依托大概念發展核心素養的單元整體教學設計

陳垂勝

【摘要】在化學教學中，教師應基于化學學科素養背景，依托大概念進行單元整體教學設計，引導學生提升“宏觀辨識與微觀探析”化學學科素養，構建“結構決定性質、性質決定應用”的學科大概念，從而創設高效的課堂教育教學環境。

【關鍵詞】大概念；核心素養；單元整體教學；有機化合物

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》基于主題規定學習內容（輸入性學習要求），有利于反映學科思想本質和大概念（每一個主題的學習內容標準的第一條是本主題的大概念），教學過程中設置真實情境和挑戰性問題任務，使必備核心知識結構化、功能化和素養化。也就是在必修階段課程突出化學基本觀念（大概念）的統領作用，明確“教—學—評”中圍繞發展學生化學學科核心素養，對化學知識從大概念的層面進行梳理。開展“素養為本”的課堂教學，要根據教學內容，確立教學主題，整體規劃化學教學必備知識的深廣度，對教學主題進行單元整體設計，創設貼近生活、社會實際的真實情境，利用真實問題情境，設計進階式的教學活動，實現深度學習，發展核心素養。筆者以新課程、新教材高中化學必修部分“有機化合物”單元為例，依托大概念設計單元整體教學，供化學同仁一起審視和參酌。

一、發展化學核心素養

新課標提出5個方面的化學學科素養，其培養過程貫穿于高中學生化學學習全程，并且針對不同部分的知識內容又各有側重，相輔相成。基于化學核心素養的化學課堂教學，倡導將化學核心知識的學習過程轉變為發展化學學科思維和真實問題的解決過程，通過各種提升學科能力的活動，內化為學生的認識方式（認識角度、認識思路和思維方式），從而逐步形成“正確價值觀、必備品格和關鍵能力”。也就是在真實情境下提出問題、開展體驗或探究活動，通過閱讀、查閱資料、觀察實驗現象等方法獲取、表征、領悟有關信息，尋找證據并進行評價、應用，運用化學核心知識的思維方式，獲得問題解決的方案和結果。

具體到必修課程“主題4：簡單的有機化合物及其應用”，也就是教材中“有機化合物”部分知識內容的教學重點：引導學生發展“宏觀辨識與微觀辨析”素養，形成“結構決定性質”的大觀念（核心觀念）。必修課程明確了有機化合物部分的大概念為“有機化合物的結構特點及性質”，重要概念有“官能團、同分異構、分子結構、典型有機化合物的性質和應用、官能團與性質的關系、反應類型、有機化合物之間可以轉化”，該主題的STSE（科學技術與社會發展、環境變化的相互關系）的應用內容為“有機化學研究的價值”。通過對“有機化合物的結構特點”大概念的學習，能結合宏觀實驗現象，從物質的微觀層面理解有機物組成、結構和性質的聯系，階段性提升“結構決定性質，性質決定應用”化學核心觀念，進階式發展“宏觀辨識與微觀辨析”學科素養。

二、大概念教學

大概念即基本觀念、大觀念，體現學科的思維方式和統攝性的核心觀念，是在化學反應事實、原理、模型、計算公式等基礎上概括出來的化學觀念，具有較為廣泛解釋力的原理、思想和方法，可以用于解釋和預測物質的性質，可以指向物質的內涵，具有持久性、關聯性和可遷移性等特點。

新課程標準對化學知識的要求從核心概念的層面進行梳理，不同科學主題下含有“結構決定性質”“物質的變化是有條件的”“化學變化的動態平衡”和“化學變化中的能量轉化”等的核心觀念，其中“結構決定性質”核心觀念的形成，在必修部分內容教學時，設計為以下三個大概念：原子結構與元素周期律、微粒之間的相互作用—化學鍵、有機化合物的結構特點。在“簡單的有機化合物及其應用”主題學習中，可緊緊圍繞“有機化合物的結構特點及性質”大概念進行，借助化學核心知識，對重要概念“碳原子成鍵特點、有機分子空間結構、官能團、同分異構現象、有機反應類型和有機化合物之間可以轉化”等進行學習。“結構決定性質”是本研究中所探尋有機化合物的組成、結構與性質之間關系的基本觀念，結合核心知識“碳骨架和官能團是認識有機化合物的兩個視角”，以此發展“宏觀辨識和微觀探析”學科素養。

