大概念統領下的初中化學單元教學設計與實踐

摘要： 以“莫爾鹽”為情境進行大概念統領下的自主單元教學設計與實踐，系統地呈現了基于大概念的單元教學內容開發、教學目標制定、教學流程設計以及第3課時的主要教學過程，并進行教學反思，幫助學生形成多角度認識物質的方式，提升認識物質的層級水平，發展化學學科核心素養。

關鍵詞： 初中化學； 大概念； 單元教學； 專題復習； 莫爾鹽

文章編號： 1005-6629（2024）07-0048-06 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“2022版課標”）明確提出“基于大概念的建構，整體設計和合理實施單元教學”的課程理念，旨在“充分發揮大概念對實現知識的結構化和素養化的功能價值”［1］。大概念反映學科本質，具有高度的概括性、統攝性和遷移應用價值。以大概念統領具體知識，建立具體知識與大概念的對接，有利于促進學生從化學知識向核心素養的轉化；以大概念為統領進行單元教學，有利于教師把握教學內容的本質和關鍵，讓具體內容的學習服務于學生學科核心素養的發展［2］。單元可劃分為自然單元和自主單元兩種類型［3］，本研究是基于學生學習完滬教版初中化學教學內容而設計的自主復習單元。

1 基于大概念的單元教學內容開發

化學單元大概念是化學學科大概念從課標到教材再到教學的轉化產物［4］，是化學學科大概念下的次級大概念［5］。自主單元大概念的提煉，需要教師將單元教學內容與2022版課標中五個化學主題的BCMAP內容［6］有機結合起來分析。本單元以“莫爾鹽”為研究主題，圍繞“莫爾鹽”的性質、組成和制備，以2022版課標中相應化學主題的部分內容要求為依據提煉單元大概念，最終確定了“初識莫爾鹽”“走進莫爾鹽”“制備莫爾鹽”3個課時，整體架構如圖1所示。

課時1“初識莫爾鹽”涵蓋氫氧化鈉等物質的相關性質、化學反應前后元素守恒等核心知識。教學中，通過從微觀構成的角度分析莫爾鹽的宏觀性質，培養學生“宏微結合”的思維能力；利用“反應前后元素種類不變”的思想猜想莫爾鹽分解的產物，發展學生的元素觀；通過制定實驗方案對猜想進行驗證，提升學生的科學探究能力、解決簡單問題的方案設計能力和與他人溝通交流、合作解決問題的能力等。

課時2“走進莫爾鹽”涉及利用化學反應進行定量計算、依據化合價拆寫復雜物質化學式等核心知識。教學中，通過定量計算確定莫爾鹽的化學式，發展學生從定性到定量認識物質的科學思維；通過歸納“確定類似莫爾鹽的陌生物質的化學式”“認識類似莫爾鹽的陌生物質的化學性質”的一般思路和方法，培養學生分析、綜合和歸納等思維能力。

課時3“制備莫爾鹽”涉及鐵粉到莫爾鹽的轉化、溶解度的應用、結晶等物質分離方法的選擇等核心知識。教學中，通過對制備過程中反應原理、原料用量及產率的討論，深化學生對“通過化學反應可以實現物質轉化，且化學反應中的各物質間存在定量關系”的認識；通過對制備過程中條件控制、操作選擇的討論，讓學生認識到物質的性質是條件控制和操作選擇的重要依據，感悟合理利用、調控化學反應對提高產品產率的重要意義。

同時，整個單元將莫爾鹽的性質、組成、變化和制備作為認識莫爾鹽的不同角度，并在每個課時的教學中建立不同角度之間的學科邏輯關聯，幫助學生建立多角度認識物質的方式，有助于發展其物質觀。

2 學情分析

通過新授課學習，學生已知道可從性質、組成、變化、制備等幾方面學習物質，但大多數學生對此的認識是靜態的，還不能從物質的組成、變化、制備等視角認識物質的性質，以及建立起它們之間的學科邏輯關聯。

