基于学科大概念促思维发展的单元复习课教学

黄凤翔 汲丛家

摘要：以“水溶液中的离子反应与平衡”为例，基于学科大概念设计单元复习课。依据要符合课程标准、要能提纲挈领联接其它小概念、能够落实思维方法等三个原则提炼出本章节大概念“化学平衡在溶液体系中的应用”。在此大概念的统领下，经梳理知识、定性分析、定量分析等三环节的课堂教学，将水溶液中的离子平衡知识结构化。既帮助学生在具体的情境下解决问题，形成学科思维方法，又促进化学核心素养的提升，让学习真实地发生，实现复习课功能。关键词：学科大概念;单元复习课;水溶液中的离子反应与平衡;思维方法

文章编号：1008-0546（2022）07-0064-05中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.016

一、引言

学科大概念是近年我国学者研究的热点。其包括三个层面的内容：一是学科大概念具有一定抽象性，是其他概念的联接。王喜斌指出：学科大概念是能反映学科本质，能将学科关键思想和相关内容联系起来的关键的、特殊的概念[1]。二是学科大概念具有结构化的特点。《普通高中课程方案（2017年版）》（下称“新方案”）要求我们“进一步精选学科内容，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”。三是学科大概念对核心素养的形成能起到关键作用。新方案指出学科大概念能促进学科核心素养的落实。

相比常规的单元复习，用学科大概念的思想来进行单元复习课的教学设计，有很大的优势。常规的单元复习课大多数是罗列知识清单，缺少对学生思维的指导。而大概念教学需要对不同知识进行关联，从而精准掌握知识的本质，同时还可以提高课堂效率[2]。本文以“水溶液中的离子反应及平衡”复习课为例，阐述学科大概念如何应用于单元复习课的教学中。

二、基于学科大概念的单元复习教学实践

本文阐述的基于大概念单元复习课设计流程，按照五步进行。第一步，确定章节大概念。要提炼出教学内容所蕴含的学科大概念需要遵循三个原则，首先要符合课程标准;其次要提纲挈领，联接其他小概念;再次要能够落实思维方法培养。第二步，学情分析。精准的学情分析，有助于明确学生的认识发展点，也是制定教学目标的依据和实现精准教学的保障。为了确保学情分析结果的“精准”，需要运用技术手段分析前测数据、问卷调查数据，再结合以往教学经验进行研判。第三步，确定教学目标及评价目标。在精准判断学情的基础上，结合課标、考纲精准确定教学目标及评价目标，即明确单元复习课教学之后学生应该达到的认识水平。第四步，设计教学情境，开展教学活动。教学情境需有利于让学生思维外显，将学科大概念与基本概念联接起来，然后通过开展教学活动落实化学核心素养。第五步，教学反馈。即评估教学效果，实现“教、学、评”一体化，评价结果不仅是本节课终点，还是下节课的起点，从而实现“教、学、评”水平的不断上升。大概念下的五步单元复习课设计流程见图1。

1.确定章节大概念，构建知识结构图

高考对“水溶液中的离子反应及平衡”的考查，偏重离子平衡的微观过程和对于整个溶液系统的整体分析，利用化学平衡的一般思路，解决溶液中的复杂问题[3]。此章节研究的环境是：水溶液;研究的内容是：离子平衡;理论依据是：化学平衡移动原理及平衡常数。也就是用化学平衡原理来解决溶液体系中的离子平衡，实则是化学平衡的应用，因此，此章节内容涵盖在“化学平衡在溶液体系中的应用”这一学科概念之下。该概念联接其它内容，起提纲挈领作用，且能够落实分类观、微粒观、动态观、平衡观等化学思维方法。因此确定为此章节的大概念，以这一大概念为统领，可提炼出图2所示的知识结构图，该结构图呈现出学科大概念统摄下的基本概念、核心知识及解决此类问题的思维方法。

2.精准获取学生学情，明确学生的认识发展点

“水溶液中的离子反应与平衡”是中学化学基本理论的一个重要部分，也是学生整个中学阶段的难点。本章内容比较抽象，综合性强，难点和易混淆点较多，因此学生的迷思概念也比较多。结合前测及问卷调查数据，可以确定学生主要存在以下认识障碍：

第一，对于化学平衡、电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡的理论体系缺乏整体认识，对其适用对象没有清晰的定位（电解质存在电离平衡还是水解平衡？出现混乱）。

第二，面对多种平衡共存时，分不清平衡的主次，导致分析问题时思维混乱。

第三，对电解质溶液的分析没有形成良好的思维习惯和分析技能，习惯定性思维而欠缺定量思维。

第四，综合分析问题的能力不强，不能熟练运用宏观与微观、定性与定量等化学学科思维方法去分析具体问题。

3.确定单元复习教学目标及评价目标，评判学生应该达到的认识水平

（1）教学目标

①通过课前梳理氨水、碳酸饮料、饱和 BaCO3溶液中存在的平衡，明确溶液中的三大平衡体系的研究对象及离子行为;并通过分析含 NaHCO3晶体的饱和溶液在水里的行为，巩固从物质分类的角度抽取各种平衡的思维方法，落实微粒观、变化观。

