基于大概念理念的高中化學教學設計研究
——以“乙醇的結構”為例

湖北大學化學化工學院（430062）蔣倩 王凱

一、研究背景

（一）大概念理念的提出

大概念理念是處于學科中心地位，體現學科本質，具有廣泛的適用性和解釋力的思想。英國教授溫·哈倫等十位來自世界各國的教育專家經過研究、討論，確立了相關的大概念，他們從小概念出發，發展到范圍較大的、能夠概括廣泛思想的概念，再發展到能夠體現客觀世界的物體、現象，并將之相互聯系、統籌的概念［1］。從理論依據來看，一方面，有意義學習中的上位學習和下位學習就如同大概念和小概念，由此可將概括程度低、范圍窄的小概念歸到認知結構中已有的概括程度高、范圍廣的大概念之下；另一方面，一個大概念之下可以有許多小概念，這些小概念都有著相同的部分。在已經學習了大概念的背景下，可通過學習相應的小概念產生正向遷移效果，再接著學習其他相關的小概念。

（二）大概念理念的引入

當今的教育面臨著許多困難。科學教育旨在培養學生的科學思維，使學生具備良好的科學素養，而學習相互獨立的科學知識與技能并不能很好地達成這一目標。只有讓學生自主深入學習科學概念，并能夠遷移和廣泛運用，才能實現科學教育的宗旨。

教學中理論與實踐的脫離，導致學生只會紙上談兵，不能將知識熟練地運用于實際生活。化學中繁雜的概念需要學生花大量的時間來記憶，易導致學生產生厭學的心理。大概念理念作為引領現階段課程改革的關鍵因素，已成為教育領域的焦點。教師如果能夠引導學生掌握學科的基本概念框架，那么將有助于學生對學科知識的理解記憶，大大減輕學生的學習負擔，同時能讓學生更好地將知識運用于現實生活中，有利于學生的全面發展。新課程標準用大概念理念來統領各學科課程內容，引領教學內容的改革，明確強調以學科大概念作為核心，以便于學科核心素養的確切落實［2］。大概念理念的潛在價值并沒有在我國的教育領域得到充分的體現，基于大概念理念的教學的研究也還有一大片空白，但是基于大概念理念實施學科教學勢不可擋。近年來，我國部分優秀教師密切關注大概念理念，并且在教學中引入了大概念理念，效果顯著。

（三）研究大概念理念的意義

在理論上，《普通高中化學課程標準（2017 年版）》中提到的課程目標、課程結構、實施建議等，為我國的課程改革提供了支持，加強了新版高中化學課程標準的實施，提高了化學在各學科教育中的地位［3］。在實踐上，化學是一門必不可少的課程，人們的日常生活離不開化學，課程改革背景下，化學學科的地位越發重要。大概念理念的提出，不僅能讓學生更好地學習化學，取得好成績，還能提高課堂教學的效率，將新知識與學生認知結構中已有的相關概念建立實質性的聯系，使學生能夠將知識靈活運用于生活，培養學生發現問題、解決問題的能力。

二、基于大概念理念的教學設計分析

傳統的高中化學課堂大多關注具體知識點的教學，只在情境引入環節聯系生活，使得學生機械被動地學習，難以掌握化學學科的核心概念和形成完整的認知結構。學科核心概念往往是一些關鍵和特殊的知識內容，它突出了學科的基本內容和教學的基本任務，反映了學科的本質。“乙醇的結構”是高中化學的重要知識點，教師可基于大概念理念開展教學設計，將孤立、散亂的知識進行整合串聯，這對啟發學生邏輯思維、減輕學生認知負擔、促進學生對生活實際的深層次認識具有重要作用［4］。

基于大概念理念的教學設計，聚焦學科本質，并根據教材內容，分析和提煉其中的核心思想方法，再通過事實一步一步地反推出學科大概念，將高度抽象的大概念化為抽象程度低的次級大概念。“乙醇的結構”教學中，按照“大概念—次級大概念—小概念—事實”的層次建構概念（見圖1）。首先，由生活事實引出乙醇這一物質，并引導學生根據乙醇在生活中的應用推導出乙醇所具有的性質；其次，先利用球棍模型拼接乙醇可能的結構，再利用數據和實驗探究乙醇的結構，在實驗過程中引導學生發現“乙醇與水的結構有相似的部分”，在得出乙醇結構的同時提出羥基這一小概念，進而提出次級大概念——官能團，總結出“物質的組成結構決定其性質”這一學科大概念；再次，回歸生活，引導學生利用乙醇的性質正確、合理地解釋生活現象；最后，讓學生查找資料，自主探究乙醚的性質，加深學生對“結構決定性質”這一學科大概念的理解。

圖1 概念層次圖

三、基于大概念理念的教學設計案例——“乙醇的結構”

