大概念下的高中化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)主題式教學(xué)

寧雪婷

摘 要：大概念下的主題式教學(xué)，是高中化學(xué)教學(xué)改革后的一類全新教育模式，教師需要有目的、有針對性、有計(jì)劃地圍繞知識點(diǎn)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)式的課程體系，以知識概念為核心載體，創(chuàng)設(shè)適宜的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生在情境中理解概念，并將所學(xué)的知識在情境中應(yīng)用并解決問題。本文以“二氧化硫的性質(zhì)”的教學(xué)為例，設(shè)計(jì)了大概念統(tǒng)攝下的高中化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)主題式教學(xué)方案，輔助學(xué)生形成大概念下的科學(xué)思維，掌握探討問題的思路與學(xué)習(xí)化學(xué)知識的方法，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；大概念；微型實(shí)驗(yàn)；主題式教學(xué)；二氧化硫的性質(zhì)

新課標(biāo)中明確指出，新時代下的高中化學(xué)教學(xué)必須要重視學(xué)科大概念，教師要在教學(xué)過程中堅(jiān)持以學(xué)科大概念為統(tǒng)領(lǐng)，在學(xué)科大概念之下設(shè)立結(jié)構(gòu)化課程，確?；瘜W(xué)教學(xué)結(jié)構(gòu)能夠始終在學(xué)科概念的主題引領(lǐng)之下。同時，建立情境化的教學(xué)模式，將知識點(diǎn)及本課的重點(diǎn)教育目標(biāo)融入情境之中，引導(dǎo)學(xué)生在情境中探索知識、學(xué)習(xí)知識，以促進(jìn)化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的生成。

一、大概念下的高中化學(xué)教學(xué)優(yōu)勢及主題式教學(xué)模型

（一）大概念下的高中化學(xué)教學(xué)優(yōu)勢

在高中化學(xué)教學(xué)過程中，堅(jiān)持以大概念為核心統(tǒng)領(lǐng)，能夠提高學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握程度。教師需要圍繞該知識點(diǎn)的核心概念，設(shè)計(jì)具有層次性、邏輯性的教學(xué)活動。分析大概念之下的概念層級，并將其分配至各個教學(xué)活動之中，引導(dǎo)學(xué)生感受化學(xué)知識的生成過程。與此同時，教師還應(yīng)在課堂中為學(xué)生設(shè)計(jì)真實(shí)的情境，便于學(xué)生在情境之中理解抽象概念，借助真實(shí)的學(xué)習(xí)情境啟發(fā)學(xué)生的思維，讓學(xué)生從情境中出發(fā)，思考情境中存在的問題，并利用所學(xué)知識解決情境問題，以此培養(yǎng)學(xué)生對核心知識點(diǎn)的內(nèi)化及遷移能力。

在大概念統(tǒng)領(lǐng)下，教師能夠?qū)⑾鄬?fù)雜的事物，以簡潔、清晰的概念概括出來，并將其呈現(xiàn)在學(xué)生面前，配以真實(shí)的情境與靈活的教學(xué)活動，提高學(xué)生對概念的理解，并輔助學(xué)生建立起大概念統(tǒng)領(lǐng)下的系統(tǒng)化知識網(wǎng)絡(luò)體系，便于學(xué)生在腦海中生成邏輯清晰、簡明扼要的化學(xué)知識結(jié)構(gòu)。教師可以將諸多零散、瑣碎的知識點(diǎn)整合在一起，強(qiáng)調(diào)事實(shí)概念及學(xué)科知識之間的關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中領(lǐng)悟知識點(diǎn)的普遍意義，掌握在情境中應(yīng)用概念與知識遷移，解決情境問題或現(xiàn)實(shí)問題的方法[1]。

