基于大概念理念的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)研究
——以“乙醇的結(jié)構(gòu)”為例

湖北大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院（430062）蔣倩 王凱

一、研究背景

（一）大概念理念的提出

大概念理念是處于學(xué)科中心地位，體現(xiàn)學(xué)科本質(zhì)，具有廣泛的適用性和解釋力的思想。英國(guó)教授溫·哈倫等十位來(lái)自世界各國(guó)的教育專家經(jīng)過(guò)研究、討論，確立了相關(guān)的大概念，他們從小概念出發(fā)，發(fā)展到范圍較大的、能夠概括廣泛思想的概念，再發(fā)展到能夠體現(xiàn)客觀世界的物體、現(xiàn)象，并將之相互聯(lián)系、統(tǒng)籌的概念［1］。從理論依據(jù)來(lái)看，一方面，有意義學(xué)習(xí)中的上位學(xué)習(xí)和下位學(xué)習(xí)就如同大概念和小概念，由此可將概括程度低、范圍窄的小概念歸到認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的概括程度高、范圍廣的大概念之下；另一方面，一個(gè)大概念之下可以有許多小概念，這些小概念都有著相同的部分。在已經(jīng)學(xué)習(xí)了大概念的背景下，可通過(guò)學(xué)習(xí)相應(yīng)的小概念產(chǎn)生正向遷移效果，再接著學(xué)習(xí)其他相關(guān)的小概念。

（二）大概念理念的引入

當(dāng)今的教育面臨著許多困難?？茖W(xué)教育旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，使學(xué)生具備良好的科學(xué)素養(yǎng)，而學(xué)習(xí)相互獨(dú)立的科學(xué)知識(shí)與技能并不能很好地達(dá)成這一目標(biāo)。只有讓學(xué)生自主深入學(xué)習(xí)科學(xué)概念，并能夠遷移和廣泛運(yùn)用，才能實(shí)現(xiàn)科學(xué)教育的宗旨。

教學(xué)中理論與實(shí)踐的脫離，導(dǎo)致學(xué)生只會(huì)紙上談兵，不能將知識(shí)熟練地運(yùn)用于實(shí)際生活?；瘜W(xué)中繁雜的概念需要學(xué)生花大量的時(shí)間來(lái)記憶，易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)的心理。大概念理念作為引領(lǐng)現(xiàn)階段課程改革的關(guān)鍵因素，已成為教育領(lǐng)域的焦點(diǎn)。教師如果能夠引導(dǎo)學(xué)生掌握學(xué)科的基本概念框架，那么將有助于學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)的理解記憶，大大減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，同時(shí)能讓學(xué)生更好地將知識(shí)運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)生活中，有利于學(xué)生的全面發(fā)展。新課程標(biāo)準(zhǔn)用大概念理念來(lái)統(tǒng)領(lǐng)各學(xué)科課程內(nèi)容，引領(lǐng)教學(xué)內(nèi)容的改革，明確強(qiáng)調(diào)以學(xué)科大概念作為核心，以便于學(xué)科核心素養(yǎng)的確切落實(shí)［2］。大概念理念的潛在價(jià)值并沒有在我國(guó)的教育領(lǐng)域得到充分的體現(xiàn)，基于大概念理念的教學(xué)的研究也還有一大片空白，但是基于大概念理念實(shí)施學(xué)科教學(xué)勢(shì)不可擋。近年來(lái)，我國(guó)部分優(yōu)秀教師密切關(guān)注大概念理念，并且在教學(xué)中引入了大概念理念，效果顯著。

（三）研究大概念理念的意義

在理論上，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》中提到的課程目標(biāo)、課程結(jié)構(gòu)、實(shí)施建議等，為我國(guó)的課程改革提供了支持，加強(qiáng)了新版高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，提高了化學(xué)在各學(xué)科教育中的地位［3］。在實(shí)踐上，化學(xué)是一門必不可少的課程，人們的日常生活離不開化學(xué)，課程改革背景下，化學(xué)學(xué)科的地位越發(fā)重要。大概念理念的提出，不僅能讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)化學(xué)，取得好成績(jī)，還能提高課堂教學(xué)的效率，將新知識(shí)與學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的相關(guān)概念建立實(shí)質(zhì)性的聯(lián)系，使學(xué)生能夠?qū)⒅R(shí)靈活運(yùn)用于生活，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

