2021年吴岩司长在全国教务处长会议上指出：“教学改革改到深处是课程”“课程是教育最微观问题，但解决的是教育最根本问题”，它应包括在“课程”这一概念下涵盖的教材编写、课程设计、讲课艺术的各部分。因此，在这几方面进行创新改革，就有可能通过知识-能力-素质有机融合实现教学质量的高阶性、创新性和挑战度。本文就基础无机化学中“元素与元素周期律”课程设计进行了尝试，凝练出“一主三线两面”的知识框架，力图促进知识-能力-素质三融合的形成。这一设计在相应教材[1]和课堂教学中进行了尝试，对教师备课和学生使用都起到了促进作用。
1 课程设计为什么要体现知识-能力-素质有机融合
1.1 过往教学课程设计的主要不足
(1) 课程设计。
大多数教材中，没有设置元素周期律专门章节，而是附在原子结构一章中，讲授内容往往最后落实在原子的核外电子排布上。因此，将这部分内容重组，一是原子与原子结构，一是元素与元素周期律[2]，能体现课程知识内容的完整性、系统性和科学性。
(2) 教学内容。
不管是原子与原子结构模块，还是元素与元素周期律模块，随着科学技术的发展，都在内容上有飞速的进展，及时将最新理论、最新研究成果、最新前沿、实践成果纳入教材，有利于给课程注入活力，有利于激发学生的创造能力，即启智。这里包含着知识层次的提高，即可体现课程的高阶性和挑战度。
(3) 课堂的教育功能。
课堂设计应注重学生知识学习中的哲学思想和批判性思维应用，会利于培养学生建立起科学研究方法。同时要积极挖掘课程中思政教育元素、宣扬科学家的献身精神、赞扬中国科学家对世界科学进展的巨大贡献。这可体现“专业与思政同行”的理念。
显然，在过往教材中这三方面都显示了不足之处，需要进行重新设计。
1.2 如何在改革中体现知识-能力-素质有机融合
分析过往课程设计的不足，最大感触是应将高阶性作为重点突破方向，与时俱进：知识模块要完整、系统和科学，内容要实、深、厚，能把最新研究成果引入教学内容。能力提高体现在知其然又知其所以然，学以致用；强调启智，就是要培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维。素质自然指人才素质养成，包括科学素质养成、道德素质增长，具有哲学思想和批判性思维、懂得并会建立科学研究方法；具有科学家的献身精神，树立起社会主义的世界观、价值观、人生观。课程设计同样和教材一样，要体现国家意志、民族精神、科学发展内容和水平。
力求做到将知识-能力-素质有机融合，就是要做到新的课程设计能在教学中体现学习化、多样化、个性化、现代化4个特征，达到以学生的发展为中心的教学理念。
1.3 构建知识-能力-素质有机融合教学课程新体系的理念
课程设计中能否重建起新体系，关键在于教师对“细微之处”的认识是否到位。我们在提倡“像搞科学研究那样搞教学研究”的理念下进行探索。
1.3.1 以元素周期律为主体
门捷列夫的元素周期表是化学领域的里程碑，是元素周期律的重要体现。元素周期律在基础无机化学教学中占有重要席位，对化学教学和教育，尤其是无机化学来说是不可取代的。因此，开设专题篇章来学习元素周期律是必要的。
门捷列夫元素周期表发表之后，新元素的发现速度大大加快[3]，甚至于大大推进了新元素的人工合成，元素周期表第七周期的填满正说明了元素周期律的重要性。同时，新元素的发现过程也极大程度上带动了其他交叉学科的飞速发展。
因此，在教材和讲课中以元素周期律为主体，强调周期律的应用，并以周期律作为元素应用的指导，对于无机化学的学习仍具有重要性。严格讲，基础无机化学的本源就是元素化学，并以元素周期律为纲的。
1.3.2 以“元素起源、原子量测定、周期表的形成”三条发展背景为线
要做好元素周期律的课程设计，那就得以其实质内容元素起源、原子量测定、周期表的形成三条发展背景为线，讲好这段化学发展史。要让学生明白为什么在某时要发生那个历史事件？其背景是什么？发展趋势是什么？我们要从中学到什么？而这三条线就能很好地给元素周期律以最好的诠释。
