化学学科核心素养导向的大概念单元教学探讨

2019-12-05何彩霞

化学教学 2019年11期

摘要：以学科大概念为统领进行单元教学是学科核心素养落地的重要途径。阐述对大概念的理解，提出依据学科本质、课程标准来提炼大概念以及依据学生发展需要来构建单元教学的基本思路;结合教学案例，从单元学习目标、单元学习流程及主要活动设计等方面介绍以大概念为统领组织单元教学的实践及思考。以大概念为统领将相关内容建立联系，基于学生认识发展的递进性开展单元教学，有利于帮助学生理解具体内容背后的更为本质的思想和方法，形成结构化的知识以及解决具体问题的思路方法，促进化学学科核心素养的落实。

关键词：大概念; 学科大概念; 化学学科核心素养; 单元教学

文章编号： 1005-6629（2019）11-0044-05 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

围绕大概念进行课程与教学设计已成为当前科学教育的发展趋势和热点问题[1～3]。《普通高中化学课程标准（2017年版）》[4]“以发展化学学科核心素养为主旨”，“重视以学科大概念为核心促进学科核心素养的落实”，强调“教师在组织教学内容时应高度重视化学知识的结构化设计，充分认识知识结构化对于学生化学学科核心素养发展的重要性，尤其是应有目的、有计划地进行认识思路和核心观念的结构化设计，逐步提升学生的化学知识结构化水平，发展化学学科核心素养”。对于义务教育阶段的化学教育，《义务教育化学课程标准（2011年版）》[5]强调“要引导学生认识物质世界的变化规律，形成化学的基本观念”，并指出教师要“整体规划和科学设计单元和课时教学目标”。在当前素养为本、深化课程改革的背景下，以学科大概念为抓手开展单元教学被认为是学科核心素养落地的重要途径。为此，笔者对以学科大概念为统领的化学单元教学进行了实践与探索。

1 对大概念的理解

在课程与教学领域，为解决学生知识零散、记忆事实、缺乏深刻理解等“表层学习”问题，国外学者提出了大概念（big ideas）（有学者将其译为大观念或核心概念）的教育主张，强调课程与教学的设计以大概念为中心，“不管你想帮助学生获得什么样的概念或技能，要尽量把这些概念和技能与某种大概念联系起来”[6]，“并需要以适合学习者不同认知发展阶段的方式来表达”[7]。

大概念并非指某一知识的具体概念，而是指具体知识背后的更为本质、更为核心的思想或看法，它是对概念间关系的抽象表述，是对事物的性质、特征以及事物间的内在关系及规律的高度概括。如：物质的组成结构决定性质，是关于物质的组成、结构与性质之间关系的大概念，具有概括性、抽象性、普遍性和适用范围较大的特点。

大概念有不同的知识层级结构（见图1），学科大概念（以下简称大概念）是指能反映学科的特质，居于学科的中心地位，具有较为广泛的适用性和解释力，具有超越课堂的持久价值和迁移价值的原理、思想和方法。分析和把握大概念，可以把握知识间的本质联系和纵横关系。如图1所示，对事实、具体概念进行抽象概括、一般化或系统化等思维加工活动，可以帮助学生形成知识间纵向向上的联系，让学生能够从中获得更有普遍意义的大概念，

图1 聚焦大概念的知识层级结构

实现知识的拓展和知识结构的改造。将抽象概括获得的

大概念用来指导或运用于解决具体问题，是知识纵向向下联系的过程，也是促进学生将知识转化为能力的重要途径[8]。

大概念的学习是一个循序渐进、不断拓展和深入的过程。依据学生的基础和认知水平，可以采取具体细化（内容维度上的分解或解构）、认知进阶（学习进程维度上的拓展或进阶）的方式，将高度抽象的大概念分解为适合学生认知水平的抽象程度较低、又能凸显学科认识视角和思维方式的次级大概念，按照不同学习内容和学生的不同学习阶段来逐渐拓展认识的范围、角度和深度。如对于“物质的组成结构决定性质”这一大概念，在初中化学教学中可以分别以指向物质的元素组成与性质、物质微观构成与性质的次级大概念来组织教学内容，帮助学生从元素组成、微粒构成的视角来理解物质性质;而在高中化学教学中将拓展到元素价态、化学键的视角等认识物质的性质。在上述例子中，从大概念的抽象程度和适用范围看，尽管后者（次级大概念）的概括抽象程度相对较低，其适用范围不如前者（大概念）较为广泛，但它们均指向“物质的组成结构决定性质”这一大概念，且凸显了化学学科的视角（元素、微粒），这对于促进学生形成结构化的知識以及从化学学科角度看待物质世界的思维方式等能起提纲挈领的作用。也就是说，在教学中，同一大概念可以在不同的教学内容或背景下重复出现，随着具体教学内容的不同，有关大概念的内容也有所不同，由此形成一个相互支撑、内涵丰富的认知架构，促进学生以结构化的、连贯递进的方式来进行思考和理解。

