大概念教學(xué)背景下的高一化學(xué)緒論課

郭 科 胡源龍

（1.成都石室蜀都中學(xué) 四川 成都 611730；2.樹德中學(xué) 四川 成都 610074）

大概念是落實素養(yǎng)導(dǎo)向教學(xué)的重要抓手，圍繞大概念產(chǎn)生的單元整體教學(xué)也在實踐界得到廣泛開展。鄭長龍結(jié)合大概念的百年發(fā)展史指出，大概念是基于“少而精”的理念解決學(xué)生所學(xué)知識的“多”而“散”問題，起到概括與統(tǒng)攝作用［1］。劉徽就如何設(shè)計大概念教學(xué)時也指出，不論是教師還是學(xué)生，都需要具有“向外擴(kuò)展”的望遠(yuǎn)鏡思維，知道我們所要達(dá)到的愿景是什么；同時，我們還需要有“向內(nèi)深入”的放大鏡思維，能夠從宏觀的總體框架深入細(xì)致到具體內(nèi)容中的認(rèn)知與思維［2］。普通高中化學(xué)教科書必修第一冊的緒言是學(xué)生走進(jìn)高中化學(xué)的第一課，是我們給學(xué)生繪制高中化學(xué)藍(lán)圖的第一課，對學(xué)生大概念網(wǎng)絡(luò)的形成起定向和引導(dǎo)作用。只有讓學(xué)生明確了解藍(lán)圖中有哪些組件，組件與組件之間的關(guān)系是什么，如何實現(xiàn)藍(lán)圖等，他們才能在整個高中化學(xué)學(xué)習(xí)中始終知道自己要做什么，知道自己現(xiàn)在處于哪個環(huán)節(jié)，達(dá)成深度學(xué)習(xí)。

一、教材分析

化學(xué)學(xué)科大概念是以化學(xué)家為代表的科學(xué)共同體，在認(rèn)識和研究化學(xué)世界時逐漸積淀和凝練形成的，關(guān)于化學(xué)學(xué)科本質(zhì)特征、學(xué)科發(fā)展規(guī)律以及化學(xué)問題解決的思想觀點［3］。大概念教學(xué)主張用教材教，通過對教科書進(jìn)行文本分析可以發(fā)現(xiàn)，教材緒言部分傳遞出如下表1所示的一些大概念初認(rèn)識。

表1 教科書緒言文本所傳遞的大概念提煉路徑及大概念初認(rèn)識

二、教學(xué)目標(biāo)

（1）通過找尋鉆石和石墨中“同”與“不同”的規(guī)律，歸納概括化學(xué)研究中“同”與“不同”的規(guī)律，認(rèn)識化學(xué)學(xué)科的研究對象及特征；

（2）通過梳理探討各個階段的化學(xué)發(fā)展史及相關(guān)化學(xué)家的突出貢獻(xiàn)，知道科學(xué)研究是科學(xué)共同體的持續(xù)性行為，理解化學(xué)實驗和微觀探析之于化學(xué)研究的重要性；

（3）通過交流分享生活中的化學(xué)，意識到化學(xué)學(xué)科的價值，體會化學(xué)所帶來的使命感；

（4）通過分析交流化學(xué)家發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的方式方法，具備將這些思維方式融入到今后化學(xué)學(xué)習(xí)中的意識。

三、教學(xué)流程（見圖1）

四、教學(xué)實錄

1.我眼中的化學(xué)：化學(xué)學(xué)科概念

【教師提問】經(jīng)過初三一年的學(xué)習(xí)，大家對化學(xué)也有了初步的認(rèn)識，那大家眼中的化學(xué)是怎樣的呢？

【學(xué)生回答】化學(xué)實驗、美麗的化學(xué)物質(zhì)、記不完的化學(xué)方程式等等。

【教師引導(dǎo)】世界是紛繁復(fù)雜的，是變化多樣的，看似無法掌握，但我們也在其中發(fā)現(xiàn)了類似“日出東方而落于西”的自然規(guī)律?；瘜W(xué)作為一門自然科學(xué)也在致力于去揭示這個復(fù)雜世界中的規(guī)律。

