以概念发展史为主线的高中化学概念教学实践研究

摘 要：科学概念是化学学习中的重要部分，而它的抽象和晦涩使得概念教学一直是个难题。本文以2019版苏教版必修《第一册》中“电解质”教学为例，尝试以概念发展史为主线，在“教、学、评”一致性理念指导下，构建以培养核心素养为目标的概念教学模式，试图实现概念教学由“知识本位”向“素养为本”的转化。

关键词：“教、学、评”一致性;概念发展史;科学概念;电解质

注重“教、学、评”一致性能提高课堂教学的有效性，促进目标达成度的实现。我国著名的物理化学家傅鹰曾提出“化学教育给学生以知识，化学史教育给学生以智慧”[1]。概念发展历程与学生认知过程存在一定的相似性，如何结合概念发展史，有效使用发展史上的“困惑”和“解惑”，合理设计教学与评价目标，在课堂中有效实施“教、学、评”一致性，促进学生对概念本质和科学发展规律的认知，是一个值得深入研究的课题。本文以苏教版《必修1》中“电解质”教学为例，基于“教、学、评”一致性视角，探讨以概念发展史为主线的化学概念教学相关问题，并提出相应的教学反思与建议。

一、问题的提出

一些概念单从字面理解，会出现干扰。如电解质，学生常常与“电”联系在一起，书写电离方程式时常常加上“通电”的条件。目前教材中对电解质的定义为：在水溶液里或熔融状态下能够导电的化合物叫作电解质。而电解质概念的认识过程，通常也是通过导电的现象来证明电解质在溶液中发生了电离，这使得学生在初次接触“电解质及其电离”就会有一些混淆的地方。而“电解质”的起源确实与“电”有着很大的关联。只是随着科学的发展，与最初的含义有了变化[2]。“电解质”电离的研究，开始于法拉第时代，法拉第用铜币、镍币和浸过食盐水的湿纸做成电堆，把从电堆两极引出的导线插入澄清的硫酸镁溶液中，他发现不仅溶液能导电，2个导线上有大量气泡产生，随后溶液变浑浊，他把这种电流能使化合物分解的现象称为电解，像硫酸镁這样通电可能分解的物质称为电解质[3]。随着科学家的进一步研究，阿累尼乌斯通过研究发现：“电解质”在通电前就已经在水溶液中发生了离解，电离并不需要电流[4]。但是由于历史的原因，“电解质”这个名字却保留了下来。如果学生了解“电解质”发展史，则字面的误解也将随之解开，同时也体会了科学研究是一个发现、验证、修缮的过程。

科学家在研究过程中会存在“误区”，往往也是老师和学生可能存在的“误区”，而“误区”的存在往往又是教学中学生思维提升的有力抓手。同时，教学中有效呈现概念历史发展历程，能让学生充分认识概念的本质来源与意义，能自我消化一些字面干扰，同时能有效地引导学生对同类事物的共性进行抽象和概括，更发展了学生探索未知的能力，培养了学科素养。

二、“教、学、评”一致性的概念教学与评价模型

通过查阅文献，科学概念发展史可归纳为五大部分，即概念的起源、概念的新发现、新发现的探索、新概念的构建，以及概念的价值。“教、学、评”一致性理念总体体现以下三点：（一）如何计划和传递教学内容;（二）怎样根据内容特点设计评价标准;（三）怎样确保教学目标、教学与评价三者一致。结合概念发展史五大部分及学生思维构建一般规律，以“教、学、评”一致性理念为指导，笔者初步设计了以概念发展史为主线的教学与评价模型，如表1所示。

三、“教、学、评”一致性的概念教学与评价思路的实施与应用

（一）制订教学目标与评价目标

科学合理的目标是进行“教、学、评”一致性概念教学的前提和保障[5]。“电解质及其电离”是贯穿初高中化学的重要知识，是理解酸、碱、盐归类的本质及其在溶液中的行为的重要基础，也是发展学生宏观辨识与微观探析的认知起点。电解质的教学在高中分成两个阶段，深度和广度呈现螺旋式上升。

结合基本学情，对于必修阶段制订的教学与评价目标为：

1.通过化学史中科学研究观点的争端，以此引发学生思考、探究，诊断并发展学生质疑精神，以及探索未知、崇尚真理的意识。

2.通过实验展示、史料证明，以及微观动画模拟，从宏微观角度了解电离过程，落实宏微观相结合的学科思维，诊断并发展学生宏微观结合的认知水平和证据推理及模型构建的能力。

