大概念視角下的高中化學(xué)教學(xué)模式探討

彭興雅 林長春

摘要：從學(xué)科大概念出發(fā)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，是落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。文章闡述了大概念理念的內(nèi)涵及其所蘊(yùn)含的教學(xué)價(jià)值。以高中化學(xué)電解池中的“電解”概念教學(xué)為例，建構(gòu)基于大概念理解的教學(xué)模式，通過分析課標(biāo)要求和教學(xué)內(nèi)容，從學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，圍繞大概念，架構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)化教學(xué)的路徑，凸顯學(xué)科概念本身所蘊(yùn)含的價(jià)值和意義，形成具有持久價(jià)值和遷移價(jià)值的關(guān)鍵性方法、思維和能力，提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：大概念;核心概念;電解;學(xué)科核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2022）07-0002-05中圖分類號：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.001

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）在前言部分關(guān)于學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)“更新了教學(xué)內(nèi)容”條目中指出：“進(jìn)一步精選了學(xué)科內(nèi)容，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)?！盵1]通過更加系統(tǒng)全面的高站位立意，即從大概念教學(xué)為統(tǒng)領(lǐng)出發(fā)，幫助學(xué)生建構(gòu)更加完善的知識體系，認(rèn)識具體內(nèi)容背后更為本質(zhì)的思想和觀念[2]，形成高階思維能力，以落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。本文擬以“電解”為例，基于大概念視角對高中化學(xué)教學(xué)模式進(jìn)行探討。

一、大概念的內(nèi)涵及教學(xué)價(jià)值

1.大概念的內(nèi)涵

概念是對客觀事物本質(zhì)屬性的反映，而大概念是相對于概念提出的，不同于一般的基礎(chǔ)概念，其包含范圍更廣，意義更巨大，內(nèi)涵更豐富。人們將能夠用于解釋和預(yù)測較大范圍自然界現(xiàn)象的概念定義為大概念[3]。大概念具有多種表現(xiàn)形式，可以是詞組、短語或者句子[4]。大概念不僅僅是對知識簡單的總結(jié)，它具有知識論、方法論、價(jià)值論三方面的意義[5]。對于學(xué)科而言，它是學(xué)科的本質(zhì)，是具有抽象性、概括性和統(tǒng)攝性的學(xué)科基本思想和觀念[6]。它是先于人的意識而存在的體系，具有一定的隱性機(jī)制，暗含于所有的知識結(jié)構(gòu)體系中[7]。它類似于各知識之間一座無形的橋梁，找尋各原本散亂、支離破碎的知識間的相通點(diǎn)，將其連接起來，建立穩(wěn)固的聯(lián)系，知識與知識之間實(shí)現(xiàn)整體協(xié)調(diào)、相互借鑒、融合一致的關(guān)系，形成一個(gè)有脈絡(luò)、有結(jié)構(gòu)的知識體系，同時(shí)它又是這張結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中具有統(tǒng)領(lǐng)作用的核心。

電解池一節(jié)中的“電解”概念是中學(xué)階段一個(gè)非常重要的化學(xué)基本概念，是在能量守恒的基礎(chǔ)上，研究物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和能量儲存的核心概念。通過回顧歷史中對電解技術(shù)的應(yīng)用以及科學(xué)的探究方法，了解到電解作為一種技術(shù)方法，可以利用氧化還原反應(yīng)原理，通過一定的裝置設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化。因此這一主題的大概念可以是“實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲存能量的方法”，該大概念從物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化視角出發(fā)，讓學(xué)生了解電解這一技術(shù)本身具有的意義以及所體現(xiàn)的價(jià)值，引導(dǎo)學(xué)生從技術(shù)層面看待電解的應(yīng)用，真正了解到電解技術(shù)對人類生活的作用[8]，從而形成解決實(shí)際問題的能力和思路。這樣的教學(xué)顯性地呈現(xiàn)出電解這一核心概念學(xué)習(xí)的意義和價(jià)值。

在初中化學(xué)電解水一節(jié)的學(xué)習(xí)中學(xué)生就已經(jīng)初步認(rèn)識了電解，但對其中的原理還不清楚，之后高一階段離子反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)的學(xué)習(xí)為高二學(xué)習(xí)電解池打下基礎(chǔ)，幫助學(xué)生完善知識體系，建構(gòu)更加清晰明了的“電解”概念，螺旋上升，達(dá)到學(xué)習(xí)進(jìn)階，形成完整的知識結(jié)構(gòu)體系，體現(xiàn)了大概念教學(xué)的整體性[3]。在初中的教學(xué)中學(xué)生只是認(rèn)識到有電解這樣一種方法，并不清楚這種方法背后蘊(yùn)含的本質(zhì)原因，隨著知識的不斷累積，學(xué)生素養(yǎng)能力的不斷提高，對電解這一概念有了更加深入的了解，從而推翻學(xué)生在初中所建立的樸素觀念，體現(xiàn)了大概念教學(xué)的發(fā)展性[3]。電解不僅和學(xué)科內(nèi)部知識有緊密的聯(lián)系，還和社會具有莫大的關(guān)聯(lián)，通過對電解的學(xué)習(xí)，深入理解了之前所學(xué)的學(xué)科內(nèi)容，而且電解在社會中的應(yīng)用比比皆是，氯堿工業(yè)、電鍍工業(yè)、精煉銅、電冶金等都和電解這一技術(shù)息息相關(guān)，凸顯出電解技術(shù)對于社會發(fā)展和科學(xué)研究所起的巨大作用，體現(xiàn)了大概念教學(xué)的發(fā)展性[8]。

