學科大概念統攝下的化學單元整體教學設計

王春 李艷

摘要：學科大概念是核心素養楔入具體知識的固定錨點，是單元教學設計的核心。基于“物質的結構決定性質，物質的性質決定用途”化學學科大概念，以高中化學“醛酮和糖類”教學單元為載體，從整體教學的主題確定、學情分析、教學目標設計、教學框架構建、情境創設、任務驅動等幾方面系統闡述學科大概念視角下高中化學單元整體教學模式的建構與設計。

關鍵詞： 學科大概念; 單元整體教學; 教學設計; 教學反思

文章編號： 1005-6629（2022）03-0048-05

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 問題的提出

當前，圍繞學科大概念進行教學設計已成為教育領域課程改革的發展趨勢和熱點問題，學科大概念也逐漸成為變革學科教學實踐和引領教學改革的核心理念之一。教育部最新頒布的《普通高中課程方案（2017年版2020年修訂）》明確指出，教師在新課程方案實施過程中以及在設計教學內容時，應重視以學科大概念為核心，對課程內容進行知識單元重構和結構化設計，以主題為引領，使課程內容情境化，促進學科核心素養的落實[1，2]。學科大概念引領下的單元整體教學設計，不是對教材的重新編排，而是突出學科知識間的邏輯聯系，統整較為零散的碎片化知識，形成以學科大概念為統攝的學科結構化知識，進而轉化為解決實際問題的方法與能力。

如何從學科大概念視角系統組織和規劃單元學習過程，是進行單元整體教學的關鍵。基于單元主題教學內容和學情的分析，將單元教學內容圍繞一個學科大概念、次級大概念及單元主題下的基本知識進行建構，使學生對學習內容的理解與認知由淺及深，逐步達成單元學習目標。本文以高中化學選擇性必修3“醛酮和糖類”教學單元為例，探討如何基于學科大概念進行單元整體教學設計，以促進單元教學目標的達成和學生學科核心素養的培養。

2 基于學科大概念的單元整體教學設計案例分析

2.1 單元教學主題確定

從教材編排來看，人教版教材將“醛酮”“糖類”分別安排在第三章“烴的衍生物”第三節和第四章“生物大分子”的第一節，魯科版教材則是將“烴的衍生物”、“生物大分子”進行了整合，將醛、酮和糖類的性質編排在同一節內容之下。從知識的內在聯系來看，醛、酮是含有羰基的兩類重要化合物，糖類是多官能團物質，包含了醛、酮所具有的官能團。“糖類”是“醛酮”知識的延續和發展，即從單官能團有機物發展到多官能團有機物，從小分子發展到大分子（高分子），是對上一章有機化學知識和認識方法的具體應用。因此，可以將醛和酮的性質學習思路遷移到糖類的學習中。本單元整體設計以“物質的結構決定性質，物質的性質決定用途”這一學科大概念為統領，基于官能團的結構特點呈現有機化合物的性質，將具有相同官能團的有機物知識整合成“醛酮和糖類”單元學習主題，旨在幫助學生系統學習知識內容的同時能整體把握具體內容背后更為本質的思想與方法。

2.2 單元教學學情分析

2.2.1 學生已有知識與能力

在高中化學必修階段，學生對醛、酮的官能團，部分化學性質及代表物乙醛和丙酮的分子結構有了初步的認識;學生已了解乙醇、乙酸等典型有機物的結構和部分化學性質，并通過苯的同系物、鹵代烴以及酚的學習，對羥基到醛基官能團的轉化及基團之間相互影響有一定的了解;在初中階段，學生從生活視角認識了糖類與人體健康的關系，知道糖類是對生命活動有重要意義的有機物;在高中化學必修模塊的“基本營養物質”一節中，初步認識了糖的分類及葡萄糖分子結構，對代表物的組成、典型性質以及在日常生活中的應用有了初步的了解。

