高中化學(xué)大單元教學(xué)中“情境創(chuàng)設(shè) + 問題驅(qū)動(dòng)策略研究

一、高中化學(xué)大單元教學(xué)之基石

（一）大單元教學(xué)深度剖析

大單元教學(xué)是一種站在整體視角，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃與整合的教學(xué)理念與方法。它打破了傳統(tǒng)教學(xué)中以教材章節(jié)為界限的碎片化知識(shí)呈現(xiàn)方式，將具有內(nèi)在邏輯關(guān)聯(lián)的化學(xué)知識(shí)進(jìn)行重新組織與編排，以大主題、大概念或大任務(wù)為核心，構(gòu)建起一個(gè)有機(jī)的知識(shí)整體。大單元教學(xué)具有以下顯著特點(diǎn)：一是整體性，強(qiáng)調(diào)從整體上把握知識(shí)體系，讓學(xué)生理解各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，形成完整的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，而不是孤立地學(xué)習(xí)單個(gè)知識(shí)點(diǎn)；二是關(guān)聯(lián)性，注重知識(shí)與知識(shí)、知識(shí)與生活、知識(shí)與學(xué)科前沿的關(guān)聯(lián)，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)化學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，并應(yīng)用于解決實(shí)際問題；三是進(jìn)階性，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)的學(xué)習(xí)任務(wù)和活動(dòng)，逐步引導(dǎo)學(xué)生從淺層次的知識(shí)理解向深層次的知識(shí)應(yīng)用和創(chuàng)新能力發(fā)展[1]。

（二）情境創(chuàng)設(shè)的關(guān)鍵作用

情境創(chuàng)設(shè)在高中化學(xué)大單元教學(xué)中具有舉足輕重的作用。一個(gè)好的情境能夠像磁石一樣吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和好奇心，使學(xué)生主動(dòng)參與到化學(xué)學(xué)習(xí)中來(lái)。例如，在“化學(xué)反應(yīng)與能量”大單元教學(xué)中，可以創(chuàng)設(shè)“新能源汽車的研發(fā)與應(yīng)用”這一情境。隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注度不斷提高，新能源汽車成為汽車行業(yè)發(fā)展的重要方向。在這個(gè)情境中，學(xué)生可以了解到新能源汽車所使用的電池涉及的化學(xué)反應(yīng)原理，如鋰離子電池的充放電過(guò)程中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，以及電池能量轉(zhuǎn)化效率等問題。通過(guò)對(duì)這些實(shí)際問題的探究，學(xué)生不僅能夠深刻理解化學(xué)反應(yīng)與能量之間的關(guān)系，還能體會(huì)到化學(xué)知識(shí)在解決現(xiàn)實(shí)能源問題中的重要應(yīng)用價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科的認(rèn)同感和學(xué)習(xí)動(dòng)力。

（三）問題驅(qū)動(dòng)的核心價(jià)值

問題驅(qū)動(dòng)是大單元教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、深入探究的重要策略，具有不可替代的核心價(jià)值。通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)問題鏈，可以激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，促使學(xué)生主動(dòng)思考，積極探索化學(xué)知識(shí)的奧秘[2]。例如，在“元素周期表與元素周期律”大單元教學(xué)中，可以設(shè)計(jì)這樣的問題鏈：“元素周期表是如何編排的？為什么要這樣編排？元素在周期表中的位置與它的原子結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系？元素的性質(zhì)又如何隨著原子結(jié)構(gòu)和在周期表中的位置變化而變化？”這些問題層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生從元素周期表的表象深入其本質(zhì)，逐步探究元素周期律的內(nèi)在規(guī)律。在解決問題的過(guò)程中，學(xué)生需要對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析、歸納、推理，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力[3]。

二、高中化學(xué)大單元教學(xué)中“情境創(chuàng)設(shè) + 問題驅(qū)動(dòng)”策略的實(shí)施

（一）基于生活真實(shí)情境的具象化建構(gòu)策略

1.生活情境的生態(tài)化選取

教師應(yīng)建立起“生活一化學(xué)一社會(huì)”的三維素材庫(kù)，有意識(shí)地優(yōu)先篩選契合學(xué)生認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，且具備跨課時(shí)延展性的生活議題。以“化學(xué)與健康”大單元教學(xué)為例，“家庭廚房中的化學(xué)”是一個(gè)極具統(tǒng)攝性的情境。在廚房這一學(xué)生熟悉的場(chǎng)景中，蘊(yùn)含著豐富的化學(xué)知識(shí)，可以串聯(lián)起多個(gè)子情境。

