學科核心素養(yǎng)下的化學概念教學設(shè)計

周業(yè)虹

摘要： 化學學科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展依賴化學課程，而概念知識在化學課程中舉足輕重，尤其對于元素化合物知識的學習具有指導作用?；瘜W概念具有抽象、難懂的特點，結(jié)合具體的教學案例詳細論述了： 如何利用學生的前概念設(shè)計探究活動，引導學生理解概念的特征；如何將抽象內(nèi)容可視化，并創(chuàng)設(shè)情境進行教學設(shè)計，達到落實學科核心素養(yǎng)的目的。

關(guān)鍵詞： 學科核心素養(yǎng)； 化學概念； 教學設(shè)計

文章編號： 10056629（2018）9003705 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

《普通高中化學課程標準（2017年版）》中指出： 學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。高中化學學科核心素養(yǎng)是高中學生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，是學生綜合素質(zhì)的具體體現(xiàn)，反映了社會主義核心價值觀下化學學科育人的基本要求，全面展現(xiàn)了化學課程學習對學生未來發(fā)展的重要價值?；瘜W學科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展依賴于化學課程，而概念知識在中學化學課程中有著舉足輕重的地位，它既是中學階段化學學習的結(jié)果，又是學生實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。在概念的學習中，學生不但增加了認識世界的新視角，更體驗了概念建立的嚴謹?shù)目茖W認識過程和方法策略。無論是對學習新知識還是對今后解決實際問題都具有認識論和方法論的作用，對中學生科學素養(yǎng)的發(fā)展和中學階段后續(xù)課程的學習具有積極的推動作用和指導作用。如何充分發(fā)揮概念教學在落實并發(fā)展學生核心素養(yǎng)中的功能與價值呢？

1 關(guān)于化學概念

概念是思維的基本形式之一，反映客觀事物的一般的、本質(zhì)的特征。人類在認識過程中，把所感覺到的事物的共同特點抽出來，加以概括，就成為概念[1]?；瘜W概念是在化學科學發(fā)展過程中建立起來的，是化學現(xiàn)象和化學事實的概括化和抽象化的思維形式，能反映同類事物的化學運動規(guī)律和本質(zhì)屬性[2]。掌握化學概念是學生理解并獲得化學知識和技能的重要途徑，是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的途徑之一。概念教學始終是中學化學教學中的重點和難點。

化學概念的特點是抽象、難理解，教師普遍感覺教學難度較大。因此實際教學中，往往是教師直接引入概念，學生在被動接受教師的講授后，背誦記憶相關(guān)概念；之后教師將課堂上的絕大部分時間用于概念辨析，進行例題講解以及針對性訓練?？此茖W生掌握了概念，實際上學生只是明白了化學概念的字面含義，這樣的教學不僅枯燥無味，而且容易使概念與實踐脫節(jié)。學生也只是被動地接受教師的講授，造成了“一學就懂、一做題就暈”的結(jié)果[3]，更談不上化學學科核心素養(yǎng)的落實。

如何使概念的教學更加貼近學生，在學生理解和掌握概念的同時，達到以概念教學為載體，落實并發(fā)展學生核心素養(yǎng)的目的呢？

2 化學概念對元素化合物學習的指導作用

在課程標準中，必修課程的化學概念往往與元素化合物知識穿插安排，可以讓學生在理解概念、建構(gòu)概念的基礎(chǔ)上，應(yīng)用概念學習元素化合物知識，充分發(fā)揮概念對元素化合物學習的指導作用，同時在應(yīng)用概念的過程中，可以進一步加深對概念的理解。