2 大概念的提炼与单元教学的确定

以大概念为统领开展单元教学，涉及提炼大概念、构建学习单元、设计单元学习目标、学习流程及学习评价等内容。而单元教学的构建，依赖于教师对学科知识本质的把握，以及依此形成的对学生知识理解、思维发展和能力培养的期待及系统考虑。从具体的学习内容出发，分析和挖掘具体知识背后更为本质的思想或方法（大概念），并以大概念来统整相关内容，就成为系统分析和构建单元教学的关键所在。

2.1 聚焦学科本质为提炼大概念指引方向

不同学科的研究对象、研究的基本问题、研究的方法以及由此形成的学科思维方式等是不同的，学科大概念的提炼需要凸显学科的本质和特征。化学是一门以实验为基础，在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的自然科学。在中学阶段，可从以下几方面[9]来分析和把握化学大概念：一是指向化学学科的研究对象与基本问题，如物质（组成结构与性质）、化学反应（条件、方向与限度）、能量与物质变化等方面，并从化学学科的视角与研究层次如元素、原子、分子等方面来进行概括与提炼，以体现化学学科特有的思维方式;二是指向化学学科的研究方法与认识方法，如化学实验体系三要素（关于化学实验的构成要素及其相互关系的认识）、化学实验内容与方法（物质的分离与提纯、物质的制备、物质的检验）等;三是指向化学学科研究的目的与价值，如化学与社会进步、可持续发展、绿色化学等。

聚焦学科的本质，从学科大概念来俯视具体知识内容，将具体知识内容与学科大概念建立关联或对接，有利于分析和把握具体内容背后更为本质的思想与方法，为单元教学指引方向。

2.2 依据课程标准要求确定大概念

以大概念为导向，分析和把握课程标准对具体内容的相关要求，是确定学科大概念的基本前提，有利于把握和明确单元教学的核心。现举例加以说明。

依据《普通高中化学课程标准（2017年版）》关于必修课程“简单的有机化合物及其应用”的主题内容要求[10]：以乙烯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯为例认识有机化合物中的官能团;认识乙烯、乙醇、乙酸的结构及其主要性质和应用;结合典型实例认识官能团与性质的关系等。针对必修阶段“生活中常见的两种有机物”的学习，围绕“物质的结构决定性质”这一大概念，可以抽提出次级大概念：有机物分子中的官能团决定其性质，以此强调认识官能团与性质的关系。其知识层级结构如图2所示。

图2 “有机物官能团与性质的关系”知识层级示意图

金属、酸、碱、盐是初中化学课程中涉及的四类重要物质，《义务教育化学课程标准（2011年版）》淡化了这些概念，而是强调其性质与应用，其中以化学性质为重点。物质的化学性质是通过化学反应来体现的，而物质的性质与反应是由其元素组成和内部结构所决定的，不从组成和结构角度认识物质性质与反应，就难以形成对物质性质与反应的深入理解。考虑到物质的元素组成、性质与物质分类是初中化学学习的重要内容，结合课程标准对“金属、酸、碱、盐”的相关要求，以“物质的组成结构决定其性质”这一大概念为统领，可以抽提出如下的次级大概念：物质由元素组成，依据物质的元素组成可以将物质分类，同类物质具有相似的性质，在一定条件下含有同一元素的各类物质可以相互转化。

