基于學(xué)科大概念的“乙醇和乙酸”單元教學(xué)

陳文梅 陳立福 張雄鷹

摘要：核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，要求教學(xué)過程中注重課程內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化。本文以學(xué)科大概念為統(tǒng)領(lǐng)，開展乙醇和乙酸的單元重構(gòu)教學(xué)，通過自制米酒和食醋的微項(xiàng)目，將知識(shí)結(jié)構(gòu)化并應(yīng)用于生活中，有效發(fā)展學(xué)生高階思維，充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位。

關(guān)鍵詞：大概念;單元教學(xué);乙醇;乙酸

文章編號：1008-0546（2022）10x-0012-05中圖分類號：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

一、問題的提出

課堂教學(xué)是落實(shí)“立德樹人”根本任務(wù)的主要途徑。[1]《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（簡稱“新課標(biāo)”）明確提出“重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)”，[2]這是第一次在正式文件中使用了大概念（bigideas）一詞。這代表了我國從政策上確立了大概念在課程教學(xué)改革中的地位。

1.學(xué)科大概念

“學(xué)科大概念，是指反映學(xué)科本質(zhì)及其特殊性的、構(gòu)成學(xué)科框架的概念，是學(xué)科知識(shí)的精華所在，是最有價(jià)值的知識(shí)，是最能轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的知識(shí)”。[3]國內(nèi)外學(xué)者從知識(shí)論、方法論、價(jià)值論等角度對大概念進(jìn)行定義，大概念是在基于事實(shí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)概況出來的具有廣泛解釋性和可遷移的觀念，其內(nèi)涵可以從“大概念的特性”“大概念的表現(xiàn)形式”和“大概念的構(gòu)建與分解”角度進(jìn)行闡釋。[4，5]大概念應(yīng)具備以下特征：蘊(yùn)含思想方法，形同哲學(xué)，抽象但具有深刻性;屬于學(xué)科的中心，是知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的中心，具有統(tǒng)攝性;具有科學(xué)性，可遷移、可復(fù)制、可證實(shí)且具有較強(qiáng)的解釋力。

2.以學(xué)科大概念為統(tǒng)領(lǐng)的單元教學(xué)

目前基于“大概念”的研究方向?yàn)椋簩Υ蟾拍畹年U釋和利用大概念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，較少從大概念和單元教學(xué)兩者融合的角度進(jìn)行行動(dòng)研究。筆者選取人教版（2019年）必修二第七章第三節(jié)“乙醇和乙酸”，進(jìn)行單元教學(xué)。必修階段，要求學(xué)生能夠?qū)σ掖己鸵宜徇@兩個(gè)典型的有機(jī)代表物的性質(zhì)進(jìn)行辨識(shí)記憶，將其與結(jié)構(gòu)（官能團(tuán)）、用途等進(jìn)行概況關(guān)聯(lián)或說明論證，并用官能團(tuán)的特征反應(yīng)進(jìn)行簡單實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過對魯科版、蘇教版等不同版本教材的對比，提煉出以“官能團(tuán)決定性質(zhì)”“有機(jī)化合物在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，官能團(tuán)決定有機(jī)反應(yīng)類型”兩個(gè)核心概念為基礎(chǔ)的大概念：“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”。對比新舊課標(biāo)發(fā)現(xiàn)，新課標(biāo)增加了官能團(tuán)的概念，因此，教學(xué)中圍繞羥基決定乙醇的性質(zhì)、羧基決定乙酸的性質(zhì)展開。通過不同的學(xué)習(xí)活動(dòng)，使學(xué)生能自主地從組成變化（結(jié)構(gòu)）、物質(zhì)轉(zhuǎn)化及反應(yīng)類型的角度認(rèn)識(shí)有機(jī)反應(yīng)，并通過“自制米酒和食醋”微項(xiàng)目，將所學(xué)的知識(shí)靈活使用，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的融合統(tǒng)一。

二、單元學(xué)習(xí)目標(biāo)與課時(shí)目標(biāo)

1.單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）能根據(jù)物質(zhì)類別推測物質(zhì)性質(zhì)，從“羥基”的視角建構(gòu)“醇”的概念，從“羧基”的視角建構(gòu)“酸”的概念，掌握乙醇和乙酸的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、化學(xué)性質(zhì)、轉(zhuǎn)化關(guān)系及其在生產(chǎn)、生活中的重要應(yīng)用;

（2）能運(yùn)用微粒結(jié)構(gòu)圖式描述并論證乙醇和乙酸的化學(xué)鍵斷裂部位，能夠基于化學(xué)鍵、有機(jī)反應(yīng)規(guī)律歸納乙醇和乙酸的反應(yīng)類型;

（3）通過開展微項(xiàng)目（自制米酒和食醋），發(fā)展學(xué)生宏觀辨析與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任等化學(xué)核心素養(yǎng)。

2.單元課時(shí)安排與課時(shí)教學(xué)目標(biāo)

