運用核心概念提升內(nèi)容整合的教學設計

很多調(diào)研結果顯示：學生在初三年級剛開始接觸化學時學習興趣甚濃，但隨后卻呈下降趨勢；到高中階段后，部分學生甚至興趣全無，懼怕化學。究其原因，學生普遍反映化學學科知識點多，相互之間缺乏有機關聯(lián)，記憶和理解它們都存在困難。如何改變這種嚴峻的現(xiàn)狀，扭轉不理想的教學局面，是擺在每一位化學教育工作者面前的極具挑戰(zhàn)性的課題。近年來，國內(nèi)外一些教育專家提出了應用“核心概念”（也稱“大概念”）的教學方式，并在一些科學學科進行嘗試，取得了初步的成功經(jīng)驗。因此，把核心概念應用到化學教學中可能是突破前述問題的一種有效辦法。

一、核心概念在化學教學中的價值及應用方法

在化學學科，核心概念通常指居于化學學科中心，具有超越課堂的持久價值和遷移價值的關鍵性概念、原理或方法。信息加工理論認為，被有機地組織成塊的信息更容易記憶，因此通過核心概念組織起來的知識更易被學生記憶和掌握，而且這些知識因核心概念而凸顯學習的意義與價值。不難看出，核心概念是從很多事實性知識逐級提煉出來的“魂”。把握了核心概念，學生會領悟到知識之間的關聯(lián)性、系統(tǒng)性，達到“以少勝多”“舉一反三”的效果，既可減輕學生的學習壓力和負擔，又能提升他們分析問題、解決問題的能力[1][2]。

運用核心概念組織教學，通常包含建構核心概念和應用核心概念兩個過程。

建構的程序一般為：科學事實→（提煉、概括）→概念→（提煉、概括）→核心概念[→（提煉、概括）→更上位的核心概念或觀念]。例如，“鐵與氧氣反應時失電子”“銅與氯氣反應時失電子”等是科學事實，“金屬在反應中容易失電子”是概念，“金屬最外層電子一般少于4個，反應時常顯示還原性”是核心概念，“物質的化學性質與其原子最外層電子數(shù)有關”是更上位的核心概念。

應用的程序一般為：核心概念→（理解、解釋、預測）→新科學事實。

二、以核心概念為統(tǒng)領的“金屬電化學腐蝕與防腐”教學設計

筆者在多年的教學中發(fā)現(xiàn)，電化學及金屬電化學腐蝕等學習內(nèi)容對學生來說具有一定的挑戰(zhàn)性。許多學生由于學得機械僵化，對“氧化還原反應—電化學—金屬的電化學腐蝕”這些內(nèi)容的認識處于割裂狀態(tài)，缺乏系統(tǒng)整合，難以領悟到電化學及金屬電化學腐蝕的本質原理都是氧化還原反應。

本教學內(nèi)容安排在復習教學階段，教學中側重于利用核心概念指導應用，引導學生學會自主歸納和進行深層次思考，達到追根溯源、融會貫通的目的，使相關知識更加系統(tǒng)化。

教學設計的概念框架體系如圖1所示?？蚣苤幸匝趸€原反應與電化學的聯(lián)系為上位核心概念，再向下具體到原電池和電解池裝置的應用，作為核心概念，用以指導金屬電化學腐蝕和防腐的應用。

具體教學流程如圖2所示。

主要的教學過程如下。

環(huán)節(jié)一：復習強化核心概念

（師）引導學生概括：氧化還原反應的本質。不同反應物在氧化還原反應中體現(xiàn)出的性質（氧化性/還原性）。

（生）思考，回答：氧化還原反應是一類重要的化學反應，反應中發(fā)生電子轉移，反應物表現(xiàn)出氧化性或還原性。

（師）讓學生思考：（1）原電池、電解池與氧化還原反應的聯(lián)系。（2）原電池、電解池反應中能量轉換情況。

（生）回答：（1）原電池、電解池涉及的反應都是氧化還原反應。（2）原電池將化學能轉化為電能，電解池將電能轉化為化學能。

（師）啟發(fā)、引導學生將以上內(nèi)容概括成一句話：利用一定裝置，氧化還原反應可實現(xiàn)化學能與電能的相互轉換（上位核心概念）。

引導學生思考：從氧化還原反應能否自發(fā)進行及反應效率的角度，分析原電池、電解池的區(qū)別。

（生）回答：利用原電池裝置，有利于能自發(fā)進行的氧化還原反應的發(fā)生。利用電解池裝置，可促使不能自發(fā)進行的氧化還原反應的發(fā)生（核心概念）。

本環(huán)節(jié)設計意圖：從學生既有認知出發(fā)，通過一些有深度的問題，引導學生進行理性分析，抽象概括，提煉出核心概念，為后面的應用奠定基礎。

環(huán)節(jié)二：應用核心概念——金屬性質

（師）通過以下問題引導學生從氧化還原角度分析金屬化學性質：（1）元素及單質的基本分類有哪些，金屬與非金屬本質區(qū)別；（2）金屬化學性質（反應種類）及共同特點；（3）從氧化還原角度分析金屬化學性質及金屬腐蝕的本質。

（生）思考，回答：單質分為金屬和非金屬。金屬最外層電子數(shù)較少，在反應中一般失電子，被氧化。金屬腐蝕的本質是失電子被氧化。

本環(huán)節(jié)設計意圖：仍從學生熟悉的舊知識入手，深入淺出。通過“對話式”“啟發(fā)式”引導學生思維，提升其認識高度，并把相關知識“打通”，建立有機聯(lián)系。