【媒體呈現(xiàn)鉆石和石墨的圖片】

【教師提問】例如，大家在這兩張圖片中會發(fā)現(xiàn)怎樣的規(guī)律？

【學(xué)生回答】鉆石和石墨都是碳原子組成的。

【教師引導(dǎo)】這是大家在鉆石和石墨身上找到的共同規(guī)律，那它們是否又有所不同呢？

【學(xué)生回答】鉆石很硬，石墨卻柔軟脆弱。

【教師追問】這是為什么呢？

【學(xué)生回答】結(jié)構(gòu)不同所以性質(zhì)不同。

【教師引導(dǎo)】對比研究不同的事物時我們既關(guān)心它們相同的一面，也關(guān)注它們不同的一面。化學(xué)研究亦是如此，物質(zhì)都是由原子、分子構(gòu)成，但是它們的性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)化和應(yīng)用卻不同。但就像剛才的例子一樣，化學(xué)研究卻不止步于發(fā)現(xiàn)“同與不同”的表面規(guī)律，它更深入本質(zhì)的規(guī)律。

2.化學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)：化學(xué)學(xué)科發(fā)展

【教師引導(dǎo)】人類文明起源于火，燃燒也是人們最早利用的化學(xué)反應(yīng)。關(guān)于火中的經(jīng)驗規(guī)律自然也就成了人們首先關(guān)注到的內(nèi)容。大家想到火，會聯(lián)想到哪些關(guān)于火的規(guī)律呢？

【學(xué)生交流分享】火會發(fā)光、發(fā)熱；燃燒需要氧氣；木頭具有可燃性。

【教師引導(dǎo)】站在前人的肩膀上，我們輕而易舉地就獲取了這些規(guī)律，但回看歷史長河，規(guī)律的發(fā)現(xiàn)是那么的漫長與波折，卻又充滿趣味。

【媒體呈現(xiàn)陶器、青銅器及鐵器圖片】

【教師講解】大約一萬年前，人們發(fā)現(xiàn)用火燒某些泥土，可以制造出裝東西的容器。大約5500年前，人們將木炭和銅礦石放在一起燃燒，催生了冶銅的技藝。后來，又將木炭和鐵礦石丟在一起燃燒，催生了煉鐵技藝。

【學(xué)生練習(xí)書寫碳和氧化銅、一氧化碳和氧化鐵在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式】

【教師講解】邁過茹毛飲血，人們步入石器時代、青銅時代、鐵器時代，生活如此美好。統(tǒng)治者們不愿意接受死亡，也渴望更多的黃金，這時煉丹術(shù)和煉金術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，人們在無形中發(fā)現(xiàn)了更多物質(zhì)變化的奧秘，推動了化學(xué)學(xué)科的建立。

【媒體呈現(xiàn)火藥】

【教師講解】例如，人們將硫、硝和炭放在一起點燃，發(fā)現(xiàn)它會迅速噴出大量的火焰。我國四大發(fā)明之一的“火藥”，就是煉丹術(shù)對于世界文明發(fā)展的重大貢獻(xiàn)。此外，在葛洪的《抱樸子內(nèi)篇·黃白》中提到，“以曾青涂鐵，鐵赤色如銅。外變而內(nèi)不化也?！痹嗉戳蛩徙~。你能用化學(xué)方程式表示其中的原理嗎？

【學(xué)生書寫鐵和硫酸銅反應(yīng)的化學(xué)方程式】

微課是教學(xué)的輔助資源，要充分發(fā)揮它的功用，必須根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，聯(lián)系教學(xué)實際，科學(xué)地應(yīng)用在教學(xué)活動中，突出其實用性。以培養(yǎng)學(xué)生的平面設(shè)計能力為核心目標(biāo)的微課學(xué)習(xí)，通過教師精心設(shè)計教學(xué)過程，突出在教師指導(dǎo)下的學(xué)生感悟、探究，可以提升課堂的教學(xué)效果，從而形成符合蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校實際的、能促進(jìn)師生共同成長的課堂教學(xué)模式[3-4]。

