基于大概念的單元整體教學設計與實踐研究

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱新課標）提出，要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，促進學生核心素養的落實1。大概念引領教學，有利于學生把握學科的知識結構，從而能主動構建知識間的相互聯系，實現有意義的學習。大概念引領教學為教師制訂教學目標以及評價目標提供了理論依據。教師的教學設計要站在學生的立場，根據學生的已有知識與文化經驗來構建課程和活動，滿足學生的學習需求，提高課堂效率[2]。

電化學作為高中重要的原理模塊，既是對氧化還原反應知識點的拓展延伸，也是對能量變化、守恒觀念、活動性強弱等知識點的綜合運用。考試數據分析顯示，對于陌生情境中的電化學試題，學生得分率較低，究其原因是學生對電化學的核心概念認識不清，對電化學的分析思路總結不到位，無法實現有意義的遷移學習。本文以航天器的使用和防腐為真實情境，開展基于大概念的“化學能與電能的轉化”單元整體教學，構建電化學的知識框架，發展學生的化學學科觀念，培養學生的社會責任感。

一、電化學的單元內容及教學現狀

單元整體教學中的單元不同于教材的自然單元，它可以打破學科的界限，實現跨學科內容的整合[3]。在內容的選擇上，不局限于教材的編排內容體系，可以跨模塊整合；在手段上，可以借助情境、任務進行重新編排，從而方便進行新舊知識間的聯結，構建有意義的學習過程

電化學是化學反應與能量轉化的核心內容，也是氧化還原反應、陌生方程式的書寫、守恒觀念的綜合拓展。傳統的電化學自然單元為高中化學（蘇教版）必修二專題六的“化學反應與能量變化\"以及選擇性必修一專題一的“化學反應與能量變化”兩個單元，主要是讓學生理解化學能與電能之間的相互轉化。在面對學考和高考的不同要求下，授課的內容和層次自然不一樣，但是部分教師在授課時沒有對內容進行整合，而是采取了“一刀切”的教學方式。這使得高一選擇化學方向的學生“吃不飽”，面對陌生情境的電化學題目往往不知所措，不知道如何解題；而對于非化學方向的學生，該內容又過于深入，導致學考的備考進度大受影響。像這種缺乏內容整合和編排，以及大概念提煉、建構與遷移的教學方式，會導致學生的學習只停留在機械記憶層面，難以在陌生情境中利用已有知識去解決問題，阻礙學生的核心素養發展[4]

二、基于大概念構建單元知識框架圖

大概念是對具體事物背后普遍特征的總結和升華，它既高度概括了事物內在的聯系及規律，又能體現學科的價值屬性及社會地位。在單元教學中，應以大概念為統領，通過創設真實問題情境來開展化學基本概念的教學，再用基本概念去解決真實問題。這就要求教師在進行課堂教學設計時，以情境為載體，將化學思維貫穿始終，并基于學生已有經驗，整合學科的碎片化知識，從而進行單元模塊的整體設計。

在電化學單元模塊教學中，要求學生學會從化學學科的角度去認識“一定條件下，物質在化學反應過程中除了會發生物質的變化，也會伴隨能量的轉化\"這一學科大概念。筆者為此創設了真實情境一一航天器的使用及防腐，串聯起了電化學的三個單元核心概念：原電池、電解池、金屬的腐蝕與防護，并分析了原電池的工作原理、構成條件、正負極判斷方法，電解池的工作原理、構成條件、陰陽極判斷方法，航天器的腐蝕快慢及犧牲陽極的陰極保護法、外加電流的陰極保護法等一般知識。本單元以“跨學科大概念一學科大概念一單元大概念一核心概念”為思路自上而下串聯知識框架（如圖1），思路清晰，層級清楚。此類教學能幫助學生從解決實際問題走向一類問題的解決，實現知識的高度遷移[5]

三、確立教學目標

本單元先以航天器為情境載體，串聯起電化學的單元教學任務，再對任務進行拆解，形成三個單元核心概念，最后將核心概念與真實問題情境中的“航天器中電能的來源、分析和選擇”“航天器中氧氣的再生方案\"“航天器的防腐設計”一一對應，設計如下單元教學目標和課時目標。

