基于化學學科理解的單元教學設計與實踐

胡先錦 許鋒華

摘要： 基于對化學學科理解和單元教學相關理論的學習和研究，以高中“化學能與電能的相互轉化”為例進行單元教學的設計與實踐，并選擇部分內容進行分析，意在探尋高中化學課堂教學的可能性轉型，探索形成和促進高中生化學學科理解的實踐路徑。

關鍵詞： 化學學科理解; 單元教學; 化學教學; 化學能與電能

文章編號： 1005-6629（2022）11-0032-05

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

要培育和發展學生的化學學科核心素養就要積極開展“素養為本”的課堂教學，引導學生初步形成化學學科理解，并在持續的化學學習中不斷增進學科理解。但是，“理解”不等同于“知道”，不只是知識的回憶和簡單再現，而是“能夠智慧而有效地使用知識和技能”［1］，把所學的知識遷移到新的環境中去應用。為此，本文結合教學實踐對基于學科理解的單元教學作一定的探討。

1 化學學科理解與單元教學設計

1.1 化學學科理解

所謂化學學科理解，是運用化學學科思維去思考并解決真實問題、認識并創造世界的過程，是人們面臨真實的學科問題和日常生活實際問題時能夠“以學科專家的方式去進行思考”［2］。

從教師教學層面來看，化學學科理解是指教師對化學學科知識及其思維方式和方法的一種本原性、結構化的認識，它不僅僅只是對化學知識的理解，還包括對具有化學學科特質的思維方式和方法的理解［3］。從化學學習層面來看，我們認為化學學科理解是學習者運用化學學習方法對高中化學內容基于知識關聯、認知思路和核心觀念形成結構化認知，運用不同方法表征化學知識；認同化學學科的育人價值和社會意義，形成化學本質認知和化學學科思維，運用化學知識和化學思維去認識自然世界，從化學視角去探究、分析和解決與化學相關的問題或社會議題［4］。

1.2 單元教學設計

單元是指教師在對課程標準、教材等教學指導性資源進行深入解讀和剖析后，根據自己對教學內容的理解，以及學生的情況和特點，對教學內容進行分析、整合、重組后所形成的相對完整的教學主題。一個單元可以由多個課時組成，不同的課時從不同的角度、深度，用不同的教學/學習方式，對同一主題進行多元化解析［5］。楊玉琴指出，單元教學設計是以一個完整的教學主題為單位進行的教學設計，是介于宏觀課程設計與微觀課時設計之間所展開的中觀教學設計，向上能夠較好地兼顧課程總體目標與課程結構，向下能夠合理協調不同課時之間的學科認知邏輯或教學邏輯，并從教學單元的構建、單元教學目標的制定、教學起點的分析、教學過程的設計、教學評價的設計等角度闡述了單元教學設計的基本框架［6］。

1.3 基于學科理解的單元教學設計與傳統教學設計的基本差異

傳統意義上的教學設計往往容易局限于單一課時的內容和方法，缺乏單元化整體設計的意識和思考，常常“只見樹木不見森林”，導致難以基于單元整體來審視各課時之間的關系和內在聯結，缺少思考單元整體教學對增進學生化學學科理解的貢獻，也就使得教學變得碎片化、點狀化和非整體連續性。也正是這種點狀化、碎片化和非整體連續性，使得學生難以形成整體的化學學科理解，難以形成知識關聯、認知思路和核心觀念的邏輯化、結構化，難以促進學生對化學知識的遷移和應用。

基于化學學科理解的單元教學設計是在深入領會化學學科核心素養的基礎上，精心解讀化學學科核心觀念（大概念），形成階段性的單元化教學主題，再以課程標準的學業質量要求和學生的實際認知來分解形成核心指向一致、認知角度多元的多個連續性課時，因而在教學過程中需創設真實（模擬真實）的單元化的探究情境，生成系列化、弱結構、指向化學學科理解的探究性問題空間，以多個“形散而神不散”的連續課時（或大課時），通過學生協作式的學科探究、親歷科學實踐的學習活動，在完成真實問題的探究解決的過程中，促進學生化學內容的結構化建構和遷移性應用，從而促進學生在學習化學知識和技能的基礎上，初步形成或不斷增進學生的化學學科理解。