2.大概念教學(xué)的價(jià)值

（1）以大概念為指引對學(xué)生的意義

對于學(xué)生而言，一方面，統(tǒng)一的教學(xué)內(nèi)容符合學(xué)生完整認(rèn)識世界的特點(diǎn)，有利于學(xué)生整體把握客觀世界[9]。另一方面，使學(xué)生對待知識不再是盲目的信任，而是以動態(tài)的眼光看待知識的發(fā)展，對學(xué)科知識進(jìn)行更深度的理解和持續(xù)建構(gòu)，有利于開拓學(xué)生的思維。再者，減少知識的機(jī)械記憶，通過思維結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)系、理解記憶，使得知識的記憶更加穩(wěn)固也更高效，從而保持對知識學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)內(nèi)在動機(jī)。我們知道激發(fā)學(xué)生興趣的最好方法便是讓學(xué)生體會到知識學(xué)習(xí)所帶來的快樂，這種內(nèi)在動機(jī)會更持久。同時(shí)，打破原本的思維定式，跳出固有思維圈，學(xué)會從不同的思維角度思考，還有利于形成高階思維能力，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。

（2）以大概念為指引對教學(xué)的意義

對于教學(xué)而言，大概念的教學(xué)可以彌補(bǔ)學(xué)科內(nèi)、學(xué)科與學(xué)科、學(xué)科與社會、學(xué)科與生活知識分割的不足，彌合知識之間的割裂，使得各散亂的知識以更完整、系統(tǒng)的邏輯體系得以呈現(xiàn)，知識與知識之間可以相互聯(lián)系、相互遷移。當(dāng)然這樣的教學(xué)內(nèi)容對教師而言也提出了一定要求，并且具有一定的挑戰(zhàn)，需要教師具備以大概念教學(xué)為統(tǒng)領(lǐng)的意識。怎樣發(fā)掘知識間的大概念，又該如何實(shí)現(xiàn)教學(xué)都需要進(jìn)一步探討和思考。

（3）以大概念為指引對教師的意義

對于教師而言，以大概念理念為統(tǒng)領(lǐng)可以促進(jìn)教師自身進(jìn)一步發(fā)展，豐富自身的理論系統(tǒng)，彌補(bǔ)原本認(rèn)識的不足。教師對教材以及教學(xué)內(nèi)容能夠更深層次地把握和理解，維持知識更深層次的建構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容更合理完善的編排，保證教學(xué)內(nèi)容更好地輸出和傳遞。另外，教師能更好地把握教學(xué)任務(wù)、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)評價(jià)以及整個(gè)學(xué)習(xí)的統(tǒng)整?？傊?，以大概念為統(tǒng)領(lǐng)的教學(xué)立意更加高遠(yuǎn)，對教師自身也是一種成長。

二、基于大概念教學(xué)的基本模式

以大概念來統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)學(xué)習(xí)過程，搭建以大概念為統(tǒng)領(lǐng)的教學(xué)模式，需要為教師進(jìn)行學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。首先從課標(biāo)出發(fā)，明確課標(biāo)對本節(jié)內(nèi)容的要求，根據(jù)課標(biāo)制定預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，以大概念為統(tǒng)領(lǐng)，梳理本節(jié)內(nèi)容所在章節(jié)的知識框架和概念體系，劃分章節(jié)概念層級，接著分析學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)和知識、能力基礎(chǔ)，理清學(xué)生的認(rèn)知進(jìn)階脈絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，選取教學(xué)的核心內(nèi)容，解剖概念內(nèi)涵，根據(jù)核心概念創(chuàng)設(shè)有層次和遞進(jìn)性的學(xué)習(xí)活動和任務(wù)，層層遞進(jìn)，幫助學(xué)生理解核心概念。在活動中，通過提問、練習(xí)、點(diǎn)評等評價(jià)學(xué)生對核心概念的理解情況，是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，從而培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)。具體流程見圖1。

1.明確課標(biāo)要求，確定預(yù)期目標(biāo)

