大概念視角下的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計研究

陳靖

摘 ? 要：立足大概念的教學(xué)設(shè)計可以讓零碎的知識整合在一起，為整合性教學(xué)提供了一個新的思路。文章以“金剛石、石墨和C60”的課程內(nèi)容為例，以大概念“物質(zhì)的多樣性”、核心概念“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”為落腳點，從教學(xué)目標、教學(xué)過程、教學(xué)評價、教學(xué)反思等方面進行詳細分析。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué)；大概念；教學(xué)設(shè)計

新一輪的課程改革要求化學(xué)課程改革的重點旨在提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，重視學(xué)生的素質(zhì)教育和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，要求當下的課堂教學(xué)要走向“大融合”與“大發(fā)展”，大概念統(tǒng)領(lǐng)下的單元整體教學(xué)正是符合“大融合”與“大發(fā)展”這一發(fā)展趨勢的重要學(xué)習(xí)方式?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標準（2022版）》在課程理念中也闡釋了要構(gòu)建大概念統(tǒng)領(lǐng)的化學(xué)課程內(nèi)容體系，要注重學(xué)科的融合及學(xué)科間的聯(lián)系，明確學(xué)習(xí)主題，凝練大概念[ 1 ]。教師要重視以學(xué)科大概念為核心，形成結(jié)構(gòu)化的課程體系，在真實的生活情境中促進學(xué)科核心素養(yǎng)的落實。但在傳統(tǒng)的教育教學(xué)具體實施中，學(xué)生在習(xí)得知識時，出現(xiàn)了割裂性知識多于結(jié)構(gòu)性知識這一客觀事實，使得學(xué)生在面對綜合性題目時，并不能把這些知識碎片有機地整合在一起，從而出現(xiàn)了學(xué)生大面積的學(xué)而不會的情況。而基于大概念進行的教學(xué)設(shè)計，可有助于幫助解決這一難題。

1 學(xué)科大概念及大概念的凝練

大概念是指能反映學(xué)科的特質(zhì)，具有較為廣泛的適用性和解釋力，具有持久遷移價值的原理、思想和方法[ 2 ]。在真實的教學(xué)情境中，學(xué)生可以通過具體的核心知識為載體，揭示學(xué)科知識背后隱含的內(nèi)在本質(zhì)，提煉出具有普遍性和實用性的大概念，在解決真實的化學(xué)問題時學(xué)生能夠?qū)χR達到遷移應(yīng)用。基于此，筆者選擇“碳和碳的氧化物”這一單元主題，確定了具有普遍意義和遷移價值的“物質(zhì)的多樣性”這一大概念為統(tǒng)領(lǐng)，以“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途、變化反映性質(zhì)”為核心概念，幫助學(xué)生建立正確的物質(zhì)觀、變化觀、綠色觀。本文主要以人教版化學(xué)九年級上冊第六章中的“金剛石、石墨和C60”一課的教學(xué)為例，探討大概念在教學(xué)設(shè)計中的應(yīng)用，具體的大概念統(tǒng)攝下的單元教學(xué)知識結(jié)構(gòu)見圖1。

2 ?通過教學(xué)目標外顯大概念

（1）學(xué)生通過視頻展示和舉例說明，形成富有正能量的價值觀念，具有為國爭光和服務(wù)人民的先進意識。

（2）通過碳單質(zhì)的物理性質(zhì)探究實驗以及實驗視頻所顯示的不同的宏觀實驗現(xiàn)象，再結(jié)合碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu)模型對比，領(lǐng)悟物質(zhì)的多樣性，初步形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的觀念。

（3）在利用活性炭吸附色素的自主探究實驗中，學(xué)會活性炭正確的使用方法，能夠再次鞏固結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的學(xué)科觀念；在探究過程中，能夠設(shè)計簡單的實驗方案，并通過小組合作和討論，形成團隊協(xié)作的意識和傾聽他人意見的精神，同時體會勞動的喜悅和勞動的不易；在質(zhì)疑探究成果時，能夠?qū)W會運用批評性思維的方法，敢于提出自己的見解，具有科學(xué)探究的精神和創(chuàng)新的意識。