根據圖2 的教學思路，把“乙醇的結構”相關知識串聯起來，形成完整的教學過程。

圖2 教學思路

活動一：感知生活，體驗化學學習的樂趣

【素材】搖放一段有關花露水燃燒的視頻。

【問題】為何花露水未直接接觸火焰也會燃？在生活中如何避免此類事件的發生？

【多媒體】PPT展示花露水的成分。

【結論】由花露水的成分可知是乙醇使得花露水可燃。

設計意圖：通過視頻使物質性質的展現更為直觀，讓學生產生認知沖突；適時提出問題，引發學生思考，激發學生的探究興趣，同時讓學生明白化學與生活息息相關。

活動二：討論乙醇的性質，初步猜測乙醇可能的結構

【討論】教師給出實物——乙醇，引導學生觀察乙醇，并結合花露水燃燒的視頻說說乙醇有哪些性質。

【講解】乙醇具有揮發性，無色，有特殊香味，可燃，從生活中存在不同度數的酒可以知道，乙醇與水可以任意的互溶；乙醇的密度比水小，熔沸點低，所以常溫下呈液態，易揮發。

【問題】同學們初中已學過乙醇（C2H6O）的元素組成，現在又學習了甲烷、乙烯等有機物的結構，那么乙醇的結構是怎樣的呢？請同學們利用球棍模型拼接出乙醇可能的結構。

設計意圖：向學生提供思考的方向，引導學生逐漸建構知識，學會根據一些簡單易得的信息推導出合理的假設，并能夠通過輔助工具表達假設。

活動三：進行實驗，驗證乙醇的結構

【多媒體】PPT 展示乙烷與乙醇的熔沸點表格。（見表1）

表1 乙烷與乙醇的熔沸點

【問題】乙烷和乙醇的元素組成只相差一個氧，為何乙醇的熔沸點比乙烷大很多？

【講解】可能是因為乙醇結構中存在氫鍵，初步猜測出乙醇的結構。

【實驗】指導學生進行“乙醇與鈉反應”實驗，并觀察現象。

通過回顧水與鈉的反應現象發現，乙醇與鈉的反應和水與鈉的反應現象類似；對產生的氣體進行檢驗，發現是氫氣；在反應后的溶液中加入酚酞，發現溶液變紅，說明有堿性物質產生。

【結論】乙醇有與水類似的結構，即氫氧元素直接相連。

【講解】乙醇與水相似的結構是探討乙醇結構的關鍵，這個結構被稱為羥基。從實驗中我們可以發現，羥基決定了乙醇的化學性質。化學中把決定有機物化學特性的原子或原子團稱為官能團。

設計意圖：引導學生猜測結構，再通過化學反應實驗進行驗證，可培養學生的創新能力和探究能力，以及綜合各項信息得出結論的能力。

活動四：回歸生活，遷移應用

【問題】花露水易燃，可以采取什么措施避免花露水燃燒的發生？

【結論】方法一：遠離火源；方法二：使用不含乙醇的花露水；方法三：自制花露水。

【應用】乙醇在生活中的用途很多，比如制作飲料、醫用消毒殺菌以及用作燃料（乙醇汽油）等。

設計意圖：學習知識的意義不僅在于掌握，更在于應用。通過引入實際問題，引導學生探究解決，可培養學生理論聯系實際的觀念和學以致用的習慣，以及提高學生解決問題的能力和遷移應用能力。

活動五：課外活動，自主探究

【探究】在研究乙醇結構的過程中，根據乙醇的元素組成還可以得出另一種結構，具有這種結構的物質是什么？性質與乙醇有哪些不同之處？請同學們課后進行自主探究。

設計意圖：自主探究另一種結構的物質及其對應的性質，通過與乙醇的性質比較，發現不同的結構有不同的性質。通過事實一步一步地反推出學科大概念，再將高度抽象的大概念化為抽象程度低的次級大概念，加深學生對“結構決定性質”這一學科大概念的理解。

四、總結

大概念理念猶如摩天大樓的根基，而小概念就猶如一個個樓層，如果沒有了大概念這個支柱，小概念就會搖搖欲墜。學科大概念的建構目的在于讓學生構建完整的知識框架，而掌握概念和建立模型是學生的重要能力，它影響著學生的科學判斷。學科概念的教學是一個從具體到抽象的過程。在概念教學過程中，教師應創設生活情境，調動學生的原始概念，擴展學生對概念的認知，并讓學生自己構建概念模型，完善其概念認知體系。“宇宙中所有的物質都是由很小的微粒構成的”是《科學教育的原則和大概念》中的十四個大概念之一，作為上位概念，它統領著原子、分子等下位概念［5］。而物質是由分子或者原子構成的，分子則由原子構成。在教學中，教師要以大概念為導向，厘清每個概念之間的上下位關系，在大概念引領下，使教學過程更順暢，自然而然地由宏觀層面過渡到微觀層面［6］。

基礎教育的主要任務就是把課程標準以及教材中展現的思想迅速地落實到實際教學中。基礎教育改革中不斷涌現出新的教育思潮，讓學者們應接不暇，其中，大概念理念對課程編排及課堂教學產生了重要的影響。