大概念統(tǒng)攝視域下的項(xiàng)目式教學(xué)備課探究

韓建豐　高凌蕊

摘要：教師在備課時(shí)應(yīng)遵循新課標(biāo)的理念，抽取物理學(xué)科中的大概念、結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際形成驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，以驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題為核心，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境。元素?zé)o機(jī)化合物是中學(xué)化學(xué)的重要教學(xué)內(nèi)容和奠基部分，在“煤改電助力霧霾防治”一課的備課中，要結(jié)合大概念項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)問(wèn)題的選取與推進(jìn)，創(chuàng)新微型實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生的探究活動(dòng)設(shè)計(jì)提供新思路。

關(guān)鍵詞：大概念；驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題；微型實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新；項(xiàng)目式教學(xué)

學(xué)生僅有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)已不能滿(mǎn)足時(shí)代發(fā)展的需求，社會(huì)民生的高速發(fā)展對(duì)學(xué)生培養(yǎng)的路徑和目標(biāo)提出了新要求、高期待，因此，教學(xué)需要更重視能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)。近年來(lái)，對(duì)教學(xué)的評(píng)價(jià)方案也已從考查學(xué)生掌握知識(shí)熟練程度轉(zhuǎn)變成考查學(xué)生對(duì)化學(xué)大概念的深入理解和應(yīng)用，呈現(xiàn)為解決真實(shí)問(wèn)題的能力?；瘜W(xué)大概念是對(duì)化學(xué)概念體系的統(tǒng)攝性概括，化學(xué)教學(xué)中應(yīng)以大概念解決實(shí)際問(wèn)題為核心設(shè)計(jì)理念并進(jìn)行實(shí)踐，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化和程序化，從而深化知識(shí)間的聯(lián)系和應(yīng)用，形成化學(xué)核心素養(yǎng)?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下通稱(chēng)“新課標(biāo)”）中已經(jīng)明確將大概念作為重要的化學(xué)課程內(nèi)容，教師在備課時(shí)應(yīng)該將大概念作為主要教學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)，將知識(shí)抽提為核心概念再進(jìn)階為學(xué)科觀念，從而真正基于學(xué)生核心素養(yǎng)進(jìn)行備課。

一、項(xiàng)目式教學(xué)的理論梳理

教師在進(jìn)行元素?zé)o機(jī)化合物備課時(shí)需要注重學(xué)生連貫知識(shí)學(xué)習(xí)和能力的培養(yǎng)，要注重發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。教師可采用基于大概念的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題設(shè)計(jì)和科學(xué)實(shí)踐的做中學(xué)兩條主線(xiàn)來(lái)設(shè)計(jì)項(xiàng)目式教學(xué)，幫助學(xué)生從大概念角度認(rèn)識(shí)化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)，同時(shí)重視學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，達(dá)到知識(shí)結(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí)與解決問(wèn)題能力培養(yǎng)相結(jié)合，提高學(xué)生對(duì)化學(xué)的理解、提升化學(xué)核心素養(yǎng)。大概念有科學(xué)大概念、化學(xué)學(xué)科大概念和化學(xué)主題大概念3種形式，大概念是對(duì)解決學(xué)科本原性問(wèn)題等一系列問(wèn)題的概括。通過(guò)梳理“元素?zé)o機(jī)化合物”這一單元我們發(fā)現(xiàn)，“研究無(wú)機(jī)物的一般方法”是科學(xué)大概念，“無(wú)機(jī)物的組成與結(jié)構(gòu)”“無(wú)機(jī)物的變化與轉(zhuǎn)化”和“無(wú)機(jī)物的性質(zhì)與應(yīng)用”是化學(xué)學(xué)科大概念，“無(wú)機(jī)物的組成”“無(wú)機(jī)物的轉(zhuǎn)化”是化學(xué)主題大概念。以“硫及其化合物”教學(xué)內(nèi)容為例，可明確其多層次大概念（見(jiàn)表1）。

二、項(xiàng)目式主題的內(nèi)容分析

項(xiàng)目式教學(xué)是第八次基礎(chǔ)教育課程改革倡導(dǎo)的發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵內(nèi)容，“硫及其化合物”項(xiàng)目教學(xué)可打破傳統(tǒng)的元素化合物逐個(gè)學(xué)習(xí)各物質(zhì)的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及用途的教學(xué)結(jié)構(gòu)，實(shí)踐“情境、問(wèn)題、活動(dòng)、知識(shí)、素養(yǎng)”的大概念教學(xué)模式。項(xiàng)目的主題選定、活動(dòng)探究、成果展示與串聯(lián)成型的關(guān)鍵是驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，而驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題正是基于化學(xué)大概念而提出的。元素?zé)o機(jī)化合物教學(xué)的關(guān)鍵目標(biāo)是提升學(xué)生預(yù)測(cè)陌生物質(zhì)性質(zhì)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，促進(jìn)學(xué)生元素觀、分類(lèi)觀、轉(zhuǎn)化觀等化學(xué)觀念的建構(gòu)。

