化學學科核心素養導向的大概念單元教學探討

摘要： 以學科大概念為統領進行單元教學是學科核心素養落地的重要途徑。闡述對大概念的理解，提出依據學科本質、課程標準來提煉大概念以及依據學生發展需要來構建單元教學的基本思路;結合教學案例，從單元學習目標、單元學習流程及主要活動設計等方面介紹以大概念為統領組織單元教學的實踐及思考。以大概念為統領將相關內容建立聯系，基于學生認識發展的遞進性開展單元教學，有利于幫助學生理解具體內容背后的更為本質的思想和方法，形成結構化的知識以及解決具體問題的思路方法，促進化學學科核心素養的落實。

關鍵詞： 大概念; 學科大概念; 化學學科核心素養; 單元教學

文章編號： 1005-6629（2019）11-0044-05? ? ? ? ? ? 中圖分類號： G633.8? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： B

圍繞大概念進行課程與教學設計已成為當前科學教育的發展趨勢和熱點問題[1～3]。《普通高中化學課程標準（2017年版）》[4]“以發展化學學科核心素養為主旨”，“重視以學科大概念為核心促進學科核心素養的落實”，強調“教師在組織教學內容時應高度重視化學知識的結構化設計，充分認識知識結構化對于學生化學學科核心素養發展的重要性，尤其是應有目的、有計劃地進行認識思路和核心觀念的結構化設計，逐步提升學生的化學知識結構化水平，發展化學學科核心素養”。對于義務教育階段的化學教育，《義務教育化學課程標準（2011年版）》[5]強調“要引導學生認識物質世界的變化規律，形成化學的基本觀念”，并指出教師要“整體規劃和科學設計單元和課時教學目標”。在當前素養為本、深化課程改革的背景下，以學科大概念為抓手開展單元教學被認為是學科核心素養落地的重要途徑。為此，筆者對以學科大概念為統領的化學單元教學進行了實踐與探索。

1? 對大概念的理解

在課程與教學領域，為解決學生知識零散、記憶事實、缺乏深刻理解等“表層學習”問題，國外學者提出了大概念（big ideas）（有學者將其譯為大觀念或核心概念）的教育主張，強調課程與教學的設計以大概念為中心，“不管你想幫助學生獲得什么樣的概念或技能，要盡量把這些概念和技能與某種大概念聯系起來”[6]，“并需要以適合學習者不同認知發展階段的方式來表達”[7]。

大概念并非指某一知識的具體概念，而是指具體知識背后的更為本質、更為核心的思想或看法，它是對概念間關系的抽象表述，是對事物的性質、特征以及事物間的內在關系及規律的高度概括。如： 物質的組成結構決定性質，是關于物質的組成、結構與性質之間關系的大概念，具有概括性、抽象性、普遍性和適用范圍較大的特點。

大概念有不同的知識層級結構（見圖1），學科大概念（以下簡稱大概念）是指能反映學科的特質，居于學科的中心地位，具有較為廣泛的適用性和解釋力，具有超越課堂的持久價值和遷移價值的原理、思想和方法。分析和把握大概念，可以把握知識間的本質聯系和縱橫關系。如圖1所示，對事實、具體概念進行抽象概括、一般化或系統化等思維加工活動，可以幫助學生形成知識間縱向向上的聯系，讓學生能夠從中獲得更有普遍意義的大概念，

