基于大概念理念的高中化学教学设计研究——以“乙醇的结构”为例

湖北大学化学化工学院（430062）蒋倩 王凯

一、研究背景

（一）大概念理念的提出

大概念理念是处于学科中心地位，体现学科本质，具有广泛的适用性和解释力的思想。英国教授温·哈伦等十位来自世界各国的教育专家经过研究、讨论，确立了相关的大概念，他们从小概念出发，发展到范围较大的、能够概括广泛思想的概念，再发展到能够体现客观世界的物体、现象，并将之相互联系、统筹的概念［1］。从理论依据来看，一方面，有意义学习中的上位学习和下位学习就如同大概念和小概念，由此可将概括程度低、范围窄的小概念归到认知结构中已有的概括程度高、范围广的大概念之下；另一方面，一个大概念之下可以有许多小概念，这些小概念都有着相同的部分。在已经学习了大概念的背景下，可通过学习相应的小概念产生正向迁移效果，再接着学习其他相关的小概念。

（二）大概念理念的引入

当今的教育面临着许多困难。科学教育旨在培养学生的科学思维，使学生具备良好的科学素养，而学习相互独立的科学知识与技能并不能很好地达成这一目标。只有让学生自主深入学习科学概念，并能够迁移和广泛运用，才能实现科学教育的宗旨。

教学中理论与实践的脱离，导致学生只会纸上谈兵，不能将知识熟练地运用于实际生活。化学中繁杂的概念需要学生花大量的时间来记忆，易导致学生产生厌学的心理。大概念理念作为引领现阶段课程改革的关键因素，已成为教育领域的焦点。教师如果能够引导学生掌握学科的基本概念框架，那么将有助于学生对学科知识的理解记忆，大大减轻学生的学习负担，同时能让学生更好地将知识运用于现实生活中，有利于学生的全面发展。新课程标准用大概念理念来统领各学科课程内容，引领教学内容的改革，明确强调以学科大概念作为核心，以便于学科核心素养的确切落实［2］。大概念理念的潜在价值并没有在我国的教育领域得到充分的体现，基于大概念理念的教学的研究也还有一大片空白，但是基于大概念理念实施学科教学势不可挡。近年来，我国部分优秀教师密切关注大概念理念，并且在教学中引入了大概念理念，效果显著。

（三）研究大概念理念的意义

在理论上，《普通高中化学课程标准（2017 年版）》中提到的课程目标、课程结构、实施建议等，为我国的课程改革提供了支持，加强了新版高中化学课程标准的实施，提高了化学在各学科教育中的地位［3］。在实践上，化学是一门必不可少的课程，人们的日常生活离不开化学，课程改革背景下，化学学科的地位越发重要。大概念理念的提出，不仅能让学生更好地学习化学，取得好成绩，还能提高课堂教学的效率，将新知识与学生认知结构中已有的相关概念建立实质性的联系，使学生能够将知识灵活运用于生活，培养学生发现问题、解决问题的能力。

二、基于大概念理念的教学设计分析

传统的高中化学课堂大多关注具体知识点的教学，只在情境引入环节联系生活，使得学生机械被动地学习，难以掌握化学学科的核心概念和形成完整的认知结构。学科核心概念往往是一些关键和特殊的知识内容，它突出了学科的基本内容和教学的基本任务，反映了学科的本质。“乙醇的结构”是高中化学的重要知识点，教师可基于大概念理念开展教学设计，将孤立、散乱的知识进行整合串联，这对启发学生逻辑思维、减轻学生认知负担、促进学生对生活实际的深层次认识具有重要作用［4］。

基于大概念理念的教学设计，聚焦学科本质，并根据教材内容，分析和提炼其中的核心思想方法，再通过事实一步一步地反推出学科大概念，将高度抽象的大概念化为抽象程度低的次级大概念。“乙醇的结构”教学中，按照“大概念—次级大概念—小概念—事实”的层次建构概念（见图1）。首先，由生活事实引出乙醇这一物质，并引导学生根据乙醇在生活中的应用推导出乙醇所具有的性质；其次，先利用球棍模型拼接乙醇可能的结构，再利用数据和实验探究乙醇的结构，在实验过程中引导学生发现“乙醇与水的结构有相似的部分”，在得出乙醇结构的同时提出羟基这一小概念，进而提出次级大概念——官能团，总结出“物质的组成结构决定其性质”这一学科大概念；再次，回归生活，引导学生利用乙醇的性质正确、合理地解释生活现象；最后，让学生查找资料，自主探究乙醚的性质，加深学生对“结构决定性质”这一学科大概念的理解。

图1 概念层次图

三、基于大概念理念的教学设计案例——“乙醇的结构”

