大概念下的高中化學微型實驗主題式教學

寧雪婷

摘 要：大概念下的主題式教學，是高中化學教學改革后的一類全新教育模式，教師需要有目的、有針對性、有計劃地圍繞知識點，設計結構式的課程體系，以知識概念為核心載體，創(chuàng)設適宜的學習情境，引導學生在情境中理解概念，并將所學的知識在情境中應用并解決問題。本文以“二氧化硫的性質(zhì)”的教學為例，設計了大概念統(tǒng)攝下的高中化學微型實驗主題式教學方案，輔助學生形成大概念下的科學思維，掌握探討問題的思路與學習化學知識的方法，以提高學生的學習能力。

關鍵詞：高中化學；大概念；微型實驗；主題式教學；二氧化硫的性質(zhì)

新課標中明確指出，新時代下的高中化學教學必須要重視學科大概念，教師要在教學過程中堅持以學科大概念為統(tǒng)領，在學科大概念之下設立結構化課程，確保化學教學結構能夠始終在學科概念的主題引領之下。同時，建立情境化的教學模式，將知識點及本課的重點教育目標融入情境之中，引導學生在情境中探索知識、學習知識，以促進化學學科素養(yǎng)的生成。

一、大概念下的高中化學教學優(yōu)勢及主題式教學模型

（一）大概念下的高中化學教學優(yōu)勢

在高中化學教學過程中，堅持以大概念為核心統(tǒng)領，能夠提高學生對知識點的掌握程度。教師需要圍繞該知識點的核心概念，設計具有層次性、邏輯性的教學活動。分析大概念之下的概念層級，并將其分配至各個教學活動之中，引導學生感受化學知識的生成過程。與此同時，教師還應在課堂中為學生設計真實的情境，便于學生在情境之中理解抽象概念，借助真實的學習情境啟發(fā)學生的思維，讓學生從情境中出發(fā)，思考情境中存在的問題，并利用所學知識解決情境問題，以此培養(yǎng)學生對核心知識點的內(nèi)化及遷移能力。

在大概念統(tǒng)領下，教師能夠?qū)⑾鄬碗s的事物，以簡潔、清晰的概念概括出來，并將其呈現(xiàn)在學生面前，配以真實的情境與靈活的教學活動，提高學生對概念的理解，并輔助學生建立起大概念統(tǒng)領下的系統(tǒng)化知識網(wǎng)絡體系，便于學生在腦海中生成邏輯清晰、簡明扼要的化學知識結構。教師可以將諸多零散、瑣碎的知識點整合在一起，強調(diào)事實概念及學科知識之間的關聯(lián)，讓學生在學習過程中領悟知識點的普遍意義，掌握在情境中應用概念與知識遷移，解決情境問題或現(xiàn)實問題的方法[1]。

（二）大概念下的高中化學主題式教學模型

從教育角度上講，學科大概念是對知識結構、知識概念之間關系的一種表述，能夠統(tǒng)領學科的整體知識。大概念在學科中某一領域中的體現(xiàn)，是基于既定事實及固有知識，產(chǎn)生的一類具有深刻內(nèi)涵的可遷移觀念，可以在一定程度上解釋領域內(nèi)事件或物體的組織結構，并建立起對應的知識模型。

高中化學中的主題式教學是一類以生為本的教學模式。在主題式教學中，教師會圍繞一個具體的知識點，為學生構建一個具有社會意義的真實情境或教學主題，并帶領學生在真實情境下分析問題，利用學生所學的知識解決情境問題，以此開展有組織、有目的、有意義的學習活動。

建立在化學大概念下的主題式教學，則需要教師根據(jù)本課的主要教學內(nèi)容及章節(jié)核心概念，創(chuàng)設一個與現(xiàn)實環(huán)境有關聯(lián)的真實情境，例如化工行業(yè)生產(chǎn)情境、生活情境或化學實驗情境等。隨后，根據(jù)本課的核心概念設計教學主題，將該主題下相關的各個小概念與其他知識圍繞著核心主題依次排列，并構建起具有結構性的知識框架。要求教師在安排教學活動時，將主題下的各個知識點分解并放置于各活動之中，并為學生設計合理的驅(qū)動性問題[2]。學生需要在教師的引導下思考，聯(lián)系新、舊知識，構建起完整的知識框架，隨后利用知識與概念解決情境中的相關問題。課堂結束時，教師應幫助學生梳理大概念下的化學知識結構，使學生生成系統(tǒng)性的化學知識網(wǎng)絡結構。

