學設計都有較高的要求，如何制作微課，如何展開互動，如何設計練習都需要教師投入較多的精力，而且對學生素質也有一定的要求，學生能否正面地運用平板電腦和老師充分互動也是課堂教學成功與否的重要因素。

這節(jié)課充分利用了信息技術與課堂教學的融合，綜合運用AR技術，動畫模擬，數字化實驗等信息技術手段，力求讓學生直觀感受雜化軌道理論的形成過程，同時也采取翻轉課堂的教學模式，應用智慧課堂的教學形式進行教學，這樣教學的優(yōu)點是：1.教學決策數據化。根據學生在云平臺的作業(yè)完成情況，選擇學生錯誤率最高的兩道習題針對性進行講解，并且在課堂教學的隨堂練習也可以用數據分析的方法直觀看到學生的答題情況。2.微觀結構可視化。用AR技術直觀展示甲烷、乙烯和乙炔分子的球棍模型和比例模型，同時展示sp₃、sp₂、sp雜化軌道的形成過程，學生可以更直觀感受雜化軌道的形成過程，理解更加充分。3.證據推理數字化。甲烷分子中碳原子發(fā)生sp₃雜化，性質穩(wěn)定，但是可以與氯氣在光照下發(fā)生取代反應。這個實驗用傳統(tǒng)實驗手段很難進行，所以采用數字化實驗手段，用溫度傳感器和氣壓傳感器證明取代反應的發(fā)生。

參考文獻

[1] 周業(yè)虹.基于發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)的教學設計案例分析[J].化學教學，2016（8）：36-39

[2]唐燁偉，龐敬文，鐘紹春，等.信息技術環(huán)境下智慧課堂構建方法及案例研究[J].中國電化教育，2014（11）：23-30