3.从生产、生活相关问题联系“电解质”的应用，体会概念的价值，诊断并发展学生科学精神与社会责任感，以及对学科价值的认同感。

（二）确定教学思路

结合教学与评价目标，以“电解质”概念发展史为主线的“教、学、评”一致性教学思路为：

环节一：介绍“电解质”由来（任务1：阅读化学史了解“电解质”的由来。）

环节二：引入电离理论争端（任务2：思考离子的产生是否需要电。）

环节三：探究“电解质”电离本质（任务3：通过实验、史料及动画模拟探究电离本质。）

环节四：构建“电解质”模型（任务4：整理概括，提炼“电解质”概念，构建“电解质”模型。）

环节五：体会“电解质”社会价值（任务5：回答“电解质”有关问题，体会“电解质”社会价值。）

四、重要教学片段展示

环节三：探究电离原理及“电解质”本质

【学习任务1】：探究“电解质”电离的自发性。

【评价任务1】：诊断并发展问题解决分析的能力及敢于质疑、不断思索的意识。

【实验展示】：锌与盐酸反应、锌与稀硫酸反应均产生氢气。

【提出问题】：结合酸的定义及实验现象，得出什么结论？

【学生】：酸溶液中都有H+。

【明确结论】：因此，大家认为离子的解离需不需要电流？

【学生】：溶液中离子的解离不需要电流。

【资料展示】：当时由于法拉第的权威，拉乌尔无法撼动他的观点，直到科学家阿伦尼乌斯（Svante August Arrhenius）得到实验结论：“纯水不导电，氯化钠固体不导电，而盐水就可导电”，之后他公开提出了电离学说，最终在奥斯特瓦尔德和范霍夫的支持与帮助下，结束了电离理论的争端，也因此获得诺贝尔化学奖。

【总结分析】：离子在水溶液中的解离过程也被称作电离，为什么不需要“电”，名称中都带着“电”呢，其实是电离理论的发展离不开电化学的发展。

【情感提升】：我们意识到科学研究是一个不断发展的过程，而这个发展的动力就是源于科学家们不懈的思考，希望通过今天的学习，能激起大家投入科学事业，创造新的方法和理论的激情，将来为科学事业尽一分力量。

【学习任务2】：探究电解质电离的能源来源。

【评价任务2】：诊断并发展宏观认识与微观辨析，以及证据推理的能力。

【提问】：请大家再阅读科学家阿伦尼乌斯的实验结论和观点，思考NaCl电离出Na+和Cl-的能源来自哪里？

【学生】：是不是水分子使NaCl电离出Na+和Cl-。

【动画展示】：氯化钠溶解及电离的动画。

【学生】：观看。

【微观分析】：Na+和Cl-之间存在静电作用，固态时由于该作用力，彼此稳定存在，也无法移动，因此大家知道固态NaCl不导电。而溶于水的过程，在H2O分子的作用下，破坏了两者间的作用力，并且Na+和Cl-与水分子之间形成新的作用力，同时也“自由”了，因此NaCl溶液可以导电了，当然这个过程涉及了微粒间作用力的破坏与生存，其实涉及了能量的消耗与释放。

【提出问题】：再请大家思考，盐酸中的HCl在水中产生H+和Cl-的能量来源于哪里？

【学生】：思考。

【图片展示】：HCl在水中的电离示意图。

【学生】：观看讨论。

【总结分析】：尽管氯化氢本身不存在离子，进入水中时，在水分子的作用下，电离出了H+和Cl-。

【知识提升】：水中其实也存在电离，水中有微量的H+与OH-共存。

【动画展示】：H2O的电离过程。

【学生】：观看。

【知识补充】：上述过程涉及了水合离子，在我们的学习过程中，为了简便，都简化为了简单离子，如H3O+简化为了H+。

【提问】：请大家解释葡萄糖、乙醇等水溶液为什么不导电？

【学生】：他们不能在水分子的作用下电离出离子。

【总结分析】：大家可以从微观的角度理解电解质在水溶液中的电离原理。在初学阶段，大家可以根據物质在水溶液中是否能电离进行归类总结，如：酸、碱、盐、水可以电离，大多数有机物不行。

【学习任务3】：完善电解质概念。

【评价任务3】：诊断并发展宏微观相关联的认知能力及相关知识的认知水平。

【资料展示】：1913年，英国物理学家威廉·亨利·布拉格（William Lawrence Bragg）利用X射线衍射法测定氯化钠和氯化钾的晶体结构，证实了像氯化钠这样的盐类化合物是由离子构成的。而在19世纪初，科学家戴维（Davy）已经发现熔融的盐和碱是很好的导体。