（一）單元教學目標

1.通過原電池和電解池的學習，掌握原電池和電解池模型構成的四要素；體會能量之間的相互轉化；能設計簡單的原電池和電解池；培養“變化觀念與平衡思想”核心素養。

2.通過實驗探究，培養構建電化學思維模型的能力；通過分析陌生化學電源的工作原理，發展“證據推理與模型認知\"“科學探究與創新意識\"等核心素養。

3.通過情境的串聯，培養學生分析、歸納、解決問題的能力，并讓學生體會科學探究的一般思路和方法，從而落實“科學態度與社會責任”核心素養。

（二）課時目標

第一課時 航天器中的電能從何而來——單液電池

1.通過探究原電池，掌握原電池的工作原理、構成條件、電極判斷方法、電子和電流的流向，并能設計簡單的原電池。

2.通過實驗探究原電池的構成條件，以此培養討論與交流的技巧及設計實驗的能力。

3.通過對原電池的分析、制作、使用，樹立合理使用能源、化學源于生活、科技改變生活的意識。

第二課時 航天器中的遙控電池為何小小體積卻有大大的能量——雙液電池

1.通過單、雙液電池實驗探究，認識構成原電池的基本要素，以此形成模型建構意識。

2.利用數字化實驗儀器，將原電池的工作原理及能量轉化可視化，以此培養“宏觀辨識與微觀探析\"核心素養。

3.通過真實有意義的教學情境，認識化學知識與人類生活的密切聯系，體會化學科學的重要性，產生積極參與學習的激情，培養“科學態度與社會責任\"核心素養。第三課時航天器中電源的選擇一——化學電源1.通過視頻了解航天器化學電源的發展史，體會化學電源對社會發展的貢獻。2.運用原電池模型分析一次電池、二次電池的工作原理，以此發展“證據推理與模型認知\"核心素養。3.通過設計與研發燃料電池，理解“原電池變化與守恒”的相關原理，從而培養責任意識和創新精神。4.通過分析不同時期航天器所用電池類型，培養綠色化學思想和可持續發展理念。第四課時航天器中氧氣如何實現再生電解池1.通過回顧水的電解，理解電解池的工作原理，掌握電解池陰、陽極的放電順序，并能夠正確書寫電解池的電極反應式。2.通過為航天器設計氧氣再生方案發展綠色化學理念。

第五課時電解池的應用—氯堿工業、電鍍、電解精煉銅1.通過氯堿工業，理解離子交換膜在工業中的應用，并學會提煉電化學的解題模型2.通過航天材料的應用，了解電解原理在電鍍、金屬精煉、電冶金等航天方面的應用。3.通過本節課的學習，激發探究欲望，培養創新精神。第六課時航天器如何進行防腐一一金屬的腐蝕與防護1.通過模擬航天器的腐蝕過程，學會運用“宏觀一微觀一符號\"三重表征方法解釋金屬的腐蝕過程。2.利用數字化實驗儀器將反應可視化，并結合數據曲線分析，初步形成分析推理、對比歸納的能力，發展“宏觀辨識與微觀探析”核心素養。3.通過防腐方案設計，實踐電化學的認知模型，感受化學對生產生活的重要貢獻，培養求真務實、勇于探索的科學態度。

四、單元整體教學設計

本單元教學內容以“航天器的使用及防腐”為情境并與大概念有機融合，串聯起情境線、活動線、知識線、素養線，四線合一開展課堂教學，培養學生的化學思維，發展學生的核心素養。本單元整體教學中各課時的教學設計思路如表1所示。

五、單元整體教學評價與反思

（一）大概念下的單元整體教學設計應立足學科觀念和化學思維

大概念下的單元整體教學旨在構建從宏觀到微觀的整體框架，引導師生明確教學目標以及課時內容在單元教學中所處的位置，形成一種課程思維。它通過重新整合課程資源，確保知識的連貫性，便于學生應用和遷移；同時，展現并提煉化學觀念和學科思維方法，實現知識與素養的融合，推動教學范式從“知識導向\"向“素養導向\"轉變。根據威金斯大概念學習理論的“準備\"\"建構\"\"應用\"三階段框架，本單元以真實情境為指引，明確學習的價值和方向，通過解決航天器的電能、氧氣再生等問題，建構電化學的大概念，并將電化學的基本模型用于解決生活中的金屬防護問題，最終達成對電化學概念的深刻理解和靈活運用。

（二）大概念下的單元整體教學設計應立足能力培養

課堂教學不單是知識的傳授，還應注重能力的培養。培養學生的必備品格和關鍵能力是教育的重要目標[7]，這要求教師的課堂教學設計需融入相應的教學活動和實踐項目，使學生能通過小組合作解決問題，從而發展學生的核心素養，這也是大概念教學的本質所在。本單元圍繞與航天器有關的3個情境、6個課時進行單元教學設計，且每個任務均創設了對應的問題情境。學生圍繞問題情境開展了單液電池、雙液電池、燃料電池以及防腐設計等一系列探究性實驗，并通過實驗探究尋找解決實際問題的方法，從而建構電化學的基本模型。在學生建構電化學的基本模型后，教師引導學生運用該模型形成分析電化學情境的一般思路，從而培養學生的問題解決能力。在真實情境中形成和遷移大概念，并將其與問題解決有機融合，可以有效促進學生必備品格和關鍵能力的發展，為學生未來的學習和生活奠定堅實的基礎。

[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]范斌.指向大概念的“一核三情五環”化學教學模式探索[J].中學教學參考，2024（32）：70-74.

[3]石月，王喜貴.布魯納結構主義教育思想對中學化學教學改革的啟示[J].化學教與學，2022（8）：14-17.

[4」楊美玲.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：以“化學能轉化為電能”為例[J].中學教學參考，2024（17）：69-72.

[5]李茜，張亞慧，唐靈芳.基于深度學習的化學生物跨學科單元教學：設計低升糖指數零卡代糖[J].化學教育（中英文），2025，46（1）：33-39.

[6]劉徽，徐玲玲.大概念教學過程的階段和方法設計[J].上海教育，2020（11）：42-44.

[7]辛濤.縱深推進教育評價改革向教育強國目標扎實邁進[J].中國考試，2024（10）：3-5.

（責任編輯 羅艷）