肖舒月　王悅　溫博雅　夏小晴　高鶴鳴　崔克宇

摘 要：在21世紀(jì)，人們的生活中充斥著各式各樣的短視頻，為了適應(yīng)時代的發(fā)展，教育也應(yīng)當(dāng)與時俱進，深化教育現(xiàn)代化。在眾多現(xiàn)代化手段中最易普及的便是微課。本文從化學(xué)史和情境式教學(xué)的角度出發(fā)，思考HPS在教育中的重要性，并以晶體化學(xué)為例，探討化學(xué)微課在化學(xué)教學(xué)中如何設(shè)計與制作，如何更好地用微課解決高中化學(xué)教學(xué)中存在的部分問題，減輕師生負擔(dān)，提高學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：微課；晶體結(jié)構(gòu)；HPS

中圖分類號：G633.8? 文獻標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2023）11-0109-04

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，教師的數(shù)字素養(yǎng)越來越受到重視，黨的二十大報告提出推進教育數(shù)字化。2022年11月30日教育部印發(fā)《教師數(shù)字素養(yǎng)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提出了對教師數(shù)字化意識、數(shù)字化應(yīng)用、數(shù)字技術(shù)知識與技能以及數(shù)字社會責(zé)任的要求，數(shù)字化教育的重要性和趨勢可見一斑。筆者看來性價比最高的數(shù)字化教育當(dāng)屬微課。

但微課僅僅進行純知識的講授是不夠的，不能吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。難以達到預(yù)期的效果，也不符合課程標(biāo)準(zhǔn)對于學(xué)生培養(yǎng)的要求，情境式教學(xué)可以很好地彌補這一不足，因此將微課與情境式教學(xué)相結(jié)合勢在必行。情境式教學(xué)有很多種，包括生活情境、社會情境、認知矛盾、化學(xué)史情境等，其中化學(xué)史情境又可以結(jié)合科學(xué)哲學(xué)形成了一種衍生的教學(xué)模式—HPS模式[1]。HPS教學(xué)模式是由孟克和奧斯本所提出的一種將科學(xué)史（history）、科學(xué)哲學(xué)（philosophy）和科學(xué)社會學(xué)（sociology of science）結(jié)合的一種教育思想。

一些國家的課程標(biāo)準(zhǔn)建議HPS作為一種適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略，以促進對科學(xué)內(nèi)容的深入理解，發(fā)展高階思維技能，并獲得對科學(xué)本質(zhì)的充分理解[2]。HPS模式得到了越來越多的經(jīng)驗證據(jù)的支持，這些證據(jù)指出，歷史信息、過去科學(xué)實驗和歷史上對HPS的反思對科學(xué)課程產(chǎn)生了積極影響?？茖W(xué)教育工作者和研究人員強調(diào)HPS的潛力，HPS可以有效提高學(xué)生對科學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生對歷史和哲學(xué)的積極態(tài)度。與此同時他還有助于發(fā)展學(xué)生的論證技能，構(gòu)建學(xué)生科學(xué)系統(tǒng)的知識體系。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，教師的授課形式與學(xué)生的學(xué)習(xí)方式等都受到不同程度的影響。為了適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展，采用不同的新媒體手段，開發(fā)多種數(shù)字化教學(xué)資源，實現(xiàn)線上輔助線下、線下反饋線上的線上和線下教學(xué)相結(jié)合的模式，是時代發(fā)展和教學(xué)改革的必然趨勢。從另一角度看，近年來因疫情、流感、臺風(fēng)等原因線上課程比重增多，僅通過網(wǎng)絡(luò)觀看教學(xué)PPT或者錄屏回放，很大程度影響了化學(xué)教學(xué)效果。因此，根據(jù)化學(xué)課程的特點和知識結(jié)構(gòu)體系，開發(fā)多種的數(shù)字化教學(xué)資源和學(xué)習(xí)方式，可以有效地緩解這一問題，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、提高教學(xué)質(zhì)量。在眾多數(shù)字化教學(xué)資源中，微課具有主題突出、內(nèi)容精煉、觀看靈活等特點[3]。設(shè)計優(yōu)良的微課，對于提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果十分重要。不僅如此，從教材內(nèi)容和習(xí)題的變化形式可知，國家越來越重視學(xué)科本質(zhì)的教育，本研究將HPS 教育融入高中化學(xué)微課是教育改革的需求，更是時代發(fā)展的需求。