（二）大概念下的高中化學(xué)主題式教學(xué)模型

從教育角度上講，學(xué)科大概念是對知識結(jié)構(gòu)、知識概念之間關(guān)系的一種表述，能夠統(tǒng)領(lǐng)學(xué)科的整體知識。大概念在學(xué)科中某一領(lǐng)域中的體現(xiàn)，是基于既定事實(shí)及固有知識，產(chǎn)生的一類具有深刻內(nèi)涵的可遷移觀念，可以在一定程度上解釋領(lǐng)域內(nèi)事件或物體的組織結(jié)構(gòu)，并建立起對應(yīng)的知識模型。

高中化學(xué)中的主題式教學(xué)是一類以生為本的教學(xué)模式。在主題式教學(xué)中，教師會圍繞一個具體的知識點(diǎn)，為學(xué)生構(gòu)建一個具有社會意義的真實(shí)情境或教學(xué)主題，并帶領(lǐng)學(xué)生在真實(shí)情境下分析問題，利用學(xué)生所學(xué)的知識解決情境問題，以此開展有組織、有目的、有意義的學(xué)習(xí)活動。

建立在化學(xué)大概念下的主題式教學(xué)，則需要教師根據(jù)本課的主要教學(xué)內(nèi)容及章節(jié)核心概念，創(chuàng)設(shè)一個與現(xiàn)實(shí)環(huán)境有關(guān)聯(lián)的真實(shí)情境，例如化工行業(yè)生產(chǎn)情境、生活情境或化學(xué)實(shí)驗(yàn)情境等。隨后，根據(jù)本課的核心概念設(shè)計(jì)教學(xué)主題，將該主題下相關(guān)的各個小概念與其他知識圍繞著核心主題依次排列，并構(gòu)建起具有結(jié)構(gòu)性的知識框架。要求教師在安排教學(xué)活動時，將主題下的各個知識點(diǎn)分解并放置于各活動之中，并為學(xué)生設(shè)計(jì)合理的驅(qū)動性問題[2]。學(xué)生需要在教師的引導(dǎo)下思考，聯(lián)系新、舊知識，構(gòu)建起完整的知識框架，隨后利用知識與概念解決情境中的相關(guān)問題。課堂結(jié)束時，教師應(yīng)幫助學(xué)生梳理大概念下的化學(xué)知識結(jié)構(gòu)，使學(xué)生生成系統(tǒng)性的化學(xué)知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

因此，大概念統(tǒng)籌下的高中化學(xué)主題式教學(xué)，需要教師為學(xué)生設(shè)計(jì)真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問題，嘗試?yán)盟鶎W(xué)知識解決問題，在學(xué)習(xí)過程中，構(gòu)建學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，并以此形成學(xué)科大概念，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升[3]。

二、化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐意義

從本質(zhì)上講，高中化學(xué)課堂中的微型實(shí)驗(yàn)，要求教師在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，盡可能少地使用化學(xué)試劑或化學(xué)實(shí)驗(yàn)器材。通常情況下，教師組織的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用的化學(xué)試劑用量是正規(guī)實(shí)驗(yàn)用量的幾十分之一，但要確保實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴箤W(xué)生觀測到清晰的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得到直觀的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

在高中化學(xué)課堂中，設(shè)計(jì)主題式實(shí)驗(yàn)課堂能夠培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，提高學(xué)生在化學(xué)課堂中對化學(xué)知識探索的主動欲望，讓學(xué)生養(yǎng)成通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想的良好習(xí)慣，帶領(lǐng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)過程，并在實(shí)驗(yàn)過程中總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以此體驗(yàn)化學(xué)知識的生成過程，提高學(xué)生對化學(xué)知識的掌握程度及化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作技能。主題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠改變原有化學(xué)課堂中，由教師主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、學(xué)生觀察的被動式學(xué)習(xí)模式，能夠進(jìn)一步突出學(xué)生在化學(xué)課堂中的主體地位，符合新課標(biāo)對高中化學(xué)教學(xué)的要求。學(xué)生在親自動手、獨(dú)立操作的過程中，對化學(xué)實(shí)驗(yàn)及化學(xué)知識的了解會更加深入，可以有效改善高中化學(xué)教學(xué)質(zhì)量。而微型實(shí)驗(yàn)教學(xué)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)略有不同，將其應(yīng)用于高中化學(xué)主題式課堂的構(gòu)建之中，具備以下兩點(diǎn)優(yōu)勢[4]。

