化学教学设计的思考山东师范大学化学化工学院毕华林 bihualin@sdnu

化学教学设计的思考 山东师范大学化学化工学院毕华林 bihualin@sdnu.edu.cn

教学设计的意义 教学设计是联结教学理论与教学实践的桥梁。没有优化的教学设计就不可能有高效的课堂教学。通常意义上的“备课”就是一种传统的教学设计。

教学设计的含义 现代教学设计是指在系统科学方法的指导下，运用现代学习理论、教育理论和教师经验，对教学活动进行系统规划，以期达成教学目标的可操作过程。

系统科学方法论 系统科学方法论是指用系统的观点来认识和处理问题的各种方法的总称，它是一般科学方法论中的重要内容。所谓系统是指由相互联系、相互作用的若干要素构成的，具有特定功能的统一整体。

教学内容 学生学生教师教师教材教学手段思教学系统的构成要素问质传统的教学论三角形教学情感场

系统科学遵循的基本原则 整体性原则：应从整体出发，立足整体分析要素及各要素间的关系动态性原则：系统总是动态的，永远处于运动变化之中最优化原则：运用各种有效方法、选择最优方案、途径，实现整体优化的目的

为促进学生的有效学习而设计 学是教的基础，教是为学服务的。只有依据学生的学习规律，才能设计出高效的教学活动，才能最大限度地促进学生的有效学习。因此，现代教学设计强调依据学生学习的基本规律和心理特点设计教学。

现代学习理论的主要观点 学习是一个理解的过程而不仅仅是记忆事实学生在他们已有知识经验的基础上获得新知识学习与产生学习的情景密切相关有效的学习需要学习者自己控制学习过程

教师的经验 经验 + 反思 = 教师成长教师个体的经验优秀教师群体的经验

思考一：深入了解学生全面探查学生已有的知识经验思考一：深入了解学生全面探查学生已有的知识经验 “如果我不得不把教育心理学的所有内容简约成一条原理的话，我会说：影响学习的最重要因素是学生已知的内容。弄清了这一点后，据此进行相应的教学。” ——奥苏贝尔《教育心理学：一种认知观》

学生已有知识经验的类型 正确、清晰、稳定的知识经验课内促进新知识的理解错误、模糊、潜在的知识经验课外妨碍新知识的理解

教学中学生已有知识经验的转变 SC 学生 ST ST ST ST ST SC ST SC 学生学生学生教师教师教师学生学生

学习者头脑中的概念模型 生活概念科学概念生活概念科学概念学习前学习中学习后

如何探查学生的已有知识经验 诊断性测试开放性试题（自由作答）限制性试题（选择题）自由作答画图法访谈法

文字表述测试题 物质受热膨胀的原因是： A.组成物质的粒子变大 B.组成物质的粒子间的距离增大 C.组成物质的粒子数增多 100.0% 79.0% 73.8% 80.0% 60.0% 40.0% 13.3% 13.7% 20.0% 0.0% A B T C 文字表述题

情境测试题 如图所示，以肥皂膜套上空瓶口（图中的小圆圈表示空气粒子），把瓶子放在盛有热水的水槽中会生成大的肥皂泡。当肥皂泡变大时，瓶子中的空气粒子有何变化？ A.空气粒子变大 B.空气粒子间间隔变大 C.空气粒子数增多 D.空气粒子受热上升 A B C D

测试结果比较 100.0% 79.0% 73.8% 80.0% 60.0% 40.0% 13.3% 13.7% 20.0% 0.0% A B T C 文字表述题 100.0% 80.0% 46.8% 60.0% 38.7% 37.9% 40.0% 17.7% 7.7% 20.0% 0.0% A B C D T 问题情境题

自由作答 将蔗糖或食盐溶解在水中，观察现象，你能提出哪些问题？ • 为什么蔗糖最终会溶解入水中？ • 为什么在溶解过程中，用筷子进行搅拌会加速溶解？ • 为什么杯底的溶液会浓一些？ • 为什么溶解后的液面比溶解前的液面略低一些？

初中生关于溶液浓度的认识 67.3%的学生认为杯子下层的糖水比上层的糖水甜 28.6%的学生认为杯子中的糖水一样甜 4.1%的学生认为杯子上层的糖水比下层的糖水甜

画图法 在烧杯中加入一定量20%的氢氧化钠溶液，滴入酚酞试液，溶液变红色；然后用滴管向烧杯中慢慢滴入20%的盐酸，并用玻璃棒不断搅拌，溶液红色逐渐消退，当烧杯中溶液颜色恰好变成无色时，停止滴加稀盐酸，反应结束。如果用表示钠离子，△表示氢氧根离子，﹡表示氯离子，▲表示氢离子，表示水分子。请用符号表示下列时刻溶液中粒子的分布情况。 A 反应未开始时 B 反应开始时 C 反应结束时

访谈法 Ｔ：说一说你这样表示这个反应过程的原因是什么？ C1：我觉得一开始溶液中的微粒应该是氢氧化钠分子，加入盐酸开始反应后，氢氧化钠分子开始电离成钠离子和氢氧根离子参加反应，反应结束后溶液中剩下氯化钠分子。Ｔ：没有参加反应就不发生电离？ C1：大概是这样的吧……我觉得是。

