基于学科大概念的结构化教学探索-以“气体摩尔体积”教学为例

基于学科大概念的结构化教学探索 - 以 “ 气体摩尔体积 ” 教学为例

李鸿英

广州空港实验中学

摘要： 学科大概念教学是要把零散、孤立的知识转化为化学核心概念，形成学生自己的知识网络。结构化教学是通过设置一系列的情景群，来实现情景与知识之间的联系，进而发展学生的学习能力，让学生成为学习的主动者，问题的解决者。本文以气体摩尔体积为例尝试将大概念与结构化教学融合，为教学设计提供新思路，为发展学生核心素养提供新路径。

关键词：大概念；结构化；教学设计；核心素养

1. 前言

埃里克森对知识结构分类中指明了事实性知识与概念理解之间的关系：即事实对应知识，概念对应理解；事实性知识不会迁移，但概念理解会迁移。迁移又是从一个情景中抽象出来寻求与其他情景相联系的一种反思性思维^[1]。换言之，概念的理解是一种关于学习或者知识迁移的必然要超越知识的本身，启示我们的课堂教学设计必须要要围绕抽象概念来进行，从而使学生能够对学习有个更深层次的理解。

2017 年版化学课程标准提出要开展以素养为本的课堂教学，重视以学科大概念为核心，使课程内容结构化。如何在备课中将核心素养目标与教学内容相结合，大概念教学理念是教师很好的备课思维视角，是教师教学设计的指导思想。同时，学科核心素养中要求学生具备把学科知识和技能迁移到真实生活情景中能力，要形成这种学科核心素养，需要学生基于一个一个真实生活情境的主题，通过体验、探究、发现来建构知识、发展能力^[2]。真实生活情境又以其生动鲜明甚至幽默的形式呈现，与学科内容知识发生关联，其本身也是将知识起到结构化的作用。但是在实际教学过程中很少有一个例子能够贯穿化学学科的整个课堂，这就要求教师创设一系列情境群来实现课程内容的结构化，并使学科知识呈现一个螺旋式上升，层层递进的逻辑关系。本文以“气体摩尔体积”教学为例，设置教学情景，开展基于本节课的学科大概念的结构化教学。

二、教学设计

1. 课前

2017年版化学课程标准又要求促进全体学生在“宏观辨识与微观探析”化学核心素养方面有一定的发展^[3]。认识化学科学研究需要实证与推理，注重宏观与微观的联系。

学生已经学过物质的量与质量以及微粒数之间的关系，那么物质的量与物质体积之间存在什么样关联呢？如图1。学生自行分组（每组8-10人），每个小组计算人教版必修1第13-14页的两张表格，并归纳总结在相同条件下在一定条件下，1mol固体、液体、气体的体积关系有何规律？

图1 物质的量关系图

2. 课堂

【活动1】各个小组总结汇报1 mol固体、液体、气体的体积规律。

结论1：相同条件下，1mol O₂和1mol H₂的体积几乎相等，在0℃，101kpa时1mol O₂和1mol H₂的体积都约为22.4L。1mol Fe、Al（固体）、H₂O和H₂SO₄（液体）体积差异较大。

【活动2】学生自主阅读人教版必修1课本14页1-4段话，建立学生脑海中对决定物质体积因素的感性认知。建模讨论：

50个乒乓球与100个乒乓球分别紧密堆积，哪个所占的体积更大呢？

50个乒乓球与50个篮球分别紧密堆积，哪个所占的体积更大呢？

50个乒乓球紧密堆积，50个乒乓球松散堆积，哪个所占的体积更大呢？

结论2：影响物质体积大小的因素有：物质的粒子数目、粒子的大小、粒子之间的距离。

【活动3】联系前面知识，1mol粒子数为N_A个，定一议二，将问题简单化。进一步在物质同为1mol时讨论影响固体、液体和气体体积的决定性因素是什么？引导学生感受身边的物体，比如手摸着的桌面，脚踩着的大地，手在水中滑动，以及手在空气中划过。

