大概念视角下的高中化学教学模式探讨

彭兴雅 林长春

摘要：从学科大概念出发，对教学内容进行整合，是落实化学学科核心素养的重要途径。文章阐述了大概念理念的内涵及其所蕴含的教学价值。以高中化学电解池中的“电解”概念教学为例，建构基于大概念理解的教学模式，通过分析课标要求和教学内容，从学生的经验出发，围绕大概念，架构化学结构化教学的路径，凸显学科概念本身所蕴含的价值和意义，形成具有持久价值和迁移价值的关键性方法、思维和能力，提高学生的化学学科核心素养。

关键词：大概念;核心概念;电解;学科核心素养

文章编号：1008-0546（2022）07-0002-05中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.001

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）在前言部分关于学科课程标准“更新了教学内容”条目中指出：“进一步精选了学科内容，重视以学科大概念为核心，使课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落实。”[1]通过更加系统全面的高站位立意，即从大概念教学为统领出发，帮助学生建构更加完善的知识体系，认识具体内容背后更为本质的思想和观念[2]，形成高阶思维能力，以落实学科核心素养。本文拟以“电解”为例，基于大概念视角对高中化学教学模式进行探讨。

一、大概念的内涵及教学价值

1.大概念的内涵

概念是对客观事物本质属性的反映，而大概念是相对于概念提出的，不同于一般的基础概念，其包含范围更广，意义更巨大，内涵更丰富。人们将能够用于解释和预测较大范围自然界现象的概念定义为大概念[3]。大概念具有多种表现形式，可以是词组、短语或者句子[4]。大概念不仅仅是对知识简单的总结，它具有知识论、方法论、价值论三方面的意义[5]。对于学科而言，它是学科的本质，是具有抽象性、概括性和统摄性的学科基本思想和观念[6]。它是先于人的意识而存在的体系，具有一定的隐性机制，暗含于所有的知识结构体系中[7]。它类似于各知识之间一座无形的桥梁，找寻各原本散乱、支离破碎的知识间的相通点，将其连接起来，建立稳固的联系，知识与知识之间实现整体协调、相互借鉴、融合一致的关系，形成一个有脉络、有结构的知识体系，同时它又是这张结构网络中具有统领作用的核心。

电解池一节中的“电解”概念是中学阶段一个非常重要的化学基本概念，是在能量守恒的基础上，研究物质的转化和能量储存的核心概念。通过回顾历史中对电解技术的应用以及科学的探究方法，了解到電解作为一种技术方法，可以利用氧化还原反应原理，通过一定的装置设计，实现物质的转化和电能与化学能的相互转化。因此这一主题的大概念可以是“实现物质转化和储存能量的方法”，该大概念从物质和能量转化视角出发，让学生了解电解这一技术本身具有的意义以及所体现的价值，引导学生从技术层面看待电解的应用，真正了解到电解技术对人类生活的作用[8]，从而形成解决实际问题的能力和思路。这样的教学显性地呈现出电解这一核心概念学习的意义和价值。

在初中化学电解水一节的学习中学生就已经初步认识了电解，但对其中的原理还不清楚，之后高一阶段离子反应和氧化还原反应的学习为高二学习电解池打下基础，帮助学生完善知识体系，建构更加清晰明了的“电解”概念，螺旋上升，达到学习进阶，形成完整的知识结构体系，体现了大概念教学的整体性[3]。在初中的教学中学生只是认识到有电解这样一种方法，并不清楚这种方法背后蕴含的本质原因，随着知识的不断累积，学生素养能力的不断提高，对电解这一概念有了更加深入的了解，从而推翻学生在初中所建立的朴素观念，体现了大概念教学的发展性[3]。电解不仅和学科内部知识有紧密的联系，还和社会具有莫大的关联，通过对电解的学习，深入理解了之前所学的学科内容，而且电解在社会中的应用比比皆是，氯碱工业、电镀工业、精炼铜、电冶金等都和电解这一技术息息相关，凸显出电解技术对于社会发展和科学研究所起的巨大作用，体现了大概念教学的发展性[8]。

2.大概念教学的价值

（1）以大概念为指引对学生的意义

对于学生而言，一方面，统一的教学内容符合学生完整认识世界的特点，有利于学生整体把握客观世界[9]。另一方面，使学生对待知识不再是盲目的信任，而是以动态的眼光看待知识的发展，对学科知识进行更深度的理解和持续建构，有利于开拓学生的思维。再者，减少知识的机械记忆，通过思维结构进行联系、理解记忆，使得知识的记忆更加稳固也更高效，从而保持对知识学习的兴趣，激发内在动机。我们知道激发学生兴趣的最好方法便是让学生体会到知识学习所带来的快乐，这种内在动机会更持久。同时，打破原本的思维定式，跳出固有思维圈，学会从不同的思维角度思考，还有利于形成高阶思维能力，落实学科核心素养。