因此，大概念統(tǒng)籌下的高中化學主題式教學，需要教師為學生設計真實情境，引導學生在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題，嘗試利用所學知識解決問題，在學習過程中，構建學科知識結構，并以此形成學科大概念，從而實現(xiàn)學生化學學科核心素養(yǎng)的提升[3]。

二、化學微型實驗教學的實踐意義

從本質(zhì)上講，高中化學課堂中的微型實驗，要求教師在開展實驗教學時，盡可能少地使用化學試劑或化學實驗器材。通常情況下，教師組織的微型化學實驗中，應用的化學試劑用量是正規(guī)實驗用量的幾十分之一，但要確保實驗能夠使學生觀測到清晰的實驗現(xiàn)象，得到直觀的實驗結果。

在高中化學課堂中，設計主題式實驗課堂能夠培養(yǎng)學生的動手操作能力，提高學生在化學課堂中對化學知識探索的主動欲望，讓學生養(yǎng)成通過實驗驗證猜想的良好習慣，帶領學生觀察實驗過程，并在實驗過程中總結出實驗結果，以此體驗化學知識的生成過程，提高學生對化學知識的掌握程度及化學實驗的操作技能。主題式實驗教學能夠改變原有化學課堂中，由教師主導實驗、學生觀察的被動式學習模式，能夠進一步突出學生在化學課堂中的主體地位，符合新課標對高中化學教學的要求。學生在親自動手、獨立操作的過程中，對化學實驗及化學知識的了解會更加深入，可以有效改善高中化學教學質(zhì)量。而微型實驗教學與傳統(tǒng)實驗教學略有不同，將其應用于高中化學主題式課堂的構建之中，具備以下兩點優(yōu)勢[4]。

一方面，微型實驗構建的主題式教學活動，符合現(xiàn)行的綠色環(huán)保化學理念，可以在一定程度上降低實驗過程中的化學試劑消耗，也能夠減少環(huán)境污染。

另一方面，在高中化學課堂中帶領學生開展微型化學實驗，通常會選用各類微型實驗儀器。這類化學儀器的體積較小，在應用過程中不易破碎，在實驗中，也不易因?qū)W生的錯誤操作導致化學實驗試劑泄漏等問題，能夠提高化學實驗的安全系數(shù)，改善化學實驗室的環(huán)境[5]。

三、大概念統(tǒng)籌下高中化學微型實驗主題式課堂的構建策略——以“二氧化硫的性質(zhì)”為例

（一）課程概念分析

“二氧化硫的性質(zhì)”這一內(nèi)容的學習，能夠幫助學生構建起價類二維模型，并使學生掌握從價類二維角度入手研究物質(zhì)的方法以及解決現(xiàn)實問題的策略。在初中階段以及此前的高中化學學習中，學生掌握了基礎化學元素及化合物相關的知識，也知道了因二氧化硫形成的酸雨對人類生活產(chǎn)生的危害。此時，學生對化學元素及基礎的物質(zhì)分類、氧化還原反應與離子反應等基礎的化學理論知識，也有了初步認識。這部分學生已掌握的舊知識，均能為本課探索二氧化硫的性質(zhì)提供理論依據(jù)。

在大概念視角下，教師需要將新、舊知識加以整合，設計循序漸進、環(huán)環(huán)相扣的教學活動，帶領學生逐步探索二氧化硫性質(zhì)這一概念，并幫助學生掌握研究物質(zhì)基本性質(zhì)的方法。

（二）確定教學目標

在全新的教育背景下，教師需要以培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)為根本。堅持立德樹人的教育理念，強調(diào)學生對學習化學必備知識及適應社會發(fā)展的關鍵能力的培養(yǎng)。