從食品添加劑安全性分析角度，學(xué)生可以探究常見食品添加劑的種類、作用及安全性。例如，在面包制作過(guò)程中添加的膨松劑，它如何讓面包變得松軟多孔，其成分是否對(duì)人體健康有潛在影響？通過(guò)對(duì)這些問題的探討，學(xué)生能夠了解化學(xué)物質(zhì)在食品加工中的應(yīng)用原理。

在營(yíng)養(yǎng)素轉(zhuǎn)化規(guī)律方面，廚房中食物的烹飪過(guò)程就是一個(gè)很好的研究素材。如雞蛋從生到熟蛋白質(zhì)發(fā)生了怎樣的變性？米飯?jiān)谌梭w消化系統(tǒng)中，淀粉是如何一步步轉(zhuǎn)化為葡萄糖并被吸收的？這些情境緊密聯(lián)系生活，能引發(fā)學(xué)生的濃厚興趣。

“廚房清潔科學(xué)”也是一個(gè)重要的子情境。廚房中的油污難以清潔，而不同清潔劑針對(duì)不同污漬有著獨(dú)特的清潔原理。通過(guò)對(duì)這一情境的探究，學(xué)生可以深入理解化學(xué)物質(zhì)與生活實(shí)際的緊密聯(lián)系。

在具體實(shí)施過(guò)程中，對(duì)于食品保鮮情境，可以進(jìn)行層次化設(shè)計(jì)。基礎(chǔ)情境聚焦于常見的真空包裝原理，教師引導(dǎo)學(xué)生思考為什么真空環(huán)境能夠延長(zhǎng)食品保質(zhì)期，從氧氣與食品氧化反應(yīng)的角度理解其化學(xué)本質(zhì)。進(jìn)階情境可設(shè)定為天然防腐劑提取，鼓勵(lì)學(xué)生探索如何從天然植物如迷迭香、茶多酚中提取有效成分用于食品保鮮，這不僅涉及有機(jī)化學(xué)中的物質(zhì)提取方法，還能培養(yǎng)學(xué)生對(duì)天然產(chǎn)物的關(guān)注。拓展情境則可以是智能保鮮材料研發(fā)，讓學(xué)生暢想未來(lái)如何利用新型材料如納米復(fù)合材料，根據(jù)食品的種類和保存環(huán)境智能調(diào)節(jié)保鮮條件，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2.問題系統(tǒng)的螺旋式設(shè)計(jì)

基于生活情境，構(gòu)建“現(xiàn)象觀察一原理探究一實(shí)踐應(yīng)用”的問題梯度。以“衣物洗滌”情境為例，在現(xiàn)象層，提出“為什么洗衣液能去除油漬而清水不能？”這樣的問題，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀現(xiàn)象入手，初步觀察和比較不同洗滌方式的效果差異，培養(yǎng)學(xué)生的宏觀辨識(shí)能力。

深入原理層，“表面活性劑分子結(jié)構(gòu)如何影響去污效果？硬水為何降低洗滌效率？”這些問題促使學(xué)生從微觀角度探究表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)與去污能力的關(guān)系，以及硬水中鈣、鎂離子對(duì)洗滌過(guò)程的干擾機(jī)制，提升學(xué)生的微觀探析和證據(jù)推理能力。學(xué)生需要查閱資料、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建起表面活性劑分子結(jié)構(gòu)模型，理解其在水中的膠束形成過(guò)程以及對(duì)油污的乳化作用。

在應(yīng)用層，“針對(duì)羊毛衫和羽絨服的不同污漬，如何設(shè)計(jì)個(gè)性化洗滌方案？”這要求學(xué)生將所學(xué)的洗滌原理知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活中，根據(jù)不同材質(zhì)衣物和污漬類型，綜合考慮洗滌劑的選擇、洗滌溫度和方式等因素，設(shè)計(jì)出合理的洗滌方案，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)。

社會(huì)責(zé)任層的問題，如“含磷洗滌劑禁用的科學(xué)依據(jù)是什么？如何選擇環(huán)境友好型洗滌產(chǎn)品？”引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注化學(xué)產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響，了解含磷洗滌劑導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的危害，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。通過(guò)此類問題系統(tǒng)，學(xué)生逐步深入理解表面活性劑的雙親結(jié)構(gòu)等核心知識(shí)，形成“化學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需兼顧功能性與環(huán)保性”的學(xué)科價(jià)值觀。

（二）基于實(shí)驗(yàn)探究情境的認(rèn)知進(jìn)階策略

1.實(shí)驗(yàn)情境的立體化創(chuàng)設(shè)