一方面，微型實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的主題式教學(xué)活動，符合現(xiàn)行的綠色環(huán)保化學(xué)理念，可以在一定程度上降低實(shí)驗(yàn)過程中的化學(xué)試劑消耗，也能夠減少環(huán)境污染。

另一方面，在高中化學(xué)課堂中帶領(lǐng)學(xué)生開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，通常會選用各類微型實(shí)驗(yàn)儀器。這類化學(xué)儀器的體積較小，在應(yīng)用過程中不易破碎，在實(shí)驗(yàn)中，也不易因?qū)W生的錯誤操作導(dǎo)致化學(xué)實(shí)驗(yàn)試劑泄漏等問題，能夠提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全系數(shù)，改善化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境[5]。

三、大概念統(tǒng)籌下高中化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)主題式課堂的構(gòu)建策略——以“二氧化硫的性質(zhì)”為例

（一）課程概念分析

“二氧化硫的性質(zhì)”這一內(nèi)容的學(xué)習(xí)，能夠幫助學(xué)生構(gòu)建起價類二維模型，并使學(xué)生掌握從價類二維角度入手研究物質(zhì)的方法以及解決現(xiàn)實(shí)問題的策略。在初中階段以及此前的高中化學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生掌握了基礎(chǔ)化學(xué)元素及化合物相關(guān)的知識，也知道了因二氧化硫形成的酸雨對人類生活產(chǎn)生的危害。此時，學(xué)生對化學(xué)元素及基礎(chǔ)的物質(zhì)分類、氧化還原反應(yīng)與離子反應(yīng)等基礎(chǔ)的化學(xué)理論知識，也有了初步認(rèn)識。這部分學(xué)生已掌握的舊知識，均能為本課探索二氧化硫的性質(zhì)提供理論依據(jù)。

在大概念視角下，教師需要將新、舊知識加以整合，設(shè)計(jì)循序漸進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的教學(xué)活動，帶領(lǐng)學(xué)生逐步探索二氧化硫性質(zhì)這一概念，并幫助學(xué)生掌握研究物質(zhì)基本性質(zhì)的方法。

（二）確定教學(xué)目標(biāo)

在全新的教育背景下，教師需要以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為根本。堅(jiān)持立德樹人的教育理念，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對學(xué)習(xí)化學(xué)必備知識及適應(yīng)社會發(fā)展的關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。

基于學(xué)科素養(yǎng)教育，教師設(shè)計(jì)了如下教學(xué)目標(biāo)：1.了解酸雨的形成過程與酸雨治理的基本原理，并立足于真實(shí)情境下，利用所學(xué)知識提出酸雨治理的方案，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。2.能夠完成教師設(shè)計(jì)的微型實(shí)驗(yàn)探究任務(wù)并觀察實(shí)驗(yàn)過程，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過研究并探索酸雨治理的方案，學(xué)習(xí)并總結(jié)二氧化硫的基本性質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)中積極創(chuàng)新思考，自主構(gòu)建創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)科學(xué)探究意識。3.根據(jù)教師設(shè)計(jì)的教學(xué)任務(wù)，自主構(gòu)建價類轉(zhuǎn)化及氧化還原這兩大化學(xué)學(xué)科的核心大概念。4.了解二氧化硫與酸雨之間的關(guān)系，在明確二氧化硫基本性質(zhì)的基礎(chǔ)上，討論二氧化硫在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，了解化學(xué)學(xué)科對人類社會科技發(fā)展創(chuàng)新的重要價值，能夠以辯證的眼光看待各類事物、物質(zhì)。

