基于化学史情境下高中化学微课的设计与制作

肖舒月　王悦　温博雅　夏小晴　高鹤鸣　崔克宇

摘 要：在21世纪，人们的生活中充斥着各式各样的短视频，为了适应时代的发展，教育也应当与时俱进，深化教育现代化。在众多现代化手段中最易普及的便是微课。本文从化学史和情境式教学的角度出发，思考HPS在教育中的重要性，并以晶体化学为例，探讨化学微课在化学教学中如何设计与制作，如何更好地用微课解决高中化学教学中存在的部分问题，减轻师生负担，提高学习效率。

关键词：微课；晶体结构；HPS

中图分类号：G633.8  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2023）11-0109-04

1 引言

随着科学技术的进步，教师的数字素养越来越受到重视，党的二十大报告提出推进教育数字化。2022年11月30日教育部印发《教师数字素养》行业标准，提出了对教师数字化意识、数字化应用、数字技术知识与技能以及数字社会责任的要求，数字化教育的重要性和趋势可见一斑。笔者看来性价比最高的数字化教育当属微课。

但微课仅仅进行纯知识的讲授是不够的，不能吸引学生的学习兴趣。难以达到预期的效果，也不符合课程标准对于学生培养的要求，情境式教学可以很好地弥补这一不足，因此将微课与情境式教学相结合势在必行。情境式教学有很多种，包括生活情境、社会情境、认知矛盾、化学史情境等，其中化学史情境又可以结合科学哲学形成了一种衍生的教学模式—HPS模式[1]。HPS教学模式是由孟克和奥斯本所提出的一种将科学史（history）、科学哲学（philosophy）和科学社会学（sociology of science）結合的一种教育思想。

一些国家的课程标准建议HPS作为一种适当的教学策略，以促进对科学内容的深入理解，发展高阶思维技能，并获得对科学本质的充分理解[2]。HPS模式得到了越来越多的经验证据的支持，这些证据指出，历史信息、过去科学实验和历史上对HPS的反思对科学课程产生了积极影响。科学教育工作者和研究人员强调HPS的潜力，HPS可以有效提高学生对科学的兴趣，培养学生对历史和哲学的积极态度。与此同时他还有助于发展学生的论证技能，构建学生科学系统的知识体系。

随着互联网的高速发展，教师的授课形式与学生的学习方式等都受到不同程度的影响。为了适应信息技术的发展，采用不同的新媒体手段，开发多种数字化教学资源，实现线上辅助线下、线下反馈线上的线上和线下教学相结合的模式，是时代发展和教学改革的必然趋势。从另一角度看，近年来因疫情、流感、台风等原因线上课程比重增多，仅通过网络观看教学PPT或者录屏回放，很大程度影响了化学教学效果。因此，根据化学课程的特点和知识结构体系，开发多种的数字化教学资源和学习方式，可以有效地缓解这一问题，有利于激发学生学习积极性、提高教学质量。在众多数字化教学资源中，微课具有主题突出、内容精炼、观看灵活等特点[3]。设计优良的微课，对于提高教学质量和教学效果十分重要。不仅如此，从教材内容和习题的变化形式可知，国家越来越重视学科本质的教育，本研究将HPS 教育融入高中化学微课是教育改革的需求，更是时代发展的需求。

为了更好地体现HPS与微课结合的应用，笔者专门设计并制作了一节微课，配合说明其可行性与必要性。

2 微课的构建

2.1 整体的构思与设计

本文中晶体结构微课的整体构思见图1。本节以文献《金相学史话（2）：β-Fe的论战》中科学家们为β-Fe是否存在而产生了论战的故事为依据[4]，以晶胞的性质及计算为内容，以问题：“β-Fe是否存在？”为导向，带动学生进一步探索，向学生生动地展示了科学家们探究真理时所进行的思辨活动以及他们科学的方法与素养。培养学生宏观辨识与微观探析的能力、建立证据推理与模型认知的思维、提高学生的科学探究精神与创新意识、明确化学学习者的科学精神与社会责任，为学生的未来发展奠定坚实基础。

除此之外，在明确β-Fe的来龙去脉和定义之后，可以进一步讲授晶胞与合金之间的关系，例如碳铁合金、锰铁合金与青铜黄铜为什么性质差异这么大，不锈钢为什么不生锈，与他们的晶胞有什么关系等一系列问题，都是很好的切入点。

2.2 化学史的运用

化学史教育有助于学生理解化学学科发展的历史、现状及前景，同时也揭示了化学学科一些潜在的规律[5]，其中蕴含的丰富的科研成果、科学精神、科学思维和科学方法非常适合与微课融合。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》也强调了化学史，不仅在基本理念的第3点规定“选择体现科学性和时代性的化学课程内容”，在每个主题中都提出了相应的化学史情境素材，并建议化学教师的教学过程应尽量结合此内容[6]。化学史作为化学学科的一部分，应当被开发和利用起来，在中学化学教育中发挥积极作用。