根据图2 的教学思路，把“乙醇的结构”相关知识串联起来，形成完整的教学过程。

图2 教学思路

活动一：感知生活，体验化学学习的乐趣

【素材】摇放一段有关花露水燃烧的视频。

【问题】为何花露水未直接接触火焰也会燃？在生活中如何避免此类事件的发生？

【多媒体】PPT展示花露水的成分。

【结论】由花露水的成分可知是乙醇使得花露水可燃。

设计意图：通过视频使物质性质的展现更为直观，让学生产生认知冲突；适时提出问题，引发学生思考，激发学生的探究兴趣，同时让学生明白化学与生活息息相关。

活动二：讨论乙醇的性质，初步猜测乙醇可能的结构

【讨论】教师给出实物——乙醇，引导学生观察乙醇，并结合花露水燃烧的视频说说乙醇有哪些性质。

【讲解】乙醇具有挥发性，无色，有特殊香味，可燃，从生活中存在不同度数的酒可以知道，乙醇与水可以任意的互溶；乙醇的密度比水小，熔沸点低，所以常温下呈液态，易挥发。

【问题】同学们初中已学过乙醇（C2H6O）的元素组成，现在又学习了甲烷、乙烯等有机物的结构，那么乙醇的结构是怎样的呢？请同学们利用球棍模型拼接出乙醇可能的结构。

设计意图：向学生提供思考的方向，引导学生逐渐建构知识，学会根据一些简单易得的信息推导出合理的假设，并能够通过辅助工具表达假设。

活动三：进行实验，验证乙醇的结构

【多媒体】PPT 展示乙烷与乙醇的熔沸点表格。（见表1）

表1 乙烷与乙醇的熔沸点

【问题】乙烷和乙醇的元素组成只相差一个氧，为何乙醇的熔沸点比乙烷大很多？

【讲解】可能是因为乙醇结构中存在氢键，初步猜测出乙醇的结构。

【实验】指导学生进行“乙醇与钠反应”实验，并观察现象。

通过回顾水与钠的反应现象发现，乙醇与钠的反应和水与钠的反应现象类似；对产生的气体进行检验，发现是氢气；在反应后的溶液中加入酚酞，发现溶液变红，说明有碱性物质产生。

【结论】乙醇有与水类似的结构，即氢氧元素直接相连。

【讲解】乙醇与水相似的结构是探讨乙醇结构的关键，这个结构被称为羟基。从实验中我们可以发现，羟基决定了乙醇的化学性质。化学中把决定有机物化学特性的原子或原子团称为官能团。

设计意图：引导学生猜测结构，再通过化学反应实验进行验证，可培养学生的创新能力和探究能力，以及综合各项信息得出结论的能力。

活动四：回归生活，迁移应用

【问题】花露水易燃，可以采取什么措施避免花露水燃烧的发生？

【结论】方法一：远离火源；方法二：使用不含乙醇的花露水；方法三：自制花露水。

【应用】乙醇在生活中的用途很多，比如制作饮料、医用消毒杀菌以及用作燃料（乙醇汽油）等。

设计意图：学习知识的意义不仅在于掌握，更在于应用。通过引入实际问题，引导学生探究解决，可培养学生理论联系实际的观念和学以致用的习惯，以及提高学生解决问题的能力和迁移应用能力。

活动五：课外活动，自主探究

【探究】在研究乙醇结构的过程中，根据乙醇的元素组成还可以得出另一种结构，具有这种结构的物质是什么？性质与乙醇有哪些不同之处？请同学们课后进行自主探究。

设计意图：自主探究另一种结构的物质及其对应的性质，通过与乙醇的性质比较，发现不同的结构有不同的性质。通过事实一步一步地反推出学科大概念，再将高度抽象的大概念化为抽象程度低的次级大概念，加深学生对“结构决定性质”这一学科大概念的理解。

四、总结

大概念理念犹如摩天大楼的根基，而小概念就犹如一个个楼层，如果没有了大概念这个支柱，小概念就会摇摇欲坠。学科大概念的建构目的在于让学生构建完整的知识框架，而掌握概念和建立模型是学生的重要能力，它影响着学生的科学判断。学科概念的教学是一个从具体到抽象的过程。在概念教学过程中，教师应创设生活情境，调动学生的原始概念，扩展学生对概念的认知，并让学生自己构建概念模型，完善其概念认知体系。“宇宙中所有的物质都是由很小的微粒构成的”是《科学教育的原则和大概念》中的十四个大概念之一，作为上位概念，它统领着原子、分子等下位概念［5］。而物质是由分子或者原子构成的，分子则由原子构成。在教学中，教师要以大概念为导向，厘清每个概念之间的上下位关系，在大概念引领下，使教学过程更顺畅，自然而然地由宏观层面过渡到微观层面［6］。

基础教育的主要任务就是把课程标准以及教材中展现的思想迅速地落实到实际教学中。基础教育改革中不断涌现出新的教育思潮，让学者们应接不暇，其中，大概念理念对课程编排及课堂教学产生了重要的影响。