【教師講解】在煉金術(shù)中，由于人們常常要將各種事物加以溶解，人們還發(fā)現(xiàn)了王水、硫酸等。15世紀(jì)，一位名叫瓦倫蒂諾的煉金術(shù)士發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硫黃和硝石一起燃燒時，會得到一種液體（硫酸），它具有溶解金屬的特性［7］。

【教師講解】17世紀(jì)中葉以后，英國化學(xué)家波義耳率先舉起大旗：“化學(xué)，不是為了煉金，化學(xué)應(yīng)該從煉金術(shù)中分離出來，它是一門獨(dú)立的學(xué)科?！被瘜W(xué)開始走上以科學(xué)實驗為基礎(chǔ)的發(fā)展道路。在后來的200多年里逐漸形成了獨(dú)立的學(xué)科體系。

【教師引導(dǎo)】很顯然虛無縹緲的仙丹和點石成金并沒有解決人們對燃燒本質(zhì)的疑惑，所以人們?nèi)匀辉谧巫尾痪氲匕l(fā)掘燃燒背后的規(guī)律，那波義耳是如何研究和看待燃燒的呢？

【化學(xué)史料：火微粒說】

波義耳首先把銅片放在曲頸甑里，然后封住管口，接著稱了一下它們的質(zhì)量，并把它們放在爐子上加熱。慢慢地，他發(fā)現(xiàn)原來閃耀著紫紅色光輝的銅片，漸漸地蒙上一層暗灰色的東西，最后，變成了黑色的渣滓。燒完后，他打開曲頸甑再去一稱，咦，銅片竟然變重了！這是為什么呢？波義耳想不通。接著，波義耳又拿了鉛、錫、鐵和銀進(jìn)行同樣的煅燒，結(jié)果還是一樣，金屬質(zhì)量還是增加了。他認(rèn)為這是因為有一種很特殊、很微小的火微粒跑進(jìn)了玻璃瓶與金屬化合，火微粒又是具有質(zhì)量的物質(zhì)，所以質(zhì)量增加了。后來，他便在他的論文中提出了“金屬+火微粒=金屬灰燼”的公式［8］。

【教師提問】波義耳為什么還要用鉛、錫、鐵和銀進(jìn)行同樣的煅燒？

【學(xué)生回答】會有偶然性。

【教師提問】那波義耳的實驗為什么沒能讓他發(fā)現(xiàn)燃燒的奧秘呢？

【學(xué)生回答】他把玻璃瓶打開再去稱重，空氣就跑進(jìn)去了。

【教師總結(jié)】波義耳發(fā)現(xiàn)金屬燃燒后質(zhì)量會增加。但是，他忽略了考察與金屬密切接觸的空氣的變化情況，這一觀察上的片面性，最終使他喪失了一次很好的在對火及燃燒現(xiàn)象的認(rèn)識方面取得突破的機(jī)會。但是，波義耳這種利用實驗來做研究的態(tài)度正是化學(xué)學(xué)科能夠發(fā)展到今天所不可或缺的。

【化學(xué)史料：燃素說】

“為什么木頭可以燃燒？石頭卻不能燃燒？”這又該如何解釋呢？18世紀(jì)時，興起了一種學(xué)說，叫做“燃素說”。燃素說認(rèn)為，物質(zhì)可以燃燒是因為物質(zhì)中含有“可以燃燒的要素”，稱為“燃素”，用公式來表示的話，就是“燃素+灰分=物質(zhì)”。木頭可以燃燒，是因為木頭由燃素和灰分所組成，燃燒時木頭釋放燃素，慢慢地隨著燃燒的進(jìn)行，木頭就只剩下灰分，這時就不再燃燒了。

