大观念统领下化学教学课例探究

季虹 唐增富 孙可平

摘要： 学科大观念不仅能够有效地组织起学科零碎的知识和技能，而且能够使学生的学习超越特定的情境，在不同情境的问题解决中促进学科核心素养形成。以专家教师的一堂“化学反应为什么有快有慢”的教学演示课为研究课例，观察和分析专家教师如何在大观念统领和导向下整合教学的过程。结果表明，专家教师从教学目标确定、活动设计和课堂实施等方面入手整合教学，为青年教师指导学生深度学习提供了一个范例。

关键词： 专家教师; 课堂教学; 大观念; 反应速率 文章编号： 10056629（2019）6005304      中图分类号： G6338      文献标识码： B

1 引言

化学教学中的所谓大观念是化学学科中明确且有价值的智力因素。它也被称为“大概念”或者“核心观念”。在这里，“大”不是庞大，包含很多内容;它也不是“基础”概念;它是学科的“核心”[1]。许多国家的科学教育标准都从不同程度地描述这个“大观念”。美国国家研究理事会制定的科学教育新标准概念框架，提出了围绕核心概念组织科学知识，并将科学与工程实践、学科核心概念、跨学科概念进行有效整合[2]。当前，我国基础教育课程改革也进入了一个新的历史阶段，重视以学科大观念为核心，使课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情景化，从而促进学科核心素养的落实。2017年颁布的《普通高中化学课程标准》明确指出“在必修课程阶段，突出化学基本观念（大观念）的统领作用”，注重引导学生在化学知识结构化的自主建构中理解化学核心观念，设计基于真实情境的问题解决任务，使学生在解决问题的活动中逐步发展化学学科核心素养[3]。这些纲领性的文献为“大观念”引领的教学提供了清晰的架构。同时，这个架构也需要教师通过教学设计来表达和呈现出来。

2 化学核心观念引导的教学设计框架

多年来，许多教师在备课时往往注重教材内容和教学技能，对教学目标中的各种学习结果之间缺乏关联，因而造成学生头脑中的智力目标割裂[4]。大观念引领的教学则反其道而行之，即在更加理性思考教学预期结果（目标）的基础上，用适当的方法将目标的要求在教学设计中体现出来[5]。有研究者指出，核心观念能有效地组织起学科零碎化的知识与技能，并使之在大脑中留下深刻印象。学生一旦把握了这些大观念，他们的学习将超越特定的情境，并被运用于各种情境中的问题解决，而问题解决过程中所体现的大观念就是学生被期望达到的学习目标[6]。

在教学实践中，T老师首先考虑的是构建清晰的教学目标。教学设计必须围绕实现教学目标而展开。教学目标的确定必须是准确的，而且是各种条理清晰关系的核心。我们年轻教师在确定教学目标时往往比较关注本课时中学生所要掌握的知识和内容的“点”，忽略了知识与知识之间的联系。为此，在核心观念引导下确定的教学目标更注重知识的结构化，即不仅仅要关注当前的教学要求，更要了解学生的前概念水平和今后学习中的相关知识。

T老师在指导教学目标确定的过程中，先让教育硕士思考本节课涉及到的化学核心观念是什么。因为“化学反应为什么有快有慢”这节课遵循物质是运动变化的思想，化学反应的快慢是化学反应速率的问题，所以不难判断涉及到的核心观念是“变化观”。确定核心观念后，T老师让教育硕士在理解“变化观”的基础上分解它所涉及的知识，再选择符合本节课教学内容的知识： 化学反应有快慢之分;化学反应快慢可以用多种变量衡量;通常用化学反应速率来定量衡量化学反应的快慢;化学反应速率以单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增大来表示。接下来，T老师让教育硕士思考如何将这些琐碎的知识点有序地联系在一起。T老师给出的建议是通过问题链的方式，厘清知识点之间的关系，在一系列的问题解决中，将这些知识点有机结合，从而形成这节课的教学框架（见图1）。在厘清核心观念中相关知识点之间的关系后，本节课的教学目标也就不难确定了。

在教学目标确定的指导过程中，可以发现主要经历了四个步骤： 第一步，挖掘教学内容中涉及的核心观念，而核心观念的确定可以来源于课程标准、教材内容和单元整体等方面;第二步，分解核心观念中的相关知识，辨明各个重要知识点;第三步，厘清相关知识点之间的关系，通常用问题链的方式将知识点有机结合形成教学框架;第四步，确定教学目标。