【学生】：阅读资料。

【提问】：除了水溶液，还有什么状态物质可能导电？

【学生】：熔融状态。

【图片展示】：氯化钠晶胞结构。

【视频展示】：熔融态氯化钠导电视频。

【追加问题】：为什么熔融态的NaCl可以导电了？

【学生】：加热破坏了离子之间的作用力，产生了自由移动的离子。

【原理分析】：加热至熔融态，破坏了Na+与Cl-之间的作用力，使离子“自由”了，也就是NaCl发生了电离，产生自由移动的离子，从而可以导电，电离的能源来源于外界的加热。

【知识补充】：加热只能使本身由离子构成的物质电离出自由移动的离子，加热不能使像HCl这样由分子构成的物质或原子构成的物质产生离子。

五、教学实践反思

结合课堂的实施与反馈，基于“教、学、评”一致性视角，以概念发展史为主线的概念教学，相较于传统的教学，有以下优点：

（一）提升了学习兴趣

传统“电解质”教学往往在“水溶液”“熔融状态”“是否本身电离”等角度进行大量习题的训练，打击学习积极性和兴趣。而发展史的呈现，有叙述、有悬疑、有探索、有总结，更加注重了思维，减弱了记忆的成分。

（二）减少了“迷思概念”的困扰

“迷思概念”是指个人结合原有知识体系对现有知识产生的偏差理解，如通过“电解质”概念的理解得出“电解质”的电离需要通电等。以概念发展史为主线的教学，老师先明确了“迷思概念”可能产生的缘由，就能在教学方向上把控“迷思概念”的产生。

（三）开拓了学生的视野与思维

概念发展史是科学研究多方面结合发展的缩影，也是多学科知识与技术的融合体。以概念发展史为载体的概念学习，不仅可以掌握概念本身所体现的内容，同时也获得了其他相关知识的普及，为培养综合型人才奠定基础。

当然，应注意以下三个方面：

1.发展史的呈现要符合学生认知

概念的发展是一个复杂又逻辑严谨的过程，涉及的理论及研究是多方面的，而学生的认知水平是有限的。如“电解质”概念，它是依附在电离理论发展的基础上而发展的，而电离理论研究过程中涉及的一些实验与结论是学生目前无法理解的，因此，需要对发展史进行有效整理和提炼，使其符合学生认知，才真正发挥概念发展史的证据推理作用。

2.任务的设定要能落实学科素养的培养

概念发展是一个不断完善的过程，过程中的争端往往是可以设定为学习任务，在设定任务时应设定为“你的看法是什么”“如何证明你的观点”等可持续探究问题，而如果设定为“请大家从发展史中寻找答案”的环节，就失去了科学探究与创新意识、证据推理与模型认知，以及宏观辨识与微观探析等学科核心素养的落实机会。

3.评价的设计要把握教学的方向和难度

课堂教学的评价是结合在教学过程中的形成性评价、表现性评价，是为学习目标的达成服务的[6]。当然，评价也是为教学的有效推进而服务的。教学评价的设计把握了教学的方向和难度，如本文“探究电解质电离的能源来源”环节，在理解电离能源来源的同时，培养学生宏观辨识与微观探析的能力，而学生对微观结构的学习缺乏基础，因此，教学中首先呈现易于理解的氯化钠的电离，其次呈现氯化氢的电离，最后是水的电离，结合了学生的反馈进行教学递进设计。

参考文献

[1]蒋金玲.电解质概念的发展史[J].化学教育（中英文），2018（19）：79-81.

[2]张军，刘济菲.以电解质概念的教学为例探析化学史的教学价值[J].中学化学教学参考，2017（9）：15-16.

[3]钱华.高中生对“电解质溶液”的相异构想及概念转变策略的研究.南京：南京师范大学学位论文，2004.

[4]吴棋.化学教育，2002，23（4）：47-48.

[5]陈新华.“教、学、评”一致性的实验综合题讲解[J].中学化学教学参考，2019（12）：46-50.

作者简介：余玲莉（1987— ），女，汉族，福建南平人，福建省漳州第一中学，一级教师，学士学位。研究方向：高中化学教学。

本文系福建省教育科学“十三五”规划2020年度课题《“教、学、评”一致性促进高中化学概念深度学习的实践研究》（主持人：陈新华; 立项批准号：FJJKXB20-1174）阶段研究成果。

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