基于學科大概念促思維發展的單元復習課教學

黃鳳翔 汲叢家

摘要：以“水溶液中的離子反應與平衡”為例，基于學科大概念設計單元復習課。依據要符合課程標準、要能提綱挈領聯接其它小概念、能夠落實思維方法等三個原則提煉出本章節大概念“化學平衡在溶液體系中的應用”。在此大概念的統領下，經梳理知識、定性分析、定量分析等三環節的課堂教學，將水溶液中的離子平衡知識結構化。既幫助學生在具體的情境下解決問題，形成學科思維方法，又促進化學核心素養的提升，讓學習真實地發生，實現復習課功能。關鍵詞：學科大概念;單元復習課;水溶液中的離子反應與平衡;思維方法

文章編號：1008-0546（2022）07-0064-05中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.016

一、引言

學科大概念是近年我國學者研究的熱點。其包括三個層面的內容：一是學科大概念具有一定抽象性，是其他概念的聯接。王喜斌指出：學科大概念是能反映學科本質，能將學科關鍵思想和相關內容聯系起來的關鍵的、特殊的概念[1]。二是學科大概念具有結構化的特點。《普通高中課程方案（2017年版）》（下稱“新方案”）要求我們“進一步精選學科內容，重視以學科大概念為核心，使課程內容結構化，以主題為引領，使課程內容情境化”。三是學科大概念對核心素養的形成能起到關鍵作用。新方案指出學科大概念能促進學科核心素養的落實。

相比常規的單元復習，用學科大概念的思想來進行單元復習課的教學設計，有很大的優勢。常規的單元復習課大多數是羅列知識清單，缺少對學生思維的指導。而大概念教學需要對不同知識進行關聯，從而精準掌握知識的本質，同時還可以提高課堂效率[2]。本文以“水溶液中的離子反應及平衡”復習課為例，闡述學科大概念如何應用于單元復習課的教學中。

二、基于學科大概念的單元復習教學實踐

本文闡述的基于大概念單元復習課設計流程，按照五步進行。第一步，確定章節大概念。要提煉出教學內容所蘊含的學科大概念需要遵循三個原則，首先要符合課程標準;其次要提綱挈領，聯接其他小概念;再次要能夠落實思維方法培養。第二步，學情分析。精準的學情分析，有助于明確學生的認識發展點，也是制定教學目標的依據和實現精準教學的保障。為了確保學情分析結果的“精準”，需要運用技術手段分析前測數據、問卷調查數據，再結合以往教學經驗進行研判。第三步，確定教學目標及評價目標。在精準判斷學情的基礎上，結合課標、考綱精準確定教學目標及評價目標，即明確單元復習課教學之后學生應該達到的認識水平。第四步，設計教學情境，開展教學活動。教學情境需有利于讓學生思維外顯，將學科大概念與基本概念聯接起來，然后通過開展教學活動落實化學核心素養。第五步，教學反饋。即評估教學效果，實現“教、學、評”一體化，評價結果不僅是本節課終點，還是下節課的起點，從而實現“教、學、評”水平的不斷上升。大概念下的五步單元復習課設計流程見圖1。

1.確定章節大概念，構建知識結構圖

高考對“水溶液中的離子反應及平衡”的考查，偏重離子平衡的微觀過程和對于整個溶液系統的整體分析，利用化學平衡的一般思路，解決溶液中的復雜問題[3]。此章節研究的環境是：水溶液;研究的內容是：離子平衡;理論依據是：化學平衡移動原理及平衡常數。也就是用化學平衡原理來解決溶液體系中的離子平衡，實則是化學平衡的應用，因此，此章節內容涵蓋在“化學平衡在溶液體系中的應用”這一學科概念之下。該概念聯接其它內容，起提綱挈領作用，且能夠落實分類觀、微粒觀、動態觀、平衡觀等化學思維方法。因此確定為此章節的大概念，以這一大概念為統領，可提煉出圖2所示的知識結構圖，該結構圖呈現出學科大概念統攝下的基本概念、核心知識及解決此類問題的思維方法。