基于學科素養(yǎng)教育，教師設計了如下教學目標：1.了解酸雨的形成過程與酸雨治理的基本原理，并立足于真實情境下，利用所學知識提出酸雨治理的方案，培養(yǎng)學生的社會責任感。2.能夠完成教師設計的微型實驗探究任務并觀察實驗過程，總結實驗結果。通過研究并探索酸雨治理的方案，學習并總結二氧化硫的基本性質(zhì)。在實驗中積極創(chuàng)新思考，自主構建創(chuàng)新實驗，增強科學探究意識。3.根據(jù)教師設計的教學任務，自主構建價類轉(zhuǎn)化及氧化還原這兩大化學學科的核心大概念。4.了解二氧化硫與酸雨之間的關系，在明確二氧化硫基本性質(zhì)的基礎上，討論二氧化硫在現(xiàn)實生活中的應用，了解化學學科對人類社會科技發(fā)展創(chuàng)新的重要價值，能夠以辯證的眼光看待各類事物、物質(zhì)。

（三）規(guī)劃教學流程

在本課教學中，教師將酸雨設置為教學主題，設計了學科大概念下的微型實驗主題式課堂，以酸雨的危害、酸雨治理及二氧化硫在現(xiàn)實生活中的基本用途為本課的主題線索，構建了本課教學的真實生活情境。教學時，教師使用了問題驅(qū)動，帶領學生完成了二氧化硫及酸雨的基礎實驗探究，并從中引導學生思考酸雨的治理或解決方案，實現(xiàn)了生活情境與知識概念之間的轉(zhuǎn)化。在學生自主解決問題時，教師輔助學生構建了硫元素及其化合物的價類二維模型，促進學生構建價值類思維大概念。在探討酸雨治理方案的過程中，引導學生總結歸納二氧化硫的基本性質(zhì)，并基于二氧化硫的性質(zhì)，帶領學生討論了二氧化硫在現(xiàn)實生活中的實際應用，使學生以辯證的視角看待二氧化硫的兩面性，以此培養(yǎng)學生的科學態(tài)度。

（四）構建教育活動

【生活情境導入】

在本課的教學伊始，教師為學生導入了生活情境，點明了“酸雨治理”這一主題。為后續(xù)引導學生探討酸雨治理的方案，并研究二氧化硫的基本性質(zhì)打下了堅實的基礎。

教學時，教師利用媒體設備為學生播放了一段酸雨的視頻，并講解了酸雨的危害。隨后，教師向?qū)W生提出了問題，要求學生結合過去學習過的知識點思考酸雨是如何形成的、形成酸雨的主要物質(zhì)、如何解決酸雨等問題。

生1：導致酸雨形成的物質(zhì)是二氧化硫，在解決酸雨時，我們可以通過化學反應將酸雨轉(zhuǎn)化為對人類生活及生態(tài)環(huán)境無害的物質(zhì)。

師：很好，那么請同學們認真思考，以前我們學過二氧化碳是可以溶于水的，溶于水之后的二氧化碳可以與堿溶液發(fā)生反應。二氧化硫是否可以這樣處理呢？

【微型實驗1：探究二氧化硫氣體是否能溶于水與堿性溶液】

教師先為學生播放了二氧化碳氣體溶于水并與堿溶液反應的實驗視頻，引導學生使用類比思想，設計二氧化硫氣體的吸收實驗。

在本課的微型實驗設計中，教師需要提醒學生，在實驗過程中應注意避免二氧化硫氣體泄漏，造成氣體污染，并以此為前提，要求學生在小組內(nèi)討論并設計實驗方案。小組討論結束后，由每一組指派發(fā)言人分享組內(nèi)設計好的實驗流程，由教師及其他同學評價并提出更改建議，逐步完善實驗方案。

最終，學生達成一致，在實驗中，使用注射器分別吸取定量的水和堿性氫氧化鈉溶液，再將液體依次注入裝有二氧化硫氣體的瓶中，以此進行實驗驗證。教師引導學生認真觀查實驗的過程，并分析實驗現(xiàn)象。在裝有二氧化硫氣體的礦泉水瓶中，注入水后礦泉水瓶變癟，再次注入堿性氫氧化鈉溶液后，水瓶癟得更加嚴重。由此確定了二氧化硫氣體可以溶于水與堿性氫氧化鈉溶液。

