高中化學教學中的“大概念”及其教學路徑建構

吳蔚

摘 要：在新的高中化學課程標準實施背景下，需要在高中化學實踐過程中引入大概念等相關理念，本文就在高中化學教學中引入和強調“大概念”的重要性，提出了一種教學建構路徑，以幫助學生更好地理解和應用化學知識。通過分析大概念的定義、特點以及實際應用，本文旨在為高中化學教育的改進提供有益的啟示。

關鍵詞：高中化學教學；大概念；教學建構路徑

高中是培養學生科學素養和創新能力的關鍵階段之一。然而，傳統的教學方法往往將化學知識劃分成零散的概念和公式，使學生難以理解化學的整體結構和應用。在這種情況下，引入“大概念”作為教學的核心元素，可以幫助學生更好地理解化學的本質，培養他們的綜合思考能力。本文將討論大概念的定義、特點，并提出一種教學建構路徑，以指導高中化學教育的改進。

一、大概念的定義與特點

（一）大概念的定義

“大概念”是一種教育理念，它具體指的是將一系列相關的概念、原理和現象有機整合為一個抽象的概念或框架。這個概念不僅僅是對已知知識的簡單總結，更是對這些知識的深層次理解和應用的體現。在高中化學教育領域，引入大概念理念可以對廣泛的知識領域進行有組織地整合，從而幫助學生更好地理解化學的本質和結構。

高中化學領域包含了眾多復雜的概念和原理，包括但不限于化學反應、周期表、物質結構等。這些概念在傳統的教學中通常被孤立地呈現給學生，使得學生難以建立概念之間的聯系和理解它們的綜合應用。引入大概念的理念旨在解決這一問題，它能夠幫助學生將各種看似獨立的知識點整合成一個有機的整體，將化學知識呈現為一個更加清晰、具有邏輯性的結構[1]。

舉例來說，考慮到化學反應這一廣泛的知識領域，傳統教學可能會逐一介紹不同類型的反應，如酸堿中和、氧化還原等，而學生可能只能記住這些反應的特點和方程式。然而，引入大概念的教學方法將會更加綜合地探討化學反應的核心原理，強調反應中的電荷轉移和物質變化等基本概念，以及這些概念之間的關系。這種方式下，學生將能夠更深入地理解不同類型的反應，而不僅僅是死記硬背，從而培養了更高水平的化學思維和應用能力。

大概念是一個強調綜合性、抽象性和應用性的教育方法，它有助于高中化學教育更好地達到知識整合和深刻理解的目標。通過將各種相關概念整合為一個整體框架，學生能夠更清晰地看到化學知識的結構，從而更好地應用于實際問題的解決中。這種教學方法有望提高學生的化學素養，為他們未來的學術和職業發展奠定堅實的基礎[2]。

（二）大概念的特點

1.綜合性

大概念的綜合性是其最顯著的特點之一。它能夠將化學領域內看似零散的知識點、概念、原理以及實驗現象有機地連接起來，從而形成一個完整的知識體系。這種綜合性的特點在教育中有著重要的作用，以下是對綜合性的詳細闡述。

（1）整合多方面知識：大概念的綜合性體現在它能夠涵蓋和整合多個領域的知識。舉例而言，考慮一個大概念，如化學反應，它不僅包括了反應類型的分類，還包括了反應機制、反應速率、反應平衡等多個方面的知識。這意味著學生不再將化學知識視為零散的信息塊，而是將它們有機地聯系在一起，形成一個綜合性的框架。

（2）深化理解：綜合性的大概念要求學生深入理解不同概念之間的相互關系。例如，在化學反應的大概念中，學生需要理解反應速率是如何受到反應機制和反應平衡的影響的。這不僅加深了他們對單個概念的理解，還使他們能夠看到這些概念如何相互作用以影響整個反應過程。