（4）學(xué)生通過自主構(gòu)建思維導(dǎo)圖，有利于自己對其所學(xué)的知識進行全方位和系統(tǒng)的描述與分析，能夠?qū)⒔饎偸?、石墨等物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途等各種因素之間的區(qū)別和聯(lián)系厘清，將課時中零碎的知識點整合在一起，實現(xiàn)對孤立知識的結(jié)構(gòu)性認識，突出大概念的統(tǒng)攝作用。

（5）通過前測和后測試題，檢驗學(xué)生掌握六單元核心知識的認知水平，診斷與發(fā)展學(xué)生大概念框架下的知識遷移應(yīng)用。

3 ?利用教學(xué)過程內(nèi)化大概念

3.1 ?學(xué)習(xí)活動一 ：播放“1998年美國利用石墨炸彈癱瘓南聯(lián)盟電網(wǎng)”的視頻

【學(xué)生活動】 ?學(xué)生觀看，領(lǐng)悟。

【講解】 ?同學(xué)們可能有所不知，在這次震驚世界的戰(zhàn)爭中，北約國家悍然轟炸了我國駐南聯(lián)盟大使館，強盜行徑一覽無余，希望同學(xué)們在今后一定要努力學(xué)習(xí)，發(fā)展我們的科技，讓國家更加強大。請同學(xué)們回答，炸彈的主要成分是什么，視頻中反映了它的什么性質(zhì)。

【學(xué)生活動】 ?根據(jù)課前調(diào)查和已有經(jīng)驗，討論交流并回答問題。

【設(shè)計意圖】 用真實情境的石墨炸彈引入，同時布置學(xué)生調(diào)查本課題的相關(guān)研究，提高學(xué)生理解化學(xué)與生活息息相關(guān)的認識，并且培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查取證意識。以石墨的相關(guān)知識為出發(fā)點，促使學(xué)生認識到物質(zhì)的性質(zhì)和用途之間的關(guān)系，引出本課題的核心概念。同時讓學(xué)生認識到國家的強大才能讓我們生長在和平的環(huán)境中，增強為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興而勤奮學(xué)習(xí)的責(zé)任感，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷。

3.2 ?學(xué)習(xí)活動二：石墨和金剛石的物理性質(zhì)及用途的探究

【教師提問】 通過課前調(diào)查，對于石墨的性質(zhì)，同學(xué)們了解的還有哪些？現(xiàn)在請小組內(nèi)的同學(xué)代表簡述石墨的相關(guān)材料，其他組的同學(xué)可以相互補充。

【學(xué)生活動】 學(xué)生代表上臺發(fā)言，其他小組學(xué)生分享調(diào)查的材料。

【教師提問】 同學(xué)們想不想驗證一下你們查閱的材料是否真實可靠呢？現(xiàn)在請用桌面的實驗器材完成以下幾個實驗：觀察鉛筆芯的顏色；分別用鉛筆和筆桿用力寫字感受硬度；用小刀削一些鉛筆芯粉末并倒入生銹的鎖孔內(nèi)，然后用鑰匙試著打開。實驗完成后請同學(xué)代表上臺分享。

【學(xué)生活動】 學(xué)生代表上臺分享自己的實驗成果，并初步推測出石墨的物理性質(zhì)。

【過渡】 通過實驗可知石墨是自然界中一種很軟的物質(zhì)，而天然存在的最硬的物質(zhì)是金剛石，展示金剛石的圖片，觀察外觀。

【教師提問】 對于金剛石，同學(xué)們了解有多少呢？現(xiàn)在請小組內(nèi)的同學(xué)代表根據(jù)自己所查資料，簡述金剛石的相關(guān)材料，其他組的同學(xué)可以相互補充。

【學(xué)生活動】 課前查閱資料，小組組員代表回答，初步推測金剛石的相關(guān)性質(zhì)。

【教師活動】為了更好地學(xué)習(xí)金剛石的性質(zhì)，老師準備了一塊玻璃片和網(wǎng)上剛剛買到的玻璃刀。

【演示實驗】 現(xiàn)場演示用玻璃刀切割玻璃片。

【過渡】其實無論是金剛石還是石墨都是由碳元素組成的單質(zhì)，但是通過對比剛才的實驗，為什么性質(zhì)存在如此大的差異呢？現(xiàn)在請兩個小組分別演示一下。

