高中化学教学中的“大概念”及其教学路径建构

吴蔚

摘 要：在新的高中化学课程标准实施背景下，需要在高中化学实践过程中引入大概念等相关理念，本文就在高中化学教学中引入和强调“大概念”的重要性，提出了一种教学建构路径，以帮助学生更好地理解和应用化学知识。通过分析大概念的定义、特点以及实际应用，本文旨在为高中化学教育的改进提供有益的启示。

关键词：高中化学教学；大概念；教学建构路径

高中是培养学生科学素养和创新能力的关键阶段之一。然而，传统的教学方法往往将化学知识划分成零散的概念和公式，使学生难以理解化学的整体结构和应用。在这种情况下，引入“大概念”作为教学的核心元素，可以帮助学生更好地理解化学的本质，培养他们的综合思考能力。本文将讨论大概念的定义、特点，并提出一种教学建构路径，以指导高中化学教育的改进。

一、大概念的定义与特点

（一）大概念的定义

“大概念”是一种教育理念，它具体指的是将一系列相关的概念、原理和现象有机整合为一个抽象的概念或框架。这个概念不仅仅是对已知知识的简单总结，更是对这些知识的深层次理解和应用的体现。在高中化学教育领域，引入大概念理念可以对广泛的知识领域进行有组织地整合，从而帮助学生更好地理解化学的本质和结构。

高中化学领域包含了众多复杂的概念和原理，包括但不限于化学反应、周期表、物质结构等。这些概念在传统的教学中通常被孤立地呈现给学生，使得学生难以建立概念之间的联系和理解它们的综合应用。引入大概念的理念旨在解决这一问题，它能够帮助学生将各种看似独立的知识点整合成一个有机的整体，将化学知识呈现为一个更加清晰、具有逻辑性的结构[1]。

举例来说，考虑到化学反应这一广泛的知识领域，传统教学可能会逐一介绍不同类型的反应，如酸碱中和、氧化还原等，而学生可能只能记住这些反应的特点和方程式。然而，引入大概念的教学方法将会更加综合地探讨化学反应的核心原理，强调反应中的电荷转移和物质变化等基本概念，以及这些概念之间的关系。这种方式下，学生将能够更深入地理解不同类型的反应，而不仅仅是死记硬背，从而培养了更高水平的化学思维和应用能力。

大概念是一个强调综合性、抽象性和应用性的教育方法，它有助于高中化学教育更好地达到知识整合和深刻理解的目标。通过将各种相关概念整合为一个整体框架，学生能够更清晰地看到化学知识的结构，从而更好地应用于实际问题的解决中。这种教学方法有望提高学生的化学素养，为他们未来的学术和职业发展奠定坚实的基础[2]。

（二）大概念的特点

1.综合性

大概念的综合性是其最显著的特点之一。它能够将化学领域内看似零散的知识点、概念、原理以及实验现象有机地连接起来，从而形成一个完整的知识体系。这种综合性的特点在教育中有着重要的作用，以下是对综合性的详细阐述。

（1）整合多方面知识：大概念的综合性体现在它能够涵盖和整合多个领域的知识。举例而言，考虑一个大概念，如化学反应，它不仅包括了反应类型的分类，还包括了反应机制、反应速率、反应平衡等多个方面的知识。这意味着学生不再将化学知识视为零散的信息块，而是将它们有机地联系在一起，形成一个综合性的框架。

（2）深化理解：综合性的大概念要求学生深入理解不同概念之间的相互关系。例如，在化学反应的大概念中，学生需要理解反应速率是如何受到反应机制和反应平衡的影响的。这不仅加深了他们对单个概念的理解，还使他们能够看到这些概念如何相互作用以影响整个反应过程。

（3）摆脱孤立知识：综合性的大概念有助于学生逐渐摆脱对孤立知识的依赖，不再仅仅记住零散的事实和公式，学生可以将这些知识点整合到一个有机的整体中。这种能力是培养学生科学素养和综合思考的关键，使他们能够更好地理解和应用化学知识。

（4）内在关联性：大概念的综合性让学生开始看到不同概念之间的内在关联性。他们能够理解化学知识的整体结构，而不仅仅是零星的数据点。这使他们能够更深刻地理解化学的基本原理和规律。

2.抽象性

大概念在其本质上是高度抽象的。它不仅仅是对已知知识的简单总结或归纳，更是对这些知识的深层次理解。通过抽象化的方式，大概念能够捕捉到知识背后的基本原理和普遍规律，而不仅仅是具体情况。这种抽象性要求学生不仅理解概念本身，还要理解它们之间的关系和相互作用，培养了学生的抽象思维和综合思考能力[3]。