（3）擺脫孤立知識：綜合性的大概念有助于學生逐漸擺脫對孤立知識的依賴，不再僅僅記住零散的事實和公式，學生可以將這些知識點整合到一個有機的整體中。這種能力是培養學生科學素養和綜合思考的關鍵，使他們能夠更好地理解和應用化學知識。

（4）內在關聯性：大概念的綜合性讓學生開始看到不同概念之間的內在關聯性。他們能夠理解化學知識的整體結構，而不僅僅是零星的數據點。這使他們能夠更深刻地理解化學的基本原理和規律。

2.抽象性

大概念在其本質上是高度抽象的。它不僅僅是對已知知識的簡單總結或歸納，更是對這些知識的深層次理解。通過抽象化的方式，大概念能夠捕捉到知識背后的基本原理和普遍規律，而不僅僅是具體情況。這種抽象性要求學生不僅理解概念本身，還要理解它們之間的關系和相互作用，培養了學生的抽象思維和綜合思考能力[3]。

具體示例：

如何理解化學鍵的抽象性，這是一個關鍵的大概念?；瘜W鍵不僅僅是描述原子之間連接的方式，還涉及能量變化、電子分布以及分子結構的抽象性質。學生不僅需要理解不同類型的化學鍵（如共價鍵、離子鍵、金屬鍵）的定義，還需要理解它們背后的電子云重疊、電荷轉移等基本原理。此外，他們還需要理解不同化學鍵類型如何影響分子的性質和反應行為。這個例子強調了大概念的抽象性，因為它不僅涵蓋了具體的化學現象，還涉及化學原理的深層次理解。

抽象性要求學生超越表面的知識記憶，將不同概念聯系起來，形成更廣泛的知識框架。通過將抽象的大概念與實際情境相聯系，學生可以更好地理解和應用化學知識，培養他們的科學思維和解決問題的能力。

3.應用性

大概念的另一個重要特點是其強調應用性。它不僅停留在理論層面，還能夠幫助學生將所學知識應用于解決實際問題，從而提高他們的實際操作能力和解決問題的能力。通過將大概念與實際情境相結合，學生能夠更好地理解知識的實際運用，培養他們的問題解決和創新能力。以下是關于大概念應用性的詳細闡述。

（1）解決實際問題：大概念的應用性鼓勵學生將所學的化學知識運用于解決實際問題。例如，學生可以將化學反應的大概念應用于設計化學實驗，以研究新材料的合成方法或者環境污染的凈化技術。這種實際問題的解決過程不僅幫助學生鞏固知識，還培養了他們的實際操作技能和科學思維。

（2）培養問題解決能力：大概念的應用性有助于培養學生的問題解決能力。他們需要分析復雜情境，將所學知識應用于其中，并提出解決方案。這種過程鍛煉了他們的邏輯思考和判斷能力，使他們能夠更好地應對未來面臨的各種挑戰。

（3）案例分析：應用性教育可以通過案例分析來實現，學生可以研究實際案例，了解如何應用大概念解決復雜問題。例如，學生可以研究一個關于環境保護的案例，通過化學反應的知識來分析和解決環境問題，例如污染物的去除或廢水處理。

（4）跨學科應用：大概念的應用性還體現在可以跨越不同學科領域。學生可以將化學知識與其他科學領域如生物學、地學、工程學等相結合，解決更廣泛的問題。例如，將化學反應的原理與生態學相結合，研究生態系統中的物質循環過程。

大概念的特點包括綜合性、抽象性和應用性，這些特點使其成為高中化學教育中一種有力的教學工具。通過充分發揮這些特點，教育者可以更好地幫助學生理解和應用化學知識，培養他們的科學素養和實際操作技能。

二、確定關鍵大概念

在高中化學教學中引入大概念的教學路徑時，首要步驟是明確定義和確定關鍵的大概念[4]。這些關鍵大概念應該在高中化學知識體系中扮演重要角色，具有廣泛的應用價值，能夠幫助學生建立起對整個領域的深刻理解。以下是一些可能作為關鍵大概念的示例。

