面向過程的初中化學概念探究教學
——以“飽和溶液”為例

2023-10-05 07:53:06曾楨恒張茜茜莊啟亞

化學教與學 2023年16期

曾楨恒張茜茜劉翠莊啟亞*

（1.成都教科院附屬龍泉學校四川成都 610107；2.江蘇師范大學化學與材料科學學院、教師教育學院江蘇徐州 221116）

化學概念是在化學科學發展過程中建立起來的，是化學現象和化學事實概括化、抽象化的思維形式，能夠反映同類事物的化學運動規律和本質屬性。［1］從知識維度上看，化學概念在知識體系中具有基礎性和先導性位置，只有深入地認識與深刻地理解化學概念，才能系統地、全面地、結構化地掌握化學知識，揭示化學變化的規律，［2］最終提煉和升華為化學觀念。從實踐層面上，化學概念也是學生發現、分析并解決問題的起點。因此，概念學習在化學教學中具有關鍵作用。

然而初中化學概念一直是教學難點，概念本身具有抽象性，對于剛接觸化學的初三學生而言，良好的化學理解能力尚未形成。傳統的講授法忽視了對學生學習技能的培養，直接將概念拋給學生，缺乏引導學生認識以及內化概念的過程。因此，學生課堂參與度低，思維活動局限。而在練習鞏固環節也是單一地做題講題，自然造成學生對概念理解的表面化，學習效率低下。本研究結合POGIL，構建了面向過程的初中化學概念探究教學，旨在幫助學生在教師提供的指導型探究學習過程中持續發展各項過程技能，從而促進學生對化學概念的深層次理解，達到高質量概念學習的目的。

一、過程取向—指導型探究學習（POGIL）

POGIL（Process Oriented Guided Inquiry Learning）即面向過程的指導型探究學習法。學生以小組形式合作學習，教師僅發揮指導作用，旨在讓學生發展重要的過程技能并自主建構知識體系，［3］這兩個目標主要通過“面向過程”和“指導型探究”實現，如圖1所示。

圖1 POGIL過程分析

“面向過程”指教師要充分關注學生的學習過程。學習過程遠比學習結果更重要，教師應當努力讓學生參與到課堂活動中。為了更好地完成活動任務，學生要團結互助，并不斷進行語言和動作上的交流，思考同伴的想法并建立彼此的信任。因此，面向過程的學習能夠培養學生溝通交流、團隊合作以及管理領導等過程技能。同時，在活動中學生需要自主思考遇到的問題，因此POGIL的課堂也能發展學生的批判思維、問題解決等過程技能。

“指導型探究”指教師要指導學生完成探究性活動而非直接告知答案。學生是課堂的中心與主體，學習過程主要以小組合作的形式開展實驗探究，完成預定的任務，最終生成新的知識，學生的探究活動貫穿了整個課堂。教師則需要利用一系列驅動性問題促進學生對知識的理解，并在必要時提供幫助以確保該小組能夠順利完成探究性實驗。學生需要經歷一個完整的學習周期，該周期被分為三個階段:（1）探索（Exploration）——學生根據教師提供的圖表、文本、模型等信息思考探究，產生疑問并作出假設。（2）概念發明（Concept Invention）——小組實驗探究，結合現象、數據等分析討論、概括總結一個正式的概念或結論以解釋最初的假設。（3）應用（Application）——再次動手實踐，概念在新情境中得以鞏固。［4］而每個階段的活動設計要至少發展學生1-2個過程技能。

POGIL被廣泛應用于國外大學化學實驗室，研究表明該模式對學生的化學學習態度、學業成績產生積極影響，［5］能有效提高學生的批判性思維、解決問題等能力，有助于形成高階思維。［6］國內顧佳磊、丁偉基于POGIL 開發了“探究花青素還原性的實驗方案設計”的實驗教學案例，取得了較好的效果。［7］