為了更好地體現(xiàn)HPS與微課結(jié)合的應(yīng)用，筆者專門設(shè)計并制作了一節(jié)微課，配合說明其可行性與必要性。

2 微課的構(gòu)建

2.1 整體的構(gòu)思與設(shè)計

本文中晶體結(jié)構(gòu)微課的整體構(gòu)思見圖1。本節(jié)以文獻《金相學(xué)史話（2）：β-Fe的論戰(zhàn)》中科學(xué)家們?yōu)棣?Fe是否存在而產(chǎn)生了論戰(zhàn)的故事為依據(jù)[4]，以晶胞的性質(zhì)及計算為內(nèi)容，以問題：“β-Fe是否存在？”為導(dǎo)向，帶動學(xué)生進一步探索，向?qū)W生生動地展示了科學(xué)家們探究真理時所進行的思辨活動以及他們科學(xué)的方法與素養(yǎng)。培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的能力、建立證據(jù)推理與模型認知的思維、提高學(xué)生的科學(xué)探究精神與創(chuàng)新意識、明確化學(xué)學(xué)習(xí)者的科學(xué)精神與社會責(zé)任，為學(xué)生的未來發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

除此之外，在明確β-Fe的來龍去脈和定義之后，可以進一步講授晶胞與合金之間的關(guān)系，例如碳鐵合金、錳鐵合金與青銅黃銅為什么性質(zhì)差異這么大，不銹鋼為什么不生銹，與他們的晶胞有什么關(guān)系等一系列問題，都是很好的切入點。

2.2 化學(xué)史的運用

化學(xué)史教育有助于學(xué)生理解化學(xué)學(xué)科發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及前景，同時也揭示了化學(xué)學(xué)科一些潛在的規(guī)律[5]，其中蘊含的豐富的科研成果、科學(xué)精神、科學(xué)思維和科學(xué)方法非常適合與微課融合。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》也強調(diào)了化學(xué)史，不僅在基本理念的第3點規(guī)定“選擇體現(xiàn)科學(xué)性和時代性的化學(xué)課程內(nèi)容”，在每個主題中都提出了相應(yīng)的化學(xué)史情境素材，并建議化學(xué)教師的教學(xué)過程應(yīng)盡量結(jié)合此內(nèi)容[6]?；瘜W(xué)史作為化學(xué)學(xué)科的一部分，應(yīng)當(dāng)被開發(fā)和利用起來，在中學(xué)化學(xué)教育中發(fā)揮積極作用。

化學(xué)史可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高科創(chuàng)能力，使學(xué)生掌握科學(xué)方法和思維，培養(yǎng)其核心素養(yǎng)[7]。不僅如此，化學(xué)史在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的滲透方式也多種多樣，利用信息技術(shù)可以將化學(xué)史巧妙地穿插在導(dǎo)課中，可以以化學(xué)史為線索穿插于各個知識點之間，也可以進行探究活動時再現(xiàn)相關(guān)的化學(xué)史。

教師在教育教學(xué)過程中，HPS教育對于中學(xué)化學(xué)教學(xué)具有深遠的意義，它能在一定程度上改善傳統(tǒng)化學(xué)教育，培養(yǎng)全面發(fā)展的、個性化發(fā)展的學(xué)生。面對如此重要的化學(xué)史教育，如何將化學(xué)史教育潛移默化地傳授給學(xué)生，則是眾多教育研究者以及一線教師需要關(guān)注的問題。與此同時，我們也要注意，不能死板地將化學(xué)史教育與中學(xué)化學(xué)教學(xué)鎖定在一起，更不能主次顛倒使化學(xué)史的地位越過教材知識，而是應(yīng)該在恰當(dāng)?shù)臅r候，選擇恰當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)史內(nèi)容，以一種潛移默化的形式將這種素養(yǎng)傳遞給學(xué)生。這樣才能更好地提升教育教學(xué)質(zhì)量，將化學(xué)史教育更好地融入教學(xué)中。

2.3 化學(xué)哲學(xué)與化學(xué)社會學(xué)的思考

教育部在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中著重提出高中化學(xué)教學(xué)的五大核心素養(yǎng)，包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)精神與社會責(zé)任”5個維度。化學(xué)哲學(xué)融入化學(xué)教學(xué)、融入核心素養(yǎng)有助于學(xué)生深入理解化學(xué)理論知識，落實學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，有助于跨學(xué)科構(gòu)建完整的知識體系[8]?；瘜W(xué)哲學(xué)教育在高中化學(xué)的教育中屬于隱性教育，是潛移默化的，對促進學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解、發(fā)展學(xué)生的“化學(xué)智力”、培養(yǎng)學(xué)生的探究能力等方面有著很大的影響。