二、基于大概念理念的教學(xué)設(shè)計(jì)分析

傳統(tǒng)的高中化學(xué)課堂大多關(guān)注具體知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)，只在情境引入環(huán)節(jié)聯(lián)系生活，使得學(xué)生機(jī)械被動(dòng)地學(xué)習(xí)，難以掌握化學(xué)學(xué)科的核心概念和形成完整的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。學(xué)科核心概念往往是一些關(guān)鍵和特殊的知識(shí)內(nèi)容，它突出了學(xué)科的基本內(nèi)容和教學(xué)的基本任務(wù)，反映了學(xué)科的本質(zhì)?！耙掖嫉慕Y(jié)構(gòu)”是高中化學(xué)的重要知識(shí)點(diǎn)，教師可基于大概念理念開展教學(xué)設(shè)計(jì)，將孤立、散亂的知識(shí)進(jìn)行整合串聯(lián)，這對(duì)啟發(fā)學(xué)生邏輯思維、減輕學(xué)生認(rèn)知負(fù)擔(dān)、促進(jìn)學(xué)生對(duì)生活實(shí)際的深層次認(rèn)識(shí)具有重要作用［4］。

基于大概念理念的教學(xué)設(shè)計(jì)，聚焦學(xué)科本質(zhì)，并根據(jù)教材內(nèi)容，分析和提煉其中的核心思想方法，再通過(guò)事實(shí)一步一步地反推出學(xué)科大概念，將高度抽象的大概念化為抽象程度低的次級(jí)大概念。“乙醇的結(jié)構(gòu)”教學(xué)中，按照“大概念—次級(jí)大概念—小概念—事實(shí)”的層次建構(gòu)概念（見圖1）。首先，由生活事實(shí)引出乙醇這一物質(zhì)，并引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)乙醇在生活中的應(yīng)用推導(dǎo)出乙醇所具有的性質(zhì)；其次，先利用球棍模型拼接乙醇可能的結(jié)構(gòu)，再利用數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)探究乙醇的結(jié)構(gòu)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)“乙醇與水的結(jié)構(gòu)有相似的部分”，在得出乙醇結(jié)構(gòu)的同時(shí)提出羥基這一小概念，進(jìn)而提出次級(jí)大概念——官能團(tuán)，總結(jié)出“物質(zhì)的組成結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)”這一學(xué)科大概念；再次，回歸生活，引導(dǎo)學(xué)生利用乙醇的性質(zhì)正確、合理地解釋生活現(xiàn)象；最后，讓學(xué)生查找資料，自主探究乙醚的性質(zhì)，加深學(xué)生對(duì)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一學(xué)科大概念的理解。

圖1 概念層次圖

三、基于大概念理念的教學(xué)設(shè)計(jì)案例——“乙醇的結(jié)構(gòu)”

根據(jù)圖2 的教學(xué)思路，把“乙醇的結(jié)構(gòu)”相關(guān)知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，形成完整的教學(xué)過(guò)程。

圖2 教學(xué)思路

活動(dòng)一：感知生活，體驗(yàn)化學(xué)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣

【素材】搖放一段有關(guān)花露水燃燒的視頻。

【問(wèn)題】為何花露水未直接接觸火焰也會(huì)燃？在生活中如何避免此類事件的發(fā)生？

【多媒體】PPT展示花露水的成分。

【結(jié)論】由花露水的成分可知是乙醇使得花露水可燃。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)視頻使物質(zhì)性質(zhì)的展現(xiàn)更為直觀，讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突；適時(shí)提出問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，同時(shí)讓學(xué)生明白化學(xué)與生活息息相關(guān)。

活動(dòng)二：討論乙醇的性質(zhì)，初步猜測(cè)乙醇可能的結(jié)構(gòu)

【討論】教師給出實(shí)物——乙醇，引導(dǎo)學(xué)生觀察乙醇，并結(jié)合花露水燃燒的視頻說(shuō)說(shuō)乙醇有哪些性質(zhì)。

【講解】乙醇具有揮發(fā)性，無(wú)色，有特殊香味，可燃，從生活中存在不同度數(shù)的酒可以知道，乙醇與水可以任意的互溶；乙醇的密度比水小，熔沸點(diǎn)低，所以常溫下呈液態(tài)，易揮發(fā)。

【問(wèn)題】同學(xué)們初中已學(xué)過(guò)乙醇（C2H6O）的元素組成，現(xiàn)在又學(xué)習(xí)了甲烷、乙烯等有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，那么乙醇的結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？請(qǐng)同學(xué)們利用球棍模型拼接出乙醇可能的結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)意圖：向?qū)W生提供思考的方向，引導(dǎo)學(xué)生逐漸建構(gòu)知識(shí)，學(xué)會(huì)根據(jù)一些簡(jiǎn)單易得的信息推導(dǎo)出合理的假設(shè)，并能夠通過(guò)輔助工具表達(dá)假設(shè)。

活動(dòng)三：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證乙醇的結(jié)構(gòu)

【多媒體】PPT 展示乙烷與乙醇的熔沸點(diǎn)表格。（見表1）

表1 乙烷與乙醇的熔沸點(diǎn)