進入復習階段，一方面學生已基本儲備本單元的核心知識，但大多數仍為碎片化、表面化的知識，還沒有形成觀念性、整體性的認識，導致知識的“遷移低”，很難運用到真實情境的問題解決之中。如學生知道“改變溫度會使物質的溶解度降低”，但他們無法將該知識進行遷移，很難解釋“制備莫爾鹽的過程中，鐵粉與稀硫酸反應能否用酒精燈直接加熱代替水浴加熱、鐵粉與稀硫酸反應完全后為何要趁熱過濾而不能冷卻至室溫再過濾”等問題；另一方面學生已初步具備利用單一知識解決簡單問題的能力，但還不具備綜合運用知識解決復雜問題的能力。如學生能根據化學式分析元素的化合價，能依據質量守恒定律列出化學反應中物質的質量關系、比例關系，但他們還無法將以上知識綜合起來確定類似“莫爾鹽”的陌生物質的化學式。學生已比較熟悉過濾、結晶、洗滌等物質分離和提純的方法，一旦將這些操作方法與物質的轉化、條件的控制等綜合起來去討論物質的制備問題時，學生往往束手無策，很難將知識融會貫通。

3 大概念統整下的單元教學目標

結合以上分析，依據2022版課標的學業質量和相應學習主題的部分學業要求［7］，設計如下教學目標：

（1） 運用實驗探究莫爾鹽的性質，從宏觀、微觀、符號相結合的視角解釋實驗現象，初步形成“物質的性質與組成有關”的化學觀念和“宏微結合”的化學思維；

（2） 通過猜想莫爾鹽受熱分解的產物及驗證猜想的方案設計，發展“元素觀”，提升實證意識和推理能力以及設計簡單實驗方案的能力；

（3） 學會利用化合價、比例關系等確定莫爾鹽的化學式，歸納確定類似莫爾鹽的陌生物質化學式的一般思路和方法，體會定量研究在解決實際問題中的重要作用；

（4） 通過拆寫類似莫爾鹽的陌生物質的化學式，從組成上分析其化學性質，用化學方程式表示莫爾鹽的主要化學變化；

（5） 通過對制備莫爾鹽過程中反應原理、原料用量及產率的討論，認識“在一定條件下通過化學反應可以實現物質轉化，且化學反應中的各物質間存在定量關系”，初步形成“變化觀”；

（6） 分析制備莫爾鹽過程中的物質轉化、操作選擇和條件控制，感悟合理利用、調控化學反應對提高產品產率的重要意義；

（7）通過建立從物質的組成、變化、制備等視角認識物質性質的方式，發展“物質觀”。

4 單元教學流程

本單元以莫爾鹽為大情境，以研究莫爾鹽的“性質→組成→制備”為主線，設置了“探究莫爾鹽的性質”“確定莫爾鹽的化學式”“探究莫爾鹽的制備”等驅動性任務，學生通過自主實驗探究、分析各類學習資源等活動，在師生和生生的提問、追問、觀察和對話中，不斷提出問題和解決問題，最終實現核心素養的提升。具體的單元教學流程見圖2。

5 單元教學過程（以課時3為例）

本單元共3個課時，課時3是幫助學生建構單元大概念的關鍵內容，其主要體現在三個方面：第一，解決物質的制備問題，需要綜合運用物質的性質、組成、變化等知識。以解決物質制備問題為導向的教學，可以有效幫助學生建立起性質、組成、變化和制備之間的學科邏輯關聯；第二，討論制備的產品產率問題，既需要定性分析制備過程中物質的性質及變化，也需要定量分析制備過程中相關物質的“量”的多少；第三，研究物質的制備離不開實驗探究，通過真實的實驗制備出物質，能有效反映化學學科具有“通過化學變化創造物質”的本質特征，讓學生切身感受化學學科的實用價值。以下呈現本課時的教學過程。

5.1 情境導入

［資料1］播放制備莫爾鹽的視頻，主要步驟如下：

步驟（1）：用電子天平稱取4g鐵粉，倒入錐形瓶中；

步驟（2）：向錐形瓶中加入25%的硫酸溶液，振蕩搖勻，水浴加熱；

步驟（3）：待瓶中不再產生氣泡后，趁熱過濾；

步驟（4）：將濾液倒入蒸發皿中，向蒸發皿中加入適量的硫酸銨固體后，水浴加熱（溫度控制在100℃）；

步驟（5）：當液體表面出現一層晶膜時，停止加熱；

步驟（6）：待蒸發皿冷卻至室溫后過濾，用乙醇洗滌所得固體，并烘干；

步驟（7）：用電子天平稱量所得固體，質量為23.13g。

設計意圖：由于莫爾鹽的制備需要較長時間，因此，采用視頻演示的形式，播放課前錄制并剪輯的莫爾鹽制備微課，讓學生初步了解其制備過程，明確所需原料、實驗條件、實驗操作等核心內容，為后續教學做鋪墊。