（一）化學反應

化學反應是化學學科的核心概念之一，它涵蓋了各種不同類型的反應，包括酸堿中和、氧化還原、置換反應等。理解化學反應的機制和特征對于學生建立全面的化學知識基礎至關重要，以下是對化學反應的詳細闡述。

1.反應類型：化學反應包括了多種不同類型的反應，每種類型都有其獨有的特征和機制。例如，酸堿中和反應涉及酸和堿之間的中和過程，而氧化還原反應涉及電子的轉移。學生需要理解這些不同類型反應的定義和特點。

2.反應機制：學生需要理解化學反應發生的機制。這包括了反應中的原子、分子之間的相互作用，以及化學鍵的形成和斷裂。理解反應機制有助于學生預測反應結果和解釋化學現象。

3.反應速率：反應速率是化學反應的一個重要方面，它涉及反應的速度如何受到各種因素的影響，包括溫度、濃度、催化劑等。學生需要理解反應速率的概念，并能夠解釋為什么某些反應快而其他反應慢。

4.反應平衡：化學反應通常不是一次性完成的，而是達到一個平衡狀態。學生需要理解反應平衡的概念，包括平衡常數、勒夏特定律等。他們還需要學會如何通過改變反應條件來影響反應平衡。

（二）周期表

周期表是化學元素的組織和分類的基礎，學生需要理解其排列方式以及元素的周期性性質，以下是對周期表的詳細闡述：

1.元素的排列：周期表將化學元素按照一定規律排列，包括了周期和族的概念。學生需要理解元素在周期表中的排列方式，以及如何根據周期表的排列來確定元素的化學性質。

2.周期性性質：周期表上的元素顯示出周期性性質，如電負性、原子半徑、電離能等。學生需要理解這些周期性性質如何隨元素的位置在周期表上而變化，以及如何應用這些性質來解釋元素的化學行為。

3.元素分類：周期表的排列方式還反映了元素的分類，包括金屬、非金屬、過渡金屬等。學生需要理解這些分類對元素的性質和用途有何影響。

4.成鍵方式：化學鍵是理解化學分子和化合物形成的基礎。不同類型的化學鍵，如共價鍵、離子鍵、金屬鍵等，對于理解物質的結構和性質至關重要。

5.微粒排列方式：物質的分子和晶體結構決定了其性質和行為。通過理解不同物質的分子或晶體結構，學生可以更好地解釋化學現象和性質的差異。

（三）化學平衡

化學平衡是化學領域的一個關鍵概念，它在描述和理解化學反應過程中發揮著至關重要的作用。在本文中，我們將深入探討化學平衡的概念，包括其基本原理、影響因素以及其在化學研究和實際應用中的重要性。我們將逐步擴展這個話題，以便更全面地理解化學平衡。

化學平衡的概念源于對反應動力學和熱力學的深入研究。它涉及化學反應的正向和逆向過程達到一種特定的狀態，即動態平衡。這意味著在達到平衡時，反應物和生成物的濃度保持不變，盡管仍然發生著正逆反應，這種狀態通常在封閉的系統中實現，其中反應物之間的相互轉化保持平衡。

為了更好地理解化學平衡，讓我們考慮一個簡單的例子：氮氣和氫氣之間的氨合成反應。

在這個反應中，氮氣和氫氣會相互轉化為氨氣。在初始階段，當反應開始時，反應物的濃度很高，而生成物的濃度很低。隨著時間的推移，生成物的濃度逐漸增加，同時反應物的濃度逐漸減小。最終，當反應物和生成物的濃度達到一定比例時，反應將進入動態平衡狀態。在動態平衡下，反應物和生成物的濃度不再發生顯著的變化，盡管正逆反應仍在進行。