二、面向過程的初中化學概念探究教學設計理念

作為科學課程的化學，涵蓋的不僅僅是科學知識本身，科學過程更是化學教育的重要組成部分。化學概念學習應該是學生通過積極的思維活動對具體實例進行分析、概括，從而把握關鍵特征的有意義學習過程，［8］教師要讓化學概念自然地成為科學過程的產物，而不是在事實水平上對概念的定義上進行簡單機械的重復，因此學生的學習過程顯得尤為重要。該過程通常以形式多樣的學習活動表現出來，所以活動不是隨意而為，需要學生具備一定的溝通交流、問題解決、團隊合作等技能，它們是幫助學生科學認識化學概念、完成化學活動的重要工具和持續動力，而這些技能正是POGIL 課堂旨在讓學生發展的重要過程技能。因此教師需要充分關注學生的學習過程，有效實現“面向過程”的學習。

從化學概念本身來說，它雖然具有概括性和抽象性，但它并非憑空而來，而是基于特定需要產生的。教師應為此創設一定情境，并為之設計相應的學習過程。實驗作為化學研究的核心手段，也是化學概念的重要來源。“化學變化”“催化劑”“飽和溶液”等概念在教材上均是通過實驗得到，教師應當善于利用這些實驗，幫助學生在實驗探究、討論交流等學習過程中生成概念，因此“面向過程”的學習需要通過教師的“指導型探究”實現，教師擔任指導者，幫助學生完成有關概念學習的探究活動。

綜上，無論是從教師的教，還是學生的學，有效的化學概念教學與POGIL模式的理念相符，面向過程的初中化學概念探究教學是切實可行的。

三、面向過程的初中化學概念探究教學模式

結合POGIL模式，本研究以概念發展的三個階段作為指導型探究的教學環節，構建了面向過程的初中化學概念探究教學模式，具體分為三個過程:

1.概念探索——感知概念表象

作為學習周期活動的開端，教師需要為學生提供真實問題情境以激發學生主動探索概念的興趣，利用數據、視頻、實驗等多種形式幫助學生初步建立對概念的感性認知，并設問引發學生思考，做出對概念的相關假設，初步發展“問題解決”的過程技能，這對之后的探究活動也起到鋪墊和指引作用。

2.概念發明——探析概念內涵

對于剛接觸化學的初中生來說，“概念發明”具有較大的難度，因此在初中階段，尤其是在新授課上，“概念發明”可以看作是“概念生成”，即學生通過小組合作進行實驗探究，在師生之間、生生之間的對話中自然而然產生概念，而不是教師直接向學生展示、解釋。所以此階段可以發展學生的“批判思維”“溝通交流”“團隊合作”“問題解決”“管理領導”等多種過程技能。為了更好地完成學習活動，教師要向學生明確學習任務，并適當設置一些具有進階性的問題以驅動學生逐漸認識概念內涵，解釋最初的概念假設。

3.概念應用——促進概念遷移

POGIL 尤其注重學生實踐，在實踐中應用、檢驗概念比單一的紙筆習題更具過程性和建設性，實踐讓學生的思維外顯，通過分析學生的實踐過程和實踐作品能夠更好評價學生對概念的掌握情況。在課堂最后，教師還應讓學生進行反思評價，發展“自我評價”的過程技能。評價不僅是對學習內容和過程技能的再認識，更能讓學生清楚認識到自己在整個學習過程中的優缺點，總結經驗，下次能更好地完成學習周期活動。

四、面向過程的初中化學概念探究教學實踐

“飽和溶液”是初中化學的重要概念之一，學生對從物質的溶解開始從定性認識過渡到定量認識。從概念本身來說，學生很容易忽略“一定溫度”“一定條件”和“該溶質”是形成飽和溶液的三大要素，也不能聯系生活實際思考飽和溶液與不飽和溶液之間的轉化方法，其根本原因在于在整個學習過程中學生只聽不做，沒有親身參與到建立概念的過程中去完善概念內涵，最終造成對“飽和溶液”概念的一知半解。本研究以“飽和溶液”為例，具體闡述面向過程的初中化學概念探究教學的實踐過程。

