基于概念原理的項目學習設計

一、項目背景

能源是人類社會賴以生存和發展的最主要的物質基礎。人類社會要想發展，就離不開優質能源的開發和能源技術的改進?，F今世界，能源短缺已經成為制約全世界社會與經濟發展的重要問題。以煤、天然氣和石油等為主的傳統化石能源在人類社會的發展中曾起到了非常重要的作用，并仍將是人類在未來一段時間內的主要能源。但是，這類不可再生的傳統能源在未來百余年間將無力支撐人類的生產生活，而且還會造成環境污染。有關能源問題不再僅僅是專家們討論的熱點，已經成為普通百姓關心的話題。

“能源的綜合利用”是具有社會意義的主題，以這樣一個主題作為項目，有利于將學科知識和課程內容進行整合，教學過程中讓學生借助各種探究手段和活動以及與項目相關的各類資源對學科核心知識進行有意義的建構，從而實現學生綜合智能的發展。

二、項目設計

本項目立足于能源的綜合利用，將高中化學必修2化學反應與能量的內容進行整合，設計了四個專題：“認識能源”“燃料篇”“電能篇”“化工原料篇”。首先讓學生對能源有一個整體的認識，然后在探索化石燃料作為生活中穩定能量來源原因的任務驅動下，先從宏觀角度認識化石燃料的燃燒性質，建立能量觀、發展變化觀，再深入微觀本質認識化學反應——燃燒反應提供能量的本質原因，最后定量認識燃料燃燒釋放能量的能力大??；之后分析火力發電的原理及弊端，通過探索氫氧燃料電池能否實現化學能與電能之間的直接轉化，建構原電池認識模型，從而發展學生的利用模型解決生活實際問題的能力，并培養學生變化守恒的科學素養；通過對化石燃料為原料直接或間接轉化成的基礎化工原料甲烷、乙烯、乙醇、乙酸及苯的組成、結構、性質及化工方面用途的探討，幫助學生理解綜合利用傳統能源的方法，形成對能源可持續發展的意識，培養學生綠色應用的科學素養；最后讓學生查閱資料了解新能源對解決能源問題及對能源發展的作用和價值，引導學生對能源有全面的認識和發展的眼光。

項目具體方案設計如圖1所示。

三、項目教學中的關鍵問題

1.項目教學內容分析時，要確認教學內容的基本觀念，建立項目中事實性問題、核心概念知識及核心觀念之間的聯系。

新課標對這兩部分內容的教學要求：（1）理解化學鍵的斷裂與形成是化學反應能量變化的主要原因，建立從微觀結構的變化看化學反應與能量觀。（2） 認識化學鍵的涵義，知道離子鍵和共價鍵的形成。

本專題以“研究化石能源作為燃料的本質原因”為中軸線，輻射到化學反應的本質的探討，為核心概念知識的落實提供了較為豐富的事實性問題。本專題根據解決實際問題時涉及的核心概念知識及這些概念對學生核心觀念的建構的作用來安排教學順序。其具體聯系可用圖2來表示。

2.以觀念為核心分析學生在主題知識內容與基本觀念方面的發展程度。

從學生學習的角度看，“放熱反應和吸熱反應”的教學價值主要體現在以下幾個方面：第一，認識化學反應的視角由關注物質變化轉向關注能量變化，拓展了學生認識化學反應的角度。第二，由學生已有的化學反應伴隨著能量變化的感性認識，去探索化學反應中能量變化的宏觀原因；認識化學反應中能量轉化的途徑和形式，如化學能與熱能的相互轉化。第三，通過實驗，定性地感受化學反應中能量的變化。

“化學鍵”的教學價值主要體現在以下幾個方面：第一，發展學生從物質結構角度認識分子再分、原子重新組合的原因。第二，由學生已有的化學反應伴隨著能量變化的定性認識，去探索化學反應中能量變化的微觀原因；認識化學反應中能量轉化的途徑和形式。第三，通過計算，定量地認識化學反應中能量的變化。

總之，從整個專題看，要求學生的認識方式從宏觀到微觀、從定性到定量，并且發展和完善學生的微粒觀、變化觀和能量觀。

3.教學中要想讓學生對相關教學內容有整體把握，必需理清事實、概念及觀念之間的關系，抓住關鍵性內容，教給學生有組織的知識體系，而不是將孤立零碎的、毫無聯系的知識教給學生。

化學反應過程中不僅有物質變化，而且伴隨著能量變化。從能量角度認識化學反應是高中化學教學的重要內容，也是學生“能量觀”“變化觀”建構的重要方面。

4.教學過程中，以核心概念為橋梁，發展和完善學生的核心觀念。

本專題以“化學鍵”為橋梁發展和完善學生的微粒觀、變化觀和能量觀。學生核心觀念的形成與發展是以相關具體概念性知識的學習為基礎的。本專題通過化學鍵概念的建立，幫助學生認識到微粒之間的相互作用，從結構的角度認識物質的組成，發展學生從原子、分子水平認識物質的構成和化學反應；同時，化學鍵的概念幫助學生認識物質變化的實質是舊鍵的斷裂和新鍵的生成過程，這也是解釋化學反應有能量變化的原因。

5.教學中需要立足學科的整體高度，利用學生多次認識化學能與熱能的機會，在化學事實和相關概念學習的基礎上，引導學生通過理性思維不斷拓展和深化能量觀。

整個專題一圍繞“化學反應伴隨著能量變化”這一學科基本問題引導和啟發學生思維，幫助學生逐步形成相應的認識思路和方法，進而轉化為學生從能量角度分析和解釋相關問題的經驗和能力。

四、項目教學在概念原理學習中的價值

概念原理知識作為高中化學內容重要的組成部分，在中學化學教學中占有非常重要的地位，但是它們分散在不同模塊的教材中，造成概念知識碎片化，不利于知識的整合化、系統化、結構化，不利于學生對知識進行有意義的建構學習，加之概念原理知識本身比較抽象、概括，且邏輯性強，一直以來都是教師教學與學生學習的難點。

本研究借助主題的組織中心作用與核心概念的聚合聯系作用實現概念之間的整合，將必修二第一章第三節的核心概念（化學鍵），電化學模塊即第二章第一、二節的核心概念（原電池）、一般概念（吸熱反應、放熱反應），有機模塊第三章的第一、二、三節及第四章的第一節的概念（甲烷、烷烴、乙烯、乙醇、乙酸、苯等）的知識內容整合，并在“能源的綜合利用”主題背景下進行教學，教學過程以前沿的教學理論為指導，利用各種探究手段和活動以及與主題相關的各類資源解決與化學相關的化學問題，從而發現不同核心概念知識的價值與聯系，再將這些知識運用于實際生活問題的解決中。這樣的教學模式不僅有利于建構核心的化學觀念，發展學生抽象、概括等高級思維能力，而且有利于發展學生的化學學科素養以及改善學生學習化學的興趣。