【學(xué)生活動】 兩個學(xué)習(xí)小組根據(jù)自制模型分別進行現(xiàn)場展示金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)，闡述它們的性質(zhì)和用途，并展示按壓金剛石（碳原子之間用硬的材料連接）和石墨（層與層之間用軟的材料連接）微觀模型，認真觀察發(fā)生的變化。

【學(xué)生回答】 金剛石紋絲不動，石墨能發(fā)生相對的滑動。

【師生共同總結(jié)】金剛石和石墨的物理性質(zhì)有很大的不同，主要是因為碳原子的排列方式不同，也就是物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定了其性質(zhì)，兩個小組的精彩表演，也驗證了這樣一個結(jié)論：結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途。

【視頻展示】 金剛石和石墨的立體模型視頻以及性質(zhì)、用途，鞏固所學(xué)內(nèi)容，進一步領(lǐng)會結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途的概念。

【設(shè)計意圖】 通過學(xué)生探究石墨和教師演示金剛石的探究實驗，了解物質(zhì)的多樣性，學(xué)習(xí)具體物質(zhì)的性質(zhì)和用途，引導(dǎo)學(xué)生一步步建構(gòu)“性質(zhì)決定用途”的學(xué)科思想；通過圖片展示物質(zhì)的微觀模型和學(xué)生演示自制的金剛石、石墨模型，結(jié)合它們的性質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生從宏微結(jié)合的角度建構(gòu)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的學(xué)科思想，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)；通過表演、思考、討論，分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途之間的關(guān)系，讓學(xué)生對概念的認識升級，從而培養(yǎng)學(xué)生獲取信息并分析歸納的能力。

3.3 ?學(xué)習(xí)活動三：學(xué)生自主探究活性炭的物理性質(zhì)

【教師講解】 碳元素不僅可以組成金剛石和石墨等單質(zhì)，生活中我們還常常用到木炭、活性炭、炭黑、焦炭等物質(zhì)，其實它們的主要成分也是由碳元素組成的單質(zhì)。請小組分享有關(guān)木炭和活性炭的資料。

【學(xué)生活動】 學(xué)生代表簡述有關(guān)木炭和活性炭的材料，并初步推測出它們所具備的性質(zhì)，個別同學(xué)補充了二次世界大戰(zhàn)中英國制作防毒面具的靈感。

【教師講解】 接下來請同學(xué)們利用課桌上提供的實驗器材和實驗藥品，提出猜想，設(shè)計實驗，完成活性炭吸附色素的實驗。

【學(xué)生實驗】 學(xué)生分組討論自己的想法，并完成相關(guān)的實驗，教師巡視指導(dǎo)學(xué)生完成實驗。

【學(xué)生活動】 學(xué)生代表上臺分享自己的實驗成果。

【教師評價】 教師對學(xué)生的實驗結(jié)論點評，對實驗中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象進行解釋。

【教師講解】 活性炭的這種性質(zhì)通常被我們稱之為吸附性，用來除去物質(zhì)中的色素和異味，那么，請同學(xué)們思考一下，為什么活性炭具有這樣的性質(zhì)呢？

【視頻播放】 活性炭的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途。

【學(xué)生討論總結(jié)】 物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)，物質(zhì)性質(zhì)決定其用途。

【設(shè)計意圖】 通過讓學(xué)生思考實驗方案和動手實驗如何讓活性炭吸附色素，在習(xí)得知識的同時，也提高了學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。在看到現(xiàn)象不是很明顯時，經(jīng)過組內(nèi)相互的質(zhì)疑和討論，才意識到把活性炭直接放到棉花上，然后把紅墨水倒上去的錯誤操作，色素不能充分地被活性炭吸附；而先把紅墨水和活性炭充分攪拌，然后再用棉花過濾，才能使吸附效果更好。這樣的實驗探究，既培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，也讓學(xué)生體驗到了獲得成功的喜悅和勞動成果的來之不易。