2.2.2 學生學習障礙點

初中及高中必修部分的知識以結合生活、面向社會的常識性知識和少數典型代表物的性質與應用為主，學生對各類有機物結構、性質與應用的認識較為淺顯，對有機物結構決定性質的理解及靈活應用不夠，缺乏系統性。學生尚不能主動從結構角度認識和分析有機物的性質，對醛類物質氧化還原反應原理的分析存在障礙。另外，學生對于化學實驗方案的設計部分往往忽視試劑的用量和體系的酸堿性，缺乏考慮官能團之間的相互影響以及排除干擾的意識，利用陌生證據進行推理的能力以及利用已有知識解決生產生活中問題的能力將有待提高。

2.2.3 學生學習發展點

學生通過本單元的學習，學會并能運用含羰基的有機物結構及其化學性質，認識水平從代表物到官能團，再提升到基于化學鍵水平，構建較完整的結構分析模型和性質預測模型，形成分析研究有機物性質的一般思路。另外，學生通過本單元的學習能從化學視角系統認識單糖（葡萄糖）的組成、結構特點和主要化學性質，通過雙糖、多糖的探究實驗，學習科學探究的基本方法，培養科學探究的能力。

2.3 單元教學目標設計

學科大概念視角下單元整體教學的教學目標制定要基于學生的學情分析和新課程標準對本單元知識內容提出的要求。制定學習單元目標的規劃要著眼于學生的需求和發展，既要兼顧學科知識和學科能力的提升以及學科核心素養水平的發展，還要考慮本學習單元目標的預期結果和目標達成度[3]。例如，在“醛酮和糖類”單元教學目標的確定過程中，要充分結合新課程標準對學習單元內容提出的要求，從知識層面、能力層面和核心素養發展層面制定單元整體教學目標（見表1）。

2.4 單元教學框架設計

選擇一個具有統攝性的學科大概念作為主題學習的支撐點，對于整合教材中較為零碎的課時知識內容，建構學科主題單元知識脈絡具有極為重要的意義[4]。在現行人教版高中化學教材中，醛酮和糖類相關知識安排在不同的章節進行介紹，對于明確選考化學學科學習的學生而言，教師須在教學中對這兩部分內容在化學學科大概念的視角下進行單元整體設計，根據新課程標準要求重新劃分學習內容，選定單元教學主題，并對教學單元主題內容進行相應課時劃分。具體設計框架如圖1所示。

2.5 單元教學情境創設

學科大概念統攝下的單元整體教學需要創設真實的問題情境作為教學活動的起點，讓學生在單元教學情境中進行小組協作式學習，開展探究式活動，逐步培養和形成學生的關鍵能力[5]。例如，在“醛酮和糖類”單元教學中，可以根據單元整體設計的課時劃分以能力發展為導向創設教學情境。具體的單元課時教學情境線和觀念發展線的設計見圖2。

2.6 單元教學任務驅動

學科大概念統攝下的單元整體教學需要創設多樣化的學習活動來引導學生進行科學探究，同時基于真實的問題情境和課程標準的要求設計教學任務，采取

任務驅動的方式讓學生在活動體驗中完成學習任務，讓學生在問題解決中實現單元學習教學目標[6]。例如，在“醛酮和糖類”單元教學中，可以圍繞相關教學問題設計單元課時教學任務（見表2）。

3 基于學科大概念的單元整體設計教學效果及反思

3.1 單元整體設計教學效果

（1） 以學科大概念為統領，將不同章節進行有機整合，實現知識系統化。

醛、酮是含有羰基的兩類重要化合物，糖類是多官能團物質，包含醛、酮所含有的官能團，是醛和酮知識的延續和發展。學生通過醛和酮的學習，可以從化學鍵視角分析鍵的極性和不飽和性，能判斷相關反應的基本類型，完整地建立“結構分析→預測性質→實驗驗證→確定性質”的思路和方法，形成“物質結構決定性質”的學科大概念;與醛、酮相比，糖類含有多種官能團，結構較為復雜，進一步對糖類結構與性質的多角度綜合探究是對醛、酮化學知識和認識思路的具體應用。因此，本單元教學設計將醛、酮和糖類的內容進行整合，引導學生從單官能團有機物的學習發展到多官能團有機物，從小分子發展到大分子（高分子），幫助學生將孤立的事實和知識與學科中普適性更高的學科大概念建立意義關聯，從而構建簡約而深刻的知識網絡，有效實現知識系統化。

