以大概念為導向的高中化學單元教學實踐

陳英瑜

摘 要：本文以“弱電解質的電離平衡”為例，提供了一個有效的教學框架。從概念的提煉到教學內容的分析，再到教學目標的確定，以及課時安排和實施過程的具體實施，這些都為選擇性必修課程階段的單元教學設計提供了重要的指導意義。

關鍵詞：大概念；高中化學；單元教學；弱電解質；電離平衡

一、問題的提出

新修訂的《普通高中化學課程標準》指出，教師在新課程方案實施過程中和在設計教學內容時，要以學科大概念為核心，主題應為引領促進學科核心素養落實。學科大概念所倡導的單元整體教學設計，并非寄希望于對教材進行“改頭換面”式的重新編排，而是更加重視原本散落在各章節的相關學科知識間的邏輯關聯，將相對零散、“碎片化”的知識整合起來，繼而形成在學科大概念統攝下的單元結構化知識內容，從而轉變、發展學生處理具體問題的方式和能力。從何種角度出發來規劃和設計大單元教學流程，是在合理實施大單元課程前，所要著重考慮的先決條件。本文以“弱電解質的電離平衡”單元為例，在進行單元課程的整體設計后投入教學實踐進行實際檢驗，在此過程中既體現了學科大概念對開展大單元教學的指導功能，也在必要基礎知識的形成、關鍵能力的培養、學科素養的提高等方面表現出很大的優越性[1]。

二、基于學科大概念的單元教學設計案例

（一）大概念的提煉

“水溶液中的離子反應”為蘇教版（2020年）選擇性必修１專題三，包括“電解質在水溶液中的行為”“電離平衡”“水解平衡”“沉淀溶解平衡”“溶液中的離子反應與平衡”五個核心概念。核心概念是大概念建構的基礎。對上述這五個核心概念中的一個、兩個或者多個進行總結提煉，以得到不同的大概念。從教材內容設置角度考慮，2020年人教版教材將“弱電解質的電離平衡”安排在第三章“水溶液中的離子反應與平衡”第一節“電離平衡”和第二節“水的電離和溶液的pH”以及血液的酸堿平衡。2020年的魯科版教材主要內容是在第三章第1節和第2節。經過與人教版、魯教版的分析對比，以四個核心概念“電解質在水溶液中的行為”“電離平衡”“水解平衡”“離子反應與平衡的應用”為基礎，提取了大概念“可溶電解質在水溶液中的平衡”。

（二）單元教學內容的分析

從教學角度考慮，大概念“可溶電解質在水溶液中的平衡”包含了教材中“電離平衡”“水的電離和溶液的pH”“鹽類的水解”三節內容。在該大概念的統攝下，選取“弱電解質的電離平衡”這一單元，“水溶液中的離子反應與平衡”中的關鍵部分，其在化學平衡教學中，發揮著承前啟后關鍵性地位。是對中學生掌握的關于酸、堿、鹽的基本概念及其溶液電離認識的進一步加深，也是對化學平衡理論基礎知識的進一步應用、引申與擴展；同時也是學生了解物質在水溶液中行為的重要環節，是學生掌握鹽溶液水解平衡的重要依據，是連接化學平衡和溶解平衡的紐帶。總而言之，用“弱電解質的電離平衡”來進行大單元教學設計，一方面凸顯“可溶電解質在水溶液中的平衡”的大概念具有指導意義，另一方面也貫徹了新課程對學業要求的特點。

（三）單元教學起點的分析

1.學生已有的知識與能力

學生已了解電解質概念和離子反應發生條件，會區分電解質與非電解質。初步會分析酸、堿、鹽在水中電離行為，能書寫常見化學反應離子方程式；已學習“化學反應速率和化學平衡”，初步形成化學平衡觀，會應用動態平衡基本特征和平衡移動基本概念解決化學反應問題，可以用平衡常數進行基本運算。

2.學生已有的前概念

電解質、化學平衡移動影響因素、化學平衡常數、化學平衡移動原理。

3.學生學習障礙點

弱電解質存在電離平衡，怎樣從微粒觀理解動態平衡、電離平衡影響因素、對相應實驗深入分析驗證，即用微粒觀、平衡觀處理弱電解質電離平衡，對學生而言都是一種問題。

（四）教學中相應的解決策略

根據學生已有的知識經驗，聯系必修第一冊“離子反應”的學習和在“化學反應速率和化學平衡”中的平衡移動原理，從定性到定量，將溶液中的平衡與反應聯系起來，打通知識之間的關聯，形成更系統的溶液認識。引導學生利用平衡移動原理來分析弱酸弱堿在水中的電離平衡。在教學中啟發學生，利用學過的知識，把看不見的微觀反應的變化轉化成可以直觀判斷的檢測方式。用手持技術將實驗結果定量呈現出來，引導學生分析圖像，將抽象的概念具體化[2]。

