大概念下的高中化学微型实验主题式教学

宁雪婷

摘 要：大概念下的主题式教学，是高中化学教学改革后的一类全新教育模式，教师需要有目的、有针对性、有计划地围绕知识点，设计结构式的课程体系，以知识概念为核心载体，创设适宜的学习情境，引导学生在情境中理解概念，并将所学的知识在情境中应用并解决问题。本文以“二氧化硫的性质”的教学为例，设计了大概念统摄下的高中化学微型实验主题式教学方案，辅助学生形成大概念下的科学思维，掌握探讨问题的思路与学习化学知识的方法，以提高学生的学习能力。

关键词：高中化学；大概念；微型实验；主题式教学；二氧化硫的性质

新课标中明确指出，新时代下的高中化学教学必须要重视学科大概念，教师要在教学过程中坚持以学科大概念为统领，在学科大概念之下设立结构化课程，确保化学教学结构能够始终在学科概念的主题引领之下。同时，建立情境化的教学模式，将知识点及本课的重点教育目标融入情境之中，引导学生在情境中探索知识、学习知识，以促进化学学科素养的生成。

一、大概念下的高中化学教学优势及主题式教学模型

（一）大概念下的高中化学教学优势

在高中化学教学过程中，坚持以大概念为核心统领，能够提高学生对知识点的掌握程度。教师需要围绕该知识点的核心概念，设计具有层次性、逻辑性的教学活动。分析大概念之下的概念层级，并将其分配至各个教学活动之中，引导学生感受化学知识的生成过程。与此同时，教师还应在课堂中为学生设计真实的情境，便于学生在情境之中理解抽象概念，借助真实的学习情境启发学生的思维，让学生从情境中出发，思考情境中存在的问题，并利用所学知识解决情境问题，以此培养学生对核心知识点的内化及迁移能力。

在大概念统领下，教师能够将相对复杂的事物，以简洁、清晰的概念概括出来，并将其呈现在学生面前，配以真实的情境与灵活的教学活动，提高学生对概念的理解，并辅助学生建立起大概念统领下的系统化知识网络体系，便于学生在脑海中生成逻辑清晰、简明扼要的化学知识结构。教师可以将诸多零散、琐碎的知识点整合在一起，强调事实概念及学科知识之间的关联，让学生在学习过程中领悟知识点的普遍意义，掌握在情境中应用概念与知识迁移，解决情境问题或现实问题的方法[1]。

（二）大概念下的高中化学主题式教学模型

从教育角度上讲，学科大概念是对知识结构、知识概念之间关系的一种表述，能够统领学科的整体知识。大概念在学科中某一领域中的体现，是基于既定事实及固有知识，产生的一类具有深刻内涵的可迁移观念，可以在一定程度上解释领域内事件或物体的组织结构，并建立起对应的知识模型。

高中化学中的主题式教学是一类以生为本的教学模式。在主题式教学中，教师会围绕一个具体的知识点，为学生构建一个具有社会意义的真实情境或教学主题，并带领学生在真实情境下分析问题，利用学生所学的知识解决情境问题，以此开展有组织、有目的、有意义的学习活动。

建立在化学大概念下的主题式教学，则需要教师根据本课的主要教学内容及章节核心概念，创设一个与现实环境有关联的真实情境，例如化工行业生产情境、生活情境或化学实验情境等。随后，根据本课的核心概念设计教学主题，将该主题下相关的各个小概念与其他知识围绕着核心主题依次排列，并构建起具有结构性的知识框架。要求教师在安排教学活动时，将主题下的各个知识点分解并放置于各活动之中，并为学生设计合理的驱动性问题[2]。学生需要在教师的引导下思考，联系新、旧知识，构建起完整的知识框架，随后利用知识与概念解决情境中的相关问题。课堂结束时，教师应帮助学生梳理大概念下的化学知识结构，使学生生成系统性的化学知识网络结构。

因此，大概念统筹下的高中化学主题式教学，需要教师为学生设计真实情境，引导学生在真实情境中发现问题，尝试利用所学知识解决问题，在学习过程中，构建学科知识结构，并以此形成学科大概念，从而实现学生化学学科核心素养的提升[3]。

二、化学微型实验教学的实践意义

从本质上讲，高中化学课堂中的微型实验，要求教师在开展实验教学时，尽可能少地使用化学试剂或化学实验器材。通常情况下，教师组织的微型化学实验中，应用的化学试剂用量是正规实验用量的几十分之一，但要确保实验能够使学生观测到清晰的实验现象，得到直观的实验结果。