構(gòu)建“演示實(shí)驗(yàn)激趣一分組實(shí)驗(yàn)探究一數(shù)字化實(shí)驗(yàn)拓展”的三級(jí)實(shí)驗(yàn)情境體系。在“氧化還原反應(yīng)”單元，利用“大象牙膏”“魔棒點(diǎn)燈”等趣味演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)沖突性情境。“大象牙膏”實(shí)驗(yàn)中，過(guò)氧化氫在碘化鉀催化下迅速分解，產(chǎn)生大量泡沫，如同牙膏從容器中噴涌而出，這一神奇現(xiàn)象極大地激發(fā)了學(xué)生的好奇心。此時(shí)，教師適時(shí)提出“為何不同條件下反應(yīng)產(chǎn)物不同？如何定量表征反應(yīng)進(jìn)行程度？”等驅(qū)動(dòng)性問題，引導(dǎo)學(xué)生思考氧化還原反應(yīng)中物質(zhì)的氧化性、還原性以及反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物的影響，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)原理奠定基礎(chǔ)。

在“金屬鈉的性質(zhì)\"教學(xué)中，采用“實(shí)驗(yàn)任務(wù)卡”形式開展分組實(shí)驗(yàn)情境。任務(wù)1要求學(xué)生仔細(xì)觀察鈉與水反應(yīng)現(xiàn)象，準(zhǔn)確記錄“浮、熔、游、響、紅”這些關(guān)鍵特征。學(xué)生通過(guò)親眼觀察鈉塊在水面上快速游動(dòng)、熔化成閃亮小球、發(fā)出嘶嘶響聲以及溶液變紅等現(xiàn)象，對(duì)鈉的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)有了直觀的感受。任務(wù)2對(duì)比鈉與乙醇反應(yīng)，引導(dǎo)學(xué)生思考“為何反應(yīng)劇烈程度存在差異？”這促使學(xué)生從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的角度分析鈉與不同羥基化合物反應(yīng)的本質(zhì)區(qū)別，深化對(duì)化學(xué)反應(yīng)原理的理解。任務(wù)3則要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證鈉與水反應(yīng)產(chǎn)物，構(gòu)建“現(xiàn)象觀察一提出假設(shè)一實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的探究模型。學(xué)生需要運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案，如通過(guò)收集反應(yīng)產(chǎn)生的氣體并進(jìn)行檢驗(yàn)，確定產(chǎn)物為氫氣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作能力。

借助pH傳感器、溫度傳感器等設(shè)備，創(chuàng)設(shè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)情境。在“酸堿中和反應(yīng)”單元，實(shí)時(shí)采集反應(yīng)過(guò)程中的pH值和溫度變化數(shù)據(jù)。學(xué)生通過(guò)觀察電腦屏幕上呈現(xiàn)的曲線變化，思考“如何通過(guò)曲線變化理解反應(yīng)本質(zhì)？滴定終點(diǎn)如何精準(zhǔn)判定？”等問題。例如，pH值曲線的突躍點(diǎn)對(duì)應(yīng)著酸堿恰好完全中和的時(shí)刻，通過(guò)對(duì)這一數(shù)據(jù)的分析，學(xué)生能夠更加精準(zhǔn)地理解酸堿中和反應(yīng)的過(guò)程，培養(yǎng)定量研究能力。

2.問題鏈的邏輯性構(gòu)建

按照“宏觀現(xiàn)象→微觀本質(zhì) $$ 符號(hào)表征 $$ 模型應(yīng)用”的化學(xué)思維路徑設(shè)計(jì)問題鏈。以“銅與硝酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)為例，首先，學(xué)生觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：溶液變藍(lán)、氣體顏色變化。基于此，提出問題1：“為何濃／稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)物不同？”引導(dǎo)學(xué)生從宏觀現(xiàn)象入手，思考不同濃度硝酸的氧化性差異。

接著，問題2深入微觀本質(zhì)層面：“從電子轉(zhuǎn)移角度分析反應(yīng)中N元素價(jià)態(tài)變化”。學(xué)生需要運(yùn)用氧化還原反應(yīng)的基本概念，分析銅與濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)過(guò)程中電子的得失情況，以及氮元素化合價(jià)的變化，理解反應(yīng)的微觀本質(zhì)。

問題3聚焦于符號(hào)表征：“如何用離子方程式表征反應(yīng)本質(zhì)？”學(xué)生將化學(xué)反應(yīng)過(guò)程用離子方程式的形式準(zhǔn)確表達(dá)出來(lái)，如銅與濃硝酸反應(yīng)的離子方程式為 Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O ，通過(guò)這種符號(hào)化的表達(dá)方式，加深對(duì)反應(yīng)本質(zhì)的理解。

最后，問題4拓展到模型應(yīng)用：“工業(yè)上如何利用該反應(yīng)原理制備硝酸銅并減少污染？”學(xué)生需要將實(shí)驗(yàn)室中的化學(xué)反應(yīng)模型應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中，考慮如何提高原料利用率、減少污染物排放等問題，培養(yǎng)學(xué)生將化學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的能力。該問題鏈貫穿“現(xiàn)象描述一原理分析一符號(hào)表征一工業(yè)應(yīng)用”四個(gè)認(rèn)知層級(jí)，既符合“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”等核心素養(yǎng)要求，又體現(xiàn)大單元教學(xué)的結(jié)構(gòu)化特征。