具体示例：

如何理解化学键的抽象性，这是一个关键的大概念。化学键不仅仅是描述原子之间连接的方式，还涉及能量变化、电子分布以及分子结构的抽象性质。学生不仅需要理解不同类型的化学键（如共价键、离子键、金属键）的定义，还需要理解它们背后的电子云重叠、电荷转移等基本原理。此外，他们还需要理解不同化学键类型如何影响分子的性质和反应行为。这个例子强调了大概念的抽象性，因為它不仅涵盖了具体的化学现象，还涉及化学原理的深层次理解。

抽象性要求学生超越表面的知识记忆，将不同概念联系起来，形成更广泛的知识框架。通过将抽象的大概念与实际情境相联系，学生可以更好地理解和应用化学知识，培养他们的科学思维和解决问题的能力。

3.应用性

大概念的另一个重要特点是其强调应用性。它不仅停留在理论层面，还能够帮助学生将所学知识应用于解决实际问题，从而提高他们的实际操作能力和解决问题的能力。通过将大概念与实际情境相结合，学生能够更好地理解知识的实际运用，培养他们的问题解决和创新能力。以下是关于大概念应用性的详细阐述。

（1）解决实际问题：大概念的应用性鼓励学生将所学的化学知识运用于解决实际问题。例如，学生可以将化学反应的大概念应用于设计化学实验，以研究新材料的合成方法或者环境污染的净化技术。这种实际问题的解决过程不仅帮助学生巩固知识，还培养了他们的实际操作技能和科学思维。

（2）培养问题解决能力：大概念的应用性有助于培养学生的问题解决能力。他们需要分析复杂情境，将所学知识应用于其中，并提出解决方案。这种过程锻炼了他们的逻辑思考和判断能力，使他们能够更好地应对未来面临的各种挑战。

（3）案例分析：应用性教育可以通过案例分析来实现，学生可以研究实际案例，了解如何应用大概念解决复杂问题。例如，学生可以研究一个关于环境保护的案例，通过化学反应的知识来分析和解决环境问题，例如污染物的去除或废水处理。

（4）跨学科应用：大概念的应用性还体现在可以跨越不同学科领域。学生可以将化学知识与其他科学领域如生物学、地学、工程学等相结合，解决更广泛的问题。例如，将化学反应的原理与生态学相结合，研究生态系统中的物质循环过程。

大概念的特点包括综合性、抽象性和应用性，这些特点使其成为高中化学教育中一种有力的教学工具。通过充分发挥这些特点，教育者可以更好地帮助学生理解和应用化学知识，培养他们的科学素养和实际操作技能。

二、确定关键大概念

在高中化学教学中引入大概念的教学路径时，首要步骤是明确定义和确定关键的大概念[4]。这些关键大概念应该在高中化学知识体系中扮演重要角色，具有广泛的应用价值，能够帮助学生建立起对整个领域的深刻理解。以下是一些可能作为关键大概念的示例。

（一）化学反应

化学反应是化学学科的核心概念之一，它涵盖了各种不同类型的反应，包括酸碱中和、氧化还原、置换反应等。理解化学反应的机制和特征对于学生建立全面的化学知识基础至关重要，以下是对化学反应的详细阐述。

1.反应类型：化学反应包括了多种不同类型的反应，每种类型都有其独有的特征和机制。例如，酸碱中和反应涉及酸和碱之间的中和过程，而氧化还原反应涉及电子的转移。学生需要理解这些不同类型反应的定义和特点。

2.反应机制：学生需要理解化学反应发生的机制。这包括了反应中的原子、分子之间的相互作用，以及化学键的形成和断裂。理解反应机制有助于学生预测反应结果和解释化学现象。

3.反应速率：反应速率是化学反应的一个重要方面，它涉及反应的速度如何受到各种因素的影响，包括温度、浓度、催化剂等。学生需要理解反应速率的概念，并能够解释为什么某些反应快而其他反应慢。

4.反应平衡：化学反应通常不是一次性完成的，而是达到一个平衡状态。学生需要理解反应平衡的概念，包括平衡常数、勒夏特定律等。他们还需要学会如何通过改变反应条件来影响反应平衡。

（二）周期表

周期表是化学元素的组织和分类的基础，学生需要理解其排列方式以及元素的周期性性质，以下是对周期表的详细阐述：

1.元素的排列：周期表将化学元素按照一定规律排列，包括了周期和族的概念。学生需要理解元素在周期表中的排列方式，以及如何根据周期表的排列来确定元素的化学性质。

2.周期性性质：周期表上的元素显示出周期性性质，如电负性、原子半径、电离能等。学生需要理解这些周期性性质如何随元素的位置在周期表上而变化，以及如何应用这些性质来解释元素的化学行为。