以“硫及其化合物”為教學(xué)內(nèi)容開(kāi)展項(xiàng)目式教學(xué)的驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題為“煤改電助力霧霾防治”原因探析，以“元素—價(jià)類(lèi)二維圖”為思維模型，通過(guò)真實(shí)問(wèn)題情境重組元素化合物學(xué)習(xí)的教學(xué)歷程，通過(guò)在探究問(wèn)題的活動(dòng)中預(yù)測(cè)、分析物質(zhì)性質(zhì)，認(rèn)識(shí)、理解、應(yīng)用的硫及其化合物的轉(zhuǎn)化，將含硫物質(zhì)的性質(zhì)、轉(zhuǎn)化學(xué)習(xí)整合，最后以“研究無(wú)機(jī)物的一般方法”大概念統(tǒng)攝引領(lǐng)學(xué)生理解無(wú)機(jī)物質(zhì)學(xué)習(xí)方法。樹(shù)立“環(huán)境意識(shí)”，向?qū)W生介紹有關(guān)防止環(huán)境污染的知識(shí)是非常必要的。驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題“煤改電助力霧霾防治”是基于學(xué)生環(huán)保意識(shí)培養(yǎng)和化學(xué)大概念學(xué)習(xí)觀念而設(shè)置的，需要學(xué)生了解：生產(chǎn)的發(fā)展使自然資源被過(guò)度開(kāi)發(fā)和消耗，同時(shí)產(chǎn)生了污染物排放等問(wèn)題，已經(jīng)導(dǎo)致全球資源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境破壞，保護(hù)環(huán)境已成為人類(lèi)共同的呼聲。同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生以未來(lái)主人翁的精神關(guān)心、重視和應(yīng)用化學(xué)知識(shí)解決真實(shí)問(wèn)題的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

三、項(xiàng)目式任務(wù)及教學(xué)流程

基于多價(jià)態(tài)硫元素轉(zhuǎn)化的霧霾部分成因分析是核心任務(wù)主體，在此基礎(chǔ)上可拆解為4個(gè)小任務(wù)（見(jiàn)圖1）。

四、項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)施的環(huán)節(jié)和內(nèi)容

（一）項(xiàng)目引入與明確研究方法

教師播放視頻 “煤改電工程進(jìn)展”（煤改電完成情況、空氣質(zhì)量變化、霧霾減少天數(shù)、煤利用率提升率）。提出部分學(xué)生的疑惑，請(qǐng)學(xué)生轉(zhuǎn)換身份，做“小老師”來(lái)解答。提問(wèn)：要能解答問(wèn)題，你需要怎么準(zhǔn)備？

學(xué)生需要查閱資料，充分了解燃煤和霧霾形成的關(guān)系，然后通過(guò)班級(jí)電腦進(jìn)行信息檢索。

【資料1】學(xué)生檢索信息——煤的組成、霧霾的組成相關(guān)資料。

【核心概念】霧霾的形成與煤中含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化有關(guān)，通過(guò)煤燃燒含硫物質(zhì)最終轉(zhuǎn)化為硫酸，參與霧霾形成。

學(xué)生還不能正確解答的問(wèn)題有：煤中硫元素以0、-2價(jià)為主，是如何轉(zhuǎn)化為硫酸的？依據(jù)是什么？

師生一起探究“硫及其化合物”的價(jià)類(lèi)二維圖是預(yù)測(cè)含硫元素?zé)o機(jī)物性質(zhì)和轉(zhuǎn)化的思維模型（見(jiàn)圖2）。

（二）探究煤中含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化為硫酸的路徑

1. 二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸的兩種路徑分析

【資料2】學(xué)生檢索信息——工業(yè)制硫酸流程。

學(xué)生可以得到知識(shí)：煤中含有的硫鐵礦（主要含F(xiàn)eS2）是工業(yè)制硫酸（H2SO4）的原料，第一步，（4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2）在高溫下將硫鐵礦的粉末與氧氣充分灼燒生成氧化鐵和二氧化硫。第二步，（2SO2+O2=2SO3）二氧化硫在催化劑和加熱條件下與氧氣生成三氧化硫。第三步，（SO3+H2O=H2SO4）三氧化硫被水吸收轉(zhuǎn)化為硫酸。

學(xué)生提出疑問(wèn)：煤中含硫物質(zhì)在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生二氧化硫，但二氧化硫轉(zhuǎn)化硫酸的路徑不明確，有沒(méi)有不需催化劑和加熱條件的其他轉(zhuǎn)化路徑？

教師帶領(lǐng)學(xué)生探究：酸雨的形成——第一步（SO2+H2O=H2SO3）二氧化硫與水反應(yīng)生成亞硫酸。第二步，（2H2SO3+O2=2H2SO4）亞硫酸與氧氣反應(yīng)為硫酸。

