“金属和金属材料”单元核心概念建构及备课研究

陈美钗 吴新建 张贤金

摘要： 化学核心概念具有统领具体概念和事实概念的作用。化学教学可以通过单元整体备课，提炼化学核心概念，有效促进学生化学核心概念的建构。在九年级化学“金属和金属材料”的单元教学中，依据《义务教育化学课程标准（2011年版）》，理解、重整教材内容，提炼单元核心概念，以概念的理解、形成设计课堂教学，运用灵活多样的教学方式，帮助学生通过具体的元素化合物知识的学习，理解有关物质组成、性质、变化的相关概念，认识组成结构决定性质、性质决定用途及物质变化的内在原因，了解反应条件对化学变化的影响，培养学生的学科核心素养。

关键词： 核心概念; 单元整体备课; 金属和金属材料; 化学学科核心素养

文章编号： 1005-6629（2019）11-0034-05            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

核心概念（即大概念）是人们在探究物质及其变化本质的过程中所形成的高度抽象的思维产物，它具有统领具体概念和事实概念的作用[1]。核心概念的形成，可以帮助学生在学习中举一反三，迁移应用所学知识。学生学到的有限知识通过核心概念的桥梁，可以延展到未知的新领域，解决新的问题;可以开阔认识视野，提升对物质及其变化的认识，对教学极具价值。在初中化学教学中，要帮助学生形成化学核心概念，要以课程标准为指导，注重单元整体备课，对教学单元（或主题、领域、模块、学期教学内容或学段教学内容）进行整体性设计。单元整体设计要以系统论为指导，突出知识的建构过程。

《义务教育化学课程标准（2011年版）》中有关“金属和金属材料”的内容，分散于主题二“身边的化学物质”中的“金属与金属矿物”和主题四“物质的化学变化”中的“认识几种化学反应”，其教学要求详见《义务教育化学课程标准（2011年版）》[2]。如何将该主题多且零碎的内容整合在核心概念的主线之下，帮助学生形成结构化的、相对完整的认知体系，是培养学生化学学科核心素养必须解决的问题。为了探索基于学科核心概念（大概念）建构下的单元整体备课，笔者在人教版九年级《化学》“金属和金属材料”单元的备课中，带领教师研究教材，提炼单元核心概念，并以单元概念的建构为中心，对“金属和金属材料”相关内容进行整合，研究如何设计课堂教学，帮助学生建构化学核心概念。

1  “金属和金属材料”单元核心概念的提炼

1.1  课程标准分析

从课程标准的教学要求来看，本单元知识的学习，强调学生从生产生活与物质变化的视角认识“金属”。一是从已有的知识和经验出发，了解金属在生活、生产、科技、国防等方面的广泛用途，认识金属的物理特性及与用途的关系;二是通过实验与探究归纳总结金属的化学性质的相似性与差异性，并建立起置换反应的概念，丰富对化学反应类型的认识，建立起分类研究物质和化学反应的观点，并认识到学习化学有助于科学认识和利用物质并创造人类所需的具有不同功能的物质;三是在金属材料和合金的资料阅读基础上，认识常见的合金及其应用，感悟合金组分的改变将影响其物理性能，进一步深化对“物质组成结构决定性质”的认识。教材以“铁的冶炼”为例，让学生了解工业获取金属单质的方法与原理，人们可以利用化学方法实现物质转化并获得新物质;感悟人们可根据元素的存在形态选择其获取方法，指导工业生产和合理利用资源，建立科学的元素观、物质转化观及合理利用自然资源的意识，以增强学习化学的责任感。“金属资源的保护”中基于化学原理角度，学习如何科学地使用、保存金属材料，认识化学如何指导人们正确利用物质、合理利用资源。

1.2  教学内容与目标分析

该单元围绕金属的性质、冶炼、用途、金属的腐蚀与防护展开，简单介绍了合金、废金属的回收利用。内容涉及金属活动性、置换反应、铁生锈的条件等，要求帮助学生初步认识物质的性质与用途、化学反应的条件、现象和反应类型，建立有关概念，并了解各知识点与概念间的关联。