3.元素分类：周期表的排列方式还反映了元素的分类，包括金属、非金属、过渡金属等。学生需要理解这些分类对元素的性质和用途有何影响。

4.成键方式：化学键是理解化学分子和化合物形成的基础。不同类型的化学键，如共价键、离子键、金属键等，对于理解物质的结构和性质至关重要。

5.微粒排列方式：物质的分子和晶体结构决定了其性质和行为。通过理解不同物质的分子或晶体结构，学生可以更好地解释化学现象和性质的差异。

（三）化学平衡

化学平衡是化学领域的一个关键概念，它在描述和理解化学反应过程中发挥着至关重要的作用。在本文中，我们将深入探讨化学平衡的概念，包括其基本原理、影响因素以及其在化学研究和实际应用中的重要性。我们将逐步扩展这个话题，以便更全面地理解化学平衡。

化学平衡的概念源于对反应动力学和热力学的深入研究。它涉及化学反应的正向和逆向过程达到一种特定的状态，即动态平衡。这意味着在达到平衡时，反应物和生成物的浓度保持不变，尽管仍然发生着正逆反应，这种状态通常在封闭的系统中实现，其中反应物之间的相互转化保持平衡。

为了更好地理解化学平衡，让我们考虑一个简单的例子：氮气和氢气之间的氨合成反应。

在这个反应中，氮气和氢气会相互转化为氨气。在初始阶段，当反应开始时，反应物的浓度很高，而生成物的浓度很低。随着时间的推移，生成物的浓度逐渐增加，同时反应物的浓度逐渐减小。最终，当反应物和生成物的浓度达到一定比例时，反应将进入动态平衡状态。在动态平衡下，反应物和生成物的浓度不再发生显著的变化，尽管正逆反应仍在进行。

化學平衡的核心原则之一是勒夏特利亚原理（Le Chatelier's Principle）。这一原理指出，当外部因素改变系统达到平衡时，系统会调整以抵消这种变化，以维持平衡。具体来说，如果你增加某一反应物的浓度，系统将移向逆反应，以减小这种变化，从而恢复平衡。同样，如果你增加温度或压力，系统也会有相应的调整。

化学平衡的一个关键特点是平衡常数（Kc或Kp）。平衡常数描述了反应物浓度和生成物浓度之间的关系，可以根据反应的化学方程式确定。

这个平衡常数告诉我们，当反应物和生成物的浓度满足这个比例时，系统达到平衡。如果Kc的值大于1，那么生成物的浓度相对较高，而如果Kc的值小于1，反应物的浓度相对较高。

除了浓度变化，温度和压力的变化也会影响化学平衡。提高温度通常会促使反应向正向方向移动，而增加压力可能会影响气体反应的平衡位置。这些因素的理解对于控制和优化化学反应过程非常重要，特别是在工业生产中。

三、整合相关概念

一旦确定了关键的大概念，接下来的关键步骤是将与这些大概念相关的各种概念、原理和现象整合到一起，形成一个完整的大概念框架。这个过程需要教师在教学设计中精心策划，确保各个概念之间的联系清晰明了，以便学生能够逐步建立对整个领域的深刻理解。

（一）识别相关概念和原理

首先，教育者需要明确与关键大概念相关的各种概念、原理和现象。这可能涉及对课程大纲和教材的深入分析，以确保没有遗漏任何重要内容。例如，在讨论化学反应这一大概念时，相关的概念可能包括反应机制、速率常数、反应动力学等。

（二）建立概念之间的关联

一旦相关概念被识别出来，教育者需要建立概念之间的关联。这可以通过教学内容的组织和结构化来实现。例如，在讲授周期表时，可以首先介绍元素的周期性性质，然后讨论元素的原子结构如何与周期性性质相关联。

（三）强调交叉点和联系

在整合概念时，教育者需要特别强调概念之间的交叉点和联系。这有助于学生更清晰地看到不同概念之间的相互作用。例如，当讨论化学键和物质结构时，可以强调分子结构如何影响化学键的类型和性质。

（四）提供示例和案例

为了帮助学生理解概念之间的联系，教育者可以提供丰富的示例和案例。这有助于将抽象的概念与实际情境相联系，使学生更容易理解和记忆。例如，当讲解化学反应时，可以使用真实的反应案例来说明不同类型的反应和它们之间的联系。

（五）设计有机实验和活动

整合概念的教学也可以通过设计实验和活动来加强。学生参与实际的实验可以帮助他们亲身体验概念的应用和相关性。例如，设计一个实验，让学生观察化学键类型对物质的性质和反应性的影响。

整合相关概念是构建大概念教学路径的关键步骤之一。它要求教育者精心规划教学内容，确保关键概念之间的联系清晰明了，为学生提供更具综合性和抽象性的化学知识框架。这将有助于学生更好地理解和应用化学知识，培养他们的科学素养和综合思考能力。