2.精準獲取學生學情，明確學生的認識發展點

“水溶液中的離子反應與平衡”是中學化學基本理論的一個重要部分，也是學生整個中學階段的難點。本章內容比較抽象，綜合性強，難點和易混淆點較多，因此學生的迷思概念也比較多。結合前測及問卷調查數據，可以確定學生主要存在以下認識障礙：

第一，對于化學平衡、電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡的理論體系缺乏整體認識，對其適用對象沒有清晰的定位（電解質存在電離平衡還是水解平衡？出現混亂）。

第二，面對多種平衡共存時，分不清平衡的主次，導致分析問題時思維混亂。

第三，對電解質溶液的分析沒有形成良好的思維習慣和分析技能，習慣定性思維而欠缺定量思維。

第四，綜合分析問題的能力不強，不能熟練運用宏觀與微觀、定性與定量等化學學科思維方法去分析具體問題。

3.確定單元復習教學目標及評價目標，評判學生應該達到的認識水平

（1）教學目標

①通過課前梳理氨水、碳酸飲料、飽和 BaCO3溶液中存在的平衡，明確溶液中的三大平衡體系的研究對象及離子行為;并通過分析含 NaHCO3晶體的飽和溶液在水里的行為，鞏固從物質分類的角度抽取各種平衡的思維方法，落實微粒觀、變化觀。

②以NaHCO3溶液滴入FeCl3溶液、CaCl2溶液為載體，根據溶液中存在的平衡，預測宏觀現象、實驗檢驗、理論分析，在分析解決問題的過程中落實了一個思想：對于多平衡體系，要結合具體的情境抓住主要矛盾，透析問題的本質;并構建了用平衡原理解決分析問題的思維模型;落實宏觀辨識、微觀探析和證據推理、模型建構核心素養。

③通過從定量角度分析 NaHCO3、NH4HCO3溶液的酸堿性，明確研究水溶液體系中的平衡除了有定性工具——平衡移動原理，還有定量工具——K。

（2）評價目標

①通過分析不同的電解質存在的平衡，診斷學生的分類觀、微粒觀及變化觀。

②通過分析混合體系，診斷學生證據獲取能力，結合具體的情境抓住主要矛盾，透析問題本質的能力，并感受動態平衡思想的形成過程。

③通過分析電解質溶液的酸堿性，診斷學生從定量角度分析問題的能力。

4.設計教學情境，進行教學活動，落實化學核心素養，優化學生思維方法

課堂教學流程見表1。

教學實錄如下。

（1）環節一：梳理知識，鞏固從物質分類的角度抽取各種平衡的思維方法，落實微粒觀、變化觀。

【學習任務1】分析氨水、碳酸飲料、飽和BaCO3溶液中存在的主要平衡。

【學生出現的問題】氨水體系存在：NH4（+）+H2ONH3· H2O+H+情況;碳酸飲料體系存在：HCO 3（-）+ H2OH2CO 3（-）+OH-情況;飽和 BaCO3漏寫 CO3（2）-的水解平衡。

【引導】先把電解質進行分類，氨水和碳酸飲料的溶質都屬于弱電解質，存在的主要平衡是電離平衡， NH4（+）及HCO 等微粒在體系中含量很少3（-），故不再分析其存在的水解平衡。飽和 BaCO3存在溶解平衡，同時 BaCO3是強電解質，在水里完全電離，故體系中存在著相對較大量的CO 故體系中應存在CO3（2）-的水解平衡。

【歸納、梳理】分析溶液中微粒行為的思維方法：溶質分類→抽取對應的平衡（溶質是弱電解質，對應的是電離平衡;溶質是鹽，對應的是水解平衡;溶質是難溶電解質或是飽和溶液，對應的是溶解平衡）→抓主放次。水溶液中三大平衡及對象，三大平衡與化學平衡的關系如圖3所示。