在高中化学课堂中，设计主题式实验课堂能够培养学生的动手操作能力，提高学生在化学课堂中对化学知识探索的主动欲望，让学生养成通过实验验证猜想的良好习惯，带领学生观察实验过程，并在实验过程中总结出实验结果，以此体验化学知识的生成过程，提高学生对化学知识的掌握程度及化学实验的操作技能。主题式实验教学能够改变原有化学课堂中，由教师主导实验、学生观察的被动式学习模式，能够进一步突出学生在化学课堂中的主体地位，符合新课标对高中化学教学的要求。学生在亲自动手、独立操作的过程中，对化学实验及化学知识的了解会更加深入，可以有效改善高中化学教学质量。而微型实验教学与传统实验教学略有不同，将其应用于高中化学主题式课堂的构建之中，具备以下两点优势[4]。

一方面，微型实验构建的主题式教学活动，符合现行的绿色环保化学理念，可以在一定程度上降低实验过程中的化学试剂消耗，也能够减少环境污染。

另一方面，在高中化学课堂中带领学生开展微型化学实验，通常会选用各类微型实验仪器。这类化学仪器的体积较小，在应用过程中不易破碎，在实验中，也不易因学生的错误操作导致化学实验试剂泄漏等问题，能够提高化学实验的安全系数，改善化学实验室的环境[5]。

三、大概念统筹下高中化学微型实验主题式课堂的构建策略——以“二氧化硫的性质”為例

（一）课程概念分析

“二氧化硫的性质”这一内容的学习，能够帮助学生构建起价类二维模型，并使学生掌握从价类二维角度入手研究物质的方法以及解决现实问题的策略。在初中阶段以及此前的高中化学学习中，学生掌握了基础化学元素及化合物相关的知识，也知道了因二氧化硫形成的酸雨对人类生活产生的危害。此时，学生对化学元素及基础的物质分类、氧化还原反应与离子反应等基础的化学理论知识，也有了初步认识。这部分学生已掌握的旧知识，均能为本课探索二氧化硫的性质提供理论依据。

在大概念视角下，教师需要将新、旧知识加以整合，设计循序渐进、环环相扣的教学活动，带领学生逐步探索二氧化硫性质这一概念，并帮助学生掌握研究物质基本性质的方法。

（二）确定教学目标

在全新的教育背景下，教师需要以培养学生学科核心素养为根本。坚持立德树人的教育理念，强调学生对学习化学必备知识及适应社会发展的关键能力的培养。

基于学科素养教育，教师设计了如下教学目标：1.了解酸雨的形成过程与酸雨治理的基本原理，并立足于真实情境下，利用所学知识提出酸雨治理的方案，培养学生的社会责任感。2.能够完成教师设计的微型实验探究任务并观察实验过程，总结实验结果。通过研究并探索酸雨治理的方案，学习并总结二氧化硫的基本性质。在实验中积极创新思考，自主构建创新实验，增强科学探究意识。3.根据教师设计的教学任务，自主构建价类转化及氧化还原这两大化学学科的核心大概念。4.了解二氧化硫与酸雨之间的关系，在明确二氧化硫基本性质的基础上，讨论二氧化硫在现实生活中的应用，了解化学学科对人类社会科技发展创新的重要价值，能够以辩证的眼光看待各类事物、物质。

（三）规划教学流程

在本课教学中，教师将酸雨设置为教学主题，设计了学科大概念下的微型实验主题式课堂，以酸雨的危害、酸雨治理及二氧化硫在现实生活中的基本用途为本课的主题线索，构建了本课教学的真实生活情境。教学时，教师使用了问题驱动，带领学生完成了二氧化硫及酸雨的基础实验探究，并从中引导学生思考酸雨的治理或解决方案，实现了生活情境与知识概念之间的转化。在学生自主解决问题时，教师辅助学生构建了硫元素及其化合物的价类二维模型，促进学生构建价值类思维大概念。在探讨酸雨治理方案的过程中，引导学生总结归纳二氧化硫的基本性质，并基于二氧化硫的性质，带领学生讨论了二氧化硫在现实生活中的实际应用，使学生以辩证的视角看待二氧化硫的两面性，以此培养学生的科学态度。

（四）构建教育活动

【生活情境导入】

在本课的教学伊始，教师为学生导入了生活情境，点明了“酸雨治理”这一主题。为后续引导学生探讨酸雨治理的方案，并研究二氧化硫的基本性质打下了坚实的基础。

教学时，教师利用媒体设备为学生播放了一段酸雨的视频，并讲解了酸雨的危害。随后，教师向学生提出了问题，要求学生结合过去学习过的知识点思考酸雨是如何形成的、形成酸雨的主要物质、如何解决酸雨等问题。

生1：导致酸雨形成的物质是二氧化硫，在解决酸雨时，我们可以通过化学反应将酸雨转化为对人类生活及生态环境无害的物质。

师：很好，那么请同学们认真思考，以前我们学过二氧化碳是可以溶于水的，溶于水之后的二氧化碳可以与碱溶液发生反应。二氧化硫是否可以这样处理呢？

【微型实验1：探究二氧化硫气体是否能溶于水与碱性溶液】

教师先为学生播放了二氧化碳气体溶于水并与碱溶液反应的实验视频，引导学生使用类比思想，设计二氧化硫气体的吸收实验。

在本课的微型实验设计中，教师需要提醒学生，在实验过程中应注意避免二氧化硫气体泄漏，造成气体污染，并以此为前提，要求学生在小组内讨论并设计实验方案。小组讨论结束后，由每一组指派发言人分享组内设计好的实验流程，由教师及其他同学评价并提出更改建议，逐步完善实验方案。