四、强调综合性学习

在构建大概念的教学路径中，强调学生的综合性学习是至关重要的一环。这一步骤旨在鼓励学生将不同概念相互关联，深入理解它们之间的相互作用，从而建立更全面、深刻的知识体系。以下是实现综合性学习的具体方法和策略：

（一）交叉讨论

在教学过程中，教育者可以鼓励学生积极参与讨论，将不同概念联系起来。例如，在讲解化学反应时，教育者可以提出问题，引导学生思考化学反应如何与周期表上的元素位置相关，或者化学键类型如何影响反应速率。通过这种交叉讨论，学生将逐渐认识到不同概念之间的联系和重要性。

（二）案例分析

案例分析是一种有力的教学方法，可以帮助学生将理论知识应用于实际情境中。教育者可以提供不同领域的化学案例，要求学生分析其中涉及的多个概念如何相互作用。例如，通过一个有机合成化学反应的案例，学生可以理解反应机制、反应速率以及物质结构是如何共同影响反应的结果的。

（三）实验设计

实验设计是培养综合思考和问题解决能力的有效方式。教育者可以要求学生设计实验来探究不同概念之间的关系。例如，学生可以设计一个实验，研究不同反应条件对反应速率的影响，从而将化学反应、动力学和实验设计相结合。

（四） 跨学科整合

强调综合性学习也可以涉及跨学科的整合。化学与其他科学领域如生物学、物理学等有着密切的联系，教育者可以引导学生探究不同学科之间的交叉点。例如，通过讨论生物体内的化学反应，学生可以将化学反应与生物学的概念联系起来，深入理解生命科学中的化学基础。

五、实践应用

在教学路径中的这一步骤，教师将鼓励学生将所学的大概念应用于实际问题的解决中。通过化学实验，可以让学生亲身体验大概念的实际应用价值，培养他们的实际操作能力以及解决问题的能力[5]。

案例：利用化学反应原理解决环境问题

背景：学生学习了化学反应的大概念，包括反应类型、反应速率、反应平衡等。现在，他们将应用这些知识来解决一个实际的环境问题：污水中的有机污染物去除。

任务：要求学生设计一个简单的污水处理方案，以去除污水中的有机污染物。他们将运用所学的大概念来指导他们的实验设计和操作。

步骤：

1.选择反应方式：学生首先要根据所学的反应类型概念选择一种适当的反应方式，以去除有机污染物。他们可以考虑使用氧化还原反应、光催化反应等。

2.设计实验：学生需要设计一个实验，包括反应容器、反应条件（如温度、pH值）、催化剂选择等。这要求他们运用反应速率和反应平衡的概念，以确保反应达到最佳效果。

3.实施实验：学生按照设计进行实验，混合污水和反应剂，并监测反应的进展。他们需要注意实验安全，遵循实验室规定。

4.数据分析：在实验结束后，学生需要分析实验结果，包括有机污染物的去除率、反应速率等。这将涉及他们对反应动力学和反应平衡的理解。

5.改进方案：学生可以根据实验结果来改进他们的方案，调整反应条件或者选择不同的催化剂，以提高效率。

通过这个案例，学生将大概念应用于实际问题的解决中，他们不仅理论上了解了化学反应的原理，还亲身体验了这些原理如何在环境问题的解决中发挥作用。这种实践应用不仅提高了他们的实际操作能力，还培养了他们的解决问题和创新能力，使他们更好地理解了化学知识的实际应用价值。

结束语

在高中化学教育中引入和强调“大概念”可以帮助学生更好地理解和应用化学知识，培养他们的综合思考和实际操作能力。通过确定关键大概念、整合相关概念、强调综合性学习和实践应用，教师可以有效地构建教学路径，提高化学教育的质量，培养出具备深刻理解和创新能力的学生。这一教学方法有望为高中化学教育的改进提供有益的启示。

参考文献

[1]程毕凤，李秀华，胡志刚.基于“结构决定性质”大概念的教材分析：以苏教版高中化学教材必修一为例[J].中学化学教学参考，2023（10）：45-49.

[2]严志烨，黄华文.大概念统摄下的高中化学微型实验主题式教学：以“二氧化硫的性质”为例[J].中小学教学研究，2022，23（5）：13-18.

[3]詹文丽.基于大概念展现的高中化学单元整体教学策略研究：以“化学反应”大概念为例[J].考试周刊，2022（45）：123-127.

[4]范斌，赵伟华.以大概念为指向的高中化学跨学科整合教学策略[J].广西教育，2022（35）：72-77.

[5]汤涛涛，赵雷洪.高中化学教学中的“大概念”及其教學建构[J].教学与管理，2021（4）：50-53.