此外，《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020）》指出，“強化培養(yǎng)為民為國的大學(xué)生的社會責(zé)任意識”是教育改革與發(fā)展的重點。在成為優(yōu)秀大學(xué)生之前，首先要在高中打下良好的基礎(chǔ)。高中是人生三觀養(yǎng)成的關(guān)鍵階段，是身心發(fā)展的重要一環(huán)。教師應(yīng)盡職盡責(zé)引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)正確的個性、責(zé)任心與道德品質(zhì)[9]。綜上，HPS教育的三點在教育中缺一不可，化學(xué)史、化學(xué)哲學(xué)與化學(xué)社會學(xué)并重，三者相輔相成互相融合，共同在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中發(fā)揮作用，才能達到立德樹人的根本目標(biāo)，才能更好地促進學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展。

3 技術(shù)選取

一個微課的設(shè)計，離不開各種軟件的支持，本次微課著重使用了Diamond和Focusky兩款軟件，接下來將介紹一些軟件使用的相關(guān)事項。

3.1 利用Diamond制作晶體模型

Diamond軟件是晶體學(xué)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的結(jié)構(gòu)作圖軟件之一。晶體是由晶胞與晶胞之間無隙并置、不斷重復(fù)排列所組成的，具有明顯的周期性。但這種結(jié)構(gòu)并不直觀，一開始學(xué)習(xí)起來有一定的難度，再加上學(xué)生抽象到具象的想象能力還有待進一步發(fā)展，對于晶體的各種微觀結(jié)構(gòu)理解起來有些困難。因此這就要求教師能主動利用相關(guān)專業(yè)軟件熟練制作這些微觀結(jié)構(gòu)模型。

使用Diamond前，需要先在網(wǎng)站上查找所需晶體的cif文件，獲取cif文件的方法有很多，使用者可以利用劍橋晶體學(xué)數(shù)據(jù)中心（https：//www.ccdc.cam.ac.uk/）和晶體學(xué)公開數(shù)據(jù)庫（http：//www.crystallography.net/cod/）進行查詢和下載[10]。再利用Diamond打開。打開文件后可以根據(jù)課程安排自由地調(diào)整改變參數(shù)、比例、顏色、透明度等，如果想做微課，可以直接在操作時錄屏，如圖2所示。

3.2 利用Focusky制作轉(zhuǎn)場效果

為了增加微課的質(zhì)感，使整體更加流暢協(xié)調(diào)，使用了Focusky進行整體化學(xué)史的穿插以及轉(zhuǎn)場的設(shè)計，如圖3所示。Focusky以畫布為依托（畫布是無限大的），以幀的設(shè)置來呈現(xiàn)動畫效果，比傳統(tǒng)PPT更加靈活生動。Focusky有著豐富的flash角色、GIF動畫、圖表，如果喜歡用PPT做課件，但是又想用Focusky的素材，該軟件可以直接將PPT打開進行再編輯。

4 利用微課做好引導(dǎo)，開啟課前自主預(yù)習(xí)

奧蘇貝爾提出的先行組織者教學(xué)理論強調(diào)，利用具有更高概括性和包容水平的引導(dǎo)性材料對所學(xué)的新內(nèi)容進行任務(wù)關(guān)聯(lián)，建立新舊知識框架，引起學(xué)生求知熱情，促進有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生[11]。在實際教學(xué)中，課前引導(dǎo)通常是枯燥的填空卷子，多數(shù)學(xué)生難以達成課前預(yù)習(xí)的效果。因此，基于先行組織者理論，在課前階段教師可以將課程內(nèi)容高度濃縮成有趣的小微課，讓學(xué)生既有學(xué)習(xí)的方向，又有學(xué)習(xí)的樂趣。課前微課是為學(xué)生的課前預(yù)習(xí)服務(wù)，課前預(yù)習(xí)又是為課堂教學(xué)服務(wù)，學(xué)生課前利用課前微課進行自學(xué)，對即將要上的內(nèi)容有所了解，對本節(jié)課的重難點有基本的認知，可以在上課時聽課松弛有度，從學(xué)生被老師牽著走變成學(xué)生主動和老師走，教師課堂松弛有度，學(xué)生課堂全身心投入，教師重點講清楚了，學(xué)生把重點掌握好了，大大提高了課堂效率。將微課素材投放于課堂導(dǎo)學(xué)階段的情境教學(xué)，能更好地發(fā)揮其創(chuàng)新精神，提高其實踐能力，使學(xué)生快速進入化學(xué)課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)，從而提高教學(xué)的有效性。