1.3  单元核心概念及其内涵

依据课程标准的学习要求，本单元的核心概念分为两块： 一是关联性视角认识物质。认识物质的组成与结构、性质、用途、制备与转化及四者之间的相互关系[3]。能从物质的组成构成、性质（物理性质、化学性质）、制备（获得途径）、用途等方面认识物质及它们间的关联。组成、结构决定物质性质与获取途径，性质决定用途、物质性质反映物质的组成和结构特征，从物质的获得途径可以推测物质的组成结构特点。本单元以金属的物理性质与化学性质、金属的用途与防护、合金、金属的冶炼等知识为载体，帮助学生从不同视角认识和研究物质;二是多维度定性认识化学变化。能从化学变化的物质、条件、现象、反应类型和能量变化等五个维度对化学反应进行完整描述[4]。以铁的冶炼知识为载体，帮助学生认识“基于物质性质和变化实现物质制备”，体会化学变化的价值。通过金属活动性顺序判断置换反应能否进行，帮助学生理解化学变化的条件与规律性。铁在氧气中燃烧的生成物与铁制品锈蚀的生成物不同，说明化学反应条件不同引发产物的不同，帮助学生了解可操纵反应条件、控制化学反应得到不同的产物。置换反应比化合反应和分解反应更为复杂，是从物质分类的角度对化学反应进行分类，丰富了对反应类型的认识。通过实验收集反应的证据，学习基于证据进行推理，帮助学生体会化学变化的现象与本质的联系，即内因与外因的关系。

核心概念的结构是单元教学的核心和枢纽。它将“金属和金属材料”单元教学目标和教学内容紧紧地关联在一起。它们之间的相互关系可用图1表示。

图1  “金屬和金属材料”单元核心概念与教学目标和教学内容关系图

2  “金属和金属材料”单元核心概念建构的教学设计

促进学生化学核心素养发展，需要通过单元教学实施[4]。厦门市湖里中学化学备课组在“金属和金属材料”的单元教学备课中，通过设计单元各课时教学，以“基本理解”“基本问题”和“活动设计”为重点，实现“基本观念”的建构;以“素养评价”为测试方式，促进核心概念的形成，有效地实现课程、策略与评价三者间相匹配，发展学生“关联性视角认识物质”和“多维度定性认识化学变化”的认识素养。为此，我们构建了以单元核心概念为中心的教学六环节模式（简称“一中心六环节”单元设计），其基本结构是： 教师基于课程标准和教材内容的理解，提炼单元核心概念，在对教材事实性文本内容进行分析的基础上，将核心概念转化成基本理解;参照学生的前概念和学习障碍，设计学习的基本问题;基于问题设计教学策略，组织学生开展学习活动，建构学科基本观念和学科思想;利用所学的化学知识，运用化学学科独特的思维方式解决真实情景中的实际问题。其思维导图如图2所示。

图2  “一中心六环节”式单元教学设计思维导图

[环节一]“教学六环节”的起点在于对教材文本知识内涵的理解。本单元的文本知识可归纳成三个课题。课题1： 金属材料，其内容包含： （1）金属材料的重要应用;（2）金属物理性质的共性与特性;（3）合金;（4）物质组成结构与性质、用途的关系;（5）物质性质在很大程度上决定物质用途，还要考虑可行性。课题2： 金属的化学性质，其内容包含： （1）金属化学性质;（2）金属活动性有差异;（3）从类属角度进行学习，初步意识到从相似性和差异性认识物质;（4）金属化学性质决定金属的用途;（5）比较和归纳，可较全面地认识同类物质性质的共同点与个体的差异;（6）物质变化的内因与变化条件的关系。课题3： 金属资源的利用和保护，其内容包含： （1）建立基于元素找资源、基于物质性质和变化制备物质的认识思路;（2）通过CO还原Fe2O3实验，认同探究活动的基础和保障;（3）通过金属冶炼原理的学习，感受化学促进社会发展的价值;（4）结合金属锈蚀的危害，体会研究金属锈蚀和防护方法的意义;（5）树立珍惜资源、爱护环境、合理使用化学物质、关注社会、主动参与决策的意识。通过归纳和分析，提炼出单元核心概念，即“从关联性视角认识物质，从多维度定性认识化学变化”。