高中化學(xué)課標(biāo)對電解池一節(jié)的教學(xué)提出了明確的要求（見表1），本節(jié)內(nèi)容課標(biāo)的要求是“了解電解池的工作原理，認(rèn)識電解在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲存能量中的具體應(yīng)用”[1]。學(xué)生通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，能夠認(rèn)識到電解是一種強(qiáng)有力的氧化還原反應(yīng)方法[10]，使物質(zhì)間發(fā)生化學(xué)變化，最后得到目標(biāo)產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化。電解不僅在化工生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，而且對科學(xué)研究也起著促進(jìn)作用。

2.梳理知識框架，劃分概念層級

大概念處于學(xué)科知識的統(tǒng)領(lǐng)地位，要求教師具有大局觀，能夠站在大概念的視角進(jìn)行整體規(guī)劃，需要教師整體分析有關(guān)教學(xué)內(nèi)容，理清整個(gè)教學(xué)內(nèi)容脈絡(luò)，梳理出與之相關(guān)聯(lián)的基本事實(shí)和基本概念（見圖 2、圖3）[11]。

3.分析學(xué)生的認(rèn)知進(jìn)階線索

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中是循序漸進(jìn)的，教材對于電解的教學(xué)安排也是螺旋上升的，而大概念也要求聯(lián)系知識的前后關(guān)系，以利于學(xué)生形成認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)。因此在課標(biāo)的要求下，分析學(xué)生以往的知識基礎(chǔ)，根據(jù)學(xué)生的舊知識，梳理出本節(jié)學(xué)生將要理解的內(nèi)容及基本問題（見表2、表3），抓住本節(jié)課對于“電解”概念教學(xué)的重點(diǎn)，確定學(xué)習(xí)的重心，從而幫助學(xué)生進(jìn)行探究、理解和遷移。

4.選取核心內(nèi)容，解剖概念內(nèi)涵

通過對“電解”概念的內(nèi)涵進(jìn)行解剖（見圖4），可以幫助學(xué)生在基本事實(shí)的基礎(chǔ)上真正理解電解的本質(zhì)。電解實(shí)際上是在電流的作用下，離子在陰陽兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程，而溶液導(dǎo)電的過程也是發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程。通過電能促使非自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化和能量儲存。這對于學(xué)生解決實(shí)際生活、生產(chǎn)問題有著非常重要的意義和價(jià)值。

5.創(chuàng)設(shè)層遞性活動

根據(jù)基本理解和基本問題，設(shè)置層層遞進(jìn)的活動過程（見表4），注重認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化和顯性化，幫助學(xué)生掌握化學(xué)學(xué)習(xí)的方法和思路。本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)活動注重聯(lián)系學(xué)生以往的知識經(jīng)驗(yàn)，通過遷移利用舊知識來學(xué)習(xí)新知識，感受知識之間的關(guān)聯(lián)，形成“電解”一節(jié)內(nèi)容的認(rèn)知結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

（1）初步感知電解的應(yīng)用價(jià)值

活動1：通過元素種類發(fā)展圖（見圖5），認(rèn)識電解技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，感知電解技術(shù)手段對科學(xué)研究和社會發(fā)展的促進(jìn)作用[7]。

展示元素種類發(fā)展圖，學(xué)生通過直觀的折線數(shù)據(jù)，清晰地看到隨著時(shí)代的發(fā)展元素種類的發(fā)現(xiàn)情況。1800年出現(xiàn)了第一個(gè)大轉(zhuǎn)折，學(xué)生對此發(fā)出疑問，是什么原因使得這一年的元素種類發(fā)展如此迅速？為接下來自然引出“電解”這一技術(shù)做出鋪墊。17世紀(jì)末電解水的成功，使人們意識到電可以用于化學(xué)研究，激起了科學(xué)家們利用電流進(jìn)行研究的極大熱情。英國化學(xué)家戴維正是受此啟發(fā)，用電流分解了以前認(rèn)為不能再分解的堿，通過電解熔融的金屬化合物，獲得了鉀、鈉、鈣、鎂、鋇等金屬元素，成為當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)元素種類最多的化學(xué)家[12]。19世紀(jì)上半葉，大多數(shù)元素的發(fā)現(xiàn)也正是通過電解這一技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的。歷史事實(shí)的呈現(xiàn)，使學(xué)生感受到科學(xué)技術(shù)對于時(shí)代發(fā)展的重要性，以及電解在促進(jìn)社會進(jìn)步上做出的巨大貢獻(xiàn)。

（2）探究實(shí)驗(yàn)，建構(gòu)“電解”概念

活動2：電解氯化銅溶液的探究實(shí)驗(yàn)。觀察、歸納實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，建構(gòu)“電解”概念，發(fā)展學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