例如，在“β-Fe的論戰(zhàn)”這一微課中通過兩派學(xué)者的認知沖突，引發(fā)學(xué)生們的興趣和思考：β-Fe到底是否存在？進而引出微課的中心——晶胞。若基本單元不一致，則存在β-Fe；反之則不存在。學(xué)生將帶著這個問題學(xué)習(xí)本節(jié)課，并主動關(guān)注晶胞的異同，更有利于學(xué)生自主總結(jié)結(jié)論，使學(xué)生感受化學(xué)的樂趣，為學(xué)生后續(xù)探究學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

就中學(xué)化學(xué)教學(xué)而言，其教學(xué)重難點涉及對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征、變化規(guī)律、理化性質(zhì)的理解，對化學(xué)微觀現(xiàn)象、原理的探究，以及生活中化學(xué)相關(guān)問題的解決等內(nèi)容，學(xué)生理解起來有一定的難度，容易對化學(xué)產(chǎn)生畏難心理[12]?；诖?，教師可根據(jù)學(xué)生的學(xué)情，從學(xué)生的舊知識、生活常識、影視節(jié)目等情境入手制作微課。其好處在于可以在短時間創(chuàng)設(shè)出問題情境并引導(dǎo)學(xué)生進行思考，發(fā)現(xiàn)其中的化學(xué)現(xiàn)象獲得相應(yīng)的知識和能力。最終達到掌握化學(xué)實驗中的重難點知識，提高教學(xué)效率的目的。

5 課程思政的融入

中學(xué)課程不僅傳授知識、培養(yǎng)能力，還具有進行思想政治教育的功能。在“β-Fe的論戰(zhàn)”微課中，晶體的介紹以鐵的晶胞為例，鐵在生活中無處不在，因此學(xué)生們對這個知識的接受程度高一些，進一步給學(xué)生樹立化學(xué)無處不在的思維。通過給出一些數(shù)據(jù)，為后面的結(jié)論提供理論事實依據(jù)，使學(xué)生明白，任何理論都需要有大量實驗數(shù)據(jù)的支撐，培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)的化學(xué)素養(yǎng)和思維。在教學(xué)過程中，可以結(jié)合晶體結(jié)構(gòu)的特點，幫助學(xué)生樹立正確的“晶胞”的概念，提高學(xué)生對微觀化學(xué)的理解。通過對晶體相關(guān)計算的講解，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹和實事求是的科學(xué)態(tài)度。教導(dǎo)學(xué)生成功不是一蹴而就的，它是一個量的積累過程，一個一個如同“晶胞”一樣的小知識點、小技巧，當(dāng)量積累到一定程度才會躍遷，從而產(chǎn)生質(zhì)變。這告誡學(xué)生只有憑借務(wù)實的態(tài)度和日常學(xué)習(xí)中不斷地積累，才能獲得成功。

6 結(jié)語

本文從化學(xué)史角度出發(fā)，以微課為媒介，生動地講解了晶體結(jié)構(gòu)與計算的教學(xué)設(shè)計。在傳授知識的同時，促進了學(xué)生對化學(xué)學(xué)科本質(zhì)的理解，有利于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展。將化學(xué)史融入教學(xué)中，將化學(xué)知識的產(chǎn)生和發(fā)展過程呈現(xiàn)給學(xué)生，以期幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)學(xué)科本質(zhì)。借鑒歷史人物的思考方式和研究方法能讓學(xué)生更好地探究世界并掌握科學(xué)的研究方法，提高發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，加速核心素養(yǎng)的形成。

但微課是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的補充，不能替代課堂教學(xué)，因此在教學(xué)中應(yīng)注意適度使用微課，合理安排微課教學(xué)，充分發(fā)揮教師主導(dǎo)作用，讓學(xué)生自主融入課程學(xué)習(xí)中。在今后的教學(xué)中，也更應(yīng)不斷關(guān)注學(xué)生的反饋，及時對微課內(nèi)容進行調(diào)整，發(fā)揮微課的最大作用，提高教學(xué)質(zhì)量，促進教學(xué)改革。

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