[环节二]确立本单元的核心概念后，基于学科认知，结合单元教学内容和学生认知水平将核心概念的含义用概括性的语言表达出来，形成基本理解，帮助学生在学习活动中逐渐形成下列基本认识： （1）关联性视角认识物质： 物质的结构决定物质的性质;物质的性质在很大程度上决定物质的用途，物质的合理利用还应综合考虑各种因素，物质的用途体现物质的性质;物质的利用具有两面性，要合理利用资源;同类物质存在共性和个体特性;（2）多维度定性认识化学变化： 化学反应具有规律性，置换反应是其中的体现之一;根据物质性质和变化实现物质的制备;实验是获得证据的重要手段，物质的性质及变化规律需要通过化学事实证据进行推理。

[环节三]基于教师对单元整体教学目标的基本理解，开展符合学生认识发展逻辑的基本问题设计。如： （1）已知金属的用途，总结金属的物理性质;联想金属的用途体现金属的哪些性质？（2）物质性质在很大程度上决定了物质的用途，但还应考虑哪些因素？（3）纯铁有何不足之处？铁中加入何种元素可改变其性能？（4）金属作为一类物质，化学性质有相似性吗？（5）镁、锌可以和酸反应，其他金属也可以和酸反应吗？（6）金属和盐溶液反应体现了金属的化学性质，这与金属活动性的差异有关吗？（7）从反应物和生成物的物质类别角度分析，金属与酸反应有何特点？（8）自然界中的金属有无自然存在的纯净金属？若有，举例说明;金属在自然界中的存在状态可能与什么因素有关？（9）如何选取合适矿石用于冶炼铁，选取标准是什么？观察氧化铁与铁的化学式，观察组成上的差异，如何实现氧化铁转化成铁？（10）如何实现CO冶炼铁的绿色化？（11）铁制品锈蚀的条件有哪些？对防止铁制品锈蚀有何建议？（12）怎样保护金属资源？等等。

[环节四]有了基于学生认知发展逻辑的单元整体教学的基本问题，教师再考虑能呈现学生认知发展逻辑、建构概念的教学活动设计，为学习者提供一个参与讨论、实验、亲身经历活动的机会，帮助学生在活动与思维中获得感悟。比如： （1）列举所知金属的应用，交流讨论，总结金属的主要物理性质;（2）讨论物质利用要考虑哪些因素;（3）分组实验： 合金与纯金属的比较;（4）根据铁的化学性质的认知，预测陌生金属是否具有类似性质;（5）分组实验： 用酒精灯加热铜丝和铝箔;（6）实验探究、归纳金属化学性质，体会几种金属的活动性差异;（7）观察金属与酸反应的化学方程式的特点，形成置换反应概念;（8）利用置换反应解释生产、生活现象;（9）探究金属活动性顺序，并用其认识和判断常见的置换反应;（10）觀察常见金属矿石图片，引导从元素找资源，从物质性质找物质的制备方法;（11）观察与思考CO还原Fe2O3的实验;（12）做铁钉锈蚀条件的探究实验，每天观察铁钉锈蚀现象（约一周），认真做好记录并与同学交流;（13）根据铁制品锈蚀条件，交流防锈措施。

