基于大概念發展學生“模型認知”核心素養的單元教學設計與實踐

［摘 要］單元教學有助于學生對化學知識形成結構化認識，有利于提升學生的化學學科核心素養。通過“能量轉化及能量守恒”大概念統領原電池的相關概念及知識，開展“化學能轉化為電能”的單元設計與教學，使3個課時的教學由淺入深，層層遞進。在教學中，應用思維型課堂教學策略，在真實情境中，調動學生實驗、討論、分析、圖示、想象等高級思維活動，發展學生的“模型認知”核心素養。

［關鍵詞］大概念；模型認知；單元教學；化學能；電能

［中圖分類號］" " G633.8" " " " ［文獻標識碼］" " A" " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2024）17-0069-04

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》指出：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，促進學科核心素養的落實[1]。為了進一步落實學科核心素養的培養，發揮課程育人功能，需要在學科課程的教學中，設計和組織以素養為本的大單元教學，幫助學生構建學科知識系統，形成學科基本觀念，提高學科實踐能力[2]。本文以“化學能轉化為電能”為主題，基于大概念整合人教版高中化學必修第二冊的“化學反應與電能”及選擇性必修1的“原電池的工作原理”“原電池”兩部分的課程內容，設計單元教學，提煉原電池的思維模型。實踐表明，這樣的教學設計，打破了課程模塊之間的學習壁壘，進一步明確了學生認識“化學能轉化為電能”的思路與方法，有利于發展學生的“模型認知”核心素養。

一、教學現狀與教學內容分析

（一）教學現狀分析

素養為本的教學單元不同于教程編排中呈現出的自然單元，在教學內容的選擇與組織上不拘泥于教材學習內容的編寫體系，可以是學科間或學科內的排列組合，借任務、問題、項目等重組知識內容，促進跨學科、跨領域的知識建立聯結，以及新舊知識、直接經驗與間接經驗的融合[3]。很多學校在高一第一學期結束后就實施了選科分班，對于已經確定要選考化學的學生來說，對不同模塊的學習內容進行整合，不僅能合并相似內容的學習，提高學習的效率，還有利于促進知識的結構化，加深學生對化學知識的理解。

學生在初中學過蒸發、氣化、凝固等物理狀態變化中的能量變化，對于能量的相互轉化、能量守恒已經有了一定的認識。在人教版高中化學必修第一冊中，學生學習了氧化還原反應、電解質以及離子反應，對于氧化劑、還原劑、電子轉移、氧化還原方程式的書寫、電解質溶液的導電性、離子反應的實質、離子方程式的書寫等有較深體會。學生在物理中學過電流、電路等，但不清楚如何將氧化還原反應中的電子轉移轉化為電流。學生在生活中使用過各種干電池、紐扣電池、手機電池等，但不清楚這些電池的工作原理，更不清楚電池性能優化的方向及重要性。

（二）教學內容分析

本單元通過化學反應過程中的物質變化與能量變化，將離子反應、氧化還原反應、原電池的相關知識點進行融會貫通，使學生認識能量轉化形式和轉化途徑的多樣性，以及化學能轉化為電能對裝置的獨特要求，學會運用原電池的思維模型認識并分析陌生的化學電源的工作原理。本單元的化學知識結構如圖1所示。

化學反應中的化學能可以轉化為熱能、電能、光能等不同形式的能量，在轉化的過程中遵循能量守恒定律。本單元的教學設計中，通過“能量轉化及能量守恒”這個大概念，將化學能轉化為電能中的能量轉化形式、轉化所需裝置、轉化所需條件、轉化效率優化等教學內容有機整合，以增進學生對核心知識、關鍵方法的理解（如圖2）。

二、單元教學目標及教學整體思路

（一）單元教學目標

原電池是高中化學核心內容之一。從必修第二冊的“化學反應與電能”，到選擇性必修1的“原電池的工作原理”“化學電源”，教學內容由淺入深，學生認識水平層層進階；不同的知識內容蘊含不同的化學學科素養，其中原電池思維模型的提煉與優化可有效提升學生的“模型認知”核心素養。據此，制訂如圖3所示的教學目標。

（二）單元教學整體思路

課時1要求學生理解化學能轉化為電能的可能性及途徑。課時2要求學生理解氧化劑與還原劑不接觸也能反應的原電池工作原理。課時3要求學生理解由更陌生的氧化還原反應、更陌生的離子導體等構成的原電池的工作原理。學生的認識水平從“化學能轉化為電能”到“提高轉化效率”再到“清潔、高效地轉化”逐層提升。原電池模型從“單液原電池模型”到“雙液原電池模型”再到“一般原電池思維模型”逐層提升。單元教學整體進階思路如圖4所示。

三、單元教學設計

本單元采用思維型課堂教學策略，通過“創設問題，激發動機”環節導入課堂，激起學生學習的興趣；通過“思維互動，主動構建”環節開展學生活動，讓學生在真實的情境中自主構建原電池的思維模型；通過“思維監控，梳理歸納”環節小結、反思、修正自我構建的原電池模型；通過“拓展提升，遷移應用”環節進行變式模擬，應用模型解決問題。各課時教學設計分別如表1、表2、表3所示。

四、單元教學實踐反思

（一）充分利用實驗搭建認知情境

本單元的探究實驗素材非常豐富，根據單元設計的目的，可以選擇合適的實驗搭建認知情境，讓學生在真實情境中構建模型，發展化學學科核心素養。除了課本上的原理探究實驗，本單元還增加了陌生原電池探究實驗、干電池拆解實驗、氫氧燃料電池探究實驗等，通過一系列的原電池工作原理探究實驗，讓學生在真實情境中分析、理解原電池原理，自主構建模型、遷移應用模型。學生通過動手實驗將化學能轉化為電能，使小風扇轉動，真切感受科學不是冰冷的文字，而是可以將知識轉化為技術的力量，進而增強學生的求知欲。

（二）開展多種活動形式，使學生思維外顯

在單元設計的過程中，盡量充分調動學生實驗、討論、分析、圖示、想象等高級思維活動，通過具體的情境和實例來把握原電池及其工作原理，完成從“生動的直觀”到“抽象的思維”的轉化過程。在探究原電池的工作原理時，引導學生從回路的角度分析電子和離子的移動方向，并用畫圖的方法展示。在設計原電池時，讓學生選擇材料設計出裝置圖，再進行實驗探究及評價。

課堂上通過各種活動讓學生的思維外顯，同時，及時鼓勵學生勇于嘗試與創新。在設計燃料電池時，有不少學生展開想象，設計出了與課本不同的裝置圖，雖然這些裝置圖可能并不完美，但它們充分體現了學生活躍的思維，培養了學生積極思考、勇于創新的精神。

［" "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[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2]" 王云生.“常見無機物及其應用”大單元教學的設計與組織[J].福建基礎教育研究，2022（10）：114-116.

[3]" 雷浩，李雪.素養本位的大單元教學設計與實施[J].全球教育展望，2022（5）：49-59.

（責任編輯 羅 艷）