大概念統(tǒng)攝視域下的項目式教學備課探究

韓建豐　高凌蕊

摘要：教師在備課時應遵循新課標的理念，抽取物理學科中的大概念、結合生產(chǎn)生活實際形成驅(qū)動性問題，以驅(qū)動性問題為核心，創(chuàng)設真實情境。元素無機化合物是中學化學的重要教學內(nèi)容和奠基部分，在“煤改電助力霧霾防治”一課的備課中，要結合大概念項目驅(qū)動問題的選取與推進，創(chuàng)新微型實驗，為學生的探究活動設計提供新思路。

關鍵詞：大概念；驅(qū)動性問題；微型實驗創(chuàng)新；項目式教學

學生僅有扎實的基礎知識已不能滿足時代發(fā)展的需求，社會民生的高速發(fā)展對學生培養(yǎng)的路徑和目標提出了新要求、高期待，因此，教學需要更重視能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)。近年來，對教學的評價方案也已從考查學生掌握知識熟練程度轉(zhuǎn)變成考查學生對化學大概念的深入理解和應用，呈現(xiàn)為解決真實問題的能力。化學大概念是對化學概念體系的統(tǒng)攝性概括，化學教學中應以大概念解決實際問題為核心設計理念并進行實踐，促進學生知識結構化、系統(tǒng)化和程序化，從而深化知識間的聯(lián)系和應用，形成化學核心素養(yǎng)。《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下通稱“新課標”）中已經(jīng)明確將大概念作為重要的化學課程內(nèi)容，教師在備課時應該將大概念作為主要教學設計目標，將知識抽提為核心概念再進階為學科觀念，從而真正基于學生核心素養(yǎng)進行備課。

一、項目式教學的理論梳理

教師在進行元素無機化合物備課時需要注重學生連貫知識學習和能力的培養(yǎng)，要注重發(fā)展學生核心素養(yǎng)。教師可采用基于大概念的驅(qū)動問題設計和科學實踐的做中學兩條主線來設計項目式教學，幫助學生從大概念角度認識化學知識結構，同時重視學生解決實際問題的能力，達到知識結構化學習與解決問題能力培養(yǎng)相結合，提高學生對化學的理解、提升化學核心素養(yǎng)。大概念有科學大概念、化學學科大概念和化學主題大概念3種形式，大概念是對解決學科本原性問題等一系列問題的概括。通過梳理“元素無機化合物”這一單元我們發(fā)現(xiàn)，“研究無機物的一般方法”是科學大概念，“無機物的組成與結構”“無機物的變化與轉(zhuǎn)化”和“無機物的性質(zhì)與應用”是化學學科大概念，“無機物的組成”“無機物的轉(zhuǎn)化”是化學主題大概念。以“硫及其化合物”教學內(nèi)容為例，可明確其多層次大概念（見表1）。

二、項目式主題的內(nèi)容分析

項目式教學是第八次基礎教育課程改革倡導的發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的關鍵內(nèi)容，“硫及其化合物”項目教學可打破傳統(tǒng)的元素化合物逐個學習各物質(zhì)的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)以及用途的教學結構，實踐“情境、問題、活動、知識、素養(yǎng)”的大概念教學模式。項目的主題選定、活動探究、成果展示與串聯(lián)成型的關鍵是驅(qū)動性問題，而驅(qū)動性問題正是基于化學大概念而提出的。元素無機化合物教學的關鍵目標是提升學生預測陌生物質(zhì)性質(zhì)和解決實際問題的能力，促進學生元素觀、分類觀、轉(zhuǎn)化觀等化學觀念的建構。

以“硫及其化合物”為教學內(nèi)容開展項目式教學的驅(qū)動性問題為“煤改電助力霧霾防治”原因探析，以“元素—價類二維圖”為思維模型，通過真實問題情境重組元素化合物學習的教學歷程，通過在探究問題的活動中預測、分析物質(zhì)性質(zhì)，認識、理解、應用的硫及其化合物的轉(zhuǎn)化，將含硫物質(zhì)的性質(zhì)、轉(zhuǎn)化學習整合，最后以“研究無機物的一般方法”大概念統(tǒng)攝引領學生理解無機物質(zhì)學習方法。樹立“環(huán)境意識”，向?qū)W生介紹有關防止環(huán)境污染的知識是非常必要的。驅(qū)動性問題“煤改電助力霧霾防治”是基于學生環(huán)保意識培養(yǎng)和化學大概念學習觀念而設置的，需要學生了解：生產(chǎn)的發(fā)展使自然資源被過度開發(fā)和消耗，同時產(chǎn)生了污染物排放等問題，已經(jīng)導致全球資源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境破壞，保護環(huán)境已成為人類共同的呼聲。同時，培養(yǎng)學生以未來主人翁的精神關心、重視和應用化學知識解決真實問題的學習動力。