圖1? 聚焦大概念的知識層級結構

實現知識的拓展和知識結構的改造。將抽象概括獲得的

大概念用來指導或運用于解決具體問題，是知識縱向向下聯系的過程，也是促進學生將知識轉化為能力的重要途徑[8]。

大概念的學習是一個循序漸進、不斷拓展和深入的過程。依據學生的基礎和認知水平，可以采取具體細化（內容維度上的分解或解構）、認知進階（學習進程維度上的拓展或進階）的方式，將高度抽象的大概念分解為適合學生認知水平的抽象程度較低、又能凸顯學科認識視角和思維方式的次級大概念，按照不同學習內容和學生的不同學習階段來逐漸拓展認識的范圍、角度和深度。如對于“物質的組成結構決定性質”這一大概念，在初中化學教學中可以分別以指向物質的元素組成與性質、物質微觀構成與性質的次級大概念來組織教學內容，幫助學生從元素組成、微粒構成的視角來理解物質性質;而在高中化學教學中將拓展到元素價態、化學鍵的視角等認識物質的性質。在上述例子中，從大概念的抽象程度和適用范圍看，盡管后者（次級大概念）的概括抽象程度相對較低，其適用范圍不如前者（大概念）較為廣泛，但它們均指向“物質的組成結構決定性質”這一大概念，且凸顯了化學學科的視角（元素、微粒），這對于促進學生形成結構化的知識以及從化學學科角度看待物質世界的思維方式等能起提綱挈領的作用。也就是說，在教學中，同一大概念可以在不同的教學內容或背景下重復出現，隨著具體教學內容的不同，有關大概念的內容也有所不同，由此形成一個相互支撐、內涵豐富的認知架構，促進學生以結構化的、連貫遞進的方式來進行思考和理解。

2? 大概念的提煉與單元教學的確定

以大概念為統領開展單元教學，涉及提煉大概念、構建學習單元、設計單元學習目標、學習流程及學習評價等內容。而單元教學的構建，依賴于教師對學科知識本質的把握，以及依此形成的對學生知識理解、思維發展和能力培養的期待及系統考慮。從具體的學習內容出發，分析和挖掘具體知識背后更為本質的思想或方法（大概念），并以大概念來統整相關內容，就成為系統分析和構建單元教學的關鍵所在。

2.1? 聚焦學科本質為提煉大概念指引方向

不同學科的研究對象、研究的基本問題、研究的方法以及由此形成的學科思維方式等是不同的，學科大概念的提煉需要凸顯學科的本質和特征。化學是一門以實驗為基礎，在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性質、轉化及其應用的自然科學。在中學階段，可從以下幾方面[9]來分析和把握化學大概念： 一是指向化學學科的研究對象與基本問題，如物質（組成結構與性質）、化學反應（條件、方向與限度）、能量與物質變化等方面，并從化學學科的視角與研究層次如元素、原子、分子等方面來進行概括與提煉，以體現化學學科特有的思維方式;二是指向化學學科的研究方法與認識方法，如化學實驗體系三要素（關于化學實驗的構成要素及其相互關系的認識）、化學實驗內容與方法（物質的分離與提純、物質的制備、物質的檢驗）等;三是指向化學學科研究的目的與價值，如化學與社會進步、可持續發展、綠色化學等。

聚焦學科的本質，從學科大概念來俯視具體知識內容，將具體知識內容與學科大概念建立關聯或對接，有利于分析和把握具體內容背后更為本質的思想與方法，為單元教學指引方向。

2.2? 依據課程標準要求確定大概念

以大概念為導向，分析和把握課程標準對具體內容的相關要求，是確定學科大概念的基本前提，有利于把握和明確單元教學的核心。現舉例加以說明。

依據《普通高中化學課程標準（2017年版）》關于必修課程“簡單的有機化合物及其應用”的主題內容要求[10]： 以乙烯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯為例認識有機化合物中的官能團;認識乙烯、乙醇、乙酸的結構及其主要性質和應用;結合典型實例認識官能團與性質的關系等。針對必修階段“生活中常見的兩種有機物”的學習，圍繞“物質的結構決定性質”這一大概念，可以抽提出次級大概念： 有機物分子中的官能團決定其性質，以此強調認識官能團與性質的關系。其知識層級結構如圖2所示。