（2） 以學科大概念為統領，設計促進學生思維發展的學習任務，實現知識素養化。

本單元教學設計在學科大概念統領下，依據單元整體教學目標設計，依據學科知識具體內容和學生的學習需求，通過真實問題情境的創設，設計多樣化學習任務及活動，將具體知識背后的大概念外顯出來。例如： 課時1“醛酮的性質研究”環節，其關鍵內容包括“根據醛和酮的結構預測其性質”“探究醛基的還原性”“認識羰基的加成反應”。為了有效突破教學難點和重點，促進學生思維的發展，設計的任務及活動始終圍繞分析結構、預測性質、驗證性質展開，并構建研究物質的一般思路和方法;在課時2“單糖的性質研究”環節，學生能夠主動提出不同的實驗方案以確定葡萄糖中存在的官能團種類和數目;在此基礎上，進入課時3“雙糖和多糖的性質研究”環節，學生則能將前面建立的思路和方法進行自主遷移，準確地選擇相應的試劑和條件設計實驗方案對官能團的性質進行驗證，認識多官能團物質的性質不是官能團性質的簡單加合，它們之間會相互影響，進一步內化了“結構決定性質，性質反映結構”的學科大概念。由此可見，本單元教學通過設計不同水平層級的驅動性學習任務，培養學生基于實驗事實進行推理論證、演繹歸納、自主遷移的能力，有效實現知識素養化。

3.2 單元整體設計教學反思

圍繞學科大概念系統組織和整體規劃單元學習過程，對課時教學的開展具有統領作用，是課時教學設計的根本出發點和著力點[7]。教學設計之初應構建好以學科核心大概念為統領的單元整體設計知識結構圖，包含學科大概念、次級大概念、基本概念、基本知識等要素，系統化的課前規劃能幫助我們始終圍繞學科大概念制定單元教學目標，開展單元教學活動。單元整體知識結構圖的構建可以采用如下思路： 首先，通過梳理知識間的縱橫關系，形成知識本體層面系統化的知識網絡圖。在進行具體設計時，不僅要關注學生知識結構化、認識思路結構化，更要關注知識的整體性和學生認識的遞進性;其次，從具體每一部分的課時內容出發，抽提出能夠承載本節內容的學科基本概念和次級大概念;然后，再進一步概括為更上位的學科大概念，以促使學生的學習過程由淺入深、螺旋式上升，逐步形成相互支撐、內涵豐富的認知架構。這種自下而上進行抽象概括的思路能夠幫助我們找到具體知識之間的關聯，為重構的學習單元內容提供認識角度和思維路徑。然而，為了更好地實現具體知識內容和學科大概念的對接，在實際教學中要確定怎樣的單元、單元的大小、實施形態（單一典型知識、跨章節、跨學段）以及學科大概念應如何解構等，仍是值得我們繼續深入探索的問題[8]。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定. 普通高中課程方案（2017年版2020年修訂）[S]. 北京： 人民教育出版社，2020： 4.

[2][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： 3.

[3][4][5][6]王春. 學科大概念視角下的化學學習單元重構教學研究[J]. 化學教與學，2021，（8）： 6～19.

[7]吳建鵬. 大概念視角下高中物理大單元教學建構與設計[J]. 中學物理教學參考，2021，（4）： 25～27.

[8]頓繼安，何彩霞. 大概念統攝下的單元教學設計[J]. 基礎教育課程，2019，（3）： 37～41.