大概念统摄视域下的项目式教学备课探究

韩建丰　高凌蕊

摘要：教师在备课时应遵循新课标的理念，抽取物理学科中的大概念、结合生产生活实际形成驱动性问题，以驱动性问题为核心，创设真实情境。元素无机化合物是中学化学的重要教学内容和奠基部分，在“煤改电助力雾霾防治”一课的备课中，要结合大概念项目驱动问题的选取与推进，创新微型实验，为学生的探究活动设计提供新思路。

关键词：大概念；驱动性问题；微型实验创新；项目式教学

学生仅有扎实的基础知识已不能满足时代发展的需求，社会民生的高速发展对学生培养的路径和目标提出了新要求、高期待，因此，教学需要更重视能力和素养的培养。近年来，对教学的评价方案也已从考查学生掌握知识熟练程度转变成考查学生对化学大概念的深入理解和应用，呈现为解决真实问题的能力。化学大概念是对化学概念体系的统摄性概括，化学教学中应以大概念解决实际问题为核心设计理念并进行实践，促进学生知识结构化、系统化和程序化，从而深化知识间的联系和应用，形成化学核心素养。《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下通称“新课标”）中已经明确将大概念作为重要的化学课程内容，教师在备课时应该将大概念作为主要教学设计目标，将知识抽提为核心概念再进阶为学科观念，从而真正基于学生核心素养进行备课。

一、项目式教学的理论梳理

教师在进行元素无机化合物备课时需要注重学生连贯知识学习和能力的培养，要注重发展学生核心素养。教师可采用基于大概念的驱动问题设计和科学实践的做中学两条主线来设计项目式教学，帮助学生从大概念角度认识化学知识结构，同时重视学生解决实际问题的能力，达到知识结构化学习与解决问题能力培养相结合，提高学生对化学的理解、提升化学核心素养。大概念有科学大概念、化学学科大概念和化学主题大概念3种形式，大概念是对解决学科本原性问题等一系列问题的概括。通过梳理“元素无机化合物”这一单元我们发现，“研究无机物的一般方法”是科学大概念，“无机物的组成与结构”“无机物的变化与转化”和“无机物的性质与应用”是化学学科大概念，“无机物的组成”“无机物的转化”是化学主题大概念。以“硫及其化合物”教学内容为例，可明确其多层次大概念（见表1）。

二、项目式主题的内容分析

项目式教学是第八次基础教育课程改革倡导的发展学生化学学科核心素养的关键内容，“硫及其化合物”项目教学可打破传统的元素化合物逐个学习各物质的物理性质、化学性质以及用途的教学结构，实践“情境、问题、活动、知识、素养”的大概念教学模式。项目的主题选定、活动探究、成果展示与串联成型的关键是驱动性问题，而驱动性问题正是基于化学大概念而提出的。元素无机化合物教学的关键目标是提升学生预测陌生物质性质和解决实际问题的能力，促进学生元素观、分类观、转化觀等化学观念的建构。

以“硫及其化合物”为教学内容开展项目式教学的驱动性问题为“煤改电助力雾霾防治”原因探析，以“元素—价类二维图”为思维模型，通过真实问题情境重组元素化合物学习的教学历程，通过在探究问题的活动中预测、分析物质性质，认识、理解、应用的硫及其化合物的转化，将含硫物质的性质、转化学习整合，最后以“研究无机物的一般方法”大概念统摄引领学生理解无机物质学习方法。树立“环境意识”，向学生介绍有关防止环境污染的知识是非常必要的。驱动性问题“煤改电助力雾霾防治”是基于学生环保意识培养和化学大概念学习观念而设置的，需要学生了解：生产的发展使自然资源被过度开发和消耗，同时产生了污染物排放等问题，已经导致全球资源短缺、环境污染和生态环境破坏，保护环境已成为人类共同的呼声。同时，培养学生以未来主人翁的精神关心、重视和应用化学知识解决真实问题的学习动力。

三、项目式任务及教学流程

基于多价态硫元素转化的雾霾部分成因分析是核心任务主体，在此基础上可拆解为4个小任务（见图1）。

四、项目式教学实施的环节和内容

（一）项目引入与明确研究方法

教师播放视频 “煤改电工程进展”（煤改电完成情况、空气质量变化、雾霾减少天数、煤利用率提升率）。提出部分学生的疑惑，请学生转换身份，做“小老师”来解答。提问：要能解答问题，你需要怎么准备？