（五）單元教學目標

站在學科大概念這一視角上，在制訂單元整體的教學目標之時，應當充分考慮實際學情，同時兼顧該部分內容在新課程標準中的對應要求。在此過程中，學生的個人學習需求和發展同樣不可忽視，對學科知識和學科能力提高和學科核心素養水平發展，或是本單元目標預期結果和目標達成度，都應當充分考慮在內。就“弱電解質的電離平衡”這一單元的教學目標而言，依照新課程標準要求，從知識、能力和核心素養發展三個不同層面出發，制訂如下整體目標：1.能從微觀視角理解弱電解質在水中的電離；2.從化學平衡的視角，弱電解質的組成進一步認知；3.能用化學用語迅速表征弱電解質在水中的電離行為[3]。

（六）單元課時安排和課時教學目標

課時1：強、弱電解質

引入強、弱電解質概念，探究弱電解質在水中微粒存在形式、如何建立電離平衡；引導學生定性探索弱電解質電離行為。

教學目標：了解強、弱電解質概念并能判斷；能用化學用語表示電離行為。

課時2：弱電解質電離平衡

掌握電離平衡影響因素，利用電離解決日常生活中簡單問題。引導學生從定量角度探索電離行為，掌握Ka和電離度計算[4]。

教學目標：從微粒觀認識弱電解質電離平衡，建立電離平衡模型；掌握Ka基本概念、表達式及其含義；能夠分析影響弱電解質的外因；能利用Ka簡單計算。

課時3：認識水的電離平衡

通過某種無土植物栽培營養液成分分析，引入水的電離平衡，掌握水的Kw并學會相關計算。

教學目標：能運用電離模型分析水的電離；能利用Kw進行簡單計算[5]。

三、單元實施過程

單元大背景：剖析水溶液中弱電解質的電離平衡。

單元大問題：怎樣應用平衡思想定性分析微粒行為、微粒種類和微粒數量？

怎樣應用平衡常數定量表征水溶液中弱電解質的電離？

實施過程（以第1、2課時為例）

第1課時：強電解質與弱電解質

情境創設：潔具常見污染物為水垢（主要成分CaCO3），潔廁靈（主要成分鹽酸）用以除垢原理如下：CaCO3+2H+=CO2↑+H2O+Ca2+。

問題：食醋主要成分為醋酸，用醋酸代替鹽酸？

學生活動1：探究不同電解質電離行為

問題1：HCl與CH3COOH電離有何區別？

學生活動1：判斷兩份溶液各存在哪些微粒？

學生：鹽酸：H+、Cl-，無HCl分子；醋酸：H+、CH3COO-、CH3COOH分子。

問題2：怎么通過實驗來驗證二份溶液的

不同？

學生活動2：證明醋酸是弱電解質？

方案展示：

1.水質檢測筆測三份樣品的電導率：0.1mol/L鹽酸、0.1mol/L醋酸和蒸餾水，并觀測結果，當結果不改變時，記錄結果；

2.濃度均為1mol/L，體積相同鹽酸和醋酸分別加入錐形瓶。兩個氣球里放相同鎂條，分別套在瓶口同時倒入鎂條，觀察氣球鼓起速率和體積變化；

3.C（HCl）=0.1mol/L，c（CH3COOH）=0.1mol/L，測定兩份溶液的pH值；

4.分別用1mol/L鹽酸溶液，1mol/LCH3COOH溶液連接小燈泡，比較小燈泡的亮度。

課堂指導：教師引導學生一起探討各個實驗方案的可行性。最終選取了前三個實驗方案分組做實驗探究，各小組派代表介紹本組實驗結果和現象。

分析各組實驗數據和現象：

實驗1：0.1mol/L鹽酸電導率為7180，0.1mol/L

醋酸電導率為187，蒸餾水電導率為2。因此離子濃度：0.1mol/L鹽酸>0.1mol/L醋酸>蒸餾水。

實驗2：鎂條與1mol/L鹽酸溶液劇烈反應，產生大量氣泡，氣球迅速鼓起；鎂條與1mol/L醋酸溶液反應緩慢，少量氣泡產生，氣球緩慢鼓起。

實驗3：0.1mol/L的鹽酸溶液的pH=1，因此可以得知c（H+）=0.1mol/L；

0.1mol/L的醋酸溶液的pH=3，因此可以得知c（H+）=0.001mol/L。

結論：醋酸為弱電解質。

問題3：如何驗證醋酸溶液存在電離平衡？

學生活動3：0.1mol/L醋酸加少量醋酸銨固體，用pH傳感器記錄變化；

結論：醋酸為弱電解質，存在電離平衡。

問題4：以下數據能得出什么結論？

CH3COOHka=1.75×10-5；HClOka=4.0×10-8；H2CO3ka1=4.5×10-7、ka2=4.7×10-11；

結論：弱電解質的電離常數只受溫度限制，而各種弱電解質的電離程度幾乎不同，與其本身的化學性質密切相關。

情境回歸：為什么不用醋酸代替鹽酸做潔廁劑呢？

第2課時：認識弱電解質的電離平衡

