运用核心概念提升内容整合的教学设计

很多调研结果显示：学生在初三年级刚开始接触化学时学习兴趣甚浓，但随后却呈下降趋势；到高中阶段后，部分学生甚至兴趣全无，惧怕化学。究其原因，学生普遍反映化学学科知识点多，相互之间缺乏有机关联，记忆和理解它们都存在困难。如何改变这种严峻的现状，扭转不理想的教学局面，是摆在每一位化学教育工作者面前的极具挑战性的课题。近年来，国内外一些教育专家提出了应用“核心概念”（也称“大概念”）的教学方式，并在一些科学学科进行尝试，取得了初步的成功经验。因此，把核心概念应用到化学教学中可能是突破前述问题的一种有效办法。

一、核心概念在化学教学中的价值及应用方法

在化学学科，核心概念通常指居于化学学科中心，具有超越课堂的持久价值和迁移价值的关键性概念、原理或方法。信息加工理论认为，被有机地组织成块的信息更容易记忆，因此通过核心概念组织起来的知识更易被学生记忆和掌握，而且这些知识因核心概念而凸显学习的意义与价值。不难看出，核心概念是从很多事实性知识逐级提炼出来的“魂”。把握了核心概念，学生会领悟到知识之间的关联性、系统性，达到“以少胜多”“举一反三”的效果，既可减轻学生的学习压力和负担，又能提升他们分析问题、解决问题的能力[1][2]。

运用核心概念组织教学，通常包含建构核心概念和应用核心概念两个过程。

建构的程序一般为：科学事实（提炼、概括）概念（提炼、概括）核心概念[（提炼、概括）更上位的核心概念或观念]。例如，“铁与氧气反应时失电子”“铜与氯气反应时失电子”等是科学事实，“金属在反应中容易失电子”是概念，“金属最外层电子一般少于4个，反应时常显示还原性”是核心概念，“物质的化学性质与其原子最外层电子数有关”是更上位的核心概念。

应用的程序一般为：核心概念（理解、解释、预测）新科学事实。

二、以核心概念为统领的“金属电化学腐蚀与防腐”教学设计

笔者在多年的教学中发现，电化学及金属电化学腐蚀等学习内容对学生来说具有一定的挑战性。许多学生由于学得机械僵化，对“氧化还原反应—电化学—金属的电化学腐蚀”这些内容的认识处于割裂状态，缺乏系统整合，难以领悟到电化学及金属电化学腐蚀的本质原理都是氧化还原反应。

本教学内容安排在复习教学阶段，教学中侧重于利用核心概念指导应用，引导学生学会自主归纳和进行深层次思考，达到追根溯源、融会贯通的目的，使相关知识更加系统化。

教学设计的概念框架体系如图1所示。框架中以氧化还原反应与电化学的联系为上位核心概念，再向下具体到原电池和电解池装置的应用，作为核心概念，用以指导金属电化学腐蚀和防腐的应用。

具体教学流程如图2所示。

主要的教学过程如下。

环节一：复习强化核心概念

（师）引导学生概括：氧化还原反应的本质。不同反应物在氧化还原反应中体现出的性质（氧化性/还原性）。

（生）思考，回答：氧化还原反应是一类重要的化学反应，反应中发生电子转移，反应物表现出氧化性或还原性。

（师）让学生思考：（1）原电池、电解池与氧化还原反应的联系。（2）原电池、电解池反应中能量转换情况。

（生）回答：（1）原电池、电解池涉及的反应都是氧化还原反应。（2）原电池将化学能转化为电能，电解池将电能转化为化学能。

（师）启发、引导学生将以上内容概括成一句话：利用一定装置，氧化还原反应可实现化学能与电能的相互转换（上位核心概念）。

引导学生思考：从氧化还原反应能否自发进行及反应效率的角度，分析原电池、电解池的区别。

（生）回答：利用原电池装置，有利于能自发进行的氧化还原反应的发生。利用电解池装置，可促使不能自发进行的氧化还原反应的发生（核心概念）。

本环节设计意图：从学生既有认知出发，通过一些有深度的问题，引导学生进行理性分析，抽象概括，提炼出核心概念，为后面的应用奠定基础。

环节二：应用核心概念——金属性质

（师）通过以下问题引导学生从氧化还原角度分析金属化学性质：（1）元素及单质的基本分类有哪些，金属与非金属本质区别；（2）金属化学性质（反应种类）及共同特点；（3）从氧化还原角度分析金属化学性质及金属腐蚀的本质。