1.教學目標

（1）聯系生活經歷、結合實驗探究，建立飽和溶液與不飽和溶液的概念，并知道二者相互轉換的方法。

（2）了解什么是結晶，知道結晶的兩種方法。

（3）能夠利用飽和溶液知識解釋生產、生活中的相關應用。

（4）通過小組合作與實驗探究，發展批判性思維、問題解決、團隊合作等過程技能。

2.教學流程（見表1）

表1 基于POGIL的“飽和溶液”教學流程

3.教學過程

（1）概念探索——感受概念表象

【展示】自制的白糖晶體，并播放制作視頻。

【教師】制作白糖晶體的原理與我們今天要學習的“飽和溶液”有關。究竟什么是飽和溶液呢？

【學生】根據“合作學習單1”（見表2）開展實驗探究，完成學習單內容，分享學習成果。

表2 合作學習單1

【教師】通過剛才的實驗，同學們已經初步感受到了什么是飽和溶液，在制作白糖晶體的第一步，老師不斷往水杯里加白糖，就是為了得到白糖的飽和溶液。

設計意圖：利用白糖晶體的實物和制作視頻創設真實問題情境，激發學生興趣，引出“飽和溶液”這一核心概念。利用實驗促使學生探索飽和溶液的概念，發展“問題解決”的過程技能。當認識到溶劑不能再溶解溶質，此時的溶液為飽和溶液，學生可以做出初步的概念解釋，感知“飽和溶液”的概念表象。

（2）概念發明——探析概念內涵

【教師】在配制蔗糖溶液時，老師用的是熱水并且限制了水量。這些是否會影響飽和溶液的形成？

【學生】根據“合作學習單2”（見表3）開展實驗探究，完成學習單內容，分享學習成果。

表3 合作學習單2

【教師】在冷卻過程中，溶解的固體又重新析出，該過程叫作什么？有哪兩種途徑能夠實現這一過程？請同學們自主閱讀教材，尋找答案。（備注:因為冷卻結晶時間較長，直接向學生展示冷卻后的成品。）

【學生】閱讀教材，學習結晶的定義和結晶的兩種途徑——蒸發結晶與降溫結晶。

設計意圖：結合教材實驗將其設計成對照實驗，分別探究溶劑量、溶質種類、溫度對飽和溶液形成的影響，因為實驗內容比較復雜，需要思考的問題也較多，學生必須要有良好的分工合作、充分的交流討論才能高效率完成實驗，該過程發展了學生的“團隊合作”“問題解決”“管理領導”等過程技能。而學生經過了良好的合作與思考，能更好地探析“飽和溶液”概念的內涵，學生自然就能順利生成“飽和溶液”的定義，修正初始的概念解釋。而結晶現象在這一實驗中已經體現，于是將結晶的知識前置。

【教師】知道了飽和溶液的定義，那我們能判斷哪些溶液是飽和溶液了嗎？

【學生】完成“合作學習單3”（見表4），分享學習成果。

表4 合作學習單3

設計意圖：選取以上五個步驟對應的溶液讓學生判斷是否為飽和溶液，一方面降低學生負擔，同時也能夠結合這五個步驟總結出飽和溶液與不飽和溶液的轉換方法。因為學生對每一步驟對應的溶液是否飽和會有不同意見，需要不斷交流、說服對方，因此有助于發展學生“批判思維”“溝通交流”等過程技能。而在一次次的交流與說服中，自然促進了學生對“飽和溶液”概念內涵的認識。

（3）概念應用——加深概念理解

【教師】通過本節課的學習，我們知道了如何利用飽和溶液的知識制作美麗的白糖晶體，大家理解了制作原理了嗎？我們再次回顧白糖晶體的制作視頻。

【學生】繪制白糖晶體制作流程圖，并解釋每一步驟的原理。

【學生】完成自我評價單（見表5）。

表5 自我評價單

【作業布置】在家自制白糖晶體，一星期后展示評比。

設計意圖：繪制流程圖改變了傳統利用習題進行應用、評價的形式，增強學生興趣。“自我評價單”發展了學生的“自我評價”過程技能，不僅讓學生知道自己在“飽和溶液”概念的學習中有哪些不足，如何彌補，也為教師后續的教學改進提供依據。而學生自制白糖晶體不僅創新了作業形式，更凸顯作業是課堂的延續，體現了“雙減”背景下作業設計的理念。

五、總結