單元課時(shí)安排、教學(xué)目標(biāo)和評價(jià)目標(biāo)見表1。

三、單元課時(shí)任務(wù)及教學(xué)流程

1.單元課時(shí)任務(wù)及設(shè)計(jì)意圖

單元課時(shí)任務(wù)及設(shè)計(jì)意圖見表2。

2.教學(xué)框架和教學(xué)流程圖

乙醇的教學(xué)框架、乙酸的教學(xué)框架見圖1、圖2。

微項(xiàng)目教學(xué)流程見圖3。

四、單元教學(xué)實(shí)施過程和成果

1.實(shí)施過程

第1課時(shí)：乙醇

創(chuàng)設(shè)情境：“飛花令”游戲。使學(xué)生認(rèn)識(shí)我國釀酒技術(shù)與酒文化。

問題1：根據(jù)日常生活中你對酒的了解，乙醇有什么物理性質(zhì)？推測乙醇分子結(jié)構(gòu)是怎樣的？

教師引導(dǎo)：乙醇分子可以簡單地看成在乙烷分子中的碳?xì)滏I之間“插入”了一個(gè)氧原子所形成的新分子。下面我們一起來探究乙醇的化學(xué)性質(zhì)。

學(xué)生活動(dòng)1：小組合作搭建乙醇分子的球棍模型;實(shí)驗(yàn)探究乙醇和金屬鈉的反應(yīng)。

問題2：乙醇和金屬鈉反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是什么？產(chǎn)物是什么？你能書寫化學(xué)反應(yīng)方程式嗎？在反應(yīng)中有哪些化學(xué)鍵發(fā)生斷裂及生成？

教師引導(dǎo)：乙醇中的羥基就像乙烯中的碳碳雙鍵一樣，對乙醇的化學(xué)性質(zhì)起重要作用。像這樣的原子或原子團(tuán)叫做官能團(tuán)。

問題3：焊接銀器、銅器時(shí)，表面會(huì)生成發(fā)黑的氧化膜，工匠說，可以先把銅、銀在火上燒熱，馬上刷一點(diǎn)酒精，銅銀會(huì)光亮如初。你知道其中的奧妙嗎？

學(xué)生活動(dòng)2：小組合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把灼熱的銅絲插入乙醇中，探究乙醇的催化氧化。

問題4：檢測酒駕的原理是什么？

學(xué)生活動(dòng)3：乙醇分別與重鉻酸鉀溶液、高錳酸鉀溶液反應(yīng)。

學(xué)生總結(jié)：學(xué)習(xí)有機(jī)物的三部曲：確定結(jié)構(gòu)—性質(zhì)探究—性質(zhì)應(yīng)用（用途）。

第2課時(shí)：乙酸

創(chuàng)設(shè)情境：我國釀造技術(shù)與食醋文化。

問題1：食醋在生活中有哪些用途？為什么乙酸可以除水垢而乙醇不行？酸具有哪些通性？

學(xué)生活動(dòng)1：根據(jù)乙酸的分子式C2H4O2，拼接乙酸分子的球棍模型。

教師引導(dǎo)：比較乙醇分子和乙酸分子結(jié)構(gòu)上的不同，認(rèn)識(shí)乙酸的官能團(tuán)—羧基。

問題2：在乙醇和乙酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，飽和碳酸氫鈉溶液有什么作用？

學(xué)生回答：我們觀察到試管中的液體，上層有無色透明的油狀液體產(chǎn)生，并可以聞到香味，通過閱讀課本發(fā)現(xiàn)這種有香味的液體叫乙酸乙酯，其官能團(tuán)是酯基。

問題3：在生成乙酸乙酯的酯化反應(yīng)中，化學(xué)鍵斷鍵的部位是哪里？

學(xué)習(xí)評價(jià)1：將1mol乙醇（其中的氧用18O標(biāo)記）在濃硫酸存在的條件下與足量乙酸充分反應(yīng)，請寫出相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式。

教師點(diǎn)評：學(xué)生們能較好地寫出化學(xué)反應(yīng)的方程式，用結(jié)構(gòu)式表示的學(xué)生能寫對反應(yīng)物和生成物，部分學(xué)生漏寫了反應(yīng)條件或?qū)戝e(cuò)了可逆符號，有個(gè)別學(xué)生用分子式書寫化學(xué)反應(yīng)方程式;從反饋結(jié)果判斷同學(xué)們已達(dá)到了學(xué)習(xí)目標(biāo)。

第3課時(shí)：基于生活的微項(xiàng)目“自制米酒和食醋”

環(huán)節(jié)1“查找資料”。前面兩節(jié)課學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了乙醇和乙酸的相關(guān)知識(shí)，同學(xué)們也了解了米酒和食醋的主要成分，請學(xué)生上網(wǎng)查閱資料學(xué)習(xí)米酒和食醋的制作過程，將所收集的資料進(jìn)行匯總，整理成手抄報(bào)。