【問(wèn)題】乙烷和乙醇的元素組成只相差一個(gè)氧，為何乙醇的熔沸點(diǎn)比乙烷大很多？

【講解】可能是因?yàn)橐掖冀Y(jié)構(gòu)中存在氫鍵，初步猜測(cè)出乙醇的結(jié)構(gòu)。

【實(shí)驗(yàn)】指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“乙醇與鈉反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，并觀察現(xiàn)象。

通過(guò)回顧水與鈉的反應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，乙醇與鈉的反應(yīng)和水與鈉的反應(yīng)現(xiàn)象類似；對(duì)產(chǎn)生的氣體進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)是氫氣；在反應(yīng)后的溶液中加入酚酞，發(fā)現(xiàn)溶液變紅，說(shuō)明有堿性物質(zhì)產(chǎn)生。

【結(jié)論】乙醇有與水類似的結(jié)構(gòu)，即氫氧元素直接相連。

【講解】乙醇與水相似的結(jié)構(gòu)是探討乙醇結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，這個(gè)結(jié)構(gòu)被稱為羥基。從實(shí)驗(yàn)中我們可以發(fā)現(xiàn)，羥基決定了乙醇的化學(xué)性質(zhì)。化學(xué)中把決定有機(jī)物化學(xué)特性的原子或原子團(tuán)稱為官能團(tuán)。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生猜測(cè)結(jié)構(gòu)，再通過(guò)化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和探究能力，以及綜合各項(xiàng)信息得出結(jié)論的能力。

活動(dòng)四：回歸生活，遷移應(yīng)用

【問(wèn)題】花露水易燃，可以采取什么措施避免花露水燃燒的發(fā)生？

【結(jié)論】方法一：遠(yuǎn)離火源；方法二：使用不含乙醇的花露水；方法三：自制花露水。

【應(yīng)用】乙醇在生活中的用途很多，比如制作飲料、醫(yī)用消毒殺菌以及用作燃料（乙醇汽油）等。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)習(xí)知識(shí)的意義不僅在于掌握，更在于應(yīng)用。通過(guò)引入實(shí)際問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生探究解決，可培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的觀念和學(xué)以致用的習(xí)慣，以及提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力和遷移應(yīng)用能力。

活動(dòng)五：課外活動(dòng)，自主探究

【探究】在研究乙醇結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，根據(jù)乙醇的元素組成還可以得出另一種結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的物質(zhì)是什么？性質(zhì)與乙醇有哪些不同之處？請(qǐng)同學(xué)們課后進(jìn)行自主探究。

設(shè)計(jì)意圖：自主探究另一種結(jié)構(gòu)的物質(zhì)及其對(duì)應(yīng)的性質(zhì)，通過(guò)與乙醇的性質(zhì)比較，發(fā)現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)有不同的性質(zhì)。通過(guò)事實(shí)一步一步地反推出學(xué)科大概念，再將高度抽象的大概念化為抽象程度低的次級(jí)大概念，加深學(xué)生對(duì)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一學(xué)科大概念的理解。

四、總結(jié)

大概念理念猶如摩天大樓的根基，而小概念就猶如一個(gè)個(gè)樓層，如果沒有了大概念這個(gè)支柱，小概念就會(huì)搖搖欲墜。學(xué)科大概念的建構(gòu)目的在于讓學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)框架，而掌握概念和建立模型是學(xué)生的重要能力，它影響著學(xué)生的科學(xué)判斷。學(xué)科概念的教學(xué)是一個(gè)從具體到抽象的過(guò)程。在概念教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)生活情境，調(diào)動(dòng)學(xué)生的原始概念，擴(kuò)展學(xué)生對(duì)概念的認(rèn)知，并讓學(xué)生自己構(gòu)建概念模型，完善其概念認(rèn)知體系。“宇宙中所有的物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的”是《科學(xué)教育的原則和大概念》中的十四個(gè)大概念之一，作為上位概念，它統(tǒng)領(lǐng)著原子、分子等下位概念［5］。而物質(zhì)是由分子或者原子構(gòu)成的，分子則由原子構(gòu)成。在教學(xué)中，教師要以大概念為導(dǎo)向，厘清每個(gè)概念之間的上下位關(guān)系，在大概念引領(lǐng)下，使教學(xué)過(guò)程更順暢，自然而然地由宏觀層面過(guò)渡到微觀層面［6］。

基礎(chǔ)教育的主要任務(wù)就是把課程標(biāo)準(zhǔn)以及教材中展現(xiàn)的思想迅速地落實(shí)到實(shí)際教學(xué)中?；A(chǔ)教育改革中不斷涌現(xiàn)出新的教育思潮，讓學(xué)者們應(yīng)接不暇，其中，大概念理念對(duì)課程編排及課堂教學(xué)產(chǎn)生了重要的影響。