1.4 基于化學學科理解的單元教學設計的基本流程

基于化學學科理解的單元教學設計，首先應站在學生的立場上追問：學生現在在哪里、學生將走向哪里、怎樣到達那里、我怎樣知道學生已經到達那里？其次，基于化學學科視角追問：需要哪些化學知識和技能、開展怎樣的學科探究實踐、形成怎樣的認知思路和化學觀念、怎樣知道是否初步形成或增進了化學學科理解？

因此，在進行上述兩項追問的基礎上，基于化學學科理解的單元教學設計和實施的基本流程可以確定為：

（1）研讀化學課程標準，提煉學科核心觀念→

（2）形成單元探究主題，制定單元學習目標→

（3）創設真實問題情境，生成系列探究問題→

（4）開展協作探究活動，親歷科學探究實踐→

（5）實現真實問題解決，掌握化學知識技能→

（6）形成結構化的認知，增進化學學科理解。

基于化學學科理解的單元教學設計和實施，既要站在學生學習的視角，從學生的實際出發，指向學生的化學知識的獲得和應用，為學生的智能發展和個性化發展，也要關注化學學科的知識和技能、化學學科的學習方式以及化學的邏輯系統和結構化，努力探尋兼具學生主體視角和學科視角的教學設計。也就是說，在教學設計和實施過程中，既要有設計中的“既定性目標”，也要有課堂中的“生成性目標”。不僅要注重探索問題導向的項目式、探究性學習方式的轉變，還要注重探索學習過程的形成性評價、指向“表現性目標”的真實評價的學業質量評價的轉變。

2 基于化學學科理解的單元教學設計與實踐及初步分析

我們將高中化學選擇性必修1《化學反應原理》專題1“化學能與電能的轉化”及“金屬的腐蝕與防護”［7］整合為“化學能與電能的相互轉化”進行單元教學的設計和實踐。選擇教學實施過程的部分內容說明如下：

2.1 形成單元探究主題，制定單元學習目標

單元學習目標是整個單元學習的核心導向，而學習目標的確定要遵循國家課程標準而定。《普通高中化學課程標準（2017年版）》對本單元的內容要求是“認識化學能與電能相互轉化的實際意義及其重要應用。了解原電池及常見化學電源的工作原理。了解電解池的工作原理，認識電解在實現物質轉化和儲存能量中的具體應用。了解金屬發生電化學腐蝕的本質，知道金屬腐蝕的危害，了解防止金屬腐蝕的措施”。其學業要求是“能分析、解釋原電池和電解池的工作原理，能設計簡單的原電池和電解池。能列舉常見的化學電源，并能利用相關信息分析化學電源的工作原理。能利用電化學原理解釋金屬腐蝕現象，選擇并設計防腐措施。能綜合考慮化學變化中的物質變化和能量變化來分析、解決實際問題，如新型電池的開發等”。在“教學策略”中也指出，發展學生基于內能及內能的變化認識物質所具有的能量和化學反應中能量變化的本質［8］。

因此，本單元以“物質中蘊含能量，能量可以相互轉化，能量轉化中遵循守恒定律”作為核心觀念，形成“化學能與電能的相互轉化”的單元主題，依據課程標準要求，結合學生認知基礎，確定本單元的總體目標（見圖1）和具體的學習目標。

（1） 單元總體目標：從化學反應與能量轉化的角度認識原電池和電解池，理解化學能與電能轉化的本質，建立對電化學過程的系統分析思路，形成對電化學本質的認識，體會電化學知識的實際意義和重要應用，展望未來電池的設計。

（2） 具體學習目標：①了解原電池的工作原理、電解池的工作原理，從氧化還原反應的視角認識化學能與電能相互轉化的本質以及變化與守恒的關系；②知道常見的化學電源、電化學體系的基本構成要素以及化學能與電能的轉化對人類生產生活的重要作用；③能根據工作原理進行設計和利用原電池和電解池。

在此基礎上，形成本單元的基本教學流程（見圖2）。

2.2 生成系列探究問題，開展協作探究活動

由于化學學科核心素養是在問題解決學習的過程中形成和發展的，而問題解決學習是具有體驗性和過程性的，問題也是具有情境性、開放性和復雜性的。因此，我們的設計要讓學生在真實（模擬真實）的情境中，以真實的情境體驗來幫助學生以化學科學的視角去探究、分析和解決實際問題，并逐步固化為學科關鍵能力和必備品格；以真實的情境體驗引導學生用科學的態度和社會責任意識對化學相關問題或社會議題作出科學的判斷和決策，形成正確的價值觀念。

