基于概念原理的项目学习设计

张晋+王磊

一、项目背景

能源是人类社会赖以生存和发展的最主要的物质基础。人类社会要想发展，就离不开优质能源的开发和能源技术的改进。现今世界，能源短缺已经成为制约全世界社会与经济发展的重要问题。以煤、天然气和石油等为主的传统化石能源在人类社会的发展中曾起到了非常重要的作用，并仍将是人类在未来一段时间内的主要能源。但是，这类不可再生的传统能源在未来百余年间将无力支撑人类的生产生活，而且还会造成环境污染。有关能源问题不再仅仅是专家们讨论的热点，已经成为普通百姓关心的话题。

“能源的综合利用”是具有社会意义的主题，以这样一个主题作为项目，有利于将学科知识和课程内容进行整合，教学过程中让学生借助各种探究手段和活动以及与项目相关的各类资源对学科核心知识进行有意义的建构，从而实现学生综合智能的发展。

二、项目设计

本项目立足于能源的综合利用，将高中化学必修2化学反应与能量的内容进行整合，设计了四个专题：“认识能源”“燃料篇”“电能篇”“化工原料篇”。首先让学生对能源有一个整体的认识，然后在探索化石燃料作为生活中稳定能量来源原因的任务驱动下，先从宏观角度认识化石燃料的燃烧性质，建立能量观、发展变化观，再深入微观本质认识化学反应——燃烧反应提供能量的本质原因，最后定量认识燃料燃烧释放能量的能力大小；之后分析火力发电的原理及弊端，通过探索氢氧燃料电池能否实现化学能与电能之间的直接转化，建构原电池认识模型，从而发展学生的利用模型解决生活实际问题的能力，并培养学生变化守恒的科学素养；通过对化石燃料为原料直接或间接转化成的基础化工原料甲烷、乙烯、乙醇、乙酸及苯的组成、结构、性质及化工方面用途的探讨，帮助学生理解综合利用传统能源的方法，形成对能源可持续发展的意识，培养学生绿色应用的科学素养；最后让学生查阅资料了解新能源对解决能源问题及对能源发展的作用和价值，引导学生对能源有全面的认识和发展的眼光。

项目具体方案设计如图1所示。

三、项目教学中的关键问题

1.项目教学内容分析时，要确认教学内容的基本观念，建立项目中事实性问题、核心概念知识及核心观念之间的联系。

新课标对这两部分内容的教学要求：（1）理解化学键的断裂与形成是化学反应能量变化的主要原因，建立从微观结构的变化看化学反应与能量观。（2） 认识化学键的涵义，知道离子键和共价键的形成。

本专题以“研究化石能源作为燃料的本质原因”为中轴线，辐射到化学反应的本质的探讨，为核心概念知识的落实提供了较为丰富的事实性问题。本专题根据解决实际问题时涉及的核心概念知识及这些概念对学生核心观念的建构的作用来安排教学顺序。其具体联系可用图2来表示。

2.以观念为核心分析学生在主题知识内容与基本观念方面的发展程度。

从学生学习的角度看，“放热反应和吸热反应”的教学价值主要体现在以下几个方面：第一，认识化学反应的视角由关注物质变化转向关注能量变化，拓展了学生认识化学反应的角度。第二，由学生已有的化学反应伴随着能量变化的感性认识，去探索化学反应中能量变化的宏观原因；认识化学反应中能量转化的途径和形式，如化学能与热能的相互转化。第三，通过实验，定性地感受化学反应中能量的变化。

“化学键”的教学价值主要体现在以下几个方面：第一，发展学生从物质结构角度认识分子再分、原子重新组合的原因。第二，由学生已有的化学反应伴随着能量变化的定性认识，去探索化学反应中能量变化的微观原因；认识化学反应中能量转化的途径和形式。第三，通过计算，定量地认识化学反应中能量的变化。

总之，从整个专题看，要求学生的认识方式从宏观到微观、从定性到定量，并且发展和完善学生的微粒观、变化观和能量观。

3.教学中要想讓学生对相关教学内容有整体把握，必需理清事实、概念及观念之间的关系，抓住关键性内容，教给学生有组织的知识体系，而不是将孤立零碎的、毫无联系的知识教给学生。

化学反应过程中不仅有物质变化，而且伴随着能量变化。从能量角度认识化学反应是高中化学教学的重要内容，也是学生“能量观”“变化观”建构的重要方面。

4.教学过程中，以核心概念为桥梁，发展和完善学生的核心观念。

本专题以“化学键”为桥梁发展和完善学生的微粒观、变化观和能量观。学生核心观念的形成与发展是以相关具体概念性知识的学习为基础的。本专题通过化学键概念的建立，帮助学生认识到微粒之间的相互作用，从结构的角度认识物质的组成，发展学生从原子、分子水平认识物质的构成和化学反应；同时，化学键的概念帮助学生认识物质变化的实质是旧键的断裂和新键的生成过程，这也是解释化学反应有能量变化的原因。

5.教学中需要立足学科的整体高度，利用学生多次认识化学能与热能的机会，在化学事实和相关概念学习的基础上，引导学生通过理性思维不断拓展和深化能量观。

整个专题一围绕“化学反应伴随着能量变化”这一学科基本问题引导和启发学生思维，帮助学生逐步形成相应的认识思路和方法，进而转化为学生从能量角度分析和解释相关问题的经验和能力。

四、项目教学在概念原理学习中的价值

概念原理知识作为高中化学内容重要的组成部分，在中学化学教学中占有非常重要的地位，但是它们分散在不同模块的教材中，造成概念知识碎片化，不利于知识的整合化、系统化、结构化，不利于学生对知识进行有意义的建构学习，加之概念原理知识本身比较抽象、概括，且逻辑性强，一直以来都是教师教学与学生学习的难点。

本研究借助主题的组织中心作用与核心概念的聚合联系作用实现概念之间的整合，将必修二第一章第三节的核心概念（化学键），电化学模块即第二章第一、二节的核心概念（原电池）、一般概念（吸热反应、放热反应），有机模块第三章的第一、二、三节及第四章的第一节的概念（甲烷、烷烃、乙烯、乙醇、乙酸、苯等）的知识内容整合，并在“能源的综合利用”主题背景下进行教学，教学过程以前沿的教学理论为指导，利用各种探究手段和活动以及与主题相关的各类资源解决与化学相关的化学问题，从而发现不同核心概念知识的价值与联系，再将这些知识运用于实际生活问题的解决中。这样的教学模式不仅有利于建构核心的化学观念，发展学生抽象、概括等高级思维能力，而且有利于发展学生的化学学科素养以及改善学生学习化学的兴趣。