5.2 任務1 制備過程中的物質轉化

［活動1］明確反應原理。

［問題1］制備莫爾鹽用到的試劑有哪些？請寫出“Fe（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O”轉化過程中發生反應的化學方程式。

［學生活動表現］學生對鐵粉和稀硫酸的反應比較熟悉，能很快地寫出Fe+H2SO4＝FeSO4+H2↑。通過分析步驟（4）中加入的原料和產物，大部分學生能寫出FeSO4+（NH4）2SO4+6H2O＝（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O。

設計意圖：明確核心化學反應是認識物質制備的關鍵環節。要明確核心化學反應，需要尋找出制備過程中使用了哪些試劑？各種試劑起什么作用？在本課時教學中，首先引導學生找出制備莫爾鹽需要用到的試劑有鐵粉、硫酸溶液、硫酸銨固體、乙醇；其次引導學生認識制備莫爾鹽所需的原料是鐵粉、硫酸溶液、硫酸銨固體，乙醇的作用是洗滌產品；最后讓學生利用所學知識寫出“Fe→（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O”轉化過程中發生反應的化學方程式，初步形成“在一定條件下通過化學反應可以實現物質轉化”的變化觀念。

［資料2］表1是硫酸銨、七水合硫酸亞鐵和莫爾鹽的溶解度表。

［追問］分析表1中的信息，你認為向硫酸亞鐵溶液中加入硫酸銨固體能得到莫爾鹽的理由是什么？

［學生主要想法］因為相同溫度下，莫爾鹽的溶解度明顯比七水合硫酸亞鐵、硫酸銨的溶解度要小很多，所以莫爾鹽更易從溶液中析出。

設計意圖：通過分析表中的信息，引導學生思考向硫酸亞鐵溶液中加入硫酸銨固體制備莫爾鹽的原因，學會從物質的變化視角認識物質的性質。

［活動2］計算原料用量及產率。

［問題2］制備過程中，要將4g鐵粉完全轉化成莫爾鹽，理論上至少要加入多少克25%的硫酸溶液和多少克硫酸銨固體？并計算產率。

［學生活動表現］學生能利用2個化學方程式分別計算出至少需要28g 25%的硫酸溶液和9.4g硫酸銨固體。計算產率時，大部分學生是利用2個化學方程式分兩步計算出4g鐵粉理論上可轉化成28g莫爾鹽，求出產率=（23.13g/28g）×100%=82.6%，很少有學生根據轉化過程中鐵元素質量守恒直接計算出莫爾鹽的理論產量。在教師的引導下，學生認識到可以根據鐵元素質量守恒來計算莫爾鹽的理論產量：4g/［（56/392）×100%］=28g。

設計意圖：定量分析是研究物質及其變化的重要方式。通過定量計算理論上所需硫酸溶液和硫酸銨固體的質量，一方面可以促進學生形成“化學反應中的各物質間存在定量關系”這一變化觀念，另一方面可以讓學生感悟到物質制備過程中“量”的重要意義，從“量”的角度發展元素守恒觀和定量觀。

5.3 任務2 制備過程中的條件控制

［資料3］表2是硫酸亞鐵的溶解度和析出晶體的組成。

［資料4］表3是鐵粉與稀硫酸在不同溫度下的水浴反應情況。

［活動3］控溫原因分析。

［問題3］結合表2和表3分析，鐵粉與稀硫酸反應時，為何要水浴加熱？鐵粉與稀硫酸反應時能否用酒精燈直接加熱代替水浴加熱？水浴加熱的溫度應控制在多少℃較合適？

［學生活動表現］學生能很快想到水浴加熱的目的是為了加快反應速率，而且能控制適當的溫度使反應更充分。在引導學生分析表2和表3后，大部分學生能想到不用酒精燈直接加熱的原因是避免溫度過高且不易控溫，硫酸亞鐵的溶解度會降低，導致留在濾液中的硫酸亞鐵質量變少，使莫爾鹽產率降低；為了保證濾液中含有較多的硫酸亞鐵，水浴溫度應控制在65℃左右較合適。

設計意圖：通過對控溫原因的分析，不僅可以培養學生自主提取和加工信息的能力，還能讓他們認識到“在實際生產中，通過化學反應實現物質轉化需要一定的條件”，且物質的性質是條件控制的重要依據之一，直接影響產品產率。

