聚焦学科大概念的初中化学单元教学设计与反思

梁俊 杨丽

摘要：大概念能够揭示知识背后隐藏的学科本质、核心思想和重要的研究方法，具有学科统摄作用、在逆向教学设计理论的指导下聚焦学科大概念，构建沪教版“物质构成的奥秘”教学单元。阐述学科大概念的提炼策略和单元教学目标的确定、单元教学评价的设计以及单元学习活动的规划等操作流程。针对单元教学设计中存在的问题进行反思。

关键词：初中化学;学科大概念;单元教学;逆向教学设计

文章编号：1008-0546（2021）08-0063-06

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2021.08.017

学生核心素养是对党的教育方针的具体化、细化，学科核心素养明确了学生学习该学科课程后应达成的正确价值观念、必备品格和关键能力，对知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标进行了整合[1]。钟启泉先生指出“核心素养一课程标准一单元设计一课时计划是课程发展和教学实践的基本路线”，单元教学是撬动课堂转型的一个支点[2]。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[3]。《普通高中化学课程标准（2017版）》突出大概念的统摄作用，在学科内容选择方面“重视以学科大概念为核心，使课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促進学科核心素养的落实”[4]。《义务教育化学课程标准（2011年版）》指出“引导学生认识物质世界的变化规律，形成化学的基本观念”[5]。大概念能够体现学科或者课程的特质，与学科核心素养密切相关，素养为本的教学设计要求从课时的知识碎片化设计走向以学科大概念为中心的单元教学设计。然而实践发现很多教师并不清楚该如何进行单元教学设计。

单元教学设计是巾观层面上的课程再创造，单元中蕴含的大概念是学科核心素养和学科知识的桥梁。邵朝友指出国际上以大概念为中心的单元设计有两种典型的设计思路：逆向教学设计和科学一写作启发式教学设计，在逆向教学设计中，大概念的学习要求主要指大观念的“理解”与达成如此“理解”所需的学生所知所能，它们代表了单元目标。本文以“物质构成的奥秘”教学单元为例，阐述大概念的提炼策略以及逆向教学设计指导下的单元教学设计的要素和操作流程，以期为广大一线教师提供参考。

一、学科大概念的内涵、功能和提炼策略

1.学科大概念的内涵

大概念（ big ideas）被译为大观念、核心概念、基本观念等。根据适用范围的大小，又分为跨学科大概念和学科大概念。所谓学科大概念是指能反映学科的本质，居于学科的中心地位具有较为广泛的适用性和解释的原理思想和方法，其主要特征为：（l）能反映学科的主要观点和思维方式，是学科结构的骨架和主干部分;（2）能统摄或包含大量的学科知识具有普遍性和广泛的解释力;（3）能提供对于理解知识研究和解决问题的思想方法或关键工具，可运用于新的情境具有持久的可迁移应用价值[6]。在科学学科领域，科学教育关心的不仅是对概念的理解还包括理解科学的本质，参与科学活动的能力，科学态度和对科学所持的观点以及支持科学和其他学科相联系，特别是与技术、工程和数学的联系[7]。在中学化学领域，毕华林和卢巍认为，化学基本观念是指学生通过化学学习，在深入理解化学学科特征的基础上所获得的对化学的总观性认识，其中包括元素观、微粒观、变化观、实验观、分类观、化学价值观，其中元素观、微粒观和变化观为化学知识类的基本观念;实验观和分类观为化学方法类的基本观念;化学价值观为化学情意类的基本观念[8]。朱玉军指出国外对化学基本观念的界定主要是对化学学科基本内容和基本概念之间关系的提炼，以及对化学学科思想的提炼，概括起来主要包括：化学反应;化学动力学;化学热力学;物质的组成及其微粒性一元素、原子、分子、离子;物质的结构决定性质一化学键、分子间作用力、原子结构、分子构型等[9]。国外对学科基本概念的界定从中学化学课程延续到大学，更能体现概念进阶的特点，概念的表述更加符合专业用语，应用范围更广，统摄性更强。笔者认为学科大概念是对学科本质的整体性表观，能够反映学科知识结构，展示学科学习方法和思维方式，培育学科基本态度，在学科学习中具有重要价值。

2.大概念的功能

大概念是单元教学设计的有效抓手，理解和应用大概念有助于落实学科核心素养。大概念在指导单元教学设计中有以下功能。第一，以大概念统摄和组织单元内容，促进知识的结构化。通过大概念能够揭示概念之间的横向和纵向之间的联系，提升学生知识的迁移和转化能力。第二，明确单元教学目标的重点。单元教学目标是巾观层面上的教学目标，既要对学科核心素养具体化又要指导课时目标的制定，以大概念为依托关注学科知识的概念、学科本质和应用的大概念以及学科能力和学科态度，抓住单元目标的重点，提高单元教学的针对性。第三，聚焦单元核心任务。以大概念为中心的单元教学活动设计能够让学生具有科学探究的体验，同时提高单元活动的有效性。第四，为单元评价提供可靠的证据。单元评价应该围绕大概念进行形成性评价和总结性评价，使用不同的方法收集证据，证明单元目标达到的水平。第五，提升教师专业素养。基于大概念的教学对教师提出更高专业要求，教师要具备大概念的建构和教学实践能力，促进教师向专家型、学者型教师成长。