学生需要查阅资料，充分了解燃煤和雾霾形成的关系，然后通过班级电脑进行信息检索。

【资料1】学生检索信息——煤的组成、雾霾的组成相关资料。

【核心概念】雾霾的形成与煤中含硫物质的转化有关，通过煤燃烧含硫物质最终转化为硫酸，参与雾霾形成。

学生还不能正确解答的问题有：煤中硫元素以0、-2价为主，是如何转化为硫酸的？依据是什么？

师生一起探究“硫及其化合物”的价类二维图是预测含硫元素无机物性质和转化的思维模型（见图2）。

（二）探究煤中含硫物质转化为硫酸的路径

1. 二氧化硫转化为硫酸的两种路径分析

【资料2】学生检索信息——工业制硫酸流程。

学生可以得到知识：煤中含有的硫铁矿（主要含FeS2）是工业制硫酸（H2SO4）的原料，第一步，（4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2）在高温下将硫铁矿的粉末与氧气充分灼烧生成氧化铁和二氧化硫。第二步，（2SO2+O2=2SO3）二氧化硫在催化剂和加热条件下与氧气生成三氧化硫。第三步，（SO3+H2O=H2SO4）三氧化硫被水吸收转化为硫酸。

学生提出疑问：煤中含硫物质在燃烧过程中产生二氧化硫，但二氧化硫转化硫酸的路径不明确，有没有不需催化剂和加热条件的其他转化路径？

教师带领学生探究：酸雨的形成——第一步（SO2+H2O=H2SO3）二氧化硫与水反应生成亚硫酸。第二步，（2H2SO3+O2=2H2SO4）亚硫酸与氧气反应为硫酸。

【核心概念】工业制硫酸中第一步和第二步反应为氧化还原反应，体现了低价态硫元素的还原性；第三步反应为三氧化硫的酸性氧化物通性体现；酸雨形成中第一步体现了酸性氧化物性质，含+4价硫元素的亚硫酸也体现还原性。通过这样，引导学生体会应用价类二维图解释问题的方法。

2.探究二氧化硫转化为雾霾中硫酸的微型实验设计与实施

师生利用西林瓶（5 ml）和注射器（5 ml）可以设计微型实验进行探究验证（见图3）。但有如下亟待解决的问题：如何制二氧化硫用于实验？如何利用微型装置收集二氧化硫？如何将二氧化硫通入水中？如何测定pH值？如何鼓入空气？

学生利用硫及其化合物的价类二维图预测可知：可以选择硫单质燃烧、浓硫酸加入还原剂等体现物质价态性质的方法，但不利于微型实验装置使用。通过继续分析可知，亚硫酸钠类似于碳酸钠这类盐，可与强酸反应（稀盐酸或稀硫酸）生成亚硫酸、亚硫酸类似于碳酸均不稳定，易分解为二氧化硫气体。结论为：可以在西林瓶中加入亚硫酸钠固体，在注射器中加入稀硫酸，两者结合作为二氧化硫发生装置。

师生共同继续完善后续探究实验——用注射器收集二氧化硫；将注射器中二氧化硫注入装有水的西林瓶，使二氧化硫与水接触；测一次pH值后用吸有空气（有O2）的注射器再次注入上述装有水的西林瓶，一段时间后，再次测pH值。可通过pH值降低证明亚硫酸转化为硫酸的反应发生，同时可通过硫酸根离子检验证明硫酸的生成。具体操作过程如图4所示。

预设学生完成微型实验、记录实验现象并做出解释（见表2）。

【核心概念】实践应用价类二维图解释问题（二氧化硫制取、亚硫酸的形成与继续氧化），同时涉及实验探究意识与能力的形成（见图5）。

总之，教师在备课时应精心选择能促进学生核心素养发展的驱动性问题，结合学生已有知识水平和生活经验，积极反映化学科学发展的新成就，培养学生的家国情怀，体现化学课程内容的基础性、时代性与实践性，明确学习主题，凝练大概念，反映核心素养在某学习主题下的本源要求。在备课中，教师应注重围绕大概念选取多维度的具体学习内容，包括核心概念、思想模型、探究精神和情感态度价值观等方面的要求，充分发掘大概念对实现知识的结构化和素养化的统摄地位，助力学生形成化学观念，解决实际问题；发展科学思维，强化创新意识；经历科学探究，增强实践能力；养成科学态度，具有责任担当。

参考文献：

［1］汤涛涛，赵雷洪.化学教学中的“大概念”及其教學建构［J］.教学与管理，2021（4）.

［2］周玉芝.基于大概念与科学实践的连贯课程设计：美国AP化学课程设计方法探析［J］.化学教学，2021（1）.

［3］郑长龙.大概念的内涵解析及大概念教学设计与实施策略［J］.化学教育（中英文），2022（43）.

（责任编辑：杨强）