（2）以大概念为指引对教学的意义

对于教学而言，大概念的教学可以弥补学科内、学科与学科、学科与社会、学科与生活知识分割的不足，弥合知识之间的割裂，使得各散乱的知识以更完整、系统的逻辑体系得以呈现，知识与知识之间可以相互联系、相互迁移。当然这样的教学内容对教师而言也提出了一定要求，并且具有一定的挑战，需要教师具备以大概念教学为统领的意识。怎样发掘知识间的大概念，又该如何实现教学都需要进一步探讨和思考。

（3）以大概念为指引对教师的意义

对于教师而言，以大概念理念为统领可以促进教师自身进一步发展，丰富自身的理论系统，弥补原本认识的不足。教师对教材以及教学内容能够更深层次地把握和理解，维持知识更深层次的建构，以实现教学内容更合理完善的编排，保证教学内容更好地输出和传递。另外，教师能更好地把握教学任务、教学目标、教学重点，实现学习目标、学习内容、学习过程、学习评价以及整个学习的统整。总之，以大概念为统领的教学立意更加高远，对教师自身也是一种成长。

二、基于大概念教学的基本模式

以大概念来统领整个学习过程，搭建以大概念为统领的教学模式，需要为教师进行学习设计提供依据。首先从课标出发，明确课标对本节内容的要求，根据课标制定预期的教学目标，以大概念为统领，梳理本节内容所在章节的知识框架和概念体系，划分章节概念层级，接着分析学生的已有经验和知识、能力基础，理清学生的认知进阶脉络。在此基础上，选取教学的核心内容，解剖概念内涵，根据核心概念創设有层次和递进性的学习活动和任务，层层递进，帮助学生理解核心概念。在活动中，通过提问、练习、点评等评价学生对核心概念的理解情况，是否达到预期目标，从而培养学科核心素养。具体流程见图1。

1.明确课标要求，确定预期目标

高中化学课标对电解池一节的教学提出了明确的要求（见表1），本节内容课标的要求是“了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用”[1]。学生通过本节内容的学习，能够认识到电解是一种强有力的氧化还原反应方法[10]，使物质间发生化学变化，最后得到目标产物，实现能量的转化。电解不仅在化工生产中有广泛的应用，而且对科学研究也起着促进作用。

2.梳理知识框架，划分概念层级

大概念处于学科知识的统领地位，要求教师具有大局观，能够站在大概念的视角进行整体规划，需要教师整体分析有关教学内容，理清整个教学内容脉络，梳理出与之相关联的基本事实和基本概念（见图 2、图3）[11]。

3.分析学生的认知进阶线索

学生在学习过程中是循序渐进的，教材对于电解的教学安排也是螺旋上升的，而大概念也要求联系知识的前后关系，以利于学生形成认知网络。因此在课标的要求下，分析学生以往的知识基础，根据学生的旧知识，梳理出本节学生将要理解的内容及基本问题（见表2、表3），抓住本节课对于“电解”概念教学的重点，确定学习的重心，从而帮助学生进行探究、理解和迁移。

4.选取核心内容，解剖概念内涵

通过对“电解”概念的内涵进行解剖（见图4），可以帮助学生在基本事实的基础上真正理解电解的本质。电解实际上是在电流的作用下，离子在阴阳两极发生氧化还原反应的过程，而溶液导电的过程也是发生氧化还原反应的过程。通过电能促使非自发的化学反应发生，实现物质之间的转化和能量储存。这对于学生解决实际生活、生产问题有着非常重要的意义和价值。

5.创设层递性活动

根据基本理解和基本问题，设置层层递进的活动过程（见表4），注重认识思路的结构化和显性化，帮助学生掌握化学学习的方法和思路。本节内容的教学活动注重联系学生以往的知识经验，通过迁移利用旧知识来学习新知识，感受知识之间的关联，形成“电解”一节内容的认知结构网络。