5.4 任務3 制備過程中的操作選擇

［活動4］選擇趁熱過濾、結晶方法及洗滌試劑的依據。

［問題4］鐵粉與稀硫酸反應完全后，為何要趁熱過濾而不能冷卻至室溫再過濾？

［學生主要想法］由表2可知溫度在0～64℃時，溫度越低，硫酸亞鐵的溶解度也越小。趁熱過濾，是為了防止硫酸亞鐵因溫度降低而從溶液中析出，導致留在濾液中的硫酸亞鐵質量也變少，降低莫爾鹽產率。

［教師支持］濾液中的硫酸亞鐵質量是影響產率的重要因素。實際生產中要依據“硫酸亞鐵的性質”來進行條件控制和操作選擇。

［問題5］實驗中獲得莫爾鹽的結晶方法是什么？能否采用蒸發結晶來獲得莫爾鹽？能否用水代替乙醇洗滌莫爾鹽固體？

［學生主要想法］由步驟（6）可知，采用降溫結晶的方法可以獲得莫爾鹽。不能采用蒸發結晶的原因是因為溫度超過100℃，莫爾鹽就易受熱分解。不能用水洗滌的原因是因為莫爾鹽易溶于水，用水洗滌，也會降低產率。

［教師支持］看來，物質實際生產中還要依據“產品的性質”來進行條件控制和操作選擇。

設計意圖：通過對趁熱過濾、結晶方法及洗滌試劑的討論，進一步讓學生認識到物質的性質是選擇物質分離和提純方法的重要依據，也會直接影響產品產率。

［活動5］歸納總結探究物質制備的一般思路和方法。

［教師支持］指導學生歸納總結探究物質制備的一般思路和方法：

設計意圖：幫助學生從物質轉化、操作選擇和條件控制三個角度，建立分析物質制備問題的思維模型，有利于培養其科學思維。同時，讓他們在形成“物質的性質是物質制備三要素的重要依據”的認識基礎上，感悟合理利用、調控化學反應對提高產品產率的重要意義。

6 教學反思

對于初中生而言，莫爾鹽是一種陌生物質。本單元教學的主要目的不是讓學生掌握莫爾鹽的性質、組成和制備，而是要讓他們學會從物質的組成、變化和制備等視角認識物質的性質，并建立不同角度之間的學科邏輯關聯，這不僅是重要的物質認識方式，也是科學物質觀的重要內涵。為了實現這一目標，教學中設計了多樣化的活動和任務，引導學生在實踐中體會物質的各個認識角度之間的關聯。如課時1中，學生通過完成任務1體會物質的變化體現性質、物質的性質反映變化，通過完成任務2體會物質的組成決定性質，通過完成任務3學會從物質的組成角度分析變化；課時2中，學生通過完成任務2學會基于物質的組成推測物質的化學性質；課時3中，學生通過完成任務2知道制備物質時需要依據物質的性質來進行條件控制，通過完成任務3知道制備物質時需要依據物質的性質來選擇物質的分離方法等。

學生對物質性質的認識水平是隨著物質的組成與結構、物質的化學變化等主題的學習而逐漸進階的，學生認識物質性質有一個從宏觀到微觀、定性到定量、孤立到系統的層級發展過程［11］。要提升學生認識物質的層級水平，教師在教學中需要凝練大概念，并依據學科知識邏輯順序和學生認知發展規律，遵循循序漸進的教學原則，整體設計和合理實施單元教學。如本單元教學中，在單元大概念統攝下，3個課時的教學內容聯系緊密、環環相扣，且對學生的學科能力表現評價水平是逐層遞進的。如要完成課時1的任務，學生需要通過莫爾鹽的性質推測莫爾鹽的組成，從莫爾鹽的組成角度推測莫爾鹽受熱分解的產物，達到“宏微結合-定性分析-推論預測”的能力水平；要完成課時2的任務，學生需要綜合運用化合價、質量關系、比例關系、元素質量守恒等知識，通過定量計算來確定莫爾鹽的化學式；需要通過拆寫類似莫爾鹽的陌生物質化學式，在認識陌生物質組成的基礎上推理物質的化學性質，達到“宏微結合-定性定量結合-復雜推理”的能力水平；要完成課時3的任務，學生則需要利用莫爾鹽的組成、性質及變化，系統分析物質制備過程中物質轉化、條件控制和操作選擇的相關問題，達到“宏觀-定性定量結合-復雜推理-系統分析”的能力水平。

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（江蘇省教育科學“十四五”規劃課題“學科核心素養導向下的初中化學單元教學實踐研究”（編號：C-c/2021/02/102）的階段性研究成果。 ）