電解氯化銅溶液，通電不久后發(fā)現(xiàn)在裝置的兩極出現(xiàn)了不一樣的現(xiàn)象（見圖6）。與電源正極相連的石墨棒上有氣泡產(chǎn)生，并且有輕微的刺激性氣味，學(xué)生根據(jù)元素的組成和類別推測，該氣體可能是氯氣。進(jìn)一步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，通過濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)，可以證明與電源正極相連的石墨棒上所產(chǎn)生的氣體為氯氣。與電源負(fù)極相連的石墨棒上覆蓋了一層紅色的物質(zhì)，根據(jù)元素的組成判斷生成了銅。在學(xué)生以往的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，氯化銅生成氯氣和銅單質(zhì)是一個(gè)非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，但是通過今天的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氯化銅在通電的情況下生成了氯氣和銅單質(zhì)，這一過程是如何發(fā)生的呢？此時(shí)教師抓住關(guān)鍵點(diǎn)，解釋通電的重要性。

通過微觀粒子運(yùn)動示意圖，學(xué)生清晰地觀察到該反應(yīng)在通電前后溶液中粒子的運(yùn)動變化情況（見圖7）。

在通電前，銅離子和氯離子作自由運(yùn)動，通電時(shí)，這些自由運(yùn)動的離子改作定向運(yùn)動，即氯離子向與電源正極相連的石墨棒一方移動，銅離子向與電源負(fù)極相連的石墨棒一方移動，離子在兩極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)。學(xué)生通過宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和微觀的離子運(yùn)動分析初步建構(gòu)“電解”的概念。

（3）深化“電解”概念

活動3：討論如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)使反應(yīng) Cu+H2SO4= CuSO4+H2↑發(fā)生？小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，發(fā)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的能力。

在初步認(rèn)識電解技術(shù)的情況下，及時(shí)遷移、應(yīng)用，向?qū)W生拋出如何設(shè)計(jì)使 Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑反應(yīng)發(fā)生的問題，引發(fā)學(xué)生思考。小組合作探究，在老師的啟發(fā)下研討、改進(jìn)、實(shí)施學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步認(rèn)識到電解可以使得非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)在外接電源的作用下得以發(fā)生，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，同時(shí)還伴隨著能量變化。

在此過程中學(xué)生難免產(chǎn)生疑惑，是否所有的電源類型都能實(shí)現(xiàn)電解呢？以及所有非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)在外加電源的作用下都能發(fā)生電解嗎？通過回答這兩個(gè)問題，知道只有直流電源才能實(shí)現(xiàn)所需要的電解過程，而電解的對象針對的是導(dǎo)電的化合物，以此深化“電解”的概念，并診斷學(xué)生對“電解”概念的認(rèn)識水平。

6.設(shè)計(jì)評價(jià)

在教學(xué)過程中要穿插適當(dāng)?shù)脑u價(jià)活動，同步進(jìn)行，不可分離，要根據(jù)目標(biāo)進(jìn)展的要求，確定適當(dāng)?shù)牟襟E，并做出如何實(shí)現(xiàn)它的決策。將評價(jià)活動和學(xué)習(xí)活動融為一體，在學(xué)習(xí)活動中可以通過提問、點(diǎn)評、練習(xí)等來檢測學(xué)生的掌握情況。比如，在活動1 中，教師通過學(xué)生對圖5的闡釋，能夠了解學(xué)生的分析能力，感知電解方法對科學(xué)研究和社會發(fā)展的促進(jìn)作用。在活動2中，通過問題的形式進(jìn)行評價(jià)。比如：①所有的電源類型都能實(shí)現(xiàn)電解嗎？②所有非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)在外加電源的作用下都能發(fā)生電解嗎？活動3則直接分配學(xué)生設(shè)計(jì)任務(wù)，檢測學(xué)生對電解這一概念的深入理解和應(yīng)用情況。

三、結(jié)語

在傳統(tǒng)的電解池教學(xué)中，學(xué)生僅能機(jī)械地記憶電解的概念，而以大概念為統(tǒng)領(lǐng)的教學(xué)改變了只傳授事實(shí)性知識的弊端，通過層層遞進(jìn)的活動過程，幫助學(xué)生主動建構(gòu)電解的核心概念，使得教學(xué)的重心轉(zhuǎn)移到應(yīng)用概念上，讓學(xué)生體會知識學(xué)習(xí)的遷移性和長遠(yuǎn)性。“電解”概念的教學(xué)以電解作為一種技術(shù)的應(yīng)用出發(fā)，幫助學(xué)生認(rèn)識到歷史長河中電解技術(shù)手段對科學(xué)研究和社會發(fā)展的促進(jìn)作用，了解到更多有關(guān)概念背后的本質(zhì)內(nèi)涵，明晰知識與知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學(xué)生以整體的眼光看待知識，形成結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識思路。

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