【課堂檢測1】一份含NaHCO3晶體的飽和溶液中，存在什么平衡？按主次順序分別寫出各個平衡。

【學生情況】有了思維方法：溶質分類→抽取對應的平衡→抓主放次，學生分析思路沒問題，但出現了 NaHCO3（s）=Na+（aq）+HCO3（-）（aq）情況。

【引導】這是混淆了電離反應式和沉淀溶解平衡。

設計意圖：以典型電解質為載體梳理電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡的研究對象，對知識點進行適當的整合，消除以往對三種平衡認識上的誤區和盲點。讓學生明確溶液中的三大平衡體系的研究對象及離子行為，并通過NaHCO3體系作為課堂檢測，評價學生是否具備有序分析溶液問題的思維方法。選擇 NaHCO3晶體飽和溶液的原因，是因其剛好囊括三類平衡。首先，從分類角度來看，屬于電解質（含晶體的飽和溶液），存在溶解平衡;又可歸屬為鹽，存在水解平衡;還可歸屬為弱電解質（HCO3（-）），存在電離平衡。

（2）環節二：定性工具——用平衡原理解決水溶液中平衡問題。

【學習任務2】根據實驗現象，分析NaHCO3飽和溶液在條件變化時的離子行為（見表2）。

【演示實驗】見圖4。

【討論1】表2中條件的變化，對NaHCO3飽和溶液產生什么影響？【討論2】主要影響哪個平衡？如何影響？

【學生答題情況】根據實驗現象，部分同學能夠正確分析實驗1 的沉淀是 Fe（OH）3，實驗2 的沉淀是 CaCO3，從而能夠正確得出實驗1 主要影響 HCO3（-）的水解平衡;實驗2主要影響 HCO3（-）的電離平衡，對應的離子方程式為：3HCO3（-）+Fe3+ =Fe （OH）3 ↓ +3CO2↑;2HCO3（-）+Ca2+=CaCO3↓+ H2O+CO2↑。

出現問題一：認為沉淀是Fe2（CO3）3，離子方程式：6HCO3（-）+2Fe3+=Fe2（CO3）3↓ +3H2O+3CO2↑;出現問題二：認為沉淀是 Ca（OH）2，離子方程式為：2HCO3（-）+ Ca2+=Ca（OH）2 ↓+2CO2↑。

【學生討論得出結論】問題1：Fe2（CO3）3沉淀不存在，Fe3+與 CO3（2）-在溶液中存在雙水解，最后生成沉淀 Fe（OH）3;問題2：Ksp [Ca（OH）2]>>Ksp （CaCO3），所以沉淀CaCO3更容易析出，沉淀2是CaCO3更合理。

【歸納、梳理】第一，對于多平衡體系，要結合具體的情境抓住主要矛盾，透析問題的本質。

第二，提煉出應用平衡原理解釋問題的思維方法（見圖5）：

【課堂檢測2】向0.1 mol · L-1 NH3· H2O 中加入 NH4Cl 晶體，溶液的pH變小，請結合化學平衡移動原理解釋原因。

【學生情況】大部分學生能根據圖5所示模型，正確分析原因。但出現個別答案：氨水中存在電離平衡 NH3· H2ONH +OH 加入的NH4Cl 晶體顯酸性，H+與OH-結合，使得OH-濃度減小，溶液的pH變小。

【學生評價】加入NH4Cl，該物質是強電解質，完全電離出NH4（+），而體系中的 H+是NH4（+）微弱水解得到的產物，故c（NH4（+））>>c（H+），因此NH 對NH4（+）3 · H2O 電離的影響大于H+，出現多個影響因素時，要抓主放次。

設計意圖：大概念統攝下的教學，充分暴露學生問題，使學生思維外顯，有利于深入理解知識的本質;建立良好的邏輯思維習慣，利用平衡觀和平衡移動原理分析和解決實際問題，在分析解決問題的過程中落實了一個思想：對于多平衡體系，要結合具體的情境抓住主要矛盾，透析問題的本質;此外構建了用平衡原理解決分析問題的思維模型;落實宏觀辨識、微觀探析和證據推理、模型認知核心素養。

（3）環節三：定量工具——用K 解決水溶液中平衡問題。

【學習任務3】已知下列物質的電離常數：

（1）NaHCO3溶液顯（），通過計算說明;