最终，学生达成一致，在实验中，使用注射器分别吸取定量的水和碱性氢氧化钠溶液，再将液体依次注入装有二氧化硫气体的瓶中，以此进行实验验证。教师引导学生认真观查实验的过程，并分析实验现象。在装有二氧化硫气体的矿泉水瓶中，注入水后矿泉水瓶变瘪，再次注入碱性氢氧化钠溶液后，水瓶瘪得更加严重。由此确定了二氧化硫气体可以溶于水与碱性氢氧化钠溶液。

【微型实验2：酸雨治理】

由教师引导学生从物质的基本构成元素及类别角度入手，分析并讨论酸雨的治理方案，引导学生设计微型实验，验证酸雨治理的方案是否可行。

根据微型实验1观测到的结果，教师对学生进行提问：我们已经证明了二氧化硫气体能够溶于水与碱性溶液，那么在这一过程中是否发生了化学反应，酸雨中的二氧化硫是否被中和掉了呢？請大家再次设计微型实验进行验证。

此时教师依旧引导学生在小组讨论中分析实验目标并设计实验方案，以激发学生的自主探索意识及创新探究能力。

学生决定，分别向存有紫色石蕊溶液以及存有酚酞的氢氧化钠溶液中，注入等量的二氧化硫气体，随后观测石蕊溶液及含有酚酞的氢氧化钠溶液的变色情况，从而确定了二氧化硫在溶于水及氢氧化钠溶液后，确实发生了化学反应。以此验证并推导出了二氧化硫与水反应及与碱性溶液反应的化学方程式。以微型实验2验证了酸雨治理方案的可行性，培养了学生的科学探索意识及其创新精神。

教师根据上述两个实验，带领学生分析并讨论二氧化硫的基本性质，要求学生根据实验中观测到的现象及最终得出的实验结论，归纳并整理本课微型实验中所学到的化学知识。在带领学生推导二氧化硫反应方程式的过程中，教师还应该为学生建立同价态硫元素及其化合物的转化认知模型，帮助学生构建起有关“物质类别转化”的学科大概念。

【微型实验3：探索二氧化硫的氧化性与还原性】

教师导入了问题情境：某市采集到了酸雨样品，工作人员每隔一段时间便对其pH值进行检测，发现随着时间的递增，酸雨的pH值会逐渐增大。

由问题情境引导学生验证二氧化硫的还原性特征。教师带领学生使用注射器抽取少量二氧化硫气体，并将其分别推入紫色高锰酸钾溶液、橙色溴水溶液以及装有硫化氢气体的矿泉水瓶中，带领学生观测实验现象，以此推导出二氧化硫的氧化性及还原性特征。

在这一阶段，教师带领学生从物质的氧化还原视角，研究了该物质的基本性质，以此构建了氧化还原观念与价态转化的学科大概念。

【小结】

在本课最后，教师要求学生联系生活实际，根据本课得出的二氧化硫基本性质分析二氧化硫在日常生活中的应用方式，让学生进一步了解二氧化硫在社会中的应用价值，使学生以辩证的眼光看待问题，同时，也能加强化学学科与生活之间的联系，促进学生养成正确的知识迁移能力，使学生应用所学的化学知识解决现实生活中的真实问题。

结束语

在大概念统筹下，设计主题式微型实验课程，能够提高学生的化学学科核心素养，培养学生的科学探索精神及创新意识，提升学生在真实的情境下分析问题的能力，使学生掌握化学知识的本质，并建立起结构化的化学知识体系，以促进化学知识的正向迁移及应用。因此，教师需要分析课程概念，随后设计合理的教学结构，引导学生在学习的过程中主动探索、主动思考，自主完成微型实验的设计及实验操作，在实验中归纳并整理出知识点，在系统的学习过程中，构建学科概念，并养成良好的学习习惯。

参考文献

[1]范斌，赵伟华.以大概念为指向的高中化学跨学科整合教学策略[J].广西教育，2022（35）：72-77.

[2]齐丽玲.以大概念为引领的高中化学大单元教学设计：以“物质的量”为例[J].中学课程辅导，2022（32）：63-65.

[3]詹文丽.基于大概念展现的高中化学单元整体教学策略研究：以“化学反应”大概念为例[J].考试周刊，2022（45）：123-127.

[4]陈丽丽.高中化学教学中微型实验的开展策略分析[J].现代盐化工，2022（2）：130-131.

[5]邱学惠.用实验丰富学生直观体验：微型化学实验在高中化学教学中的应用[J].高考，2022（3）：144-146.