结论3-1：固体、液体的体积都可以直观模拟为宏观物质中大小不一的实体物质的紧密接触排列，比如相同个数乒乓球、篮球的堆积问题，使得粒子的大小远远大于粒子之间的距离，因此对于1mol的固体与液体的体积与分子本身大小有着直接的关系。如图2。

图2 相同数目粒子堆积出来的宏观物体的大小模拟图

疑问：手在空气中划过的时候并未有太大的触觉感受。

抛出事实：气体分子间平均距离约为是分子直径的10倍

直观形象模拟跑道起跑点放一篮球，在100米外再放一篮球，相比于100米，篮球的大小可忽略不计，即在气体物质中分子之间的距离远远大于分子本身的大小。如图3。

图3 气体中粒子大小与距离之间的关系模拟图

结论3-2：因此对于1mol的气体的体积与分子之间的距离有着直接的关系。

【活动4】生活实例讨论，探究外界条件对气体体积的影响。

让学生回顾最初所算数据的前提条件，推测温度和压强可能会影响物质的体积。小组讨论并在生活中找到相应例子，得出结论。生活事例：

热气球在点火之后的体积发生如何变化？打扁的乒乓球如何恢复原形？即可证明温度对气体物质体积的影响，进而推论出温度对分子之间距离的影响。

自行车载着一个80斤瘦子和150斤胖子，讨论轮胎的形变度，两手用力压气球，讨论气球的形变，即可证明压强对物质体积的影响，进而推论出压强对分子之间距离的影响。

结论4：P不变,T升高，分子间平均距离增大，气体体积变大

T不变,P增大，分子间距离减小，气体体积变小

即同温同压下，粒子数相同（相同物质的量）的任何气体具有相同的体积。

【活动5】气体摩尔体积一般概念的归纳总结。即在一定条件下，单位物质的量的气体所占有的体积，符号：Vm，单位：L/mol，定义式：气体摩尔体积（Vm）=气体体积（V）/气体物质的量（n）。根据结论1得出标准状况下气体摩尔体积的特定概念和定义式^[4]：在标准状况（0℃，101kpa）下，任何气体的摩尔体积约为22.4L/mol；气体摩尔体积（Vm）=气体体积（V）/气体物质的量（n）≈22.4L/mol。

3. 课后反馈及考核

结合学生在课堂上的参与度情况，从课前任务的完成情况、课中参与活动的积极性、结构化讨论中给出的观点及解释给出学生合理的评价，并及时反馈给学生。布置难度梯度的作业作为评价学生本节课学习效果方式。

三、基于学科大概念的结构化教学启示

本文从认识层和教学层进行设计以素养为本的课堂教学。在认识层中注重对学生认识视角的挖掘，教学层面注重每一个教学环节教学策略的设计，即发展学生的高阶思维。从现象到本质抽象概括出概括程度更高的上级概念，如：生活中实例探究影响气体体积的因素，关联概括归纳气体摩尔体积的一般概念，形成以大概念为统领的知识层级结构。

在整个教学过程中注重发挥学生的主体作用。学生现有阶段无法将教材中内容的直接转化为自身的知识体系，经常需要借助已有经验、通过自身与外界建立的相互作用来形成自身认知结构。而认知结构应该是学习者主动建构的一个过程，只有课堂情景的设计与学习者同化顺应时才能最大限度的促进学生知识结构的形成，从而形成核心概念。

参考文献

1[?] Perkins D, Salomon G. Teaching for transfer[J].Educational Leadership, 1988, 46(1): 22-32.

2[?] 吴 克 勇, 蔡子 华. 课 程 内 容 结 构 化 述 略 --以 化 学 学 科 为 例. 中小学教材教学. 2021（76）19-22.

3[?] 中华人民共和国教育部,普通高中化学课程标准[M]. 人民教育出版社, 2017.

4[?] 陈岳廷, 促进学习的教学设计，基于证据的教学评价--以气体摩尔体积教学为例[J]. 中学化学教学参考，2016(07):47-49.