化學平衡的核心原則之一是勒夏特利亞原理（Le Chatelier's Principle）。這一原理指出，當外部因素改變系統達到平衡時，系統會調整以抵消這種變化，以維持平衡。具體來說，如果你增加某一反應物的濃度，系統將移向逆反應，以減小這種變化，從而恢復平衡。同樣，如果你增加溫度或壓力，系統也會有相應的調整。

化學平衡的一個關鍵特點是平衡常數（Kc或Kp）。平衡常數描述了反應物濃度和生成物濃度之間的關系，可以根據反應的化學方程式確定。

這個平衡常數告訴我們，當反應物和生成物的濃度滿足這個比例時，系統達到平衡。如果Kc的值大于1，那么生成物的濃度相對較高，而如果Kc的值小于1，反應物的濃度相對較高。

除了濃度變化，溫度和壓力的變化也會影響化學平衡。提高溫度通常會促使反應向正向方向移動，而增加壓力可能會影響氣體反應的平衡位置。這些因素的理解對于控制和優化化學反應過程非常重要，特別是在工業生產中。

三、整合相關概念

一旦確定了關鍵的大概念，接下來的關鍵步驟是將與這些大概念相關的各種概念、原理和現象整合到一起，形成一個完整的大概念框架。這個過程需要教師在教學設計中精心策劃，確保各個概念之間的聯系清晰明了，以便學生能夠逐步建立對整個領域的深刻理解。

（一）識別相關概念和原理

首先，教育者需要明確與關鍵大概念相關的各種概念、原理和現象。這可能涉及對課程大綱和教材的深入分析，以確保沒有遺漏任何重要內容。例如，在討論化學反應這一大概念時，相關的概念可能包括反應機制、速率常數、反應動力學等。

（二）建立概念之間的關聯

一旦相關概念被識別出來，教育者需要建立概念之間的關聯。這可以通過教學內容的組織和結構化來實現。例如，在講授周期表時，可以首先介紹元素的周期性性質，然后討論元素的原子結構如何與周期性性質相關聯。

（三）強調交叉點和聯系

在整合概念時，教育者需要特別強調概念之間的交叉點和聯系。這有助于學生更清晰地看到不同概念之間的相互作用。例如，當討論化學鍵和物質結構時，可以強調分子結構如何影響化學鍵的類型和性質。

（四）提供示例和案例

為了幫助學生理解概念之間的聯系，教育者可以提供豐富的示例和案例。這有助于將抽象的概念與實際情境相聯系，使學生更容易理解和記憶。例如，當講解化學反應時，可以使用真實的反應案例來說明不同類型的反應和它們之間的聯系。

（五）設計有機實驗和活動

整合概念的教學也可以通過設計實驗和活動來加強。學生參與實際的實驗可以幫助他們親身體驗概念的應用和相關性。例如，設計一個實驗，讓學生觀察化學鍵類型對物質的性質和反應性的影響。

整合相關概念是構建大概念教學路徑的關鍵步驟之一。它要求教育者精心規劃教學內容，確保關鍵概念之間的聯系清晰明了，為學生提供更具綜合性和抽象性的化學知識框架。這將有助于學生更好地理解和應用化學知識，培養他們的科學素養和綜合思考能力。

四、強調綜合性學習

在構建大概念的教學路徑中，強調學生的綜合性學習是至關重要的一環。這一步驟旨在鼓勵學生將不同概念相互關聯，深入理解它們之間的相互作用，從而建立更全面、深刻的知識體系。以下是實現綜合性學習的具體方法和策略：

（一）交叉討論

在教學過程中，教育者可以鼓勵學生積極參與討論，將不同概念聯系起來。例如，在講解化學反應時，教育者可以提出問題，引導學生思考化學反應如何與周期表上的元素位置相關，或者化學鍵類型如何影響反應速率。通過這種交叉討論，學生將逐漸認識到不同概念之間的聯系和重要性。

（二）案例分析

案例分析是一種有力的教學方法，可以幫助學生將理論知識應用于實際情境中。教育者可以提供不同領域的化學案例，要求學生分析其中涉及的多個概念如何相互作用。例如，通過一個有機合成化學反應的案例，學生可以理解反應機制、反應速率以及物質結構是如何共同影響反應的結果的。