三、依托大概念進行單元整體教學設計

單元整體教學是根據課標、結合學情對教材進行分析和整合，設計由單元主題為統領，各重要概念相互關聯、核心知識為線索、邏輯清晰的完整教學單元，推動單元教學目標的深度學習，從而構建單元大概念，發展化學核心素養。基于深度學習、依托大概念進行的單元整體教學設計，基本步驟如下：

步驟一：確定單元學習主題。分析和挖掘核心知識內容背后的大概念、大觀念和核心素養，以大概念為視角梳理相關核心知識，明辨進階發展，根據學生的實際情況和發展需要，結合核心知識特點確定單元學習主題內容。

步驟二：制訂進階式單元學習目標。根據教學內容的特點以及學生的不同認知基礎和發展階段，以驅動必備知識產生的驅動性問題解決過程為線索，以持續、遞進、反復呈現的方式來促進核心知識的理解和遷移應用，形成解學結構。

步驟三：整體規劃教學結構。以核心知識為載體，深入分析學情，加強學生對學科方法和思想的理解，整合知識、方法、觀念、能力和態度等維度，建立解決問題的思路和方法，遷移應用解決真實情境中的問題而獲得知識。

步驟四：設計挑戰性學習活動。學習活動是核心素養形成的主渠道，單元學習活動設計要基于真實的大主題情境，根據認知發展需要精選情境素材，設計驅動性問題，學生真正經歷問題解決的過程，體驗關鍵能力的不斷進階。

步驟五：進行持續性評價。教學評價包括課前、課中和課后評價，持續性評價關注學生解決新情境中新問題的能力，包括核心知識、化學思想方法、問題解決能力、必備品格和核心價值等，體現“教—學—評”的一致性。

四、“有機化合物”單元整體教學設計

下面以高中化學必修第二冊“有機化合物”單元整體教學設計教學實踐為例，闡釋依托大概念發展核心素養的單元整體教學設計流程。

1.提煉大概念，確定單元學習主題。“結構決定性質，性質決定應用”為化學核心觀念，核心知識內容“有機化合物”的教學，目的為形成進階式的大概念“有機化合物的結構特點及性質”。教學設計中，尋找承載核心知識的實際問題或任務驅動，結合課程標準、化學核心知識結構、學生已有經驗和思維品質，考慮學生的問題解決能力，確定單元學習主題為“簡單的有機化合物結構特點、性質及其應用”，知識主題化也有利于反映學科本質和大概念。

“結構決定性質”是核心觀念，在有機物的學習中掌握根據官能團的結構特點解釋和預測有機化合物的性質的核心知識。課堂教學中，通過創設真實的問題情境驅動，引導學生經過質疑、討論、實驗探究活動、反思等過程，促進學習方式的轉變，培養學生對化學學科特征和本質規律的認識，達成提高學生核心素養的目的。

2.結合內容和學業要求，制訂進階式單元學習目標。本主題的學習中，碳骨架和官能團是認識有機化合物的兩個視角，借助化學核心知識發展“有機化合物的結構特點及性質”大概念，也就是建立“官能團決定有機物的化學性質”和“有機物在一定條件下可以相互轉化”的化學大觀念，以此發展宏觀辨識和微觀探析的學科素養，體會有機化學的研究價值：合成和創造新物質。