圖2? “有機物官能團與性質的關系”知識層級示意圖

金屬、酸、堿、鹽是初中化學課程中涉及的四類重要物質，《義務教育化學課程標準（2011年版）》淡化了這些概念，而是強調其性質與應用，其中以化學性質為重點。物質的化學性質是通過化學反應來體現的，而物質的性質與反應是由其元素組成和內部結構所決定的，不從組成和結構角度認識物質性質與反應，就難以形成對物質性質與反應的深入理解。考慮到物質的元素組成、性質與物質分類是初中化學學習的重要內容，結合課程標準對“金屬、酸、堿、鹽”的相關要求，以“物質的組成結構決定其性質”這一大概念為統領，可以抽提出如下的次級大概念： 物質由元素組成，依據物質的元素組成可以將物質分類，同類物質具有相似的性質，在一定條件下含有同一元素的各類物質可以相互轉化。

2.3? 基于學生發展的需要確定以大概念為統領的單元教學

以大概念為統領建立相關內容的聯系是確定單元教學的重要環節，其核心在于單元大概念和學習目標的確定，而單元目標需要依據學生的基礎與發展需要來設計。

如在人教版九年級化學教科書[11]中，金屬、酸、堿、鹽相關知識分別分散編排在不同單元和課題中。從學生學習的角度看，酸、堿、鹽知識是學生學習的難點。究其原因，學生的學習大多停留在對具體事實的感知與記憶水平上，缺乏對這些知識間的內在聯系及其所蘊含的學科思想與方法的理解，導致學生在處理實際問題時往往缺乏思考或求解問題時思路不清。此外，水溶液中酸、堿、鹽的反應，其微觀實質是“離子間的反應”，限于初中學習要求，學生還未形成從微觀角度分析和理解酸、堿、鹽的反應，因此，幫助學生建立研究和認識物質性質的思路與方法，加強從元素視角認識物質類別、基于物質類別認識物質的性質與反應規律以及各類物質間的轉化關系，就顯得尤為重要，這是初中階段深化學生認識、發展學生化學思維的關鍵所在。基于上述分析，現以大概念統領金屬、酸、堿、鹽的相關知識，確定以“基于物質類別認識物質性質與反應規律”為主題的單元教學。其單元架構如圖3所示。

圖3? 初中階段以大概念統領金屬、酸、堿、鹽知識的單元架構

以大概念為統領的單元有多種形態，從教學實施的角度看，可以是連續的“小單元”，如必修階段“生活中常見的兩種有機物”，也可以是如圖3所示的非連續的“大單元”。確定怎樣的單元架構，取決于教師對學生知識學習、思維發展和能力提升的系統考慮和期待，也依賴于教師的學科理解以及教師對課程與教學內容的整體把握。單元教學能夠衡量教師教學和駕馭教材的能力[12]，以大概念為統領開展單元教學，需要教師增進學科理解，也需要教師從單元教學實踐中學習、積累和總結單元教學的經驗及策略。

3? 以大概念為統領的單元教學實踐案例

現以高中必修階段“生活中常見的兩種有機物”單元為例，介紹單元學習目標、單元學習流程以及關鍵活動設計等，以呈現如何以大概念為統領開展單元教學的思考與實踐。

3.1? 以學科核心素養為導向確定單元學習目標

以大概念為統領的單元學習目標著眼于學生學科核心素養的發展，兼顧知識、思維和能力等多個層面，其核心在于幫助學生形成系統化的知識結構以及看待事物的化學視角，并使之轉化為解決具體問題的思路與方法，即重在促進學生由“知”向“能”的轉化，在完成單元學習后，學生應該知道或學會做彼此相關的事情[13]。

基于上述考慮，依據課程標準要求和學生發展需要，高中必修階段“生活中常見的兩種有機物”單元的學習目標，不是局限于學習具體知識和技能，而是以“結構決定性質、性質決定用途”這一大概念為統領，重在培養學生具有化學學科特點的思維方式，形成對有機物的結構、性質、用途及其相互間關系的認識，特別要認識有機物官能團與性質之間的關系。具體如下： （1）能夠辨識乙醇、乙酸的結構特點和官能團;（2）能描述乙醇、乙酸的主要性質及相關實驗現象，能書寫有關的化學方程式;（3）知道官能團決定有機物的性質，性質決定用途，建立“結構性質用途”之間關聯的認識思路，能應用這一思路分析和解決相關問題;（4）能從有機物及其性質的角度分析實際中的相關問題，能說出乙醇、乙酸的主要用途并能合理使用，感受化學學習的重要價值。其中（3）為本單元的重點目標。