化学史可以激发学生的学习兴趣，提高科创能力，使学生掌握科学方法和思维，培养其核心素养[7]。不仅如此，化学史在中学化学教学中的渗透方式也多种多样，利用信息技术可以将化学史巧妙地穿插在导课中，可以以化学史为线索穿插于各个知识点之间，也可以进行探究活动时再现相关的化学史。

教师在教育教学过程中，HPS教育对于中学化学教学具有深远的意义，它能在一定程度上改善传统化学教育，培养全面发展的、个性化发展的学生。面对如此重要的化学史教育，如何将化学史教育潜移默化地传授给学生，则是众多教育研究者以及一线教师需要关注的问题。与此同时，我们也要注意，不能死板地将化学史教育与中学化学教学锁定在一起，更不能主次颠倒使化学史的地位越过教材知识，而是应该在恰当的时候，选择恰当的化学史内容，以一种潜移默化的形式将这种素养传递给学生。这样才能更好地提升教育教学质量，将化学史教育更好地融入教学中。

2.3 化学哲学与化学社会学的思考

教育部在《普通高中化学课程标准（2017年版）》中着重提出高中化学教学的五大核心素养，包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”5个维度。化学哲学融入化学教学、融入核心素养有助于学生深入理解化学理论知识，落实学生核心素养的培养，有助于跨学科构建完整的知识体系[8]。化学哲学教育在高中化学的教育中属于隐性教育，是潜移默化的，对促进学生对科学本质的理解、发展学生的“化学智力”、培养学生的探究能力等方面有着很大的影响。

此外，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020）》指出，“强化培养为民为国的大学生的社会责任意识”是教育改革与发展的重点。在成为优秀大学生之前，首先要在高中打下良好的基础。高中是人生三观养成的关键阶段，是身心发展的重要一环。教师应尽职尽责引导学生培养正确的个性、责任心与道德品质[9]。综上，HPS教育的三点在教育中缺一不可，化学史、化学哲学与化学社会学并重，三者相辅相成互相融合，共同在中学化学教学中发挥作用，才能达到立德树人的根本目标，才能更好地促进学生化学核心素养的形成与发展。

3 技术选取

一个微课的设计，离不开各种软件的支持，本次微课着重使用了Diamond和Focusky两款软件，接下来将介绍一些软件使用的相关事项。

3.1 利用Diamond制作晶体模型

Diamond软件是晶体学领域内应用比较广泛的结构作图软件之一。晶体是由晶胞与晶胞之间无隙并置、不断重复排列所组成的，具有明显的周期性。但这种结构并不直观，一开始学习起来有一定的难度，再加上学生抽象到具象的想象能力还有待进一步发展，对于晶体的各种微观结构理解起来有些困难。因此这就要求教师能主动利用相关专业软件熟练制作这些微观结构模型。

使用Diamond前，需要先在网站上查找所需晶体的cif文件，获取cif文件的方法有很多，使用者可以利用剑桥晶体学数据中心（https：//www.ccdc.cam.ac.uk/）和晶体学公开数据库（http：//www.crystallography.net/cod/）进行查询和下载[10]。再利用Diamond打开。打开文件后可以根据课程安排自由地调整改变参数、比例、顏色、透明度等，如果想做微课，可以直接在操作时录屏，如图2所示。

3.2 利用Focusky制作转场效果

为了增加微课的质感，使整体更加流畅协调，使用了Focusky进行整体化学史的穿插以及转场的设计，如图3所示。Focusky以画布为依托（画布是无限大的），以帧的设置来呈现动画效果，比传统PPT更加灵活生动。Focusky有着丰富的flash角色、GIF动画、图表，如果喜欢用PPT做课件，但是又想用Focusky的素材，该软件可以直接将PPT打开进行再编辑。

4 利用微课做好引导，开启课前自主预习

奥苏贝尔提出的先行组织者教学理论强调，利用具有更高概括性和包容水平的引导性材料对所学的新内容进行任务关联，建立新旧知识框架，引起学生求知热情，促进有意义学习的发生[11]。在实际教学中，课前引导通常是枯燥的填空卷子，多数学生难以达成课前预习的效果。因此，基于先行组织者理论，在课前阶段教师可以将课程内容高度浓缩成有趣的小微课，让学生既有学习的方向，又有学习的乐趣。课前微课是为学生的课前预习服务，课前预习又是为课堂教学服务，学生课前利用课前微课进行自学，对即将要上的内容有所了解，对本节课的重难点有基本的认知，可以在上课时听课松弛有度，从学生被老师牵着走变成学生主动和老师走，教师课堂松弛有度，学生课堂全身心投入，教师重点讲清楚了，学生把重点掌握好了，大大提高了课堂效率。将微课素材投放于课堂导学阶段的情境教学，能更好地发挥其创新精神，提高其实践能力，使学生快速进入化学课堂学习状态，从而提高教学的有效性。