【核心概念】工業(yè)制硫酸中第一步和第二步反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，體現(xiàn)了低價(jià)態(tài)硫元素的還原性；第三步反應(yīng)為三氧化硫的酸性氧化物通性體現(xiàn)；酸雨形成中第一步體現(xiàn)了酸性氧化物性質(zhì)，含+4價(jià)硫元素的亞硫酸也體現(xiàn)還原性。通過(guò)這樣，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)應(yīng)用價(jià)類(lèi)二維圖解釋問(wèn)題的方法。

2.探究二氧化硫轉(zhuǎn)化為霧霾中硫酸的微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

師生利用西林瓶（5 ml）和注射器（5 ml）可以設(shè)計(jì)微型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究驗(yàn)證（見(jiàn)圖3）。但有如下亟待解決的問(wèn)題：如何制二氧化硫用于實(shí)驗(yàn)？如何利用微型裝置收集二氧化硫？如何將二氧化硫通入水中？如何測(cè)定pH值？如何鼓入空氣？

學(xué)生利用硫及其化合物的價(jià)類(lèi)二維圖預(yù)測(cè)可知：可以選擇硫單質(zhì)燃燒、濃硫酸加入還原劑等體現(xiàn)物質(zhì)價(jià)態(tài)性質(zhì)的方法，但不利于微型實(shí)驗(yàn)裝置使用。通過(guò)繼續(xù)分析可知，亞硫酸鈉類(lèi)似于碳酸鈉這類(lèi)鹽，可與強(qiáng)酸反應(yīng)（稀鹽酸或稀硫酸）生成亞硫酸、亞硫酸類(lèi)似于碳酸均不穩(wěn)定，易分解為二氧化硫氣體。結(jié)論為：可以在西林瓶中加入亞硫酸鈉固體，在注射器中加入稀硫酸，兩者結(jié)合作為二氧化硫發(fā)生裝置。

師生共同繼續(xù)完善后續(xù)探究實(shí)驗(yàn)——用注射器收集二氧化硫；將注射器中二氧化硫注入裝有水的西林瓶，使二氧化硫與水接觸；測(cè)一次pH值后用吸有空氣（有O2）的注射器再次注入上述裝有水的西林瓶，一段時(shí)間后，再次測(cè)pH值?？赏ㄟ^(guò)pH值降低證明亞硫酸轉(zhuǎn)化為硫酸的反應(yīng)發(fā)生，同時(shí)可通過(guò)硫酸根離子檢驗(yàn)證明硫酸的生成。具體操作過(guò)程如圖4所示。

預(yù)設(shè)學(xué)生完成微型實(shí)驗(yàn)、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并做出解釋?zhuān)ㄒ?jiàn)表2）。

【核心概念】實(shí)踐應(yīng)用價(jià)類(lèi)二維圖解釋問(wèn)題（二氧化硫制取、亞硫酸的形成與繼續(xù)氧化），同時(shí)涉及實(shí)驗(yàn)探究意識(shí)與能力的形成（見(jiàn)圖5）。

總之，教師在備課時(shí)應(yīng)精心選擇能促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，結(jié)合學(xué)生已有知識(shí)水平和生活經(jīng)驗(yàn)，積極反映化學(xué)科學(xué)發(fā)展的新成就，培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷，體現(xiàn)化學(xué)課程內(nèi)容的基礎(chǔ)性、時(shí)代性與實(shí)踐性，明確學(xué)習(xí)主題，凝練大概念，反映核心素養(yǎng)在某學(xué)習(xí)主題下的本源要求。在備課中，教師應(yīng)注重圍繞大概念選取多維度的具體學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括核心概念、思想模型、探究精神和情感態(tài)度價(jià)值觀等方面的要求，充分發(fā)掘大概念對(duì)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化和素養(yǎng)化的統(tǒng)攝地位，助力學(xué)生形成化學(xué)觀念，解決實(shí)際問(wèn)題；發(fā)展科學(xué)思維，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)；經(jīng)歷科學(xué)探究，增強(qiáng)實(shí)踐能力；養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度，具有責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］湯濤濤，趙雷洪.化學(xué)教學(xué)中的“大概念”及其教學(xué)建構(gòu)［J］.教學(xué)與管理，2021（4）.

［2］周玉芝.基于大概念與科學(xué)實(shí)踐的連貫課程設(shè)計(jì)：美國(guó)AP化學(xué)課程設(shè)計(jì)方法探析［J］.化學(xué)教學(xué)，2021（1）.

［3］鄭長(zhǎng)龍.大概念的內(nèi)涵解析及大概念教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施策略［J］.化學(xué)教育（中英文），2022（43）.

（責(zé)任編輯：楊強(qiáng)）