三、項目式任務及教學流程

基于多價態(tài)硫元素轉(zhuǎn)化的霧霾部分成因分析是核心任務主體，在此基礎上可拆解為4個小任務（見圖1）。

四、項目式教學實施的環(huán)節(jié)和內(nèi)容

（一）項目引入與明確研究方法

教師播放視頻 “煤改電工程進展”（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）。提出部分學生的疑惑，請學生轉(zhuǎn)換身份，做“小老師”來解答。提問：要能解答問題，你需要怎么準備？

學生需要查閱資料，充分了解燃煤和霧霾形成的關系，然后通過班級電腦進行信息檢索。

【資料1】學生檢索信息——煤的組成、霧霾的組成相關資料。

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

學生還不能正確解答的問題有：煤中硫元素以0、-2價為主，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”的價類二維圖是預測含硫元素無機物性質(zhì)和轉(zhuǎn)化的思維模型（見圖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】學生檢索信息——工業(yè)制硫酸流程。

學生可以得到知識：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。

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

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

【核心概念】工業(yè)制硫酸中第一步和第二步反應為氧化還原反應，體現(xiàn)了低價態(tài)硫元素的還原性；第三步反應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價硫元素的亞硫酸也體現(xiàn)還原性。通過這樣，引導學生體會應用價類二維圖解釋問題的方法。

2.探究二氧化硫轉(zhuǎn)化為霧霾中硫酸的微型實驗設計與實施

師生利用西林瓶（5 ml）和注射器（5 ml）可以設計微型實驗進行探究驗證（見圖3）。但有如下亟待解決的問題：如何制二氧化硫用于實驗？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？如何測定pH值？如何鼓入空氣？

學生利用硫及其化合物的價類二維圖預測可知：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)價態(tài)性質(zhì)的方法，但不利于微型實驗裝置使用。通過繼續(xù)分析可知，亞硫酸鈉類似于碳酸鈉這類鹽，可與強酸反應（稀鹽酸或稀硫酸）生成亞硫酸、亞硫酸類似于碳酸均不穩(wěn)定，易分解為二氧化硫氣體。結論為：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)探究實驗——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，一段時間后，再次測pH值。可通過pH值降低證明亞硫酸轉(zhuǎn)化為硫酸的反應發(fā)生，同時可通過硫酸根離子檢驗證明硫酸的生成。具體操作過程如圖4所示。

預設學生完成微型實驗、記錄實驗現(xiàn)象并做出解釋（見表2）。

【核心概念】實踐應用價類二維圖解釋問題（二氧化硫制取、亞硫酸的形成與繼續(xù)氧化），同時涉及實驗探究意識與能力的形成（見圖5）。

總之，教師在備課時應精心選擇能促進學生核心素養(yǎng)發(fā)展的驅(qū)動性問題，結合學生已有知識水平和生活經(jīng)驗，積極反映化學科學發(fā)展的新成就，培養(yǎng)學生的家國情懷，體現(xiàn)化學課程內(nèi)容的基礎性、時代性與實踐性，明確學習主題，凝練大概念，反映核心素養(yǎng)在某學習主題下的本源要求。在備課中，教師應注重圍繞大概念選取多維度的具體學習內(nèi)容，包括核心概念、思想模型、探究精神和情感態(tài)度價值觀等方面的要求，充分發(fā)掘大概念對實現(xiàn)知識的結構化和素養(yǎng)化的統(tǒng)攝地位，助力學生形成化學觀念，解決實際問題；發(fā)展科學思維，強化創(chuàng)新意識；經(jīng)歷科學探究，增強實踐能力；養(yǎng)成科學態(tài)度，具有責任擔當。

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（責任編輯：楊強）