初中化學大概念引領的概念建構教學

嚴娟

［摘要］ 大概念是化學教學單元的重要教學內容，承載著單元的特質化素養發展功能，并對單元其他教學內容的學習起著統領作用。教師應基于大概念發展化學觀念，統整化學知識，解決化學問題。本文以初中化學“碳中和”教學為例，運用大概念進行教學，結構化設計教學過程，增進學生對主題概念的理解與應用。

［關鍵詞］ 大概念；核心素養；化學教學；碳中和

化學學科單元教學應高度重視大概念教學，積極探索大概念教學的有效模式和策略。化學觀念是義務教育化學課程對學生核心素養發展提出的一項重要要求。化學觀念的形成與發展，離不開學生大概念的建構。在化學教學中，教師應注重學科主題大概念的抽提，發揮主題大概念對學生形成化學觀念起到的積極作用，避免素養的“標簽化”。為實施核心素養導向的化學教學，教師要從以知識為本的化學教學向以素養為本的化學教學加以轉變。這一教學轉變并不意味著取消或削弱化學知識教學，而是倡導將零散且碎片化的知識系統化、結構化，以此發揮化學知識在發展學生核心素養方面的功能和價值。那么，如何基于素養發展功能而將化學知識系統化、結構化呢？這就要求教師在教學中發揮大概念對化學知識的統攝作用和遷移價值。

“化學與社會·跨學科實踐”是義務教育化學課程的五大學習主題之一。在這一學習主題中需要建構的大概念是“化學與可持續發展”，包含“物質的性質與應用”“物質的組成與結構”和“物質的化學變化”。可持續發展觀念是目前國際上公認的跨學科大概念，核心知識涉及能源、材料、環境、資源、生物等諸多領域。新課標將“化學與可持續發展”作為“化學與社會·跨學科實踐”學習主題的大概念，發揮重要的統攝作用，這符合了落實“科學態度與責任”素養發展的定位，體現了學生在綜合應用學科知識和觀念進行跨學科實踐活動中，應該發展的價值觀、必備品格和關鍵能力。

“碳中和”對于剛剛學習化學的初中生來說是一個較為陌生的話題，但學生對碳和碳的化合物、碳在自然界的循環等知識并不陌生。課堂教學實踐表明，基于“碳中和”理念設計教學，針對CO2過量排放而導致溫室效應等環境問題所引發的議題，屬于化學和環境領域，因此具有重要的現實意義。該實踐活動涉及多學科的內容：CO2的性質和轉化是化學學科“物質的性質與應用”主題的核心知識，同時關聯了必做實驗“CO2的實驗室制取與性質”；從大氣圈、巖石圈、水圈等多個系統認識碳循環，綠色植物可以通過光合作用將CO2轉化為有機物，在維持生物圈中的碳氧平衡方面具有重要作用，這些屬于生物學科的重要內容；認識人類活動對環境產生的影響并造成氣候變化，屬于地理學科的內容；關注與溫室效應有關的新聞，了解碳達峰、碳中和的意義，理解在環境、經濟等問題上國家間的依存關系等，屬于道德與法治學科的內容。該跨學科實踐活動還將促進學生建構元素觀、變化觀等學科大概念，并將之上升為“可持續發展”“系統與模型”等跨學科大概念。具體教學流程如下：

一、自主先學

【學習任務】1.整理、書寫有CO2生成的化學反應方程式，以及有CO2參與的化學反應方程式。構建二氧化碳與碳的化合物相互轉化的知識體系，并與大家分享。

2.回憶CO2在自然界產生和消耗的主要途徑，嘗試制作自然界中CO2的循環圖，思考溫室效應的原因。

3.查閱資料，了解“碳達峰”和“碳中和”。

化學觀念需要大概念來激活，而大概念教學又需要通過設計有價值的問題才能引導學生運用高階思維，提升解決問題的能力。二氧化碳的性質和轉化是化學學科“物質的性質與應用”學習主題的核心知識，學生在第六單元中已經學習過。教師在課前讓學生開展自主學習，復習相關知識，利用方程式書寫，將已學的化學知識關聯起來，由此梳理清楚各物質與二氧化碳的轉化關系，為接下來進一步的學習打好基礎。

二、合作學習

【學習任務】1.在小組內主動交流自主學習遇到的問題，小組成員合作解決。

2.傳屏展示小組合作學習的成果至大屏，每組派一位同學代表小組匯報。

3.說出本組仍然不能解決的問題和發現的新問題。

衡量一節課是知識課還是素養課的重要標準，要看這節課是否能體現核心素養的導向。大概念建構教學，是用大概念引導學生認識化學物質世界、解決真實問題、大膽開拓創新，以此發展學生的核心素養。教師采用小組合作學習的方式，通過師生互動、生生互動，讓學生思維的亮點和問題都能可視化，讓教師的引導更加精準，讓問題也能成為有價值的教學資源。

三、發現問題，分析問題，解決問題

【學習任務】1.數字化實驗，利用傳感器對CO2的壓強進行探究。三個注射器內各裝入20 mL水、飽和石灰水、NaOH飽和溶液，并迅速將注射器內液體全部注入等體積CO2的燒瓶中，關閉活塞，觀察三只燒瓶內氣體壓強的變化。分析氣壓變化的原因，總結三種液體對CO2吸收效果的差別。

2.學生實驗，利用教師提供的藥品和器材，設計實驗比較Ca（OH）2飽和溶液、NaOH飽和溶液吸收CO2效果的差別。

3.小組討論，在實驗室中檢驗CO2一般用澄清石灰水，而吸收CO2常用氫氧化鈉溶液，理由是什么？

大概念對核心素養發展的獨特價值在于學科主題層次，學科主題大概念更能體現主題內容特質化的素養發展功能。在教學中，教師將數字化手段和學生實驗相結合，使實驗在深度合作中得到升華。在能力層面上，學生發現問題、提出問題、分析問題、解決問題；在情感層面上，學生體驗到成功的愉快，或者經歷短暫挫折后再次取得成功的積極體驗，切實增強了他們的獲得感。

四、自主構建，自主歸納

【學習任務】1.實際生產中，經常利用NaOH溶液來“捕捉”CO2，進行再利用與封存（可以根據以上討論，設計工業流程）。根據你設計的流程，嘗試做一做“命題人”，你覺得還可以設計什么化學問題？請你將這些問題寫下來并嘗試著獨立解決。

2.在今天學習的基礎上，請你生成一棵“碳中和”領域的“知識樹”。

基于主題大概念功能，引導學生體會大概念，注重學科本原性問題和認識視角的顯性化，通過探究實踐活動和高階思維活動，建構大概念。教師讓學生自主建構，踴躍展示，在此過程中讓高級思維真正發生。學生不僅可以成為最好的解題人，同時還充當著命題人的角色，嘗試設計基礎題，這就讓學生發現問題、提出問題成為操作可能。大概念引領的概念建構教學讓學科知識生長成“知識樹”，除了知識的生長，更有學生素養的生長。

［參考文獻］

［1］房喻，王磊.義務教育化學課程標準（2022年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2022.

［2］張鴻翔，李小春，魏寧.二氧化碳捕獲與封存的主要技術環節與問題分析[J].地球科學進展，2010，25（03）.

［3］鄭長龍.核心素養導向的化學教學設計[M].北京：人民教育出版社，2021.

［4］鄭長龍.化學課程與教學論（2版）[M].長春：東北師范大學出版社，2018.