[环节五]学生活动的设计目标指向化学基本观念的形成。包括： （1）初步形成“物质的性质在很大程度上决定物质的用途，物质的用途体现物质的性质”，善于将用途与性质联系起来，形成从化学的视角分析生产、生活中的现象的意识;（2）从化学的视角认识资源，建立基于元素找资源、基于物质性质和变化制备物质的认识思路;（3）体会物质变化的内因与变化条件的关系;（4）化学实验和科学探究是研究物质性质的重要手段，通过比较和归纳，可以比较全面地认识同类物质性质的共同点与个体差异;（5）认同安全规范操作和不污染环境是探究活动的基础和保障。

[环节六]基于课程目标和教学策略两方面进行素养评价。包括： （1）通过纸笔测验和访谈等形式，从学生认识结果对其认识方式（认识能动性、广度、深度、有序性）加以评价;（2）通过测试，从学生认识方式评价其认识结果。由此回归至本单元整体的核心概念之中，形成教学逻辑的一个闭合回路。

3  结论与讨论

“金属和金属材料”属于“身边的化学物质”主题的学习内容，不仅承载着具体元素化合物知识的学习，还承载着思路、方法、探究能力以及化学与社会关系的认识功能[5]。开展“一中心六环节”式单元整体教学设计，较以往的教学设计更有深度、更有效率。下面从教师和学生发展的角度作一些讨论。

首先，有利于提升教师的学科认知，促进教师的专业成长。2017年厦门市湖里中学化学备课组开展“一中心六环节”式单元整体教学设计的备课模型的教学实践，在与备课组教师交流教学体会时，同行们纷纷表示，之前真不知道“金属和金属材料”的知识背后有思想、有灵魂，之前的教学主要是罗列物质的组成、性质、变化和用途等，现在通过挖掘教材内容的教育价值，从类属的角度系统开展金属的性质、冶炼、应用与保存等方面的学习，是帮助学生建立并完善“物质的性质决定用途、制法与保存”学科基本思想的重要载体;系统地学习一类物质，将引导学生采用对比的研

究方法，开展以单元核心概念为统领对教学内容和素材资源进行整合的教学，可让学生获得较完整的教育（即包含事实性、概念性、方法性和价值性知识的教育），实现化学课堂教学的育人功能，使化学学科核心素养得以培育和发展。

其次，通过单元的学习，学生普遍反映，学习不仅仅是记背了一些化学知识，还可以展开丰富的联想与推理探索。可以依据物质性质联想物质的用途、制备、保存等;遇到陌生物质时可以先确定物质的类别，根据代表物类比的思路，推测陌生物质的性质，为学习物质的性质带来便捷，减轻了学习负担。可見，“金属和金属材料”单元核心概念建构及备课的研究与实施，能有效地帮助学生建立认识物质的模型，较好地实现学科理解、迁移应用和实践创新。

综上所述，要有效完成基于单元备课促进化学核心概念建构的教学，必须加强对化学学科的理解。所谓学科理解，其本质是建立起富有学科特点的审视认识对象、分析与解决问题的思维，以及在学科思维指导下建构起来的对学科本原性、整体性的认识。从学科认识论的角度来讲，核心概念是一种学科的思维方式，是一种认识武器，是学生认识世界的“眼光”“心态”和“尺度”。开展单元整体备课能够促进化学核心概念的建构，而“站在整个单元甚至整册教材高度上”的基础就是对学科的基本理解。化学教师对化学学科应有的基本理解，包括化学学科研究的基本问题、独特的视角、学科基本任务、学科研究的方法以及学科思想观念等[6]。

参考文献：

[1]温·哈伦. 韦钰译. 科学教育的原则和大概念[M]. 北京： 科学普及出版社， 2011.

[2]中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准（2011版）[S]. 北京： 北京师范大学出版社， 2012.

[3]胡久华. 化学课程与学生认识素养的发展[M]. 北京： 北京师范大学出版社， 2011.

[4]罗滨. 初中化学教学关键问题指导[M]. 北京： 高等教育出版社， 2015.

[5][6]陈美钗， 吴新建， 张贤金. 基于化学科学本质理解的教学实践与反思[J]. 教学与管理， 2016， （16）： 70～73.