（三）規(guī)劃教學(xué)流程

在本課教學(xué)中，教師將酸雨設(shè)置為教學(xué)主題，設(shè)計(jì)了學(xué)科大概念下的微型實(shí)驗(yàn)主題式課堂，以酸雨的危害、酸雨治理及二氧化硫在現(xiàn)實(shí)生活中的基本用途為本課的主題線索，構(gòu)建了本課教學(xué)的真實(shí)生活情境。教學(xué)時，教師使用了問題驅(qū)動，帶領(lǐng)學(xué)生完成了二氧化硫及酸雨的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)探究，并從中引導(dǎo)學(xué)生思考酸雨的治理或解決方案，實(shí)現(xiàn)了生活情境與知識概念之間的轉(zhuǎn)化。在學(xué)生自主解決問題時，教師輔助學(xué)生構(gòu)建了硫元素及其化合物的價類二維模型，促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建價值類思維大概念。在探討酸雨治理方案的過程中，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納二氧化硫的基本性質(zhì)，并基于二氧化硫的性質(zhì)，帶領(lǐng)學(xué)生討論了二氧化硫在現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生以辯證的視角看待二氧化硫的兩面性，以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度。

（四）構(gòu)建教育活動

【生活情境導(dǎo)入】

在本課的教學(xué)伊始，教師為學(xué)生導(dǎo)入了生活情境，點(diǎn)明了“酸雨治理”這一主題。為后續(xù)引導(dǎo)學(xué)生探討酸雨治理的方案，并研究二氧化硫的基本性質(zhì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

教學(xué)時，教師利用媒體設(shè)備為學(xué)生播放了一段酸雨的視頻，并講解了酸雨的危害。隨后，教師向?qū)W生提出了問題，要求學(xué)生結(jié)合過去學(xué)習(xí)過的知識點(diǎn)思考酸雨是如何形成的、形成酸雨的主要物質(zhì)、如何解決酸雨等問題。

生1：導(dǎo)致酸雨形成的物質(zhì)是二氧化硫，在解決酸雨時，我們可以通過化學(xué)反應(yīng)將酸雨轉(zhuǎn)化為對人類生活及生態(tài)環(huán)境無害的物質(zhì)。

師：很好，那么請同學(xué)們認(rèn)真思考，以前我們學(xué)過二氧化碳是可以溶于水的，溶于水之后的二氧化碳可以與堿溶液發(fā)生反應(yīng)。二氧化硫是否可以這樣處理呢？

【微型實(shí)驗(yàn)1：探究二氧化硫氣體是否能溶于水與堿性溶液】

教師先為學(xué)生播放了二氧化碳?xì)怏w溶于水并與堿溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)視頻，引導(dǎo)學(xué)生使用類比思想，設(shè)計(jì)二氧化硫氣體的吸收實(shí)驗(yàn)。

在本課的微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，教師需要提醒學(xué)生，在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)注意避免二氧化硫氣體泄漏，造成氣體污染，并以此為前提，要求學(xué)生在小組內(nèi)討論并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。小組討論結(jié)束后，由每一組指派發(fā)言人分享組內(nèi)設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)流程，由教師及其他同學(xué)評價并提出更改建議，逐步完善實(shí)驗(yàn)方案。

最終，學(xué)生達(dá)成一致，在實(shí)驗(yàn)中，使用注射器分別吸取定量的水和堿性氫氧化鈉溶液，再將液體依次注入裝有二氧化硫氣體的瓶中，以此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀查實(shí)驗(yàn)的過程，并分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在裝有二氧化硫氣體的礦泉水瓶中，注入水后礦泉水瓶變癟，再次注入堿性氫氧化鈉溶液后，水瓶癟得更加嚴(yán)重。由此確定了二氧化硫氣體可以溶于水與堿性氫氧化鈉溶液。

【微型實(shí)驗(yàn)2：酸雨治理】

由教師引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)的基本構(gòu)成元素及類別角度入手，分析并討論酸雨的治理方案，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)微型實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證酸雨治理的方案是否可行。

