摘要：基于《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》的課程理念，依據(jù)“物質(zhì)的量及其相關(guān)物理量”教與學(xué)的要求(見(jiàn)表1)，對(duì)“物質(zhì)的量”進(jìn)行了單元教學(xué)整體設(shè)計(jì)，探索如何激發(fā)學(xué)生興趣、化解學(xué)習(xí)難點(diǎn)、啟迪高級(jí)思維、促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：課程標(biāo)準(zhǔn)，物質(zhì)的量，學(xué)科核心素養(yǎng)，單元教學(xué)設(shè)計(jì)

“物質(zhì)的量”是占據(jù)化學(xué)計(jì)量核心地位的物理量，基于物質(zhì)的量認(rèn)識(shí)物質(zhì)組成及其化學(xué)變化是化學(xué)科學(xué)的重要方法。受抽象概念密集、學(xué)生認(rèn)知水平和教師PCK等因素的影響[1-4]，物質(zhì)的量的教與學(xué)長(zhǎng)期以來(lái)一直都是高中化學(xué)的難點(diǎn)。

筆者基于《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》的課程理念，依據(jù)“物質(zhì)的量及其相關(guān)物理量”教與學(xué)的要求(見(jiàn)表1)，借鑒近年來(lái)的相關(guān)研究成果[5-8]，對(duì)“物質(zhì)的量”進(jìn)行了單元教學(xué)整體設(shè)計(jì)。

1 單元教學(xué)目標(biāo)

⑴建構(gòu)“阿伏加德羅常數(shù)”“摩爾”“物質(zhì)的量”“摩爾質(zhì)量”“氣體摩爾體積”“物質(zhì)的量濃度”等核心概念，體驗(yàn)“歸納”“類(lèi)比”“定義”等方法的應(yīng)用。

⑵理解“n=N/NA”“n=m/M”“n=V/Vm”“n=c·V(aq)”“c(濃)·V(濃) = c(稀)·V(稀)”“c=1000mL·ρ·w/M·1L”等計(jì)算公式，能正確運(yùn)用公式進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。 

⑶基于物質(zhì)的量認(rèn)識(shí)物質(zhì)組成及其變化，體驗(yàn)物質(zhì)的量在定量分析中的價(jià)值。

⑷通過(guò)“摩爾質(zhì)量與相對(duì)分子(原子)質(zhì)量數(shù)值關(guān)系”的數(shù)學(xué)認(rèn)證，學(xué)習(xí)運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決化學(xué)問(wèn)題的，領(lǐng)悟選擇“0.012kg12C所含的碳原子數(shù)”定義NA的匠心。

⑸通過(guò)圍繞“阿伏加德羅定律”的分析推理，深化對(duì)氣體摩爾體積的認(rèn)識(shí)，建構(gòu)并理解阿伏加德羅定律及其重要推論，體驗(yàn)“控制變量法”“抓主要矛盾”“證據(jù)推理”等方法的應(yīng)用。

⑹通過(guò)“配制1.00mol·L－1NaCl(H2SO4)溶液”的實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)會(huì)依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理選

擇實(shí)驗(yàn)儀器、規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作、評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2 教學(xué)主體環(huán)節(jié)

2.1建構(gòu)核心概念，掌握基本運(yùn)算

以實(shí)驗(yàn)中的真實(shí)問(wèn)題為起點(diǎn)，從化學(xué)計(jì)量的實(shí)際需要出發(fā)，研究如何在難以直接稱(chēng)量的微觀(guān)粒子與可稱(chēng)量的宏觀(guān)物間架設(shè)橋梁？建構(gòu)固體質(zhì)量、氣體體積或溶液溶液與微粒數(shù)目間的換算關(guān)系。

2.1.1情境引發(fā)問(wèn)題，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新

以實(shí)驗(yàn)室制備氫氣的真實(shí)實(shí)驗(yàn)為情境，引發(fā)“①“Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑”可傳遞出哪些定量信息？②實(shí)際操作中怎樣定量控制反應(yīng)物的投入？③如何分析制備一定體積的氫氣理論上需要的鋅的質(zhì)量和鹽酸的體積？”等問(wèn)題的討論，達(dá)成化學(xué)需要一種新的計(jì)量方法在固體質(zhì)量(m)、氣體體積(V)或溶液體積[V(aq)]與微粒數(shù)目(N)之間架設(shè)橋梁的共識(shí)。 

