王朝暉 張經(jīng)朝

摘? ?要：依據(jù)新課標(biāo)，開發(fā)基于大概念統(tǒng)領(lǐng)的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程《高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)》。采用“大單元”組織教學(xué)內(nèi)容；開發(fā)基于真實(shí)情境的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；以大概念統(tǒng)領(lǐng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；設(shè)計一系列基于真實(shí)情境的項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動，從而有效提升學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；學(xué)科大概念；校本實(shí)驗(yàn)；項(xiàng)目式教學(xué)

1? 課程變革呼喚實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科的基石，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅是教師傳授知識的重要途徑，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要載體，還是化學(xué)學(xué)科育人的重要渠道?！督逃筷P(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見》明確指出：實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要途經(jīng)^{[ 1 ]}。在高中化學(xué)課標(biāo)（修訂版）中明確要求教師在教學(xué)活動中要開展多種形式的實(shí)驗(yàn)探究活動，設(shè)計的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動要能貼近生活與社會實(shí)際。設(shè)計的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動要能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情，激發(fā)學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，在教學(xué)中有效促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的提升，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)^{[ 2 ]}。

目前高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題有：（1）沒有真正重視化學(xué)實(shí)驗(yàn)的育人價值。在認(rèn)知層面上，絕大多數(shù)化學(xué)教師對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性都是認(rèn)可的，但在教學(xué)實(shí)踐層面，很多教師就“知行不一”了，存在用 “看實(shí)驗(yàn)視頻”、 “講實(shí)驗(yàn)題”代替“做實(shí)驗(yàn)”，學(xué)生缺乏親身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷，使得學(xué)生無法有效地通過實(shí)驗(yàn)獲取知識，培養(yǎng)能力。（2） 教材中的實(shí)驗(yàn)側(cè)重于對知識的建構(gòu)。由于教材編寫的系統(tǒng)性和完整性，使得教材中化學(xué)實(shí)驗(yàn)更多是服務(wù)于教材對知識體系的總體要求，導(dǎo)致教材中的實(shí)驗(yàn)缺乏對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰M(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃，從而導(dǎo)致學(xué)生缺乏系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，無法形成完整的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。?）學(xué)生缺乏解決真實(shí)問題的體驗(yàn)。教材實(shí)驗(yàn)是穿插在知識的認(rèn)識中，存在分布零散、綜合程度不足，操作比較單一的問題，對于提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力顯然是不足的^{[ 3 ]}。

解決以上高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，實(shí)現(xiàn)新課標(biāo)提出的“探索大單元教學(xué)，積極開展主題化、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的綜合性教學(xué)活動”的要求，同時兼顧課時矛盾，減輕教師壓力和學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān)，我們經(jīng)過多年實(shí)踐提出建設(shè)基于學(xué)科大概念的項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)課程體系，編寫了《高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)》做為現(xiàn)行出版教材的重要補(bǔ)充?！陡咧谢瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)》充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的育人功能，實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落地，力求建設(shè)成高中階段能有效培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的一門特色課程。

2? 《高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)》課程體系的建構(gòu)

2.1? 采用“大單元”組織教學(xué)內(nèi)容

以學(xué)科大概念為核心使化學(xué)知識結(jié)構(gòu)化是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要途徑。課題組在進(jìn)行實(shí)證案例研究時，發(fā)現(xiàn)“大單元、大概念、整體式”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計更有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維的建構(gòu)與培育。我們以高中化學(xué)課標(biāo)（修訂版）的《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》模塊的4個主題為基礎(chǔ)構(gòu)建四個大單元。分別為“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”“化學(xué)原理探究”“化工生產(chǎn)過程模擬”“STSE（科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境）綜合實(shí)驗(yàn)”。主要包括以下幾個方面內(nèi)容：“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法和重要操作。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括掌握重要的無機(jī)物和有機(jī)物的制備方法，熟悉物質(zhì)的分離與提純、物質(zhì)的檢測，通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識解決這些類型的實(shí)驗(yàn)任務(wù)的一般思路和常用方法，掌握必需的實(shí)驗(yàn)操作技能；“化學(xué)原理探究”是從化學(xué)核心概念或基本原理中挖掘值得探究的問題，側(cè)重探究化學(xué)反應(yīng)變化的規(guī)律和條件。通過實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對化學(xué)概念、原理的學(xué)科理解，使學(xué)生掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計的一般思路和方法；“化工生產(chǎn)過程模擬”是對經(jīng)典的化工生產(chǎn)過程進(jìn)行模擬，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會從多角度思考問題，在實(shí)驗(yàn)中體會“綠色化學(xué)”的重要性，學(xué)會從工程的視角系統(tǒng)思考問題，關(guān)注人與自然的可持續(xù)發(fā)展；“STSE（科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境）綜合實(shí)驗(yàn)”是圍繞社會熱點(diǎn)和身邊的化學(xué)開展綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)學(xué)生從多學(xué)科視角綜合分析解決實(shí)際問題的能力，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科融合。上述內(nèi)容在發(fā)展學(xué)生動手能力同時突出對學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)，在學(xué)生掌握科學(xué)探究的一般過程與方法的基礎(chǔ)上，建立解決真實(shí)、復(fù)雜情境下的實(shí)驗(yàn)問題的角度、思路與方法，促進(jìn)學(xué)生高階思維能力的發(fā)展。