本單元的基本探究問題有：（1）借助什么方法，認識電化學體系中的能量轉化和能量守恒？（2）通過怎樣的探究活動，發展對原電池和電解池工作原理的理解？（3）通過怎樣的思維設計簡單的原電池？（4）以哪些實例來認識電解原理的廣泛應用？（5）怎樣利用電化學原理解釋金屬腐蝕現象，選擇和設計金屬防腐措施？（6）設計制作具有未來價值的可充電電池需要綜合考慮哪些因素？

單元教學設計不是零散拼接、無明確指向、形式化的課堂活動，而是以課程標準和化學學科核心素養為學習目標指向，優化重組進行單元化教學設計，以單元主題或核心任務為統領，以學生的認知基礎和知識邏輯為基點，創設真實的教學情境，引領學生開展探究活動，這樣才能幫助學生主動建構結構化的化學知識，引領學生形成和理解化學大概念（核心觀念），真正促進化學學科核心素養的養成和發展。本單元學習活動均以此為核心指向：能量轉化且能量守恒。同時，也具有進階性：電化學體系的基本要素與工作原理（原電池和電解池）→能量轉化與能量守恒→電化學過程的系統分析→變化觀念與守恒思想→實踐創新與社會責任。如學習階段1“認識化學能轉化為電能”的探究活動設計見表1。

2.3 建構科學認知模型，增進化學學科理解

《普通高中化學課程標準（2017年版）》明確指出，化學內容的結構化主要是基于知識關聯的結構化、基于認知思路的結構化和基于核心觀念的結構化等三種形式［9］。在建構結構化的化學認知的過程中，“模型認知”必然是關鍵環節之一，即要引領學生通過分析、推理等方法深刻認知化學知識的本質特征，探究知識的構成要素，尋找知識的內在聯系，進而建立化學認知模型，并運用建構的認知模型去解釋或揭示化學現象，去學習新的化學知識。如此才能真正促成化學學科知識的深度建構與增殖，真正促進學生的化學學科理解。

例如，在本單元的階段1學習中，引領學生通過對具體的（實物的）原電池工作原理的分析（如圖3），結合氧化還原反應的知識和規律，形成基礎認知模型（如圖4），進而結合氫氧燃料電池及鋰離子電池等新型電池，抽象形成原電池的高階認知模型（如圖5），促進學生在解決問題的過程中運用模型，獲得新知，提升思維水平，不斷增進化學學科理解。

3 結語

教是為了學，教是為了不教。指向化學學科理解的單元教學，對學生化學學科核心素養的培育有重要的實踐價值和理論意義，是化學教育的應然追求。我們的課堂是以化學基礎知識和基本技能為基礎，但不是僅限于化學知識和技能，而是要在促進學生在問題解決的學習過程中，引領學生主動建構結構化的化學知識，并在化學知識的實踐應用中形成正確的價值觀念，持續增進學生的化學學科理解。

參考文獻：

［1］ ［美］格蘭特·威金斯， 杰伊·麥克泰格著. 閆寒冰， 宋雪蓮， 賴平譯. 追求理解的教學設計（第二版）［M］. 上海： 華東師范大學出版社， 2017： 45～46.

［2］ 張華. 論學科核心素養——兼論信息時代的學科教育［J］. 華東師范大學學報（教育科學版）， 2019， （1）： 55～65， 166～167.

［3］ ［8］ ［9］ 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： 76， 28～30， 70～71.

［4］ 胡先錦. 為理解而教： 課堂的應然追求——我們需要什么樣的化學課堂［J］. 化學教學， 2020， （4）： 33～37.

［5］ 王磊， 黃燕寧. 單元教學設計的實踐與思考——以“氧化還原反應”教學單位為例［J］. 中學化學教學參考， 2009， （3）： 9～11.

［6］ 楊玉琴. 核心素養視域下的單元教學設計： 內涵解析及基本框架［J］. 化學教學， 2020， （5）： 3～8， 15.

［7］ 王祖浩主編. 普通高中教科書·化學選擇性必修1·化學反應原理［M］. 南京： 江蘇鳳凰教育出版社， 2021.