2.1.2聚焦微粒集體，架設(shè)宏微橋梁 

以“6.02×1023個(gè)微粒的質(zhì)量”為情境(見(jiàn)圖1)，通過(guò)“①如何由固體質(zhì)量求算微粒數(shù)目？②如何解決單個(gè)微粒無(wú)法直接稱(chēng)量的難題？③選擇多大規(guī)模的微粒集體能給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)最大便捷？”等問(wèn)題的討論，發(fā)現(xiàn)“6.02×1023個(gè)微?！钡馁|(zhì)量(以克為單位)與其相對(duì)分子(原子)質(zhì)量數(shù)值相等的事實(shí)，作出用“6.02×1023個(gè)微粒的集體”在難以直接稱(chēng)量的微觀(guān)粒子與可稱(chēng)量的宏觀(guān)物質(zhì)之間架設(shè)橋梁的選擇。

通過(guò)“微粒的數(shù)目=物質(zhì)質(zhì)量/單個(gè)微粒的質(zhì)量”“微粒集體的數(shù)目=物質(zhì)質(zhì)量/微粒集體的質(zhì)量”“6.02×1023個(gè)微粒集體的數(shù)目=物質(zhì)質(zhì)量/6.02×1023個(gè)微粒集體的質(zhì)量”的思維進(jìn)階，為核心概念建構(gòu)奠定基礎(chǔ)。

2.1.3把握概念關(guān)聯(lián)，實(shí)施因材施教

 梳理物質(zhì)的量及其相關(guān)物理量的內(nèi)在知識(shí)關(guān)聯(lián)，靈活選擇概念建構(gòu)的認(rèn)知路徑，引導(dǎo)學(xué)生在自主建構(gòu)核心概念的過(guò)程學(xué)會(huì)選擇和使用方法。

2.1.3.1順藤摸瓜建構(gòu)核心概念

利用“6.02×1023是阿伏加德羅常數(shù)的近似值”“NA是物理量單位摩爾的基準(zhǔn)”“摩爾是物質(zhì)的量的單位”“每摩物質(zhì)含NA個(gè)構(gòu)成微粒”等核心概念間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從“6.02×1023”出發(fā)，通過(guò)順藤摸瓜漸次完成對(duì)“阿伏加德羅常數(shù)、摩爾、物質(zhì)的量”的學(xué)習(xí)進(jìn)階(見(jiàn)圖2)。

2.1.3.2 類(lèi)比遷移建構(gòu)核心概念

利用“n=N/NA與n=m/M”的計(jì)算原理相同，從“n =N/NA”類(lèi)比遷移出“n=m/M”，通過(guò)剖析“n=m/M”的物理意義及各物理量的單位，辨析6.02×1023個(gè)微粒質(zhì)量與1mol微粒質(zhì)量的關(guān)系，建構(gòu)摩爾質(zhì)量的相關(guān)概念；利用“M與Vm”概念相近，從摩爾質(zhì)量類(lèi)比遷移出氣體摩爾體積的相關(guān)概念(見(jiàn)表2)。

從氣體“受熱膨脹，加壓收縮”的常識(shí)出發(fā)，認(rèn)識(shí)溫度、壓強(qiáng)對(duì)Vm的影響，依據(jù)圖3直觀(guān)感知標(biāo)準(zhǔn)狀況(0℃，101.3kPa)下，1mol任何氣體的體積均約為22.4L(Vm=22.4L·mol－1)的規(guī)律。

2.1.3.3自主定義建構(gòu)核心概念

利用“m(溶質(zhì))=m(溶液)×w”的知識(shí)儲(chǔ)備，通過(guò) “①溶質(zhì)物質(zhì)的量與溶液體積、溶液濃度存在什么數(shù)學(xué)關(guān)系？②選擇什么樣的濃度單位便于由溶液體積快捷求算溶質(zhì)物質(zhì)的量？”等問(wèn)題的討論，依據(jù)“n =V(aq)×溶液濃度”并結(jié)合n、V(aq)的單位，確定溶液濃度以“mol·L－1”為單位，從濃度單位“mol·L－1”的意義出發(fā)定義 物質(zhì)的量濃度的相關(guān)概念[物質(zhì)的量濃度(cB)：用單位體積溶液里所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量所表示的濃度，單位：mol·L－1，數(shù)學(xué)表達(dá)式：cB=nB/V(aq)”]。

2.1.4 掌握計(jì)算方法，體驗(yàn)學(xué)習(xí)價(jià)值

運(yùn)用物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度之間的相互關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，基于物質(zhì)的量認(rèn)識(shí)物質(zhì)組成及其化學(xué)變化，體驗(yàn)物質(zhì)的量在定量研究中的重要價(jià)值。