（2）NH4HCO3溶液顯（），通過計算說明。

【思路評析】求酸式鹽的酸堿性，第一步，準確判斷電離常數;第二步，計算水解常數;第三步，比較電離常數和水解常數大小，誰大顯誰性。以 NaHCO3溶液為例，Ka=Ka2≈10-11;Kh=Kw/Ka1≈10-7;Kh>Ka，而HCO3（-）水解顯堿性，故NaHCO3溶液顯堿性。

【實驗驗證】用pH試紙測定NH4HCO3溶液的pH。

設計意圖：通過從定量角度判斷物質的酸堿性，明確研究水溶液體系中的平衡除了有定性工具——平衡移動原理，還有定量工具——K。通過實驗驗證落實證據推理素養。

課堂總結：（1）水溶液體系學習的方法：找平衡（抓主放次），定性、定量兩種工具分析水溶液中平衡問題。

（2）應用平衡原理分析問題的思維方法：

學生領悟第三章學習的靈魂：找平衡（抓主放次），定性工具分析，定量工具分析。

三、教學效果與反思

1.教學效果

通過訪談，學生認為通過大概念教學后，對水溶液體系的分析思路更清楚。有以下三點收獲：①尋找水溶液體系的平衡，根據：溶質分類→抽取對應的平衡→抓主放次。②用平衡原理分析問題時，找準平衡的依據是根據題干信息;分析影響因素，而同時存在多個影響因素時要抓主放次（量大影響大或從結果逆向分析影響因素）。③明確K 的分析思路。平衡移動原理無法解決的問題，需用到平衡常數K，K 也是解決問題的工具。

本案例采取前后測對比。測試結果表明：第一，通過大概念教學后，學生在使用平衡原理解釋問題的題型上進步明顯，正答率提高了28.2%。原來這類題型的錯因主要體現在未能正確找準體系的平衡，教學后，學生能夠在多平衡體系里，正確判斷主平衡。第二，定量計算能力進步明顯，正答率提高25%。通過教學后，此類題型的分析思路清晰。結果分析見表3。

2.教學反思

（1）“雙新雙減”背景下，基于大概念的教學可以實現“減負、提質、增效”的目的

“雙新”即新課堂新教材;“雙減”即減輕校內作業負擔，減輕校外輔導機構文化課的輔導。雙減后，教育的分層決定于課堂，高效的課堂至關重要，促思維發展的課堂才是高效的課堂。學科大概念是指向具體學科知識背后的更為本質、更為核心的概念或思想，因此，基于大概念的教學能提升學生思維能力，減輕學生的學習負擔，提高課堂質量，從實踐可看出教學效果顯著。

（2）大概念教學促學生思維能力發展

2019人教版選擇性必修1第三章“水溶液中的離子反應及平衡”，教材內容的編排順序按照“弱電解質的電離→水的電離和溶液的酸堿性→鹽類的水解→難溶電解質的溶解平衡”這樣的框架，學生關注單一知識點的學習，難以突出化學平衡理論的指導作用，學生對這些知識整合在一起的思考要薄弱些，難以建立起對水溶液體系的整體認識框架，面對綜合題時常常弄不清楚這是一個什么溶液體系，該用哪個平衡進行分析。為了彌補各知識點在新授課學習時相對孤立的不足，在進行單元復習教學時，基于學科大概念，以典型電解質為載體梳理電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡的研究對象，對知識點進行適當的整合，消除以往對三種平衡認識上的誤區和盲點;從定性角度（平衡原理）、定量角度（使用平衡常數K）來指導水溶液中離子平衡的學習;在分析問題時落實了一個思想：對于多平衡體系，要結合具體的情境找準主要矛盾，透析問題的本質;搭建用平衡原理解決分析問題的思維模型。

參考文獻

[1] 王喜斌.學科“大概念”的內涵、意義及獲取途徑[J]. 教學與管理，2018（24）：86-88.

[2] 黃建萍.基于學科大概念的生物單元教學設計研究[D].南昌：南昌大學，2020.

[3] 胡久華，袁麗琴，王瀾，丁芬，郇樂，趙榮梅.基于學生認識發展點的高三水溶液復習教學研究[J]. 化學教育，2014，35（13）：46-51.