例如，在“β-Fe的论战”这一微课中通过两派学者的认知冲突，引发学生们的兴趣和思考：β-Fe到底是否存在？进而引出微课的中心——晶胞。若基本单元不一致，则存在β-Fe；反之则不存在。学生将带着这个问题学习本节课，并主动关注晶胞的异同，更有利于学生自主总结结论，使学生感受化学的乐趣，为学生后续探究学习奠定了良好的基础。

就中学化学教学而言，其教学重难点涉及对物质的结构特征、变化规律、理化性质的理解，对化学微观现象、原理的探究，以及生活中化学相关问题的解决等内容，学生理解起来有一定的难度，容易对化学产生畏难心理[12]。基于此，教师可根据学生的学情，从学生的旧知识、生活常识、影视节目等情境入手制作微课。其好处在于可以在短时间创设出问题情境并引导学生进行思考，发现其中的化学现象获得相应的知识和能力。最终达到掌握化学实验中的重难点知识，提高教学效率的目的。

5 课程思政的融入

中学课程不仅传授知识、培养能力，还具有进行思想政治教育的功能。在“β-Fe的论战”微课中，晶体的介绍以铁的晶胞为例，铁在生活中无处不在，因此学生们对这个知识的接受程度高一些，进一步给学生树立化学无处不在的思维。通过给出一些数据，为后面的结论提供理论事实依据，使学生明白，任何理论都需要有大量实验数据的支撑，培养学生基础的化学素养和思维。在教学过程中，可以结合晶体结构的特点，帮助学生树立正确的“晶胞”的概念，提高学生对微观化学的理解。通过对晶体相关计算的讲解，培养学生严谨和实事求是的科学态度。教导学生成功不是一蹴而就的，它是一个量的积累过程，一个一个如同“晶胞”一样的小知识点、小技巧，当量积累到一定程度才会跃迁，从而产生质变。这告诫学生只有凭借务实的态度和日常学习中不断地积累，才能获得成功。

6 结语

本文从化学史角度出发，以微课为媒介，生动地讲解了晶体结构与计算的教学设计。在传授知识的同时，促进了学生对化学学科本质的理解，有利于化学学科核心素养的形成与发展。将化学史融入教学中，将化学知识的产生和发展过程呈现给学生，以期帮助学生更好地理解化学学科本质。借鉴历史人物的思考方式和研究方法能让学生更好地探究世界并掌握科学的研究方法，提高发现和解决问题的能力，加速核心素养的形成。

但微课是传统课堂教学的补充，不能替代课堂教学，因此在教学中应注意适度使用微课，合理安排微课教学，充分发挥教师主导作用，让学生自主融入课程学习中。在今后的教学中，也更应不断关注学生的反馈，及时对微课内容进行调整，发挥微课的最大作用，提高教学质量，促进教学改革。

参考文献：

〔1〕刘月菊.基于微课的HPS教学模式在高中化学教学中的实践研究[D].牡丹江师范学院，2023.

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〔3〕力萍.微课在高中化学教学中的应用探析[J].数理化解题研究，2023，27（21）：95-97.

〔4〕郭可信.金相学史话（2）：β-Fe的论战[J].材料科学与工程，2001，19（01）：6-12.

〔5〕宋付州.化学史教育在化学教学中的应用研究[D].山东师范大学，2003.

〔6〕陈金娜.化学史教学融入中学化学课堂的案例开发与应用研究[D].阜阳师范大学，2022.

〔7〕胡冬雨，陈怀侠.哲学融入中学化学教学的必要性[J].中学化学教学参考，2022，51（06）：9-10.

〔8〕杨婷.高中化学教学中社会责任感培养现状及策略研究[D].伊犁师范大学，2023.

〔9〕顾琴.HPS教育融入高中化学课前微课的研究与实践[D].西南大学，2022.

〔10〕崔克宇，姜宇，韩旭，等.常见化学物质三维模型制作与应用[J].中国教育技术装备，2018，32（14）：28-30.

〔11〕翁光龙.化学课堂教学的有效策略[J].湖南教育（数学教师），2009，4（03）：55-56.

〔12〕胡立跃.化学教学的实践与思考[J].考试周刊，2012，6（19）：126.