例如，必修課程“主題2常見的無機物及其應(yīng)用”中包含的概念知識及其指導作用如表1所示。

認識到這些概念對元素化合物教學的指導作用后，我們在學習膠體、電解質(zhì)這些概念時，就不會只把它們當作一種物質(zhì)進行教學，而是站在物質(zhì)分類的視角下認識膠體、電解質(zhì)；同樣，在進行氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)的教學時，也不會僅僅把它們當作兩類化學反應(yīng)進行介紹，而是站在反應(yīng)分類的視角下學習它們，豐富了對化學反應(yīng)的認識，使這些化學反應(yīng)類型真正成為預(yù)測并深入學習元素化合物的重要工具。在這當中，可以達到落實“宏觀辨識與微觀探析”、“變化觀念與平衡思想”、“證據(jù)推理與模型認知”等具有化學學科特質(zhì)的核心素養(yǎng)，幫助學生形成化學學科的思想方法。

3 化學概念的教學設(shè)計

3.1 分析并利用學生的前概念，學習新的概念

學生已經(jīng)掌握的前概念知識會影響到新的概念的形成過程，因此，在教學設(shè)計時，教師必須注意對學生前概念知識的挖掘，分析學生在學習此概念前已經(jīng)具備的與此概念相關(guān)的知識基礎(chǔ)，它們將對此新概念的學習產(chǎn)生何種影響。以此為新概念學習的切入點，會大大降低概念學習的難度。

分析氧化還原反應(yīng)中化合價的變化情況，與四種基本反應(yīng)類型進行比較，建立四種基本反應(yīng)類型與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系，豐富學生對于化學反應(yīng)分類的認識。

在這個教學活動中，教師充分挖掘了學生的前概念，有效地運用了他們的前概念，實現(xiàn)了對化學反應(yīng)的兩次分類，第一次分類讓學生意識到四種基本反應(yīng)類型的局限性，第二次分類讓學生認識到氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)不能分割，同時發(fā)生在一個化學反應(yīng)中，在此基礎(chǔ)上進行了第三次分類，即從化合價變化的角度重新認識氧化還原反應(yīng)，為后面引導學生認識氧化還原反應(yīng)的微觀本質(zhì)，即電子轉(zhuǎn)移打下基礎(chǔ)。這樣的設(shè)計，突出了“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”等化學學科核心素養(yǎng)。

3.2 設(shè)計有效活動，從宏觀和微觀兩個層面認識概念

化學概念的特征可以從宏觀和微觀兩個層面進行理解，宏觀層面指的是外顯的、表面的特征，而微觀層面則指的是隱性的、本質(zhì)的特征。必修課程主題2中的概念，其宏觀層面和微觀層面的特征如表2所示。

教學中可設(shè)計相應(yīng)的教學活動，讓學生從宏觀和微觀兩個層面理解概念。

案例2 膠體[5]

學習分散系內(nèi)容的目的是引領(lǐng)學生認識物質(zhì)分類的方法。初中階段學生接觸更多的是純凈物的分類方法，混合物的分類對學生而言是一個較為陌生的領(lǐng)域，但卻是學生應(yīng)用分類思想研究物質(zhì)、觀察物質(zhì)的一個新的切入點。依據(jù)這一思路，教學中可以設(shè)計為：

[問題1]按照分散質(zhì)和分散劑的狀態(tài)，可以將分散系分成幾種類型？是否可以根據(jù)分散質(zhì)粒子直徑大小對分散系進行分類？

引導學生關(guān)注可以依據(jù)不同的分類標準對物質(zhì)進行分類。

[活動1]將氯化鈉、泥土分別放入水中，比較所得分散系的差別，并提出問題： 氯化鈉和泥土分別與水混合，為什么會形成不同的分散系？

引導學生關(guān)注分散系的宏觀特征，為引出新的分類依據(jù)，即依據(jù)分散質(zhì)粒子直徑的大小進行分類奠定基礎(chǔ)。

[活動2]畫一個數(shù)軸，在數(shù)軸上選取1nm和100nm兩個點。

[講解]溶液中分散質(zhì)粒子直徑小于1nm，而濁液中分散質(zhì)粒子直徑大于100nm。

從微觀、定量角度認識濁液和溶液這兩種分散系的差別，同時通過數(shù)軸建構(gòu)一種研究模型，引導學生關(guān)注1～100nm之間的分散系，引發(fā)學生探究的興趣： 它屬于哪種類型的分散系？有何特征？