3 化学核心观念贯穿教学活动的设计，渗透课堂教学的实施

为了使核心观念有效地体现在教学过程中，在教学设计中需要深度审慎地挖掘。要整体地把握大观念并不容易，因为它会随着教学内容特征差异的变化而不断变化。针对每个特定的教学任务，T老师引导年轻教育硕士将构想的目标在具体的学习活动和任务中逐渐展开，这也是在体现大观念的教学内容框架中深入考虑学生认知发展序列的关键。

观察化学反应特点，感知化学反应有快有慢

课堂引入是教学设计的第一个环节，也是学生认知的起点。T老师建議，先演示钠、镁分别与水反应的实验。学生可以通过观察并比较宏观的实验现象得出结论，钠与水反应比镁与水反应快，从而引导学生推断出化学反应是有快有慢的。在感受到这个事实后，鼓励学生从生产生活中列举出快反应和慢反应的实例，学生可以列举出快反应有燃烧、爆炸、火箭升空、中和反应等等，慢反应有铁生锈、煤的形成、食物变质、树叶变红、橡胶老化等等。

在这个引入的过程中，T老师注重用操作简单、现象明显的实验引起学生感知，再用实验体验的事实激活他们在生活其他情境中的感知和体验。引导学生对化学宏观现象的感知和辨识，并通过他们自己列举真实生活中感知的事实与现象，从而使学生切实地感受这节课的“化学反应有快有慢”这一核心观念。学生一旦感知到了这一观念，他们将有可能进一步形成或转变为新的观念。这便为学生产生迁移性的学习创造了条件。

学生实验探究，理解化学反应快慢可衡量

在学生感知到化学反应有快有慢的事实后，T老師认为可以通过提问使学生思考如何衡量化学反应的快慢，然后组织学生小组合作进行实验探究。实验内容是通过测定大理石与不同浓度盐酸反应单位时间内生成CO2的体积变化量来衡量反应快慢。教材上提供的实验装置见图2。该实验用试管作为反应容器，这对学生的操作要求比较严格，容易产生较大误差。为此，T老师对装置进行了改进（见图3），将试管改为Y形管，反应前分别将大理石和盐酸装入两个支管中，塞紧木塞后只需转动Y形管将大理石转移至盐酸中即可开始测量生成的CO2的体积。在实验过程中，学生分工合作，完成包括计时、读数、记录等数据的任务，树立协作意识。

在这一环节的设计中，T老师强调通过实验探究，让学生亲身体验问题解决，并通过与同伴的协作交流进一步深入理解反应速率。在确定探究活动内容的基础上，T老师还格外关注实验设计中可能存在的干扰因素。由于实验操作上的困难和收集信息的不精确都可能导致学生形成不当的观念，T老师对教材上的实验装置作了改进，充分发挥实验探究为学生形成核心观念的支架作用。所以，新的实验设计促进了核心观念的形成。

教师演示DIS实验，感悟反应快慢可用多种变量衡量

通过实验探究，学生理解了化学反应快慢可以通过单位时间内生成气体的体积变化量来衡量。接下来，则针对“反应快慢可用多种变量衡量”来设计活动，进一步强化从精确的物理量来描述化学反应快慢的观念。T老师建议，演示一个DIS实验（数字化信息系统实验）。该实验是利用压强传感器测量大理石与不同浓度盐酸反应生成二氧化碳的气体压强的变化，得到的数据图像见图4。通过这个实验让学生理解，同样是大理石和盐酸的反应，化学反应快慢既可以用单位时间内生成气体的体积变化量来衡量，也可以用气体压强变化量来衡量。当然，只要在反应中变化的物理量都可以作为衡量快慢的指标，进而引发学生思考，化学反应快慢选择什么变量来衡量更合适？

这一环节的教学设计，T老师通过DIS实验从“量”的变化的角度进一步让学生认识到化学反应快慢的观念。这也是促成核心观念形成的重要环节，因为如果没有深入的理解，只有表面上的感知是无法形成真正的“大观念”的。同时，将先进的DIS实验引进课堂教学，有助于拓宽学生的视野，对学生形成化学核心观念有一定的助推作用。