【微型實驗2：酸雨治理】

由教師引導學生從物質(zhì)的基本構成元素及類別角度入手，分析并討論酸雨的治理方案，引導學生設計微型實驗，驗證酸雨治理的方案是否可行。

根據(jù)微型實驗1觀測到的結果，教師對學生進行提問：我們已經(jīng)證明了二氧化硫氣體能夠溶于水與堿性溶液，那么在這一過程中是否發(fā)生了化學反應，酸雨中的二氧化硫是否被中和掉了呢？請大家再次設計微型實驗進行驗證。

此時教師依舊引導學生在小組討論中分析實驗目標并設計實驗方案，以激發(fā)學生的自主探索意識及創(chuàng)新探究能力。

學生決定，分別向存有紫色石蕊溶液以及存有酚酞的氫氧化鈉溶液中，注入等量的二氧化硫氣體，隨后觀測石蕊溶液及含有酚酞的氫氧化鈉溶液的變色情況，從而確定了二氧化硫在溶于水及氫氧化鈉溶液后，確實發(fā)生了化學反應。以此驗證并推導出了二氧化硫與水反應及與堿性溶液反應的化學方程式。以微型實驗2驗證了酸雨治理方案的可行性，培養(yǎng)了學生的科學探索意識及其創(chuàng)新精神。

教師根據(jù)上述兩個實驗，帶領學生分析并討論二氧化硫的基本性質(zhì)，要求學生根據(jù)實驗中觀測到的現(xiàn)象及最終得出的實驗結論，歸納并整理本課微型實驗中所學到的化學知識。在帶領學生推導二氧化硫反應方程式的過程中，教師還應該為學生建立同價態(tài)硫元素及其化合物的轉(zhuǎn)化認知模型，幫助學生構建起有關“物質(zhì)類別轉(zhuǎn)化”的學科大概念。

【微型實驗3：探索二氧化硫的氧化性與還原性】

教師導入了問題情境：某市采集到了酸雨樣品，工作人員每隔一段時間便對其pH值進行檢測，發(fā)現(xiàn)隨著時間的遞增，酸雨的pH值會逐漸增大。

由問題情境引導學生驗證二氧化硫的還原性特征。教師帶領學生使用注射器抽取少量二氧化硫氣體，并將其分別推入紫色高錳酸鉀溶液、橙色溴水溶液以及裝有硫化氫氣體的礦泉水瓶中，帶領學生觀測實驗現(xiàn)象，以此推導出二氧化硫的氧化性及還原性特征。

在這一階段，教師帶領學生從物質(zhì)的氧化還原視角，研究了該物質(zhì)的基本性質(zhì)，以此構建了氧化還原觀念與價態(tài)轉(zhuǎn)化的學科大概念。

【小結】

在本課最后，教師要求學生聯(lián)系生活實際，根據(jù)本課得出的二氧化硫基本性質(zhì)分析二氧化硫在日常生活中的應用方式，讓學生進一步了解二氧化硫在社會中的應用價值，使學生以辯證的眼光看待問題，同時，也能加強化學學科與生活之間的聯(lián)系，促進學生養(yǎng)成正確的知識遷移能力，使學生應用所學的化學知識解決現(xiàn)實生活中的真實問題。

結束語

在大概念統(tǒng)籌下，設計主題式微型實驗課程，能夠提高學生的化學學科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學生的科學探索精神及創(chuàng)新意識，提升學生在真實的情境下分析問題的能力，使學生掌握化學知識的本質(zhì)，并建立起結構化的化學知識體系，以促進化學知識的正向遷移及應用。因此，教師需要分析課程概念，隨后設計合理的教學結構，引導學生在學習的過程中主動探索、主動思考，自主完成微型實驗的設計及實驗操作，在實驗中歸納并整理出知識點，在系統(tǒng)的學習過程中，構建學科概念，并養(yǎng)成良好的學習習慣。

參考文獻

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