元素起源背后的故事。20世纪40年代，科学家开始考虑：自然界构成万物的各种元素是怎么产生的？这就是元素的起源问题。人们从化学、地质的大量研究出发，结合天文学和天体物理学的研究成就，把问题归纳为两个部分，一是搞清地球乃至宇宙自然发生核反应生成的92种化学元素是怎么回事——化学元素的起源；二是搞清新元素的合成——核化学基础和人工核反应技术。即从93号元素至118号元素是怎么合成的，自然包括核合成基本理论、思路、方法和鉴定，乃至我们永远不能忘怀的那些包括中国在内的顶尖实验室和科学家。
原子量测定背后的故事。这里包含有原子量概念的问题、原子量测定技术进展。这里面有化学法测定之三大师理查兹(T. W. Richards，美国第一个诺贝尔化学奖获得者)及其杰出的合作者柏克斯特(G. P. Baxter)和德国明兴大学的赫尼施米德(O. Hoenigschmid, 我国已故著名教育家、化学家梁树权院士的导师)的杰出研究成果，第一台质谱仪的发明者阿斯顿(F. W. Aston，1922年获得诺贝尔化学奖)的杰出研究成果，特别是中国科学家对世界原子量的测定研究做出的杰出贡献。中国科学家梁树权和张青莲如何克服困难进行原子量的测定、如何取得被国际认定的数据[4]，他们这种科学研究的精神值得我们学习。
周期表形成背后的故事。现代无机化学的发展依赖于元素周期表的发展和元素周期律的建立，元素周期律使得化学研究从单一的无规律的发现，发展到有目的、有规律地创造。周期表的形成是大量科学家通过实践去探索、去认知科学真理的研究过程，体现了在科学研究过程中科学家们严谨求实、坚持不懈的奋斗精神。门捷列夫从仔细分析元素原子量差值，到形成元素周期表，进而预言新元素的性质，指导科学家去发现新的元素，这种科学研究的思维和方法也是哲学思想的体现。随着科学和技术的不断发展，早期并不完美的周期表趋于完善，显示出科学的伟大之处。
1.3.3 以“周期律的应用和不同元素在周期表中的分布”为两面
元素周期律是在科学地、综合地分析实验结果的基础上才形成的规律，体现出科学发展的创造过程，而周期律对实验的指导作用，也体现出科学的预见性。因此，元素周期律的出现具有重要的理论和实践意义。
(1) 实际应用指导。
(2) 理论研究指导。
① 生物元素在周期表中的分布，包括化学元素与人体之间的关系[8]、生物元素图谱与化学元素周期表间的关系[9, 10]；②元素氢化物在周期表中的分布，元素氢化物作为储氢材料是未来制氢工业最具前景的方法之一。中国科学院大连化学物理研究所陈萍团队，近年来为可逆体系中氢的释放和吸收的研发提供了新的思路[11]；③元素碳化物在周期表中的分布，深入的研究使得金属碳化物由于具有结构上的特性，被广泛应用于先进材料中[12]；④超导元素在周期表中的分布，超导材料的发现与发展不仅丰富了物理领域的基础研究，而且扩展了材料领域的应用研究。⑤金属有机化合物和金属簇合物在周期表中的分布。唐敖庆用9n−1规则将Wade规则推广到类立方烷原子簇[13, 14]，徐光宪提出的nxcπ格式(n为分子片数，x为分子的超额电子数，c为循环数，π为π键的数目)用于描述原子簇相关的无机和有机分子的结构类型[15–17]。
然而，这些新的设计理念并未在过往课程设计中系统出现，不能不说是一种遗憾！
2 结构重组的元素与元素周期律课程设计
显然，我们在新课程设计中凝练出的“一主三线两面”新知识框架，能够很好地给元素周期律以最好的诠释，内容丰富多彩，能够给课程设计注入一定的宽度和深度，体现出高阶性，在一定程度上促进了知识-能力-素质三融合的形成。
为此，我们进行了内容的较大幅度调整，安排为5个模块单元讲授(表 1)。
表1 元素与元素周期律课程设计模块内容
| 模块单元 | 内容及核心点 | 讲授方式 |