基于上述思考，課題組精選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目整合成了四個單元，編排的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容符合學(xué)科內(nèi)在邏輯，也符合學(xué)生“循序漸進(jìn)”的認(rèn)知順序。每一單元下包含若干實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（表1）。

2.2? 開發(fā)基于真實(shí)情境的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

為使“素養(yǎng)為本”教學(xué)理念真正落實(shí)在課堂，最有效的教學(xué)策略是創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境和設(shè)計驅(qū)動性問題。目前，項(xiàng)目式教學(xué)是公認(rèn)的最具有核心素養(yǎng)融合發(fā)展效力的教學(xué)方式，教師可以通過開發(fā)真實(shí)而有意義的實(shí)驗(yàn)素材，充分發(fā)掘真實(shí)情境的作用，讓學(xué)生在真實(shí)情境中運(yùn)用化學(xué)學(xué)科思維進(jìn)行思考和學(xué)習(xí)，培養(yǎng)他們的科學(xué)思想和思維方法；進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變和化學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的提升；利用任務(wù)驅(qū)動，創(chuàng)設(shè)問題讓學(xué)生有更多自主面對和解決真實(shí)問題的機(jī)會，培養(yǎng)他們的探究精神和創(chuàng)新意識，鍛煉學(xué)生高階思維能力。依照這個思路在課程標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)下，《高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)》中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目取材于真實(shí)的生產(chǎn)、生活情境。通過圍繞若干主題的一系列基于真實(shí)情境的實(shí)驗(yàn)微項(xiàng)目的研究和開發(fā)，重點(diǎn)突出課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式的優(yōu)化，將“通過實(shí)驗(yàn)學(xué)化學(xué)”的思想貫穿其中，體現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在學(xué)科育人中的重要地位。有指向生產(chǎn)、生活中常見物質(zhì)的制備，如肥皂的制備、硫酸亞鐵銨晶體的制備；有的與環(huán)境檢測有關(guān)，如水中溶解氧的測定；有的與人體健康有關(guān)，如含碘鹽的檢驗(yàn)、補(bǔ)鐵劑中含鐵量的測定。通過這些具體的學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)定，旨在培養(yǎng)學(xué)生“通過實(shí)驗(yàn)解決實(shí)際問題”的意識和能力。

2.3? 以學(xué)科大概念統(tǒng)領(lǐng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

大概念作為學(xué)科的核心概念，對學(xué)科概念起著統(tǒng)攝作用。大概念可以進(jìn)一步分解成次級大概念、子概念，并與其它學(xué)科概念間共同形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，目前普遍認(rèn)為圍繞學(xué)科大概念組織教學(xué)有助于促進(jìn)學(xué)生對學(xué)科知識的深層理解與遷移 ^{[ 4 ]}。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何抓住實(shí)驗(yàn)體系三要素的核心——化學(xué)體系，對其中包含的核心概念進(jìn)行解構(gòu)，運(yùn)用單元教學(xué)的方法發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)是值得研究的。實(shí)踐中我們對每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通過對其所蘊(yùn)含的學(xué)科大概念及知識層級解構(gòu)，使得知識結(jié)構(gòu)化，通過典型的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象啟迪學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生推理和歸納加深對化學(xué)原理的理解，避免學(xué)生實(shí)驗(yàn)時“照方抓藥”的現(xiàn)象。如“肥皂的制備”的實(shí)驗(yàn)中對“實(shí)驗(yàn)三要素”和“物質(zhì)組成決定物質(zhì)性質(zhì)”的兩個核心概念進(jìn)行解構(gòu)（詳見圖1），有利于加深學(xué)生的學(xué)科理解。同時每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)有拓展實(shí)驗(yàn)作為教學(xué)中學(xué)生自主選擇的內(nèi)容，是該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基本原理與設(shè)計思路在新實(shí)驗(yàn)中的拓展與延伸，可供學(xué)生進(jìn)一步運(yùn)用本項(xiàng)目的研究思路和方法去解決新的實(shí)驗(yàn)問題，培養(yǎng)學(xué)生的遷移應(yīng)用能力和發(fā)散思維。將化學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的培養(yǎng)貫通于各個主題中，編寫中遵循學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，切實(shí)發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在化學(xué)學(xué)科育人中的重要作用。