（三）實驗設計

實驗設計是培養綜合思考和問題解決能力的有效方式。教育者可以要求學生設計實驗來探究不同概念之間的關系。例如，學生可以設計一個實驗，研究不同反應條件對反應速率的影響，從而將化學反應、動力學和實驗設計相結合。

（四） 跨學科整合

強調綜合性學習也可以涉及跨學科的整合?；瘜W與其他科學領域如生物學、物理學等有著密切的聯系，教育者可以引導學生探究不同學科之間的交叉點。例如，通過討論生物體內的化學反應，學生可以將化學反應與生物學的概念聯系起來，深入理解生命科學中的化學基礎。

五、實踐應用

在教學路徑中的這一步驟，教師將鼓勵學生將所學的大概念應用于實際問題的解決中。通過化學實驗，可以讓學生親身體驗大概念的實際應用價值，培養他們的實際操作能力以及解決問題的能力[5]。

案例：利用化學反應原理解決環境問題

背景：學生學習了化學反應的大概念，包括反應類型、反應速率、反應平衡等?，F在，他們將應用這些知識來解決一個實際的環境問題：污水中的有機污染物去除。

任務：要求學生設計一個簡單的污水處理方案，以去除污水中的有機污染物。他們將運用所學的大概念來指導他們的實驗設計和操作。

步驟：

1.選擇反應方式：學生首先要根據所學的反應類型概念選擇一種適當的反應方式，以去除有機污染物。他們可以考慮使用氧化還原反應、光催化反應等。

2.設計實驗：學生需要設計一個實驗，包括反應容器、反應條件（如溫度、pH值）、催化劑選擇等。這要求他們運用反應速率和反應平衡的概念，以確保反應達到最佳效果。

3.實施實驗：學生按照設計進行實驗，混合污水和反應劑，并監測反應的進展。他們需要注意實驗安全，遵循實驗室規定。

4.數據分析：在實驗結束后，學生需要分析實驗結果，包括有機污染物的去除率、反應速率等。這將涉及他們對反應動力學和反應平衡的理解。

5.改進方案：學生可以根據實驗結果來改進他們的方案，調整反應條件或者選擇不同的催化劑，以提高效率。

通過這個案例，學生將大概念應用于實際問題的解決中，他們不僅理論上了解了化學反應的原理，還親身體驗了這些原理如何在環境問題的解決中發揮作用。這種實踐應用不僅提高了他們的實際操作能力，還培養了他們的解決問題和創新能力，使他們更好地理解了化學知識的實際應用價值。

結束語

在高中化學教育中引入和強調“大概念”可以幫助學生更好地理解和應用化學知識，培養他們的綜合思考和實際操作能力。通過確定關鍵大概念、整合相關概念、強調綜合性學習和實踐應用，教師可以有效地構建教學路徑，提高化學教育的質量，培養出具備深刻理解和創新能力的學生。這一教學方法有望為高中化學教育的改進提供有益的啟示。

參考文獻

[1]程畢鳳，李秀華，胡志剛.基于“結構決定性質”大概念的教材分析：以蘇教版高中化學教材必修一為例[J].中學化學教學參考，2023（10）：45-49.

[2]嚴志燁，黃華文.大概念統攝下的高中化學微型實驗主題式教學：以“二氧化硫的性質”為例[J].中小學教學研究，2022，23（5）：13-18.

[3]詹文麗.基于大概念展現的高中化學單元整體教學策略研究：以“化學反應”大概念為例[J].考試周刊，2022（45）：123-127.

[4]范斌，趙偉華.以大概念為指向的高中化學跨學科整合教學策略[J].廣西教育，2022（35）：72-77.

[5]湯濤濤，趙雷洪.高中化學教學中的“大概念”及其教學建構[J].教學與管理，2021（4）：50-53.