【教師提問】那這種學(xué)說究竟是否合理呢？我們都知道，要證明自己是對的，必然需要證據(jù)的支持。請大家判斷當(dāng)時人們利用的證據(jù)是否合理？如果你身處18世紀(jì)，你會如何說服這些人呢？

證據(jù)1：人們觀察到蠟燭燃燒后變得越來越短，所以，人們認(rèn)為這是因為蠟燭里的燃素跑掉了。

證據(jù)2：有一天卡文迪許把鋅片和鐵片放進(jìn)稀硫酸中，他發(fā)現(xiàn)金屬在溶液中釋放出了大量的氣泡。人們說，這就是“燃素”。

證據(jù)3：燃素是沒有質(zhì)量的東西，所以金屬燃燒后質(zhì)量才會增加。

【學(xué)生回答】蠟燭燃燒變短是因為石蠟變成了二氧化碳和石蠟蒸汽跑了，所以，是錯的?？ㄎ牡显S發(fā)現(xiàn)的氣泡是氫氣，不是燃素。證據(jù)3的話，燃素沒有質(zhì)量，那金屬燃燒后的質(zhì)量應(yīng)該不變，所以，這句話本身就有錯誤。

【教師總結(jié)】同學(xué)們的分析都非常到位，當(dāng)時，燃素說的提出看起來很合理地揭示了蠟燭燃燒變短的秘密，解釋了為什么石頭不能燃燒的原因，就這樣，燃素說被人們所傳述，被寫進(jìn)教科書，統(tǒng)治著當(dāng)時的化學(xué)。所以，大家得意識到，證據(jù)這種東西只有和自己研究的問題相關(guān)，而且經(jīng)得起實踐檢驗才能作為證據(jù)。

【化學(xué)史料：氧化學(xué)說】

“物質(zhì)=燃素+灰分”，金屬燃燒后質(zhì)量應(yīng)該減輕才對，就算燃素沒有質(zhì)量，燃燒后質(zhì)量也應(yīng)該不變才對。為什么波義耳做的實驗結(jié)果卻表明質(zhì)量在增加呢？這一奇怪現(xiàn)象除了被大家所關(guān)注到外，也引起了很多化學(xué)家的思考，羅蒙諾索夫細(xì)細(xì)翻閱波義耳的論文，一行字忽然映入了他的眼簾：“在加熱兩小時后，打開曲頸瓶封閉的末端，外面的空氣就絲絲地鉆入瓶內(nèi)?！薄敖z絲地鉆入瓶內(nèi)”幾個字使他茅塞頓開，他大膽地判斷增加的質(zhì)量一定是鉆進(jìn)瓶子里空氣的質(zhì)量。他有了一個新的設(shè)想：如果加熱后不打開瓶蓋，質(zhì)量是不是就不會變化了呢？他也的確這樣做了，后來便發(fā)現(xiàn)了重要的質(zhì)量守恒定律，給了燃素說重要的一擊，物質(zhì)根本就沒有燃素，這一切都是空氣的原因［8］。

二百多年前，法國化學(xué)家拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分。他把少量汞放在密閉的容器里連續(xù)加熱12天，發(fā)現(xiàn)有一部分銀白色的液態(tài)汞變成紅色粉末，同時容器里空氣的體積差不多減少了1/5。他研究了剩余4/5 體積的氣體，發(fā)現(xiàn)這部分氣體既不能供給呼吸，也不能支持燃燒，他認(rèn)為這些氣體全部都是氮?dú)?。拉瓦錫又把在汞表面上所生成的紅色粉末收集起來，放在另一個較小的容器里再加強(qiáng)熱，得到了汞和氧氣，而且氧氣的體積恰好等于密閉容器里所減少的體積。他把得到的氧氣加到前一個容器里剩下的4/5 體積的氣體中，結(jié)果所得氣體跟空氣的性質(zhì)完全一樣［9］。就這樣燃燒的秘密終于被人們所揭開，而拉瓦錫所建立的燃燒氧化學(xué)說也得到了眾多化學(xué)家的認(rèn)可。