对学生探测结果的分类 A——与事实性知识冲突的不当认识 B——缺乏原理性知识导致的不当认识 C——狭隘的思维方式（或价值取向）带来的不当认识

针对学生已有知识经验的教学设计

思考二：深刻理解教材分析和挖掘教材内容的价值思考二：深刻理解教材分析和挖掘教材内容的价值 • 传统的分析教材的思路 • 教材编写的思路 • 教材前后之间的联系 • 知识点的构成及其深广度 • 教材中的习题和实验 • 教材内容的重点和难点 • 联系社会生活实际的内容

“传授知识为中心”的教材观 教师－传递者学生－接受者内容信息被预先建构了以传授知识为中心的教材观，将教科书视为预先确定的、至高无上的、不能随意更改的东西，它控制和规范着教师的教和学生的学。教学过程就是教师将教科书规定的知识内容传递给学生，学生则是去接受这些知识信息并把它储存在自己的头脑中。

“学生发展为本”的教材观 以学生发展为本的教材编制，教科书内容不再被视为预先建构好的现成知识，它只是为教师的教和学生的学提供基本的信息，教科书成为教师和学生交流的媒介和工具，成为促进学生学习和发展的资源和手段。教科书教师学生信息

促进学生发展的教学活动 教师和学生处于平等的地位，共同借助教科书所提供的信息进行交流与对话。教师的任务不是怎样去传授教科书的内容，而是思考如何利用教科书促进学生的主动学习。学生则是在教师的启发下，积极主动地对教科书提供的信息进行加工和建构，从而获得智慧的发展和意义的生成。教科书教师学生信息

化学知识的内涵 • 任何科学知识都是科学家运用一定的科学方法，经历艰难曲折的探索过程而获得的，这个过程倾注了科学家的智慧，体现了科学家的思想和观点。 • 化学知识作为人类认识物质及其变化规律的智慧结晶，它所承载的意义绝不仅限于字面所表达的含义，更有知识在发现过程中人的智慧和情感的付出，这正是化学知识的丰富内涵所在。

具体知识 （事实、概念、原理）方法论知识（过程、方法）观念性知识（观念、态度）知识的“冰山模型”

化学知识的价值分析 • 每一化学知识都是由事实、观点、思想、方法、态度等的融合，都具有丰富而深刻的内涵。 • 分析和挖掘化学知识价值的过程，就是深入揭示化学知识内涵的过程，就是引导学生思维和认识不断深入发展的过程。

科学知识的的价值 认识物质改造物质应用物质认识世界改造世界社会科学知识的价值认知价值迁移价值情意价值生存发展精神丰富个体

如何分析和挖掘教材内容的价值 历史的角度社会的角度学科的角度知识形成的背景知识形成的过程知识的实际应用知识之间的联系

“质量守恒定律”知识价值分析 • 1673年，波义耳对化学反应进行定量研究 • 1756年，罗蒙诺索夫对化学反应进行定量研究，提出质量守恒定律 • 1777年，拉瓦锡进行同样的实验，发现质量守恒定律 • 20世纪初（1908，1912），德国、英国化学家分别进行了精密度极高的实验（0.0001g） • 问题解决方法（质量守恒定律应用条件） • 定量研究方法（对化学学科发展的贡献，以及定量研究对仪器设备的要求） • 科学归纳法（归纳法的特点及局限性）

“水的天然循环”知识价值分析 • 下雨了，掬一把雨水，想一想，这些水分子是从哪里来的？当然，现在它们来自于你头顶上的那片乌云，可是去年，兴许它们还凝固在黄河源头的冰川里，抑或流淌在滚滚不息的长江里呢！下雨，只是水天然循环中的一个环节！大自然中的水究竟是怎样循环的？ • 水通过三态变化，实现自身的天然循环。太阳为水提供能量，使水分子的运动加快，达到一定程度后，便摆脱彼此束缚，变为水蒸气，扩散到空气里，升腾到高空中，在高空遇冷凝结成云；云随风迁徙，再遇冷又转变成雨或雪，返回地球，汇入江河湖海，渗入山川平地。通过这一过程，既实现了水的自身净化，又完成了水资源的重新分配。大自然就是用这样的方式，不断地为地球上的生物补充淡水资源。

宏观与微观的联系是化学不同于其他科学最特征的思维方式。离开这个基本点，就不是化学。宏观与微观的联系是化学不同于其他科学最特征的思维方式。离开这个基本点，就不是化学。建立对微观世界的想象力是中学化学教学不同于其他课程的特点，也是中学化学课程的重要任务。化学学科的思维方式