2.3 基于学生发展的需要确定以大概念为统领的单元教学

以大概念为统领建立相关内容的联系是确定单元教学的重要环节，其核心在于单元大概念和学习目标的确定，而单元目标需要依据学生的基础与发展需要来设计。

如在人教版九年级化学教科书[11]中，金属、酸、碱、盐相关知识分别分散编排在不同单元和课题中。从学生学习的角度看，酸、碱、盐知识是学生学习的难点。究其原因，学生的学习大多停留在对具体事实的感知与记忆水平上，缺乏对这些知识间的内在联系及其所蕴含的学科思想与方法的理解，导致学生在处理实际问题时往往缺乏思考或求解问题时思路不清。此外，水溶液中酸、碱、盐的反应，其微观实质是“离子间的反应”，限于初中学习要求，学生还未形成从微观角度分析和理解酸、碱、盐的反应，因此，帮助学生建立研究和认识物质性质的思路与方法，加强从元素视角认识物质类别、基于物质类别认识物质的性质与反应规律以及各类物质间的转化关系，就显得尤为重要，这是初中阶段深化学生认识、发展学生化学思维的关键所在。基于上述分析，现以大概念统领金属、酸、碱、盐的相关知识，确定以“基于物質类别认识物质性质与反应规律”为主题的单元教学。其单元架构如图3所示。

图3 初中阶段以大概念统领金属、酸、碱、盐知识的单元架构

以大概念为统领的单元有多种形态，从教学实施的角度看，可以是连续的“小单元”，如必修阶段“生活中常见的两种有机物”，也可以是如图3所示的非连续的“大单元”。确定怎样的单元架构，取决于教师对学生知识学习、思维发展和能力提升的系统考虑和期待，也依赖于教师的学科理解以及教师对课程与教学内容的整体把握。单元教学能够衡量教师教学和驾驭教材的能力[12]，以大概念为统领开展单元教学，需要教师增进学科理解，也需要教师从单元教学实践中学习、积累和总结单元教学的经验及策略。

3 以大概念为统领的单元教学实践案例

现以高中必修阶段“生活中常见的两种有机物”单元为例，介绍单元学习目标、单元学习流程以及关键活动设计等，以呈现如何以大概念为统领开展单元教学的思考与实践。

3.1 以学科核心素养为导向确定单元学习目标

以大概念为统领的单元学习目标着眼于学生学科核心素养的发展，兼顾知识、思维和能力等多个层面，其核心在于帮助学生形成系统化的知识结构以及看待事物的化学视角，并使之转化为解决具体问题的思路与方法，即重在促进学生由“知”向“能”的转化，在完成单元学习后，学生应该知道或学会做彼此相关的事情[13]。

基于上述考虑，依据课程标准要求和学生发展需要，高中必修阶段“生活中常见的两种有机物”单元的学习目标，不是局限于学习具体知识和技能，而是以“结构决定性质、性质决定用途”这一大概念为统领，重在培养学生具有化学学科特点的思维方式，形成对有机物的结构、性质、用途及其相互间关系的认识，特别要认识有机物官能团与性质之间的关系。具体如下：（1）能够辨识乙醇、乙酸的结构特点和官能团;（2）能描述乙醇、乙酸的主要性质及相关实验现象，能书写有关的化学方程式;（3）知道官能团决定有机物的性质，性质决定用途，建立“结构性质用途”之间关联的认识思路，能应用这一思路分析和解决相关问题;（4）能从有机物及其性质的角度分析实际中的相关问题，能说出乙醇、乙酸的主要用途并能合理使用，感受化学学习的重要价值。其中（3）为本单元的重点目标。

3.2 单元学习流程与活动设计

单元学习目标明确了要学什么，但如何组织教学内容则关系到如何学，需要进行单元学习流程与关键活动的设计。以大概念为统领能够将相关内容联结为一个有组织体系的内容整体，便于教师把握教学内容的整体性。但是，在设计单元学习流程时，还需要依据学生的认知基础和水平合理安排教学内容的先后顺序、认识角度和推理路径，要将学科知识逻辑转变为学生的思维过程与方法，让学生的学习既基于学生的已有基础又体现认识的连贯性和递进性，促进知识向能力素养的转化。如围绕“结构决定性质、性质决定用途”这一大概念，在必修课程中，遵循从简单到复杂、从熟悉到不熟悉的原则，按照“用途——性质——结构”的顺序来进行整体设计学习流程（见图4），以帮助学生形成认识有机物的结构、性质与用途及其相互关系的思路与方法。这样的安排体现了知识的学科逻辑，符合学生的认知特点。对于“生活中常见的两种有机物”单元，可以按照图4所示的单元教学框架来整体设计乙醇、乙酸的教学思路及学习活动[14， 15]，从而以递进连贯的方式促进学生的学习。