掌握核心概念“化学反应速率”

在实验探究和教师演示DIS实验之后，学生需要清晰地确认核心概念“化学反应速率”。T老师建议，通过问题引导学生思考： 在物理学中，物体移动的快慢可用单位时间里物体所经历的路程即速率（v=s/t）表示，那么化学反应的快慢如何定量表示呢？首先，告诉学生描述化学反应快慢的物理量称为化学反应速率。并借助物理学中速率定义进行类比，化学反应速率必然指的是单位时间内某个变量的变化量。然后，让学生思考和辨明化学变化中最常见的变量有哪些，学生可以列举出质量、物质的量、物质的量浓度、压强、气体体积等物理量。接下来，让学生讨论这些变量中最适合用于定量表示化学反应速率的是哪一个。经过讨论，学生最后确定用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增大来定量表示化学反应速率，表达式为v=c/t，单位为mol/（L·s）或mol/（L·min）。不用气体体积和压强的原因是它们的适用范围仅限于有气体参与的反应，但是大部分的反应都发生在溶液中。不用质量和物质的量的原因是在溶液中溶质的质量和物质的量还受体积的影响。

从T老师这一环节的设计指导可以看出，核心观念形成必须是以精确的概念形成为前提的。关于核心概念“化学反应速率”这部分的教学是T教师落实核心概念教学的亮点，因为年轻教师往往直接将概念定义介绍给学生，将重点放在概念的应用上，而忽视了概念的由来，缺少以科学家的思维方式进行问题解决的体验，但是T教师认为不仅仅要让学生知道核心概念的定义，更重要的是让学生明白科学家为什么要用浓度这一变量来表示化学反应速率。所以T老师通过类比、讨论引导学生辨明核心概念，使前面的感知转化为理性的概念，进而促使大观念具有了统领、深刻的特性，也实现了知识迁移的“内核”。这也是核心观念形成中一个重要环节，是形成迁移的前提。

4 讨论与启示

综上所述，基于化学核心观念的教学设计，不仅需要关注化学核心观念引导下的教学目标确定和教学框架设计，还要在挖掘核心观念后对知识点进行深入分解，并厘清知识点之间关系的基础上完成整体的教学设计。最重要的是，将化学核心观念贯穿于教学活动的设计，并渗透进课堂教学的实施中。即观念统领下的化学教学注重教学活动的连续性且紧密围绕着教学目标开展。从整个教学设计的指导过程来看，T老师对促成核心观念形成的教学活动设计包含了四个重要的环节： （1）激活学生对有关核心观念的化学宏观事实和现象的感知和辨识;（2）通过探究活动、合作学习，让学生在活动中将核心观念内化为自己的心智部分;（3）通过不同角度的观察、分析，强化核心观念的重要构成;（4）让学生辨明核心概念，进而在深度和统合特性上促成核心观念的形成。可见，体现“大观念”的整体教学活动设计紧紧围绕核心观念来展开，遵循学生的认知特性，形成可操作的教学活动步骤，层次递进地实现教学的整体目标。活动之间注重以问题链的形式进行推进，当学生在思考从学习主题中引出的可迁移问题时，核心观念能使学生的思维超越事实和活动，从而达到更高的层次。在课堂教学开展中，强调学生之间相互协作解决问题，是自我建构核心观念的必要措施。

参考文献：

[1] （美）格兰特·维金斯， （美）杰伊·麦克泰格. 闫寒冰等译. 追求理解的教学设计（第2版）[M]. 上海： 华东师范大学出版社， 2017： 73.

[2] 吴成军， 李高峰. 重视核心素养概念发展实践能力——《美国新一代科学教育标准》的分析及启示[J]. 中学生物教学， 2014， （1）： 7～10.

[3] 中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018.

[4] 郑学裕. 在教学中培养学生形成基本的化学观念[J]. 化学教学， 2012， （1）： 13～15.

[5] 何彩霞. 以化学观念为统领设计教学活动——对“弱电解质的电离”教学课例的再研究[J]. 化学教育， 2013， （1）： 16～18.

[6] 邵朝友， 崔允漷. 指向核心素养的教学方案设计： 大观念的视角[J]. 全球教育展望， 2017， （6）： 11～19.