（三）基于化學(xué)史情境的科學(xué)思維培育策略

1.化學(xué)史情境的深度挖掘

選取具有方法論價(jià)值的化學(xué)史事件，進(jìn)行“歷史背景一探究過(guò)程一現(xiàn)代啟示”的三維解構(gòu)。在元素周期表發(fā)現(xiàn)史中，呈現(xiàn)門捷列夫原始手稿、當(dāng)時(shí)已知元素?cái)?shù)據(jù)卡片，創(chuàng)設(shè)“假如你是19世紀(jì)化學(xué)家，如何分類28種已知元素？”的角色扮演情境。學(xué)生在歷史情境中，如同穿越時(shí)空成為當(dāng)時(shí)的科學(xué)家，從觀察已知元素的原子量、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)等數(shù)據(jù)入手，嘗試進(jìn)行元素分類。通過(guò)不斷的嘗試、調(diào)整，他們能夠親身體驗(yàn)門捷列夫“觀察數(shù)據(jù)一發(fā)現(xiàn)規(guī)律一修正模型—預(yù)測(cè)未知”的科學(xué)探究之路，深刻理解元素周期律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程和科學(xué)研究的方法。

在苯分子結(jié)構(gòu)探究史中，對(duì)比凱庫(kù)勒的“夢(mèng)的啟示”與現(xiàn)代光譜分析技術(shù)。凱庫(kù)勒在夢(mèng)中靈感閃現(xiàn)，提出了苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但這一假設(shè)在當(dāng)時(shí)缺少足夠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代光譜分析技術(shù)能夠精確測(cè)定分子的結(jié)構(gòu)。教師在此處提出“為何科學(xué)假設(shè)需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證？不同時(shí)代的研究手段如何影響科學(xué)認(rèn)知？”等問題，引導(dǎo)學(xué)生思考科學(xué)研究中假設(shè)與驗(yàn)證的關(guān)系，以及技術(shù)進(jìn)步對(duì)科學(xué)發(fā)展的推動(dòng)作用，滲透“證據(jù)意識(shí)”“科學(xué)本質(zhì)觀”的培養(yǎng)。

2.問題的遷移性拓展

建立“歷史問題一現(xiàn)代問題一開放問題”的遷移鏈條。以拉瓦錫空氣成分測(cè)定實(shí)驗(yàn)為例，歷史關(guān)聯(lián)問題如“為何拉瓦錫選擇汞作為反應(yīng)物？如何理解‘定量實(shí)驗(yàn)’對(duì)化學(xué)發(fā)展的里程碑意義？”學(xué)生通過(guò)探究這些問題，了解到汞在加熱條件下能與空氣中的氧氣反應(yīng)，且生成的氧化汞在高溫下又能分解，便于準(zhǔn)確測(cè)定氧氣的含量。同時(shí)，認(rèn)識(shí)到定量實(shí)驗(yàn)使化學(xué)研究從定性走向定量，為化學(xué)學(xué)科的精確發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

現(xiàn)代應(yīng)用問題“參照拉瓦錫實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定教室空氣中氧氣含量，需要解決哪些技術(shù)難點(diǎn)？”要求學(xué)生將拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)用到現(xiàn)代實(shí)際問題中，考慮如何選擇合適的實(shí)驗(yàn)裝置，確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和安全性等技術(shù)難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

開放創(chuàng)新問題，提問學(xué)生“若在火星探測(cè)任務(wù)中測(cè)定大氣成分，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方案需做哪些改進(jìn)？體現(xiàn)了化學(xué)研究的哪些核心方法？”引導(dǎo)學(xué)生突破常規(guī)思維，思考在不同環(huán)境（如火星低氣壓、特殊大氣成分等）下實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)方向，進(jìn)一步體會(huì)化學(xué)研究中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、方法創(chuàng)新等核心方法，讓學(xué)生理解科學(xué)研究服務(wù)于人類發(fā)展的責(zé)任意識(shí)。

結(jié)束語(yǔ)

展望未來(lái)，高中化學(xué)大單元教學(xué)中“情境創(chuàng)設(shè) + 問題驅(qū)動(dòng)”策略有著廣闊的發(fā)展空間。通過(guò)不斷的實(shí)踐和反思，教師能夠不斷優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提高教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生的成長(zhǎng)和發(fā)展提供更好的支持和引導(dǎo)，培養(yǎng)出更多具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才。

參考文獻(xiàn)

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