2.1.4.1正確運(yùn)用公式，明確計(jì)算中心                                             

設(shè)計(jì)單向型換算(見(jiàn)表3)，通過(guò)物質(zhì)的量與微粒數(shù)目(物質(zhì)質(zhì)量、氣體體積、溶液濃度)間的相互換算，深化對(duì)換算公式的理解，通過(guò)將物理量單位代入計(jì)算關(guān)系式，養(yǎng)成計(jì)算過(guò)程的規(guī)范表達(dá)的習(xí)慣。

設(shè)計(jì)開(kāi)放型換算(見(jiàn)表4、表5)，通過(guò)物質(zhì)的量與微粒數(shù)目、物質(zhì)質(zhì)量、氣體體積、溶液濃度間的多向換算，形成以物質(zhì)的量為中心的計(jì)算關(guān)系網(wǎng)(見(jiàn)圖4)，養(yǎng)成以物質(zhì)的量為中心的計(jì)算習(xí)慣。

2.1.4.2優(yōu)化定量分析，體驗(yàn)學(xué)習(xí)意義

以“一氧化碳還原氧化鐵”為例，通過(guò)質(zhì)量、微粒數(shù)和物質(zhì)的量關(guān)系的轉(zhuǎn)換(見(jiàn)圖5)，形成“化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比恰好等于化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比”“物質(zhì)組成中的微粒數(shù)目之比等于各微粒的物質(zhì)的量之比”的結(jié)論。

以“鋅和1mol·L－1鹽酸反應(yīng)制備氫氣”為例，通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室制備標(biāo)狀況下2.24LH2,理論上需要消耗鋅的質(zhì)量和鹽酸溶液的體積。引導(dǎo)學(xué)會(huì)基于物質(zhì)的量認(rèn)識(shí)物質(zhì)組成與化學(xué)變化，形成以物質(zhì)的量為中心的定量分析習(xí)慣，體驗(yàn)在化學(xué)計(jì)量中引入物質(zhì)的量的意義。

2.2探究真實(shí)問(wèn)題，引導(dǎo)深度學(xué)習(xí)

以學(xué)習(xí)過(guò)程中的情感體驗(yàn)“神”“奇”“爽”為抓手(見(jiàn)圖6)，引導(dǎo)學(xué)生圍繞“為什么摩爾質(zhì)量以g·mol－1為單位時(shí)，在數(shù)值上等于其相對(duì)原(分)子質(zhì)量？”“為什么標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1mol任何氣體的體積均約為22.4 L？”“如何知道溶液的物質(zhì)的量濃度？”等問(wèn)題展開(kāi)深度探究。

2.2.1數(shù)學(xué)認(rèn)證，在問(wèn)題解決中拓展視野

以“為什么選擇‘0.012kg12C所含有的碳原子數(shù)’作為摩爾的基準(zhǔn)？”“為什么摩爾質(zhì)量(M)以g·mol－1為單位時(shí)，在數(shù)值上等于其相對(duì)原子質(zhì)量(Ar)分或相對(duì)分子質(zhì)量(Mr)?”為探究主題， 以數(shù)學(xué)推演為探究方法，通過(guò)問(wèn)題解決拓展學(xué)生視野，欣賞選擇“0.012kg12C所含的碳原子數(shù)”定義NA的慧眼與匠心。

∵M(jìn)(12C)=12g·mol－1，∴M(Na)以g·mol－1為單位時(shí)，其數(shù)值上等于Ar(Na)

2.2.2分析推理，在問(wèn)題解決中學(xué)習(xí)方法

以“為什么標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1mol任何氣體的體積均約為22.4 L？為什么相同條件下1mol固(液)體物質(zhì)的體積不同？”為探究主題，以分析推理為探究手段，從影響物質(zhì)體積大小的因素出發(fā)，運(yùn)用“控制變量”“抓主要矛盾”“證據(jù)推理”“邏輯推理”“數(shù)學(xué)推導(dǎo)”等研究方法，逐步得出“1mol不同固體或液體體積不同”“同溫同壓下，相同體積的氣體具有相同數(shù)目的分子(阿伏加德羅定律)”“標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1mol任何氣體的體積均約為22.4L”“同溫同壓下，氣體的體積比等于分子的物質(zhì)的量之比”“同溫同壓下，氣體的密度比等于摩爾質(zhì)量之比”等結(jié)論(見(jiàn)圖7)。通過(guò)問(wèn)題解決學(xué)習(xí)研究方法，建構(gòu)思維模型。