據此，可以制訂進階式單元學習目標為：

（1）通過有機物中碳原子的成鍵特點、同分異構現象，從微觀視角認識有機物分子結構。

（2）通過甲烷認識烷烴的結構和性質，從物質分類角度認識有機物的結構和性質的特點。

（3）通過乙烯認識不飽和烴的結構和性質，提升宏微結合研究結構如何決定性質的能力。

（4）通過乙醇、乙酸的結構、主要性質和應用，認識有機物官能團與其性質的關系。

（5）通過辨別有機物的類別、官能團和典型代表物，提升官能團決定性質的辨識能力。

（6）通過葡萄糖的組成、結構、性質和重要應用，進一步提升對官能團決定性質這一化學觀念的認識。

（7）通過認識糖類、蛋白質和油脂的組成、主要性質及應用，認識化學與科學、技術、社會的緊密聯系。

3.圍繞大概念發展，整體規劃教學結構。結合內容和學業要求，充分挖掘真實情景素材，考慮學情，創設驅動問題、學習任務與活動，以小主題板塊展開。教學設計中，可多列舉生產、生活中廣泛存在的有機物實際應用，多從有機物的組成和官能團的角度引導學生建立對有機物分類的認識。在課堂教學過程中，注意關鍵能力的培養。通過知識的層層推進，使學生形成螺旋式學科大概念，提升學科思維能力。

例如在“有機化合物”內容“乙烯、乙醇、乙酸”板塊教學過程中，教學結構如圖1所示：

4.設計挑戰性學習活動，促進大概念進階發展。所謂挑戰性學習活動，是在真實情境下順應核心素養的持續進階，形成大概念，利用能夠有效促進學生認識發展的驅動性問題，進行討論交流、動手實驗、認識實踐和展示反思等活動，其具有驅動性、進階性和真實性等特點。

例如在“有機化合物”內容“乙醇”小板塊教學過程中，可以設計一些挑戰性學習活動。

活動一：通過感受使用醫用酒精的過程，結合生活體驗，小結分享應用乙醇的組成和性質上的什么特點？

活動二：從乙醇分子結構分析存在何種化學鍵？為什么說羥基是乙醇的官能團？

活動三：通過乙醇鈉醫用價值的學習，結合乙醇的分子結構，對比乙烷和水分子的結構，預測并設計實驗制備乙醇鈉。實驗現象反映了乙醇怎樣的結構特點？

活動四：新冠疫情期間，有人用酒精噴灑全身消毒不慎引火燒身，乙醇具有什么性質？也有人直接飲用酒精防止病毒入侵，這樣科學嗎，為什么？

活動五：能否設計實驗模擬乙醇在人體中的轉化過程，并進行驗證？

活動六：乙醇的催化氧化實驗現象說明乙醇具有什么性質？結合所學知識，能否解釋交警查處酒后駕車的方法、原理？

活動七：從化學鍵變化、官能團變化、物質類別變化和反應類型等角度分析乙醇與鈉反應、乙醇的燃燒、乙醇的催化氧化、乙醇的代謝等變化，認識乙醇及羥基的變化規律。

活動八：通過乙醇的學習，小結在日常生活中應如何正確使用酒精？

5.進行持續性評價，發展化學核心概念。結合學習活動過程，采取表現性評價，實現評價的多元化、精確化和系統化。在“乙醇”的教學中，可以設計以下的持續性評價。

課前評價：

（1）乙醇分子的空間結構是怎樣的，實驗室中如何制得？

（2）酒精在生活中有怎樣的用途？推測其具有怎樣的性質？

課中評價：

（1）歸納和展示乙醇的物理性質。

（2）寫出乙醇與鈉反應的化學方程式。

（3）寫出乙醇催化氧化的化學方程式。

（4）利用球棍模型分析、演繹氧化過程中官能團變化情況，推測各類醇被催化氧化的情況。

（5）歸納、分享乙醇在人體中的代謝過程。

課后評價：

（1）乙醇與鈉反應產生氫氣能否說明乙醇具有酸性？

（2）每個乙醇分子中含有一個羥基的依據有哪些？

（3）什么樣的醇可以在Cu或Ag作用下催化氧化？

在大概念單元教學中沒有一成不變的載體和指向，課堂教學設計中，可以靈活借助各類具體的化學知識，從不同的角度切入、分析，可以達到不同的概念建構的目的，達成引導學生掌握化學學科研究方法與認識方法的目的。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]何彩霞．化學學科核心素養導向的大概念單元教學探討［J］．化學教學，2019（11）．

[3]李剛，呂立杰．大概念課程設計：指向學科核心素養落實的課程架構［J］．教育發展研究，2018．

（基金項目：本文系海南省教育科學規劃2022年度課題“‘雙新’背景下高中化學必修課程單元教學的行動研究”階段性成果，課題編號：QJY20221031）