3.2? 單元學習流程與活動設計

單元學習目標明確了要學什么，但如何組織教學內容則關系到如何學，需要進行單元學習流程與關鍵活動的設計。以大概念為統領能夠將相關內容聯結為一個有組織體系的內容整體，便于教師把握教學內容的整體性。但是，在設計單元學習流程時，還需要依據學生的認知基礎和水平合理安排教學內容的先后順序、認識角度和推理路徑，要將學科知識邏輯轉變為學生的思維過程與方法，讓學生的學習既基于學生的已有基礎又體現認識的連貫性和遞進性，促進知識向能力素養的轉化。如圍繞“結構決定性質、性質決定用途”這一大概念，在必修課程中，遵循從簡單到復雜、從熟悉到不熟悉的原則，按照“用途——性質——結構”的順序來進行整體設計學習流程（見圖4），以幫助學生形成認識有機物的結構、性質與用途及其相互關系的思路與方法。這樣的安排體現了知識的學科邏輯，符合學生的認知特點。對于“生活中常見的兩種有機物”單元，可以按照圖4所示的單元教學框架來整體設計乙醇、乙酸的教學思路及學習活動[14， 15]，從而以遞進連貫的方式促進學生的學習。

圖4? 必修階段認識有機物的單元教學框架

以大概念為統領進行單元教學，其教學策略不是局限于對具體知識的簡單記憶和技能的機械訓練，而是通過設計與學科大概念相呼應、有一定挑戰性的“學習任務”和“驅動性問題”，組織學生經歷實驗探究、分析推理、關聯概括、解釋說明等學習活動，促進學生積累化學認知活動經驗，以此發展學生的化學思維，提升分析和解決問題的能力。如前所述，認識“官能團決定性質”是“生活中常見的兩種有機物”單元的核心目標，為此在該單元的乙醇教學中，為了幫助學生認識乙醇的官能團（羥基）以及官能團（羥基）與乙醇的典型性質之間的關系，在“任務3從性質認識結構特點”這一環節設計有如表1所示的學習活動，在學習任務驅動和問題引領下，學生通過經歷證據推理、微觀探析、關聯概括、模型認知等高階思維活動，能夠從結構上探尋宏觀性質的本質原因，建立起官能團決定性質的認識。通過解釋說明、遷移運用等活動，學生能夠運用所學知識分析和解決相關問題。

4? 以大概念為統領的單元教學意義及啟示

以大概念為統領進行單元教學，對于學生的學習和教師的教學有積極的意義。

第一，以大概念統領具體知識，建立具體知識與大概念的對接，有利于促進學生從化學知識向化學學科核心素養的轉化。

化學知識是培養學生化學學科核心素養的重

表1? “認識乙醇的官能團與性質的關系”學習活動設計

學習任務素材/引導性問題學生認知活動

從性質認識結構特點，認識官能團與性質的關系[實驗]乙醇與金屬鈉的反應、水與金屬鈉的反應

[素材]金屬鈉保存在煤油中

[問題1]依據上述事實，請分析乙醇與金屬鈉的反應與其結構有什么關系？

[問題2]比較乙烷與乙醇的性質，為什么乙烷與乙醇性質有如此大的差異？[證據推理][微觀探析]

依據實驗事實進行分析推理，認識乙醇分子中含有—OH（羥基），—OH上的H與金屬鈉反應

[關聯概括][模型認知]

建立官能團與性質的聯系，認識乙醇的羥基（官能團）決定乙醇的典型性質

[解釋說明][遷移應用]