3.单元大概念的提炼策略

（1）构建“物质构成的奥秘”教学单元

“物质构成的奥秘”是初中化学五大主题之一，不同版本的教材对该主题的内容编排方式各有不同。沪教版九年级化学关于该主题的教学内容采用螺旋上升的形式编写到不同的章节，帮助学生理解化学基本观念。分别在1.4节“世界通用的化学语言”，初步了解化学元素的概念;2.1节“人类赖以生存的空气”穿插了“构成物质的微粒”相关内容，2.3节“质量守恒定律”学习化学式的书写、物质的量、摩尔质量、物质的量相关计算内容，如图1所示。

本章内容主要分为三个方面，第一，以学生熟悉的大气为切入口，掌握最基本的化学知识和技能。从空气的组成到其中氧气的体积分数的测定，进一步研究氧气的性质、制法和用途。第二，从微观和宏观的角度研究物质形成最基本的化学概念、观念和方法。在研究宏观物质的组成时，学习元素、化学式、化学方程式及质量守恒定律;在研究物质的微观构成时，学习分子、原子的概念。第三，从定量的角度理解物质和化学变化的本质。通过学习式量、物质的量、摩尔质量、质量守恒定律，初步掌握化学定量研究的方法。但是很多一线教师缺乏学科大概念的指导，按照教材的编写顺序进行教学，学生掌握的是大量的知识碎片，无法窥探到概念之间的前后关系。因此，笔者依据上海中学化学课程标准内容和要求，构建了初中化学“物质构成的奥秘”教学单元，单元內容结构如图2所示。

（2）单元大概念的提炼策略

根据内容的优先次序提炼大概念。大概念并不只是因为它包含的知识范围“大”，而是一种概念性的工具，用于强化思维，连接不同的知识片段，使学生具备应用和迁移的能力。大概念可以以各种形式体现（词、短语、句子、问题）。面对琐碎的单元内容，教师可以利用图3套环图模型来明确单元内容的优先次序。

除了上述模型外，教师还可以使用以下策略提炼单元大概念[10]。第一，根据课程目标和内容要求提炼大概念。上海市中学化学课程标准（试行稿）指出对于“物质构成的奥秘”主题需要“从原子、分子的层次来认识物质的构成，为进一步从本质上认识物质的变化打下基础，使学生初步掌握化学语言表达，认识化学变化巾反应物、生成物之间物质的量的关系”。课程标准要求从微观角度和定量角度研究物质，理解物质及其变化的本质，能够运用化学的符号语言进行表达。第二，通过对主题内容提问获取大概念。化学研究的对象是什么？我们可以借助什么手段或方法研究物质？第三，以词组配对的形式产生大概念。比如，组成和构成，宏观和微观，定性和定量，结构和性质，性质和用途等。“物质构成的奥秘”单元内容的优先次序和单元大概念按照套环图模型梳理如图3所示。

二、逆向教学设计模式和单元教学环节

1.逆向教学设计的模式

以大概念为中心的单元教学设计需要形成“教一学一评”一致的系统规划。逆向教学设计是由美国教育家格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰提出的以目标为导向的教学设计模式，如图4所示[11]。阶段1：确定预期结果。教师需要聚焦单元大概念，抓住单元的核心内容，思考学生应该知道什么，理解什么，能够做什么？阶段2：确定合适的评估证据。在设计学习活动之前先思考评价方式和证据，这也是逆向教学设计与传统教学设计最大的区别，以避免教学设计沦为聚焦活动的教学或知识灌输的教学，提高单元教学设计的有效性。阶段3：设计学习体验和教学。该阶段教师需要思考学生要达到教学目标，需要哪些知识和技能？设计哪些学习活动能够帮助学生获得这些知识和技能？根据表现性目标，教师需要给学生搭建哪些脚手架，指导学生完成什么挑战任务，用怎样的方式顺利开展教学？完成教学目标需要哪些资源和环境？

2.单元教学设计的主要环节

按照逆向教学设计的思路阐述单元教学设计在制定目标，设计基本问题，确定单元评价证据和规划单元学习活动等方面的操作要点和注意事项。

（1）制定单元目标

依据课程标准、教材内容、学生学情和单元内容的优先次序。按照UbD模板制定单元目标如表1所示。

（2）围绕基本问题架构单元目标

大概念一般隐藏在离散的事实、概念、技能之中，需要引导学生质疑和探究才能够被揭示。基本问题是通向大概念的航标，不仅能够促进对某一特定单元的内容理解，也能激发知识间的联系和迁移[13]。基本问题中的“基本”有四种内涵，第一，我们一生中会重复出现的重要问题。这样的问题范围很广，并具有永恒的特质。第二，某一学科的核心思想和探究。第三，学习核心内容所需要的知识和技能。第四，能够最大程度地吸引特定的、各种各样的学习者。一个问题是否是基本问题，取决于我们为什么提出它，我们想要学生如何解决它，以及该问题后面跟随的学习活动和评估是怎样的。根据基本问题覆盖范围和使用意图形成基本问题的二维框架，如表2所示，可以用于单元和课程中产生混合型基本问题的设计工具。本文主要探讨“物质构成的奥秘”专题性基本问题。