2.2.3實(shí)驗(yàn)探究，在問(wèn)題解決中提升能力 

以“如何用氯化鈉固體配制100mL1.00mol·L－1NaCl溶液？”為探究主題，以實(shí)驗(yàn)探究為探究形式，結(jié)合物質(zhì)的量濃度的數(shù)學(xué)表達(dá)式，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于“精確控制溶質(zhì)物質(zhì)的量和溶液體積”，并依據(jù)實(shí)驗(yàn)精度要求選擇實(shí)驗(yàn)儀器，在明確容量瓶的構(gòu)造與使用方法的基礎(chǔ)上，明確溶液配制的實(shí)驗(yàn)流程(見(jiàn)圖8)，依據(jù)流程規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，分組完成100mL1.00mol·L－1NaCl溶液的配制。

結(jié)合“用98%(ρ=1.84g·cm－3)的濃硫酸配制250mL1.00 mol·L－1H2SO4溶液”的實(shí)驗(yàn)分析，緊扣“溶質(zhì)物質(zhì)的量不變”建構(gòu)“c(濃)·V(濃) = c(稀)·V(稀)”“c=1000mL·ρ·w/M·1L”，在分組配制溶液過(guò)程中動(dòng)態(tài)捕捉學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作中的典型錯(cuò)誤評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表6)。通過(guò)問(wèn)題解決提升高級(jí)思維的能力水平。

3 設(shè)計(jì)說(shuō)明與反思

“物質(zhì)的量”單元教學(xué)設(shè)計(jì)力求體現(xiàn)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》的課程基本理念。以期達(dá)到在建構(gòu)和運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程中激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、化解學(xué)習(xí)難點(diǎn)，在探究和解決問(wèn)題的過(guò)程中啟迪高級(jí)思維、促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的效果。

3.1教學(xué)目標(biāo)指向?qū)W科核心素養(yǎng)

從化學(xué)知識(shí)與技能的學(xué)習(xí)、化學(xué)思想觀(guān)念的建構(gòu)、科學(xué)探究與問(wèn)題解決能力的發(fā)展、創(chuàng)新意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感的形成等多個(gè)方面體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的水平要求，讓學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平可觀(guān)察、能評(píng)價(jià)。

教學(xué)目標(biāo)⑴～⑶，面向全體學(xué)生，指向高中畢業(yè)生應(yīng)該達(dá)到的合格要求所對(duì)應(yīng)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平。教學(xué)目標(biāo)⑷～⑹，關(guān)注差異發(fā)展，指向化學(xué)學(xué)業(yè)水平等級(jí)考試要求所對(duì)應(yīng)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平。

3.2 教學(xué)內(nèi)容追求知識(shí)關(guān)聯(lián)和認(rèn)知思路的結(jié)構(gòu)化

從影響物質(zhì)體積大小的因素出發(fā)，結(jié)合問(wèn)題解決過(guò)程中的方法應(yīng)用，建構(gòu)探究物質(zhì)體積大小影響因素及規(guī)律的思維模型(見(jiàn)圖8)。

從物質(zhì)的量濃度的數(shù)學(xué)表達(dá)式出發(fā)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?，建?gòu)一定物質(zhì)的量濃度溶液配制的實(shí)驗(yàn)流程(見(jiàn)圖9)。

從知識(shí)關(guān)聯(lián)和認(rèn)知路徑出發(fā)，梳理物質(zhì)的量及其相關(guān)知識(shí)概念間的內(nèi)在聯(lián)系(見(jiàn)圖9)。并基于內(nèi)在聯(lián)系選擇順藤摸瓜、類(lèi)比遷移、自主定義、分析推理、實(shí)驗(yàn)探究等學(xué)習(xí)策略。

3.3 創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境促進(jìn)學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變

選擇“實(shí)驗(yàn)室用鋅和稀鹽酸反應(yīng)制備氫氣”的真實(shí)情境，導(dǎo)出“實(shí)驗(yàn)中怎樣定量控制反應(yīng)物的投入？如何分析制備一定體積的氫氣理論上需要的鋅的質(zhì)量和鹽酸的體積？”等實(shí)際問(wèn)題，結(jié)合問(wèn)題解決的進(jìn)程逐步展開(kāi)建構(gòu)學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和問(wèn)題解決學(xué)習(xí)。

基于“100mL1.00mol·L－1NaCl溶液”的真實(shí)任務(wù)，采用小組合作、實(shí)驗(yàn)探究、討論交

流等多樣化方式，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)施實(shí)驗(yàn)操作，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果等，學(xué)會(huì)溶液配制的基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能。

3.4課時(shí)安排建議

“物質(zhì)的量”單元教學(xué)設(shè)計(jì)建議分4課時(shí)組織實(shí)施，其中“建構(gòu)核心概念，掌握基本計(jì)算”安排2課時(shí)、“探究真實(shí)問(wèn)題，引導(dǎo)深度學(xué)習(xí)”安排2課時(shí)。

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[文章發(fā)表于《化學(xué)教學(xué)》2018年第9期]