【教師講解】化學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)之旅遠(yuǎn)不止于此，1803年道爾頓提出了原子學(xué)說，1811年阿伏加德羅提出了分子學(xué)說，人們開始從更微觀的層面審視世界。

【介紹高中化學(xué)課程設(shè)置】例如，在必修第一冊，我們將從原子結(jié)構(gòu)角度揭示碳是怎么和氧氣發(fā)生反應(yīng)的，追溯一個碳原子為什么要和兩個氧原子結(jié)合成一個二氧化碳分子，而不是和一個氧原子結(jié)合？在必修第二冊里了解碳和氧氣反應(yīng)為什么會放出熱量。在選擇性必修一中發(fā)掘放出多少熱量，并認(rèn)識到物質(zhì)和物質(zhì)之間可以發(fā)生反應(yīng)的條件是什么。在選擇性必修二中領(lǐng)會“碳燃燒為什么會發(fā)出黃光，而不是綠光、藍(lán)光？”“為什么金剛石那么堅硬，而石墨卻那么柔軟脆弱？”在選擇性必修三中體悟碳元素在有機(jī)體中的重要作用。

【教師引導(dǎo)】化學(xué)的規(guī)律遠(yuǎn)不止于碳，也遠(yuǎn)不止于燃燒，隨著人們探索的深入，越來越多的元素被人們所發(fā)現(xiàn)，門捷列夫所建立的元素周期表向我們推開了化學(xué)世界的大門?；瘜W(xué)也逐漸枝繁葉茂起來，形成了無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)等學(xué)科門類。

3.化學(xué)規(guī)律的應(yīng)用：化學(xué)學(xué)科價值

【教師講解】我們發(fā)現(xiàn)規(guī)律，也在運(yùn)用規(guī)律。人們發(fā)現(xiàn)了燃燒的奧秘，推動了高效率熱機(jī)的出現(xiàn)，引發(fā)了工業(yè)革命，也推動了我們走出地球發(fā)現(xiàn)地外生命。1943年，我國化學(xué)家侯德榜發(fā)明了侯氏制堿法，并無私地奉獻(xiàn)給世界，推動了輕工業(yè)、冶金、石油等的發(fā)展。1965年，我國人工合成牛胰島素動物試驗獲得成功，創(chuàng)造了糖尿病史上的里程碑。2015 年，屠呦呦憑借“中藥和中西藥結(jié)合研究提出了青蒿素和雙氫青蒿素的療法”獲得諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎，青蒿素造福了飽受瘧疾侵害的人們。在你的生活中你還遇到過哪些與化學(xué)相關(guān)的事情呢？

【學(xué)生交流分享】

【教師總結(jié)】化學(xué)在我們的生活中扮演著重要的角色，因為化學(xué)，世界變得更美好。

4.化學(xué)規(guī)律的把握

【教師講解】化學(xué)的規(guī)律如此多，我們該如何去把握呢？回顧化學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)歷程，大家覺得化學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)具有怎樣的特征？

【學(xué)生交流討論】

【教師總結(jié)】我們不難發(fā)現(xiàn)，化學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了從經(jīng)驗定性到實驗定量發(fā)展，這啟示我們，學(xué)習(xí)化學(xué)也要注重實驗的重要性。此外，一開始人們只關(guān)注到燃燒的表面現(xiàn)象，后來發(fā)展到了原子、分子去揭示燃燒的秘密，這也啟發(fā)我們，學(xué)習(xí)化學(xué)需要透過現(xiàn)象看本質(zhì)，要宏觀和微觀相整合。當(dāng)然，化學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)也經(jīng)歷建立到打破再到建立再打破又建立的過程，這啟示同學(xué)們在化學(xué)學(xué)習(xí)中要敢于質(zhì)疑，勇于提出自己的觀點。最后，也希望大家不要忘記，規(guī)律既可以運(yùn)用于實踐，從實踐中我們也可以發(fā)現(xiàn)規(guī)律、把握規(guī)律。