創設情境：講臺上現有幾瓶檸檬水，有的同學覺得太酸了，有的同學覺得一點都不酸。請大家出出主意用哪些方法可以幫助不同的同學喝到各自滿意的檸檬水？

問題：檸檬酸是弱酸。影響電離平衡的外因有哪些？

學習任務1：探究影響電離平衡外因

原理分析：已知：Qc＝K，v（電離）＝v（結合），處于電離平衡狀態；Qc＜K，v（電離）＞v（結合），向電離方向進行；Qc＞K，v（電離）＜v（結合），向結合方向進行。

根據平衡常數判斷醋酸電離平衡方向：

1.向100mL0.1mol/L的CH3COOH溶液中①加水稀釋到1000mL；②加入冰醋酸。

2.將100mL0.1mol/L的CH3COOH溶液加熱到100℃。

學習任務2：歸納影響因素

小結：電離平衡符合勒夏特列原理；用K與Qc關系判斷電離平衡移動方向。

學習任務3：應用弱電解質電離平衡影響因素。

學習評價1：0.1mol/LCH3COOH溶液中改變條件如：加堿、升溫等，判斷醋酸電離平衡移動方向。

學習評價2：通過K與Qc關系預測改變條件過程中醋酸電離平衡是否會移動？

1.向pH=3的醋酸溶液中加入1mol/L的鹽酸；

2.向pH=3的醋酸溶液中加入0.001mol/L的鹽酸。

課后總結：利用物質宏觀性質（pH、速率等）與微觀行為（存在電離平衡），并運用化學平衡移動原理，分析與解釋化學問題。

情境回歸：請同學將今天所學的知識畫出思維導圖，并將剛上課時對檸檬水的操作對號入座。

四、教學實踐反思

（一）精細解讀，準確理解大概念

浙江大學劉徽副主任長期致力于大概念教學的研究，概括了八種路徑用以挖掘大概念，可以分為兩大類，即采取自上而下以及自下而上兩種思路。第一種思路包括課程標準、教材分析、專家思維、概念派生等四條路徑；第二種思路則包括生活價值、知能目標、學習難點和評價標準。對“可溶電解質在水溶液中的平衡”，教師們從中可分解出“電解質在水溶液中的行為”“電離平衡”“水解平衡”等這些次級、下位概念，都有助于在設計前對大概念進行更為精細的解讀。

（二）創設情境，強化大概念的理解應用

單個學習單元即為一個完整的學習事件，如若將其認為是一個需要由師生在學習活動中共同經歷的完整故事，則理所應當具備一個串聯故事發展的、一以貫之的線索（情境），由此發現問題，并引導學生從解決任務、完成問題的各種探究中，完成知識的自主建構，從而達成學習目標。在此前提下，情境素材不僅起到作為激發學生學習動機和興趣的“誘餌”，更是貫穿教學過程始終，作為學生知識生發、遷移運用的平臺。總之，利用情境、問題、任務、活動間的內在邏輯關系，把單元教學構建成為一個圍繞目標、內容、過程實施與評價的“完整”的探究故事。

（三）設計高效的問題鏈，有效實現“教、學、評”一體化

情境引發問題，問題驅動創新。問題鏈的高效和設計，可參照國內外的高中課本和教師教學參考書、大學專業課程教材以及日常生產生活中可能遇到的各種實際問題，通過提供有效信息予以提示等方式，層層遞進地呈現在學生面前，控制相鄰問題之間的難度差異，在實現當下問題向解決下一個問題跨越時問題的難度落在學生的最近發展區之內，“跳一跳夠得到”，這樣既使得學生在教學活動中有明確的方向進行獨立自主思考與團隊協作，又保證整體教學目標的最終實現。學生在思考、解決問題過程中的外在表現即可為教師提供詳細、頗具價值的證據用以診斷學生內隱的化學知識掌握情況、知識結構化水平、化學學科核心素養發展水平等，實現“教、學、評”一體化的評價方式。

結束語

大概念導向下的單元教學，使教師學科知識得到凝練、學科本質得到聚焦，使學生知識體系建構結構化，核心素養得到發展。未來需要教師不斷實踐、反思、再實踐。

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]李書霞.“目標、情境、活動、問題”四步落實化學核心素養[J].基礎教育課程，2019（Z1）：81-86.

[3]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）：4.

[4]譚淑娟.基于深度學習的高中化學教學策略研究：以選擇性必修課程“弱電解質的電離”為例[J].新課程研究，2022（13）：4.

[5]林亮，孫美華，經志俊.基于教學內容結構化的設計與實踐：以“弱電解質的電離平衡”為例[J].化學教學，2021（12）：36-42.