[活動3]制備一種新的分散系： 將1mL飽和氯化鐵溶液滴入到25mL沸水中，加熱至出現(xiàn)紅褐色為止。觀察這種分散系。

引導學生關(guān)注這種新的分散系的宏觀特征，了解它與溶液、濁液外觀上的差異。

[活動4]分別用膠頭滴管向兩層濾紙上滴1滴氯化鐵溶液、1滴泥沙和水的混合物（事先攪拌一下）、1滴新制備的紅褐色分散系。然后掀開上層濾紙，觀察下層濾紙，對應(yīng)的現(xiàn)象分別是棕黃色、無色水印、紅褐色，說明溶液、新制備的分散系可以透過濾紙，而濁液無法透過。

引導學生關(guān)注三種分散系中分散質(zhì)粒子直徑的差異，通過實驗獲取證據(jù)，得出膠體粒子的一個微觀特征，即分散質(zhì)粒子直徑小于100nm。

[活動5]將盛有氯化鐵溶液和新制備的分散系的混合物半透膜懸掛于盛有蒸餾水的燒杯中，過一段時間，取出半透膜內(nèi)液體及燒杯中的液體分別進行檢測，發(fā)現(xiàn)半透膜內(nèi)液體有丁達爾效應(yīng)，而燒杯內(nèi)液體無此現(xiàn)象。

引導學生關(guān)注溶液和新制備的分散系中分散質(zhì)粒子直徑的差異，通過實驗獲取證據(jù)，得出膠體粒子的另一個微觀特征，即分散質(zhì)粒子直徑大于1nm。

[結(jié)論]分散質(zhì)粒子直徑在1～100nm之間的分散系是膠體。

從這個教學活動中可以看出，膠體概念的形成不是教師直接講給學生的，而是通過精心設(shè)計的探究活動讓學生自己理解膠體的宏觀特征和微觀本質(zhì)，很自然地建構(gòu)了膠體這一概念，豐富了對三種分散系的認識。這中間突出了“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”這些化學學科核心素養(yǎng)。

3.3 將思維過程可視化，幫助學生理解概念

化學概念抽象，學生難理解。如果教學中能將動畫、圖像、模型等手段運用到概念的學習和理解中，通過這些感性材料將原本看不見摸不著的內(nèi)容形象生動地展現(xiàn)在學生面前，做到“微觀過程可視化”，讓學生結(jié)合這些可視化材料理解概念，可以大大降低學習的難度，也沒有了枯燥感和乏味感。

案例3 離子反應(yīng)[6]

在離子反應(yīng)的教學中，應(yīng)在幫助學生建構(gòu)離子反應(yīng)概念的同時，通過概念的形成過程引導學生關(guān)注宏觀物質(zhì)間的反應(yīng)和微觀離子間的反應(yīng)的聯(lián)系，透過宏觀現(xiàn)象解釋化學反應(yīng)的本質(zhì)，豐富對化學反應(yīng)分類的認識。而正是由于離子反應(yīng)探討的是微觀離子間的反應(yīng)，無法直接觀察，對其沒有直觀的感受，學生能做到的就是在頭腦中自由地想象，給學習帶來了很大困難。為此，可以采用測定溶液電導率變化的方法幫助學生理解溶液中的離子反應(yīng)，即測定在向一定體積、一定濃度的Ba（OH）2溶液滴加H2SO4溶液的過程中，電導率的變化，計算機呈現(xiàn)的曲線如圖1所示。

本圖像參考了北京二中溫立權(quán)老師“離子反應(yīng)”課例。

由曲線可以清晰地看到電導率的變化，直觀地顯示溶液中自由移動的離子濃度的變化，因而得出在氫氧化鋇與硫酸反應(yīng)的過程中，自由移動的離子濃度在降低，之后由于氫氧化鋇反應(yīng)完畢，硫酸滴入過程中導電離子的數(shù)目又在增多，與恰好完全反應(yīng)時相比，濃度又相對變大，所以電導率又開始增大。