根據(jù)微型實(shí)驗(yàn)1觀測到的結(jié)果，教師對學(xué)生進(jìn)行提問：我們已經(jīng)證明了二氧化硫氣體能夠溶于水與堿性溶液，那么在這一過程中是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，酸雨中的二氧化硫是否被中和掉了呢？請大家再次設(shè)計(jì)微型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

此時教師依舊引導(dǎo)學(xué)生在小組討論中分析實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，以激發(fā)學(xué)生的自主探索意識及創(chuàng)新探究能力。

學(xué)生決定，分別向存有紫色石蕊溶液以及存有酚酞的氫氧化鈉溶液中，注入等量的二氧化硫氣體，隨后觀測石蕊溶液及含有酚酞的氫氧化鈉溶液的變色情況，從而確定了二氧化硫在溶于水及氫氧化鈉溶液后，確實(shí)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。以此驗(yàn)證并推導(dǎo)出了二氧化硫與水反應(yīng)及與堿性溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式。以微型實(shí)驗(yàn)2驗(yàn)證了酸雨治理方案的可行性，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探索意識及其創(chuàng)新精神。

教師根據(jù)上述兩個實(shí)驗(yàn)，帶領(lǐng)學(xué)生分析并討論二氧化硫的基本性質(zhì)，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)中觀測到的現(xiàn)象及最終得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，歸納并整理本課微型實(shí)驗(yàn)中所學(xué)到的化學(xué)知識。在帶領(lǐng)學(xué)生推導(dǎo)二氧化硫反應(yīng)方程式的過程中，教師還應(yīng)該為學(xué)生建立同價態(tài)硫元素及其化合物的轉(zhuǎn)化認(rèn)知模型，幫助學(xué)生構(gòu)建起有關(guān)“物質(zhì)類別轉(zhuǎn)化”的學(xué)科大概念。

【微型實(shí)驗(yàn)3：探索二氧化硫的氧化性與還原性】

教師導(dǎo)入了問題情境：某市采集到了酸雨樣品，工作人員每隔一段時間便對其pH值進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)隨著時間的遞增，酸雨的pH值會逐漸增大。

由問題情境引導(dǎo)學(xué)生驗(yàn)證二氧化硫的還原性特征。教師帶領(lǐng)學(xué)生使用注射器抽取少量二氧化硫氣體，并將其分別推入紫色高錳酸鉀溶液、橙色溴水溶液以及裝有硫化氫氣體的礦泉水瓶中，帶領(lǐng)學(xué)生觀測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以此推導(dǎo)出二氧化硫的氧化性及還原性特征。

在這一階段，教師帶領(lǐng)學(xué)生從物質(zhì)的氧化還原視角，研究了該物質(zhì)的基本性質(zhì)，以此構(gòu)建了氧化還原觀念與價態(tài)轉(zhuǎn)化的學(xué)科大概念。

【小結(jié)】

在本課最后，教師要求學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際，根據(jù)本課得出的二氧化硫基本性質(zhì)分析二氧化硫在日常生活中的應(yīng)用方式，讓學(xué)生進(jìn)一步了解二氧化硫在社會中的應(yīng)用價值，使學(xué)生以辯證的眼光看待問題，同時，也能加強(qiáng)化學(xué)學(xué)科與生活之間的聯(lián)系，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成正確的知識遷移能力，使學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的化學(xué)知識解決現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)問題。

結(jié)束語

在大概念統(tǒng)籌下，設(shè)計(jì)主題式微型實(shí)驗(yàn)課程，能夠提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神及創(chuàng)新意識，提升學(xué)生在真實(shí)的情境下分析問題的能力，使學(xué)生掌握化學(xué)知識的本質(zhì)，并建立起結(jié)構(gòu)化的化學(xué)知識體系，以促進(jìn)化學(xué)知識的正向遷移及應(yīng)用。因此，教師需要分析課程概念，隨后設(shè)計(jì)合理的教學(xué)結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中主動探索、主動思考，自主完成微型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)操作，在實(shí)驗(yàn)中歸納并整理出知識點(diǎn)，在系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程中，構(gòu)建學(xué)科概念，并養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

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