化学学习的三重表征 • 从宏观、微观和符号三种水平上认识和理解化学知识，并建立三者之间的内在联系，从而形成化学学科特有的思维方式，我们称之为三重表征。

“水的天然循环”知识价值挖掘 • 事实性知识：水通过三态变化实现自身的天然循环。 • 核心概念：水分子 • 思想方法：宏观与微观的联系。 • 观念性认识：宏观物质是由微观粒子构成的，微观粒子处于不停的运动之中。 • 通过水分子的运动这个微观视角来认识水的三态变化及水在自然界中的循环，这就是宏观与微观相联系的思维方式。 • 这段学习材料的根本出发点就是以水分子的运动为思维视角，通过对水的三态变化及水在自然界中的循环这一宏观现象展开微观想象，达到训练学生化学思维方式，加深对物质微粒性认识的目的。

活动天地：空气中氧气含量的测定（Cu与O2反应）活动天地：空气中氧气含量的测定（Cu与O2反应）阅读材料：分离液态空气实验探究：通风不畅环境的空气与新鲜空气中CO2含量的区别 “空气的成分”知识价值分析从气体混合物中把某种气体转化为非气态物质而除去混合物分离和提纯的原理

教学内容的理解层次 第一层次：掌握具体的知识点第二层次：分析重点、难点、弱点第三层次：挖掘知识隐含的思想、观点、方法第四层次：明确知识间的内在联系，形成知识结构

思考三：设计有思考价值的问题如何增进学生对知识的理解思考三：设计有思考价值的问题如何增进学生对知识的理解对知识形成深层理解，这是建构性学习和教学的核心目标。“为理解而学习”是建构主义的一条重要信念。问题是思维的源泉和动力。不同的问题所引起的学生的思维参与程度是不同的，在促进学生对知识理解方面的作用也不相同。教学中应尽量设计有思考价值的问题，引导学生在积极思维的过程中深刻理解所学知识。

有思考价值的问题的特征 具有一定的思维容量具有适宜的难度具有合适的梯度

具有一定的思维容量 所谓思维容量是指思维的深广度水平。有思考价值的问题必须具有一定的思维容量。首先，从思维方向来看，它应该具备一定的开放性，因为开放性的问题可以给学生更广阔的思维空间，有利于调动学生思维的积极性和主动性，确保思维活动持久地进行；其次，从思维力度来看，它应该是学生通过深入思考才能解决的问题，而不是简单再现的问题，如果学生将书本上或者记忆里的信息原封不动地搬出来就能解答，那么该问题就没有什么思考价值。

具有适宜的难度 有思考价值的问题应该是难易适度的。实践证明，问题过易或过难都不能有效地激发学生的思维活动。那些和学生已有的知识经验有一定联系，学生知道一些，但是仅凭已有的知识又不能完全解决，也就是说在“在新旧知识的结合点”上产生的问题，最能激发学生的认知冲突，最具有启发性，能有效地驱动学生有目的地积极思索。

具有合适的梯度 对于那些具有一定深度和难度的内容，可以设计成问题组，用组合、铺垫或设台阶等方法来降低问题的难度，提高问题的整体效益。 “问题组”的设计要紧紧围绕核心主题，逐层递进。既不能梯度太大，使学生迷失了思维的方向；又不能将问题设计得太琐碎，限制了学生的思维发散。要给学生以方向的引导，同时留有一定的思维空间，促进学生有目的地深入思考。

汤姆森的原子西瓜模型。 卢瑟福的α粒子散射实验认识“原子结构” 的问题设计问题情境问题组绝大多数α粒子能穿透金箔，而且不改变原来的运动方向说明了什么？有一小部分α粒子改变了原来的前进方向，甚至有极少数的α粒子被弹了回来又能说明什么？（α粒子是一种带正电荷且比电子的质量大的多的粒子）描述你心目中原子内部是什么样的？你对原子的结构还想知道什么？

学生经验学科内容社会知识

创设问题呈现的情境 学习活动总是在一定的情境中产生的。教师设计好具有思考价值的问题后，要避免直接提问，要在对学生已有知识经验和教材内容全面、科学分析的基础上，创设问题呈现的情境，使学生能在问题情境中产生认知冲突，从而激发学生积极思维的动机和探索问题的欲望。教师学生发现问题问题设计创设情境问题情境

情景活动内容创设真实有效的学习情境内容、活动、情景这三个部分并不是完全孤立的，而是一种“你中有我，我中有你”的关系。其中任何一部分都需要其他部分的支撑才能实现全面提高学生科学素养的课程目标。学习情境的创设一定要指向特定的学习内容，要能引发学生的积极思考，要能从中产生一般性的知识结论。

优质问题的特征 如果一个问题是有价值的、优质的问题，它必须具有四个特征：（1）能够达成一个或更多的教学目标（2）关注重要的课程内容（3）能够促进在规定的认知水平上的思考（4）清晰地阐明所要问的内容

思考四：科学地制定教学目标如何充分发挥教学目标的功能思考四：科学地制定教学目标如何充分发挥教学目标的功能教学目标是课堂教学的核心和灵魂，是课堂教学的出发点和归宿，它关系到课程改革理念的真正落实。在课程标准中，既有对教学目标总的规定，又在内容标准中对每一项课程内容提出了相应的目标要求，可以说，课程标准为教学目标的确定提供了实际操作上的依据。教学目标制约着教学设计的方向，对教学活动的设计发挥指导作用；同时教学目标为教学评价提供依据。

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