這條曲線將溶液中離子濃度的變化清晰地展現(xiàn)在學生面前，實現(xiàn)了離子反應(yīng)的可視化，使學生“看到了”離子反應(yīng)的微觀本質(zhì)，對于學生理解離子反應(yīng)的概念起到了重要的作用，也突出了“宏觀辨識與微觀探析”這一核心素養(yǎng)的落實。

3.4 創(chuàng)設(shè)情境，在實際應(yīng)用中理解概念

化學概念的教學可分為以下幾個階段（圖2）：

在學生建構(gòu)并理解化學概念之后，應(yīng)用概念解決來自生產(chǎn)、生活、科技中的實際問題是必不可少的環(huán)節(jié)。為此我們要創(chuàng)設(shè)真實的情境，讓學生在應(yīng)用概念的過程中進一步加深對概念的理解。

案例4 離子反應(yīng)[7]的應(yīng)用

離子反應(yīng)的教學內(nèi)容是對初中所學的酸、堿、鹽知識的再認識和深化，是化學反應(yīng)的一種重要的分類方法，微粒觀、離子反應(yīng)的知識及其應(yīng)用將貫穿整個高中化學的學習，可以使學生對溶液中物質(zhì)間反應(yīng)的認識從宏觀層面深入到微觀層面，對于發(fā)展學生的學科素養(yǎng)具有重要的作用。同時，電解質(zhì)的相關(guān)知識在人類的生產(chǎn)、生活中有著廣泛的應(yīng)用，與人類的生命活動密切相關(guān)，因此，學生學好離子反應(yīng)的概念，可以更好地解釋實際問題，一方面突出化學概念的應(yīng)用價值，另一方面體現(xiàn)了化學知識的社會價值，增強了社會責任感。

[問題1]氫氧化鋁常用作治療胃酸過多的藥物，從離子反應(yīng)角度解釋這么做的原因？胃壁糜爛患者治療胃酸過多，能否使用小蘇打？用離子方程式解釋。

[問題2]家庭用的水壺往往會沉積一層水垢。水垢的主要化學成分是CaCO3、 Mg（OH）2。調(diào)查市場上售賣的除垢劑的品種，閱讀其成分配料表。請用離子方程式表示酸性除垢劑的除垢原理。

這些問題的設(shè)計，素材來自于生活實際，要求學生用離子反應(yīng)的知識進行解決。不但可以鞏固學生對離子反應(yīng)概念的理解，進一步訓練學生用符號表征離子反應(yīng)的技能，同時還可引導學生關(guān)注生活中的化學問題，落實“科學態(tài)度與社會責任”這一核心素養(yǎng)。

4 結(jié)束語

化學概念比較抽象，但是它對元素化合物知識的學習起到積極的指導作用，因此在教學中要引導學生學好概念知識，并將其正確地應(yīng)用于問題解決。為此，在教學活動中，要充分關(guān)注學生已有的知識基礎(chǔ)，創(chuàng)設(shè)情境喚醒學生的前概念；通過各種富有效率意義的探究活動，將抽象內(nèi)容可視化，引領(lǐng)學生理解概念，透過概念的宏觀表現(xiàn)分析其微觀本質(zhì)，落實并發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”核心素養(yǎng)；同時，將概念應(yīng)用于實際問題的解決，既幫助學生深刻理解概念，又可以有效落實“科學態(tài)度與社會責任”的化學學科核心素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]現(xiàn)代漢語詞典（第6版）[K]. 北京： 商務(wù)印書館， 2015： 418.

[2]吳慶生. 中學化學核心概念關(guān)鍵特征的建構(gòu)策略[J].化學教育， 2016，（1）： 34～38.

[3]肖彬清. 新課程高中化學“概念教學”的有效策略[J]. 中學化學教學參考， 2014，（9）： 14～15.

[4][5][6][7]宋心琦主編. 普通高中課程標準實驗教科書·化學1[M]. 北京： 人民教育出版社， 2007.