3? 具體實(shí)踐案例

如何在具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計中滲透上述構(gòu)思，實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的提升，下面以“化工生產(chǎn)過程模擬”單元中的“肥皂的制備及其原理”為例展開介紹^{[ 5 ]}。

3.1? 項(xiàng)目開發(fā)的依據(jù)

在高中化學(xué)課標(biāo)（修訂版） “烴及其衍生物的性質(zhì)與應(yīng)用” 的教學(xué)活動建議中要求，對“油脂的皂化反應(yīng)與肥皂的洗滌作用”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。肥皂在日常生活中應(yīng)用廣泛，如何制備以及去污原理的探究易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，自己動手制得肥皂有助于滿足學(xué)生的體驗(yàn)性和獲得感，對制備過程及去污效果的探究可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)科理解，基于此開發(fā)了這個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

3.2 肥皂的制備

“肥皂的制備”所蘊(yùn)含的學(xué)科大概念及知識層級解構(gòu)（見圖1）

在“化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系三要素”大概念統(tǒng)領(lǐng)下，通過對“肥皂的制備”蘊(yùn)含的實(shí)驗(yàn)三要素的解構(gòu)，使得具體的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作結(jié)構(gòu)化，具體的知識、操作和注意事項(xiàng)有機(jī)融合，教學(xué)過程中教師教學(xué)目標(biāo)更加清晰，使學(xué)生每步操作知其然更知其所以然，這樣更加有利于教學(xué)評價。同樣在“物質(zhì)的組成結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)”化學(xué)學(xué)科大概念統(tǒng)領(lǐng)下，對本節(jié)涉及的有機(jī)物知識進(jìn)行解構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生從微觀結(jié)構(gòu)視角分析乙醇、食鹽的作用和棕櫚油和花生油的結(jié)構(gòu)，探尋肥皂去污的基本原理，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會透過具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析、揭示、歸納化學(xué)現(xiàn)象、原理背后的客觀規(guī)律。以學(xué)科大概念為統(tǒng)領(lǐng)來學(xué)習(xí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有利于突出化學(xué)知識的整體性，將碎片化知識結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化、具體化，有利于學(xué)生更加深入理解學(xué)科本質(zhì)，有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價。

3.3? 肥皂的制備及其原理

“肥皂的制備及其原理”教學(xué)學(xué)生思維能力的進(jìn)階（見圖2）

教學(xué)過程中通過3個相對獨(dú)立但又遞進(jìn)的活動任務(wù)實(shí)現(xiàn)對學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ酿B(yǎng)成和素養(yǎng)的提升。任務(wù)一基于理想條件下通過油脂水解條件的探究培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計能力和變量控制的思想。任務(wù)二通過實(shí)際制備中乙醇及食鹽的作用，引導(dǎo)學(xué)生深入分析物質(zhì)溶解性和氫鍵的關(guān)系，學(xué)會從微觀結(jié)構(gòu)更為本質(zhì)地理解物質(zhì)的用途，進(jìn)而學(xué)會推廣應(yīng)用到其它物質(zhì)制備過程中，這過程中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用實(shí)踐能力和微觀探析和模型認(rèn)知素養(yǎng)。任務(wù)三通過基于真實(shí)情境中的工業(yè)制備，引導(dǎo)學(xué)生多角度思考分析實(shí)際問題，發(fā)展學(xué)生的高階思維能力，同時提升學(xué)生分析預(yù)測和歸納論證能力，提升創(chuàng)新意識。

3? 小結(jié)

《高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)》課程的開發(fā)和使用達(dá)到了以下的效果：（1）增強(qiáng)了學(xué)生的體驗(yàn)性，學(xué)生在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境中，體驗(yàn)問題解決過程。（2）培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力，帶領(lǐng)學(xué)生回到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)操性訓(xùn)練，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力。（3）增進(jìn)學(xué)生的學(xué)科理解，通過大概念統(tǒng)領(lǐng)教學(xué)內(nèi)容，探究化學(xué)反應(yīng)變化的規(guī)律，加深學(xué)生對化學(xué)學(xué)科的理解。（4）提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，通過真實(shí)情境下復(fù)雜問題的解決以及拓展實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生知識的遷移應(yīng)用能力得以提升。實(shí)踐過程中的部分案例以說播課和現(xiàn)場課的形式，在2021年中國化學(xué)會第十五屆全國基礎(chǔ)教育化學(xué)新課程實(shí)施成果交流大會上展示，得到大會專家同行的廣泛好評。

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福建省2021年度中青年教師教育科研項(xiàng)目（基礎(chǔ)教育研究專項(xiàng)）課題：學(xué)科大概念視域下的化學(xué)實(shí)驗(yàn)單元整體教學(xué)研究（JSZJ21044）研究成果