（3）确定单元评价证据

阶段2需要设计者站在评估员的角度，依据制定的单元目标，指向单元基本问题，选择合适的评估方式收集关于“理解”的有效、可靠、充分的证据，以证明学习者达到预期结果的程度，如表3所示。教学的评估类型要与预期结果所需证据相匹配。根据上述套环图呈现的单元内容优先次序，对于大环中的“需要熟悉的知识”可以采用传统的测验和测试;对于中环里的“需要掌握和完成的重要内容”主要采用纸笔测试，题型以选择题和问答题为主，根据教学的需要还可以采用表现性评价;对于内环中“大概念和核心任务”主要采用表现性任务和项目，其特点是任务复杂，问题开放，情境真实。追求理解的教学要把表现性任务或项目抛锚于单元或课程中，真实的问题情境能够提供证据表明学生利用所学知识解决问题的过程。

（4）规划单元学习活动

在厘清大概念的预期结果和侧重理解的评估之后，阶段3的任务就是规划单元学习活动。设计者需要站在学习者的立场思考何种形式开展什么活动才能保证单元活动顺利且有效地实施。UhD模板提炼了教学计划中的WHERETO要素，为单元学习活动设计提供了参考。下面依次介绍WHERETO的具体含义，W：确保学生了解所学单元的目标以及原因;H：从一开始就吸引学生并保持他们的注意力;E：为学生提供必要的经验、工具、知识以及技能来实现表现性目标;R：为学生提供大量机会来重新思考大概念，反思进展情况，并修改自己的设计工作;E：为学生评估进展和自我评估提供机会;T：量体裁衣，反映个人的天赋、兴趣、风格和需求;0：合理组织，以使学生获得深刻理解，而非肤浅了解。WHERETO要素能够唤起和产生预期的理解、知识和技能，激发学习兴趣，使优秀的表现性行为成为可能，呈现目标、评价和活动相一致的单元教学设计。表4逐次列出关键的教学和学习活动，同时以WHERETO元素巾的相应首先字母为每个活动编码。

三、反思

聚焦学科大概念的逆向教学设计给笔者以下启示。第一，聚焦大概念，从设计层面探寻学科本质。单课时的教学设计使教师在备课的过程巾将重点放在事实性知识和概念的掌握上，忽视了概念之间的前后之间的进阶关系，结果就产生了知识灌输型的课堂。关注学科大概念，帮助教师从一开始就能看到核心概念在单元中的地位和作用，在实施的过程中可以循序渐进地达成教学目标。第二，为教师提供了单元教学设计的有效框架，促进“理解”目标的达成。UbD模板能够帮助教师制定明确的教学目标和评估证据，为学生安排易于理解的学习活动。聚焦大概念的单元教学设计为落实学科核心素养提供了抓手和设计标准。单元教学设计是一项系统且复杂的工作，设计者可以根据自身兴趣、风格和才智从任何一个阶段开始设计，但最终要形成一个符合标准的设计。第三，突出教学评价的作用，形成教学评一体化的整体设计。教学评价优先于教学活动，防止教师把教学过度简单化，仅仅通过纸笔测试并不能发现学生是否真正的理解，同时也驱动教师设计更具有操作性的表现性评价，促进学生对核心概念的理解。另外，单元教学设计不能全凭设计者的构想，还需要进行课堂教学实践，针对学生需要、能力和兴趣进行诊断性评估，观察学生的课堂表现，进行形成性分析，发现教学中起作用和不起作用的工作，对教学单元做出调整。考虑到教学设计和实践的本身的困境，不断地征集反馈不仅可以提升教学设计，同时也能优化符合教学目标的学习结果。

参考文献

[1][4]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（ 2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：4，56

[2]钟启泉.单元设计：撬动课堂转型的一个支点[J].教育发展研究，2015（24）：1-5

[3][6]顿继安，何彩霞.大概念统摄下的单元教学设计[J].基础教育课程，2019，9（下）：6-11

[5]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012

[7]温·哈伦.科学教育的原则与大概念[M].韦珏，译.北京：科学普及出版社，2011：12-16

[8]毕华林，卢巍.化学基本观念的内涵及其教学价值[J].中学化学教学参考，2011（6）：3-6

[9]朱玉军.中学化学基本观念探讨[J].中国教育学刊，2013（11）：70-74

[10][11][13]格兰特·威金斯，杰伊·麦克泰格.追求理解的教学设计（第二版）[M].闫寒冰，宋雪莲等，译.上海：华东师范大学出版社：78-83，18-20，18-20

[12]梁俊.单元教学目标设计：框架、思路和表达——以“物质构成的奥秘”为例[J].中学化学教学参考，2020（2）：21-25

本文系中國化学会化学教育委员会“十三五”规划2020年一般课题（课题编号HJ2020-0019）“核心素养视野下项目式学习在中学化学单元教学中的实践研究”阶段性研究成果。