環(huán)節(jié)三：應用核心概念——金屬腐蝕

（師）問：金屬腐蝕時誰得電子？金屬電化學腐蝕類型？電極反應的異同？

（生）思考，回答：氧化性物質得電子：O2、H+、Cl2、Fe3+、外電源（迫使其他物質失電子）。

通常（自然界中）包括吸氧腐蝕、析氫腐蝕。相同點：原電池負極的金屬失電子被氧化。不同點：正極O2或H+得電子。

（師）以鐵為例，讓學生對比書寫其發(fā)生析氫腐蝕和吸氧腐蝕的電極反應方程式。

（生）書寫，比較。

（師）金屬電化學腐蝕有何應用？

（生）回答：構成電解池，進行粗銅提純等。

本環(huán)節(jié)設計意圖：不簡單重復舊知識，而是從氧化還原反應、氧化性、還原性的角度來認識金屬腐蝕的不同方式，并把握其共性和本質。

環(huán)節(jié)四：應用核心概念——金屬防腐

（師）讓學生思考金屬電化學防腐辦法的本質。

（生）思考，回答：使其得電子，或避免失電子。概括為：

（師）請歸納具體的辦法。

（生）使其做原電池正極（犧牲陽極），或做電解池陰極（陰極電），或避免形成原電池（隔水、O2等）。

本環(huán)節(jié)設計意圖：通過有深度的問題，引導學生把握防腐的本質是阻止金屬失電子，從而更深刻地理解幾種具體的電化學防腐措施。

環(huán)節(jié)五：應用核心概念——鞏固拓展

（師）請學生進一步思考：（1）電解時為何陽極一般不用金屬電極？（2）陰極電保護法如果不慎接反電極，會有何結果？（3）K、Na、Al等金屬常用什么冶煉方法，有何啟發(fā)？

（生）思考，回答：（1）金屬陽極在導電同時，通常易被電能“驅使”而放電，失電子被氧化。（2）加速金屬腐蝕。（3）用電解方法，利用電能迫使不易失電子的物質失電子。電可謂是最強的還原劑（同時也是最強的氧化劑）。

（師）讓學生結合所學，完成稍有難度的習題。

本環(huán)節(jié)設計意圖：通過稍有難度、挑戰(zhàn)性的問題鞏固學生所掌握的核心概念。

三、反思與討論

1.核心概念在本教學中的優(yōu)勢作用

理想的教學過程應是不斷促進學生認知發(fā)展，由表及面、從膚淺到深刻的過程，這恰恰符合核心概念的教學理念——從事實性知識到概念，再從概念到核心概念，進而利用核心概念統(tǒng)攝應用。當核心概念真正建立起來后，學生的認識和思維將超越具體的事實性知識，對這些知識的認識更加“通透”，有“一覽眾山小”之感，而且學生記憶的壓力可能驟然減輕，起到減負增效的作用。

在本內(nèi)容中所建構的核心概念，除了應用在理解和解決電化學腐蝕和防腐的問題，還有多方面的應用，比如“利用電解池裝置，可促使不能自發(fā)進行的氧化還原反應的發(fā)生”，學生會聯(lián)想到K、Ca、Na、Al等活潑金屬難于用其他還原劑制取，但可利用電解的方法得到。進而想到，“電”是最強的“還原劑”、最強的“氧化劑”，電化學有廣泛的應用價值。

除此之外，合理運用核心概念進行教學，往往能提升學生學習的專注度、思維的深廣度，使課堂的氣氛和效果更好。

2.應用核心概念教學的原則建議

任何教學方式和方法要產(chǎn)生實效，都需要注意其應用條件和環(huán)境，把握好應用的原則。

（1）合理選定核心概念

核心概念與上、下位核心概念間的層級關系是相對而言的，不能簡單地絕對化。具體選擇哪一層作為核心概念，取決于具體學習階段、教學內(nèi)容和教學目標。選擇的原則應是具有針對性很強的指導應用，與新科學事實有很強的對應關系。核心概念定得過高或過低、過大或過小都不適宜。過高、過大易顯得空泛且遠離科學事實，作用不易體現(xiàn)；過低、過小則統(tǒng)攝性不強，應用價值有限。除了作用的大小，還要考慮它們能否有助于理解科學活動的本質和科學活動的發(fā)現(xiàn)。教師在教學之前應對全部教學內(nèi)容有整體認識，認真梳理，系統(tǒng)整合，提煉出包含核心概念在內(nèi)的概念系統(tǒng)。

（2）關注核心概念的同時不能忽視科學事實的學習

在教學中要避免走另一個極端，那就是關注核心概念卻忽視科學事實的積累。一方面，缺乏一定數(shù)量的科學事實作基礎，核心概念難以扎實穩(wěn)固地建構起來。另一方面，缺少科學事實支撐的核心概念在學生意識中會顯得抽象而空泛，難以有效地用來指導應用。總之，如果走入這樣的誤區(qū)，效果往往可能還不及常規(guī)教學方式。

（3）合理選擇應用時機

核心概念的建構和應用需要尋找合適的時機，除了需要學生有一定的事實性知識積淀，還需要學生的理解能力、歸納能力發(fā)展到一定程度。通常，在新課階段適合進行核心概念的建構，復習階段適合進行核心概念的應用。在本教學進行之前，學生的事實性知識已經(jīng)比較豐富，也積累了一些概念，亟待教師引導學生建構核心概念，“盤活存量”。因此教學條件已然成熟，可謂水到渠成。

致謝：感謝北京教育學院周玉芝老師在本文撰寫過程中給予指導和幫助。

參考文獻：

[1]周玉芝.以核心概念為統(tǒng)領設計化學教學[J].化學教育，2012（6）.

[2]周玉芝.從表層學習到深層學習——以初中化學的分子概念教學為例[J].中學化學教學參考，2012（9）.

（作者單位：北京教育科學研究院）

（責任編輯：馬贊）