| 1. 化学元素的起源和合成 | 内容：1. 化学元素的起源——“大爆炸”理论；2. 新元素的合成——人工核反应 | 线上提供资料学生自学，开展科普专题讲座 |
| 2. 化学元素概念的建立及其命名 | 内容：1. 化学元素概念的建立、演化和发展；2. 化学元素的命名和符号 | 线上提供资料，学生自学 |
| 3. 化学元素性质的规律性 | 内容：1. 化学元素性质为什么显示出规律性； 2. 随原子序数变化呈现周期性变化的参数 | 重点知识详讲；强调原子核外电子周期性重复类似排列，揭示化学元素性质显示出规律性的原因 |
| 3. 原子量数据特点与元素分类 | 线上提供资料，学生自学 | |
| 4. 化学元素周期表的形成和发展 | 内容：化学元素周期表的形成和发展 | 重点知识详讲，以时间为序，将化学元素周期表的发现和发展分为四个阶段 |
| 原子量测定技术的发展 | 线上提供资料，学生自学；科普专题讲座 | |
| 5. 元素周期律的应用 | 内容：1. 周期律对材料元素选择的指导作用；2. 元素周期表在地质中的应用；3. 生物元素在周期表中的分布；4. 元素氢化物在周期表中的分布；5. 元素碳化物在周期表中的分布；6. 超导元素在周期表中的分布 | 线上提供资料，学生预习；重点知识详讲，强调在应用研究和理论研究两个面 |
| 超导和超导体简介 | 线上提供资料，学生自学 |
内容模块的设计有以下特点：
(1) 由于课时限制，应采取有所为有所不为方法，重点是“一主三线两面”讲述，这是内容的底线、基本面，该讲的知识要准确、到位，强调知识的相关性和学科融合作用；充分利用线上资源扩大学生的知识面，懂得知识-能力关系、知识-应用关系。
(2) 充分利用“三线两面”的化学史使学生进入化学氛围，这样可以调动学生的学习热情，促进综合能力和高级思维活动。线上线下结合的学习模式，不仅调动了学生的主动性，而且学生预先的主动学习又可以让课堂上开展多种教学方法，如讨论式、启发式等。只有这种互动的课堂，才会激发师生的闪光点。闪光点的出现说明大家都在真正地思考，也许会产生出创新点。这才是促进学生自主学习的好方法。与学生互动产生闪光点，落实知识-能力-素质有机融合。
(3) 贴近内容主线的专题讲座，凸显最新理论、最新研究成果、最新前沿、实践成果，可以起到让学生洞察基本原理和反应的新发展，体会科学研究的乐趣，在不知不觉中将教和学在深度和广度方面进一步延伸。通过主题沙龙、研讨会、讲座、论坛等形式，为开展高水平的讲课营造良好的学术氛围，就是充分发挥课程的教育功能。
(4) 充分利用课程中所含中国科学家对世界科学进步的突出贡献，提高课程思政质量，促进人才道德、知识、科学素质养成，具有科学家的献身精神，树立起社会主义的世界观、价值观、人生观。
以上各模块设计点已在编写教材和课堂教学中做了实验，看到教师教、学生学的兴趣提高，课堂更加活跃。
3 结语
总之，我们在提倡像搞科学研究那样搞教学研究的理念下进行了探索，在细微之处下功夫，深入进行专业性的讨论和改革，凝练出“一主三线两面”新知识框架。自然，这种探索仅仅完成了“课程”这一概念下涵盖的教材编写和课程设计两项。后面将在课堂设计部分进行改革，逐渐完善“课程”改革的总体规划，以便构建出具有中国特色的课程教学大纲，使之体现国家意志、民族精神、科学发展内容和水平，能够不仅承载课程建设和改革的核心思想，同时传递我国社会主义建设核心价值观及文化精髓。
参考文献
DOI:10.1007/s12598-014-0386-0 [本文引用: 1]
DOI:10.1016/0048-9697(73)90024-7 [本文引用: 1]
DOI:10.1038/s41560-018-0268-z [本文引用: 1]
DOI:10.1016/j.carbon.2020.02.031 [本文引用: 1]