（生）思考，回答：单质分为金属和非金属。金属最外层电子数较少，在反应中一般失电子，被氧化。金属腐蚀的本质是失电子被氧化。

本环节设计意图：仍从学生熟悉的旧知识入手，深入浅出。通过“对话式”“启发式”引导学生思维，提升其认识高度，并把相关知识“打通”，建立有机联系。

环节三：应用核心概念——金属腐蚀

（师）问：金属腐蚀时谁得电子？金属电化学腐蚀类型？电极反应的异同？

（生）思考，回答：氧化性物质得电子：O2、H+、Cl2、Fe3+、外电源（迫使其他物质失电子）。

通常（自然界中）包括吸氧腐蚀、析氢腐蚀。相同点：原电池负极的金属失电子被氧化。不同点：正极O2或H+得电子。

（师）以铁为例，让学生对比书写其发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应方程式。

（生）书写，比较。

（师）金属电化学腐蚀有何应用？

（生）回答：构成电解池，进行粗铜提纯等。

本环节设计意图：不简单重复旧知识，而是从氧化还原反应、氧化性、还原性的角度来认识金属腐蚀的不同方式，并把握其共性和本质。

环节四：应用核心概念——金属防腐

（师）让学生思考金属电化学防腐办法的本质。

（生）思考，回答：使其得电子，或避免失电子。概括为：

（师）请归纳具体的办法。

（生）使其做原电池正极（牺牲阳极），或做电解池阴极（阴极电），或避免形成原电池（隔水、O2等）。

本环节设计意图：通过有深度的问题，引导学生把握防腐的本质是阻止金属失电子，从而更深刻地理解几种具体的电化学防腐措施。

环节五：应用核心概念——巩固拓展

（师）请学生进一步思考：（1）电解时为何阳极一般不用金属电极？（2）阴极电保护法如果不慎接反电极，会有何结果？（3）K、Na、Al等金属常用什么冶炼方法，有何启发？

（生）思考，回答：（1）金属阳极在导电同时，通常易被电能“驱使”而放电，失电子被氧化。（2）加速金属腐蚀。（3）用电解方法，利用电能迫使不易失电子的物质失电子。电可谓是最强的还原剂（同时也是最强的氧化剂）。

（师）让学生结合所学，完成稍有难度的习题。

本环节设计意图：通过稍有难度、挑战性的问题巩固学生所掌握的核心概念。

三、反思与讨论

1.核心概念在本教学中的优势作用

理想的教学过程应是不断促进学生认知发展，由表及面、从肤浅到深刻的过程，这恰恰符合核心概念的教学理念——从事实性知识到概念，再从概念到核心概念，进而利用核心概念统摄应用。当核心概念真正建立起来后，学生的认识和思维将超越具体的事实性知识，对这些知识的认识更加“通透”，有“一览众山小”之感，而且学生记忆的压力可能骤然减轻，起到减负增效的作用。

在本内容中所建构的核心概念，除了应用在理解和解决电化学腐蚀和防腐的问题，还有多方面的应用，比如“利用电解池装置，可促使不能自发进行的氧化还原反应的发生”，学生会联想到K、Ca、Na、Al等活泼金属难于用其他还原剂制取，但可利用电解的方法得到。进而想到，“电”是最强的“还原剂”、最强的“氧化剂”，电化学有广泛的应用价值。

除此之外，合理运用核心概念进行教学，往往能提升学生学习的专注度、思维的深广度，使课堂的气氛和效果更好。

2.应用核心概念教学的原则建议

任何教学方式和方法要产生实效，都需要注意其应用条件和环境，把握好应用的原则。

（1）合理选定核心概念

核心概念与上、下位核心概念间的层级关系是相对而言的，不能简单地绝对化。具体选择哪一层作为核心概念，取决于具体学习阶段、教学内容和教学目标。选择的原则应是具有针对性很强的指导应用，与新科学事实有很强的对应关系。核心概念定得过高或过低、过大或过小都不适宜。过高、过大易显得空泛且远离科学事实，作用不易体现；过低、过小则统摄性不强，应用价值有限。除了作用的大小，还要考虑它们能否有助于理解科学活动的本质和科学活动的发现。教师在教学之前应对全部教学内容有整体认识，认真梳理，系统整合，提炼出包含核心概念在内的概念系统。

（2）关注核心概念的同时不能忽视科学事实的学习

在教学中要避免走另一个极端，那就是关注核心概念却忽视科学事实的积累。一方面，缺乏一定数量的科学事实作基础，核心概念难以扎实稳固地建构起来。另一方面，缺少科学事实支撑的核心概念在学生意识中会显得抽象而空泛，难以有效地用来指导应用。总之，如果走入这样的误区，效果往往可能还不及常规教学方式。

（3）合理选择应用时机

核心概念的建构和应用需要寻找合适的时机，除了需要学生有一定的事实性知识积淀，还需要学生的理解能力、归纳能力发展到一定程度。通常，在新课阶段适合进行核心概念的建构，复习阶段适合进行核心概念的应用。在本教学进行之前，学生的事实性知识已经比较丰富，也积累了一些概念，亟待教师引导学生建构核心概念，“盘活存量”。因此教学条件已然成熟，可谓水到渠成。

致谢：感谢北京教育学院周玉芝老师在本文撰写过程中给予指导和帮助。

参考文献：

[1]周玉芝.以核心概念为统领设计化学教学[J].化学教育，2012（6）.

[2]周玉芝.从表层学习到深层学习——以初中化学的分子概念教学为例[J].中学化学教学参考，2012（9）.

（作者单位：北京教育科学研究院）