從兩者結構不同的角度，解釋乙烷和乙醇性質差異的原因，加深對“結構決定性質”的認識

要載體，需要思考什么樣的知識最具有發展化學學科核心素養的功能價值。孤立的事實、概念往往價值有限，要使它們變得真正富有意義，就必須把它們納入到學科知識的結構中。以大概念為統領，將具體的事實、概念與學科中普適性更高的大概念建立關聯，讓學生從中領悟更有普遍意義、具有持久遷移價值的學科思想和解決問題的思路方法，可以幫助學生用更高的水準來理解具體知識內容，提升學生的化學思維水平，發展學生對物質及其變化的認知能力;以大概念為統領可以構建簡約而深刻的知識層級結構，有利于學生將知識結構化，提升學生的化學知識結構水平，而知識的結構化是促進學生實現從化學知識向化學學科核心素養轉化的關鍵。

第二，以大概念為統領進行單元教學，有利于教師把握教學內容的本質和關鍵，讓具體內容的學習服務于學生學科核心素養的發展。

以大概念為統領進行單元教學，通過具體知識背后的更為本質的思想方法（大概念）可以明晰具體內容之間的內在聯系，有利于教師把握教學內容的本質和關鍵，同時也促進教師統籌考慮教學內容的關聯性與學生認識發展的遞進性之間的關系，思考如何根據學生的學習進程設計和組織具體課時的教學，幫助學生以結構化的、連貫的方式進行思考和理解，讓具體內容的學習更好地服務于學生化學學科核心素養的發展，促使學生的思維發展、能力提升能夠與具體知識的學習協調同步。

為落實學生化學學科核心素養的培養，需要教師不斷提升課堂教學的品質。從以往只關注具體知識技能的單課時教學轉變為以化學學科核心素養為導向的大概念單元教學，需要教師聚焦學科本質，從更大范圍進行分析和思考，這對教師來說是一個富有挑戰性的研究課題，值得繼續深入探討。

參考文獻：

[1][7][10]（英）溫. 哈倫編著. 韋鈺譯. 以大概念理念進行科學教育[M]. 北京： 科學普及出版社， 2016： 38～39，1～12，21～23.

[2]李剛， 呂立杰. 國外圍繞大概念進行課程設計模式探析及其啟示[J]. 比較教育研究， 2018， （9）： 35～42.

[3]邵朝友， 崔允漷. 指向核心素養的教學方案設計： 大觀念的視角[J]. 全球教育展望， 2017， （6）： 11～19.

[4]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 2， 71.

[5]中華人民共和國教育部制定. 義務教育化學課程標準（2011年版）[S]. 北京： 北京師范大學出版社， 2012： 1， 33.

[6]（美）普萊斯頓D.費德恩， 羅伯特M.沃格爾. 王錦， 曹軍， 徐彬譯. 教學方法——應用認知科學， 促進學生學習[M]. 上海： 華東師范大學出版社， 2006： 12～32.

[8]何彩霞. 化學觀念統領下的知識結構及認識思路——以“物質組成”知識為例[J]. 化學教學， 2015， （8）： 10～14.

[9]朱玉軍. 中學化學的基本觀念探討[J]. 中國教育學刊， 2013， （11）： 70～74.

[11]人民教育出版社， 課程教材研究所等編著. 義務教育課程標準實驗教科書·化學（九年級下）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2012.

[12]季蘋. 如何落實三維目標（一）——對教學“單元”的再理解[J]. 基礎教育課程， 2005， （8）： 18～22.

[13]喬治J. 波斯納， 艾倫N. 魯德尼茨基. 趙中建等譯. 學程設計——教師課程開發指南[M]. 上海： 華東師范大學出版社， 2013： 138.

[14]何彩霞. 關注學生認識發展的化學教學——以必修2“乙醇”為例[J]. 化學教學， 2013， （12）： 29～31.

[15]章淼鑫， 何彩霞. 基于生活素材的“乙酸”教學設計[J]. 教育與裝備研究， 2019， （1）： 18～22.