3.4 ?學(xué)習(xí)活動四：碳材料的發(fā)展

【教師講解】 隨著科技的發(fā)展，碳材料是唯一一種兩次涉及諾貝爾獎的材料。其中，1985年，化學(xué)家克羅托和斯麥利用激光轟擊石墨時得到了一種新的碳的單質(zhì)C60分子，并在1996年獲得了諾貝爾化學(xué)獎。目前，C60的應(yīng)用范圍十分廣泛，能夠用作新型催化劑；用于氣體的貯存；用于制造光學(xué)材料；用于制造高分子材料；以及在生物醫(yī)學(xué)方面等發(fā)揮重要作用。

【學(xué)生分享】 學(xué)生自制了C60模型并補充了相關(guān)的性質(zhì)和用途；通過查閱資料，學(xué)生還分享了中國在碳材料超導(dǎo)方面的研究：2018年，“中國天才少年”曹原發(fā)現(xiàn)了常溫下石墨烯材料的超導(dǎo)原理，舉世震驚。

【設(shè)計意圖】 通過調(diào)查研究近年來碳材料發(fā)展的相關(guān)史料，既認識到了物質(zhì)的多樣性，又讓學(xué)生意識到了化學(xué)和生活是息息相關(guān)的，科學(xué)的發(fā)展是永無止境的；同時通過中國科學(xué)家的科研事跡，培養(yǎng)學(xué)生胸懷祖國，服務(wù)社會的愛國精神。

3.5 ?學(xué)習(xí)活動五：整理總結(jié)，歸納思維導(dǎo)圖

【教師引導(dǎo)】 同學(xué)們，通過今天的學(xué)習(xí)，我們一起探索了碳單質(zhì)的物理性質(zhì)，也了解了它們的結(jié)構(gòu)和用途。對于今天所學(xué)的內(nèi)容，請同學(xué)們用你們的表達方式來建構(gòu)自己的思維導(dǎo)圖。

【成果展示】以不同的思維導(dǎo)圖形式展示碳單質(zhì)之間的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、用途及其之間的區(qū)別和聯(lián)系。

【教師總結(jié)】 看來同學(xué)們對本節(jié)課掌握的很好，當然化學(xué)來源于生活，又服務(wù)于生活，學(xué)習(xí)化學(xué)的目的就是為了解決生活中的一些問題。希望同學(xué)們能利用自己所學(xué)的知識，更好地為我們的祖國服務(wù)，讓我們的國家變得更加強大！

【設(shè)計意圖】 通過學(xué)生自主構(gòu)建思維導(dǎo)圖，學(xué)生能夠全面地思考本節(jié)課探究的問題，能夠?qū)⒕唧w物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途等各種因素之間的區(qū)別和聯(lián)系厘清，實現(xiàn)對本課時多個知識點的從孤立到系統(tǒng)的認識，形成一個以具體知識為起點，大概念為落腳點的知識結(jié)構(gòu)體系。

4 ?設(shè)計教學(xué)評價——評價大概念

一堂課的好壞有些時候并不在于整個教學(xué)流程的順利實施，而在于學(xué)生掌握了多少，教學(xué)目標達成了多少，是否能夠通過所學(xué)的內(nèi)容真正達到知識的遷移應(yīng)用，從而真正領(lǐng)悟化學(xué)學(xué)科隱含的大概念。所以，適時的基于學(xué)生學(xué)習(xí)活動、實驗探究過程、學(xué)習(xí)任務(wù)是否達成的教學(xué)評價是很有必要的，這對于后續(xù)的教學(xué)改進有很大的意義?；诖耍菊n題的教學(xué)評價主要確定為以下幾個方面：

（1）通過情境引入，并結(jié)合已有經(jīng)驗?zāi)軌蛘f出石墨的性質(zhì)，初步診斷學(xué)生對學(xué)科研究對象的性質(zhì)和用途之間關(guān)系的認知水平。