環(huán)節(jié)2“科學(xué)探究”。小組討論后進(jìn)行釀酒實(shí)驗(yàn)，用單一控制變量法進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)，記錄原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表3）。

環(huán)節(jié)3“工程制作”。小組的同學(xué)們像科學(xué)家一樣思考，像工程師一樣解決問題（見表4）。

環(huán)節(jié)4“匯報(bào)展示”。學(xué)生通過PPT、視頻等形式進(jìn)行匯報(bào)，在匯報(bào)中將過程性記錄資料和產(chǎn)品一一進(jìn)行展示。

環(huán)節(jié)5“評價(jià)反思”。教師、學(xué)生及同伴、家長等參與評價(jià)（見表5）。

五、教學(xué)效果與反思

新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)課程內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化，所謂的結(jié)構(gòu)化包括知識(shí)結(jié)構(gòu)化、認(rèn)識(shí)角度結(jié)構(gòu)化和認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化。單元教學(xué)是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化的重要途徑，單元教學(xué)方式也是實(shí)現(xiàn)大概念教學(xué)的有效途徑。基于大概念理念的單元教學(xué)中要做好以下幾點(diǎn)。

1.從學(xué)生的已有知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，落實(shí)建構(gòu)主義教學(xué)理念

從單元的教學(xué)設(shè)計(jì)來看，乙醇和乙酸是從日常生活中常見的用途認(rèn)識(shí)其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，然后進(jìn)階到認(rèn)識(shí)有機(jī)物的轉(zhuǎn)化關(guān)系及“結(jié)構(gòu)和反應(yīng)”的關(guān)系，最后上升到從官能團(tuán)的角度認(rèn)識(shí)有機(jī)物，學(xué)生的認(rèn)識(shí)角度是從孤立水平到系統(tǒng)水平，體現(xiàn)了建構(gòu)主義的教學(xué)理念。

2.自上而下解構(gòu)主題大概念和核心概念

本單元以學(xué)科次級大概念為線索，應(yīng)用內(nèi)容分析法梳理乙醇和乙酸的知識(shí)內(nèi)容，建構(gòu)知識(shí)層級（見圖4），讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)內(nèi)容：結(jié)構(gòu)是什么？性質(zhì)是什么？物質(zhì)的用途是什么？結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的關(guān)系是什么？性質(zhì)和用途之間的關(guān)系又是什么？通過一系列的學(xué)習(xí)任務(wù)，分別幫助學(xué)生建立“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—用途”的認(rèn)知模型;建立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)，性質(zhì)決定用途，用途反映性質(zhì)”的思維，形成解決問題的能力。

3.注重基于生活的微項(xiàng)目探究

本單元的教學(xué)設(shè)計(jì)注重微項(xiàng)目的探究，采用2+1教學(xué)模式，兩課時(shí)化學(xué)知識(shí)教學(xué)和一個(gè)微項(xiàng)目，前兩課的知識(shí)為第三課做鋪墊，使學(xué)習(xí)從課內(nèi)向課外拓展延伸，體現(xiàn)化學(xué)知識(shí)的實(shí)際價(jià)值和育人價(jià)值。米酒和食醋在日常生活中是常見的，學(xué)生剛剛學(xué)習(xí)完乙醇和乙酸，微項(xiàng)目極大地激發(fā)了他們學(xué)習(xí)探究的積極性，并由此提出一系列的問題。微項(xiàng)目不是讓學(xué)生簡單地學(xué)習(xí)知識(shí)，而是讓學(xué)生從生活中提出問題，并開展探究;不是單純地做實(shí)驗(yàn)，而是用所學(xué)的知識(shí)解決生活中的問題。學(xué)生要成功地制備米酒和食醋，就需要收集信息，了解釀酒和釀醋的制備工藝。為了解決釀酒過程中有些酒變酸的問題，學(xué)生就要從化學(xué)學(xué)科知識(shí)的角度進(jìn)行分析，通過與釀造食醋的工藝對比，得出問題解決的思路。最后，在項(xiàng)目實(shí)施過程中，為了更好地釀制出產(chǎn)品，學(xué)生還主動(dòng)學(xué)習(xí)了乙醇和乙酸間的轉(zhuǎn)化和反應(yīng)條件調(diào)控的知識(shí)，掌握了單一變量實(shí)驗(yàn)方法。整個(gè)學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生體會(huì)到我國傳統(tǒng)釀酒和釀醋工藝中所蘊(yùn)含的化學(xué)知識(shí)，深刻領(lǐng)悟到化學(xué)學(xué)科的內(nèi)涵和魅力，體現(xiàn)了陶行知“做中學(xué)”的教育理念。

本教學(xué)設(shè)計(jì)也存在一些值得反思之處，主要是耗時(shí)較長。需提前布置相應(yīng)任務(wù)，課程實(shí)施以及課后檢測還有微項(xiàng)目所需時(shí)間長達(dá)一周。

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