（1）初步感知电解的应用价值

活动1：通过元素种类发展图（见图5），认识电解技术的应用价值，感知电解技术手段对科学研究和社会发展的促进作用[7]。

展示元素种类发展图，学生通过直观的折线数据，清晰地看到随着时代的发展元素种类的发现情况。1800年出现了第一个大转折，学生对此发出疑问，是什么原因使得这一年的元素种类发展如此迅速？为接下来自然引出“电解”这一技术做出铺垫。17世纪末电解水的成功，使人们意识到电可以用于化学研究，激起了科学家们利用电流进行研究的极大热情。英国化学家戴维正是受此启发，用电流分解了以前认为不能再分解的碱，通过电解熔融的金属化合物，获得了钾、钠、钙、镁、钡等金属元素，成为当时发现元素种类最多的化学家[12]。19世纪上半叶，大多数元素的发现也正是通过电解这一技术得以实现的。历史事实的呈现，使学生感受到科学技术对于时代发展的重要性，以及电解在促进社会进步上做出的巨大贡献。

（2）探究实验，建构“电解”概念

活动2：电解氯化铜溶液的探究实验。观察、归纳实验现象，建构“电解”概念，发展学生宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。

电解氯化铜溶液，通电不久后发现在装置的两极出现了不一样的现象（见图6）。与电源正极相连的石墨棒上有气泡产生，并且有轻微的刺激性气味，学生根据元素的组成和类别推测，该气体可能是氯气。进一步设计方案进行验证，通过湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，可以证明与电源正极相连的石墨棒上所产生的气体为氯气。与电源负极相连的石墨棒上覆盖了一层红色的物质，根据元素的组成判断生成了铜。在学生以往的认知结构中，氯化铜生成氯气和铜单质是一个非自发的氧化还原反应，但是通过今天的实验发现，氯化铜在通电的情况下生成了氯气和铜单质，这一过程是如何发生的呢？此时教师抓住关键点，解释通电的重要性。

通过微观粒子运动示意图，学生清晰地观察到该反应在通电前后溶液中粒子的运动变化情况（见图7）。

在通电前，铜离子和氯离子作自由运动，通电时，这些自由运动的离子改作定向运动，即氯离子向与电源正极相连的石墨棒一方移动，铜离子向与电源负极相连的石墨棒一方移动，离子在两极上发生氧化还原反应。学生通过宏观的实验现象和微观的离子运动分析初步建构“电解”的概念。

（3）深化“电解”概念

活动3：讨论如何设计实验使反应 Cu+H2SO4= CuSO4+H2↑发生？小组合作设计实验方案，发展学生实验探究的能力。

在初步认识电解技术的情况下，及时迁移、应用，向学生抛出如何设计使 Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑反应发生的问题，引发学生思考。小组合作探究，在老师的启发下研讨、改进、实施学生设计的实验，进一步认识到电解可以使得非自发的氧化还原反应在外接电源的作用下得以发生，实现物质的转化，同时还伴随着能量变化。

在此过程中学生难免产生疑惑，是否所有的电源类型都能实现电解呢？以及所有非自发的氧化还原反应在外加电源的作用下都能发生电解吗？通过回答这两个问题，知道只有直流电源才能实现所需要的电解过程，而电解的对象针对的是导电的化合物，以此深化“电解”的概念，并诊断学生对“电解”概念的认识水平。

6.设计评价

在教学过程中要穿插适当的评价活动，同步进行，不可分离，要根据目标进展的要求，确定适当的步骤，并做出如何实现它的决策。将评价活动和学习活动融为一体，在学习活动中可以通过提问、點评、练习等来检测学生的掌握情况。比如，在活动1 中，教师通过学生对图5的阐释，能够了解学生的分析能力，感知电解方法对科学研究和社会发展的促进作用。在活动2中，通过问题的形式进行评价。比如：①所有的电源类型都能实现电解吗？②所有非自发的氧化还原反应在外加电源的作用下都能发生电解吗？活动3则直接分配学生设计任务，检测学生对电解这一概念的深入理解和应用情况。

三、结语

在传统的电解池教学中，学生仅能机械地记忆电解的概念，而以大概念为统领的教学改变了只传授事实性知识的弊端，通过层层递进的活动过程，帮助学生主动建构电解的核心概念，使得教学的重心转移到应用概念上，让学生体会知识学习的迁移性和长远性。“电解”概念的教学以电解作为一种技术的应用出发，帮助学生认识到历史长河中电解技术手段对科学研究和社会发展的促进作用，了解到更多有关概念背后的本质内涵，明晰知识与知识之间的内在联系，帮助学生以整体的眼光看待知识，形成结构化的认识思路。

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