（2）通過認識具體物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生嘗試用橡皮泥和牙簽構(gòu)建出金剛石、石墨和C60的球棍模型，用表演的形式來描繪它們的結(jié)構(gòu)；根據(jù)生活中的已有經(jīng)驗和課前的預(yù)習(xí)來說出它們的性質(zhì)和用途；通過對比的學(xué)科思維，進一步讓學(xué)生自己領(lǐng)悟物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途之間的關(guān)系，從而診斷學(xué)生從宏微結(jié)合的角度分析、歸納、總結(jié)的能力水平。

（3）通過學(xué)生對于活性炭性質(zhì)的自主實驗探究來對比吸附前后紅墨水的顏色變化，診斷學(xué)生自主進行實驗設(shè)計、完成實驗的能力水平及其對結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的認識水平。

（4）通過建構(gòu)思維導(dǎo)圖，回顧金剛石、石墨和C60的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途，判斷它們之間的關(guān)系，了解學(xué)生對本節(jié)課知識內(nèi)容的掌握程度，診斷學(xué)生對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的認識水平和知識的結(jié)構(gòu)化水平。

（5）通過前置診斷了解學(xué)生對未知知識的認知水平，從而能夠更有效地設(shè)計出符合學(xué)生認知水平、更容易讓學(xué)生接受、具有遞進式的大概念知識體系。例如：你學(xué)習(xí)過同種元素可以組成不同的單質(zhì)嗎？它們的物理性質(zhì)一樣嗎？通過后期測試可以反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，鞏固和分析學(xué)生的掌握情況，診斷學(xué)生對大概念遷移的應(yīng)用水平，為以后的教學(xué)提供了一些參考。例如：近年來，科學(xué)家通過簡單的水熱反應(yīng)及隨后的化學(xué)浴沉積方法，制備了三維分等級多孔碳酸鋁銨@氫氧化鎳（NH4Al（OH）2CO3@Ni（OH）2）核殼結(jié)構(gòu)纖維。電子顯微圖像表明，碳酸鋁銨（NH4Al（OH）2CO3）纖維的表面被相互連接且垂直生長的氫氧化鎳（Ni（OH）2）納米薄片完全覆蓋，形成有序的分等級多孔結(jié)構(gòu)[ 3 ]。請同學(xué)們推測這樣的物質(zhì)具有什么性質(zhì)，為什么？

5 ?教學(xué)反思

本節(jié)課設(shè)計了一系列學(xué)習(xí)活動，學(xué)生通過查閱資料、自制石墨和金剛石模型、以表演的形式來了解物質(zhì)的多樣性，形成結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途的觀念；通過活性炭性質(zhì)探究實驗的實驗設(shè)計，對比紅墨水實驗前后的變化，加深性質(zhì)決定用途的觀念；接著學(xué)生通過已學(xué)的知識進行分析歸納，自主建構(gòu)思維導(dǎo)圖，厘清知識之間的區(qū)別和聯(lián)系，引出大概念；最后通過后測試題來診斷大概念的遷移應(yīng)用。但是本課題組關(guān)于大概念的研究還處于摸索階段，教學(xué)中還存在著一些不足，例如：在探究活性炭的性質(zhì)實驗探究中，筆者沒有進行設(shè)計前的適時性的引導(dǎo)，以至于部分小組的現(xiàn)象變化的不是很明顯，這些都有待在后續(xù)的教學(xué)中進一步改善。

學(xué)科大概念不是由教師直接教出來的，而是需要教師通過不斷的教學(xué)實踐，挖掘教學(xué)內(nèi)容的本質(zhì)而凝練出來的。然后再思考如何通過大概念逆向設(shè)計出符合學(xué)生認知水平、具有知識層級結(jié)構(gòu)（從低階思維到高階思維）的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生在真實的情境中總結(jié)出具有普遍意義的大概念，進而利用大概念遷移到其它的化學(xué)知識中，這樣才能使得孤立的化學(xué)知識具有實際的意義，更能體現(xiàn)學(xué)科知識的功能性價值。

參考文獻：

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［3］ 鄭穎秋.分等級多孔結(jié)構(gòu)材料的制備及剛果紅吸附性能研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2019.