图4 必修阶段认识有机物的单元教学框架

以大概念为统领进行单元教学，其教学策略不是局限于对具体知识的简单记忆和技能的机械训练，而是通过设计与学科大概念相呼应、有一定挑战性的“学习任务”和“驱动性问题”，组织学生经历实验探究、分析推理、关联概括、解释说明等学习活动，促进学生积累化学认知活动经验，以此发展学生的化学思维，提升分析和解决问题的能力。如前所述，认识“官能团决定性质”是“生活中常见的两种有机物”单元的核心目标，为此在该单元的乙醇教学中，为了帮助学生认识乙醇的官能团（羟基）以及官能团（羟基）与乙醇的典型性质之间的关系，在“任务3从性质认识结构特点”这一环节设计有如表1所示的学习活动，在学习任务驱动和问题引领下，学生通过经历证据推理、微观探析、关联概括、模型认知等高阶思维活动，能够从结构上探寻宏观性质的本质原因，建立起官能团决定性质的认识。通过解释说明、迁移运用等活动，学生能够运用所学知识分析和解决相关问题。

4 以大概念为统领的单元教学意义及启示

以大概念为统领进行单元教学，对于学生的学习和教师的教学有积极的意义。

第一，以大概念统领具体知识，建立具体知识与大概念的对接，有利于促进学生从化学知识向化学学科核心素养的转化。

化学知识是培养学生化学学科核心素养的重

表1 “认识乙醇的官能团与性质的关系”学习活动设计

学习任务素材/引导性问题学生认知活动

从性质认识结构特点，认识官能团与性质的关系[实验]乙醇与金属钠的反应、水与金属钠的反应

[素材]金属钠保存在煤油中

[问题1]依据上述事实，请分析乙醇与金属钠的反应与其结构有什么关系？

[问题2]比较乙烷与乙醇的性质，为什么乙烷与乙醇性质有如此大的差异？[证据推理][微观探析]

依据实验事实进行分析推理，认识乙醇分子中含有—OH（羟基），—OH上的H与金属钠反应

[关联概括][模型认知]

建立官能团与性质的联系，认识乙醇的羟基（官能团）决定乙醇的典型性质

[解释说明][迁移应用]

从两者结构不同的角度，解释乙烷和乙醇性质差异的原因，加深对“结构决定性质”的认识

要载体，需要思考什么样的知识最具有发展化学学科核心素养的功能价值。孤立的事实、概念往往价值有限，要使它们变得真正富有意义，就必须把它们纳入到学科知识的结构中。以大概念为统领，将具体的事实、概念与学科中普适性更高的大概念建立关联，让学生从中领悟更有普遍意义、具有持久迁移价值的学科思想和解决问题的思路方法，可以帮助学生用更高的水准来理解具体知识内容，提升学生的化学思维水平，发展学生对物质及其变化的认知能力;以大概念为统领可以构建简约而深刻的知识层级结构，有利于学生将知识结构化，提升学生的化学知识结构水平，而知识的结构化是促进学生实现从化学知识向化学学科核心素养转化的关键。

第二，以大概念为统领进行单元教学，有利于教师把握教学内容的本质和关键，让具体内容的学习服务于学生学科核心素养的发展。

以大概念为统领进行单元教学，通过具体知识背后的更为本质的思想方法（大概念）可以明晰具体内容之间的内在联系，有利于教师把握教学内容的本质和关键，同时也促进教师统筹考虑教学内容的关联性与学生认识发展的递进性之间的关系，思考如何根据学生的学习进程设计和组织具体课时的教学，帮助学生以结构化的、连贯的方式进行思考和理解，让具体内容的学习更好地服务于学生化学学科核心素养的发展，促使学生的思维发展、能力提升能够与具体知识的学习协调同步。

为落实学生化学学科核心素养的培养，需要教师不断提升课堂教学的品质。从以往只关注具体知识技能的单课时教学转变为以化学学科核心素养为导向的大概念单元教学，需要教师聚焦学科本质，从更大范围进行分析和思考，这对教师来说是一个富有挑战性的研究课题，值得继续深入探讨。

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