②以NaHCO3溶液滴入FeCl3溶液、CaCl2溶液为载体，根据溶液中存在的平衡，预测宏观现象、实验检验、理论分析，在分析解决问题的过程中落实了一个思想：对于多平衡体系，要结合具体的情境抓住主要矛盾，透析问题的本质;并构建了用平衡原理解决分析问题的思维模型;落实宏观辨识、微观探析和证据推理、模型建构核心素养。

③通过从定量角度分析 NaHCO3、NH4HCO3溶液的酸碱性，明确研究水溶液体系中的平衡除了有定性工具——平衡移动原理，还有定量工具——K。

（2）评价目标

①通过分析不同的电解质存在的平衡，诊断学生的分类观、微粒观及变化观。

②通过分析混合体系，诊断学生证据获取能力，结合具体的情境抓住主要矛盾，透析问题本质的能力，并感受动态平衡思想的形成过程。

③通过分析电解质溶液的酸碱性，诊断学生从定量角度分析问题的能力。

4.设计教学情境，进行教学活动，落实化学核心素养，优化学生思维方法

课堂教学流程见表1。

教学实录如下。

（1）环节一：梳理知识，巩固从物质分类的角度抽取各种平衡的思维方法，落实微粒观、变化观。

【学习任务1】分析氨水、碳酸饮料、饱和BaCO3溶液中存在的主要平衡。

【学生出现的问题】氨水体系存在：NH4（+）+H2ONH3· H2O+H+情况;碳酸饮料体系存在：HCO 3（-）+ H2OH2CO 3（-）+OH-情况;饱和 BaCO3漏写 CO3（2）-的水解平衡。

【引导】先把电解质进行分类，氨水和碳酸饮料的溶质都属于弱电解质，存在的主要平衡是电离平衡， NH4（+）及HCO 等微粒在体系中含量很少3（-），故不再分析其存在的水解平衡。饱和 BaCO3存在溶解平衡，同时 BaCO3是强电解质，在水里完全电离，故体系中存在着相对较大量的CO 故体系中应存在CO3（2）-的水解平衡。

【归纳、梳理】分析溶液中微粒行为的思维方法：溶质分类→抽取对应的平衡（溶质是弱电解质，对应的是电离平衡;溶质是盐，对应的是水解平衡;溶质是难溶电解质或是饱和溶液，对应的是溶解平衡）→抓主放次。水溶液中三大平衡及对象，三大平衡与化学平衡的关系如图3所示。

【课堂检测1】一份含NaHCO3晶体的饱和溶液中，存在什么平衡？按主次顺序分别写出各个平衡。

【学生情况】有了思维方法：溶质分类→抽取对应的平衡→抓主放次，学生分析思路没问题，但出现了 NaHCO3（s）=Na+（aq）+HCO3（-）（aq）情况。

【引导】这是混淆了电离反应式和沉淀溶解平衡。

设计意图：以典型电解质为载体梳理电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡的研究对象，对知识点进行适当的整合，消除以往对三种平衡认识上的误区和盲点。让学生明确溶液中的三大平衡体系的研究对象及离子行为，并通过NaHCO3体系作为课堂检测，评价学生是否具备有序分析溶液问题的思维方法。选择 NaHCO3晶体饱和溶液的原因，是因其刚好囊括三类平衡。首先，从分类角度来看，属于电解质（含晶体的饱和溶液），存在溶解平衡;又可归属为盐，存在水解平衡;还可归属为弱电解质（HCO3（-）），存在电离平衡。

（2）环节二：定性工具——用平衡原理解決水溶液中平衡问题。

【学习任务2】根据实验现象，分析NaHCO3饱和溶液在条件变化时的离子行为（见表2）。

【演示实验】见图4。

【讨论1】表2中条件的变化，对NaHCO3饱和溶液产生什么影响？【讨论2】主要影响哪个平衡？如何影响？

【学生答题情况】根据实验现象，部分同学能够正确分析实验1 的沉淀是 Fe（OH）3，实验2 的沉淀是 CaCO3，从而能够正确得出实验1 主要影响 HCO3（-）的水解平衡;实验2主要影响 HCO3（-）的电离平衡，对应的离子方程式为：3HCO3（-）+Fe3+ =Fe （OH）3 ↓ +3CO2↑;2HCO3（-）+Ca2+=CaCO3↓+ H2O+CO2↑。

出现问题一：认为沉淀是Fe2（CO3）3，离子方程式：6HCO3（-）+2Fe3+=Fe2（CO3）3↓ +3H2O+3CO2↑;出现问题二：认为沉淀是 Ca（OH）2，离子方程式为：2HCO3（-）+ Ca2+=Ca（OH）2 ↓+2CO2↑。

【学生讨论得出结论】问题1：Fe2（CO3）3沉淀不存在，Fe3+与 CO3（2）-在溶液中存在双水解，最后生成沉淀 Fe（OH）3;问题2：Ksp [Ca（OH）2]>>Ksp （CaCO3），所以沉淀CaCO3更容易析出，沉淀2是CaCO3更合理。

【归纳、梳理】第一，对于多平衡体系，要结合具体的情境抓住主要矛盾，透析问题的本质。

第二，提炼出应用平衡原理解释问题的思维方法（见图5）：

【课堂检测2】向0.1 mol · L-1 NH3· H2O 中加入 NH4Cl 晶体，溶液的pH变小，请结合化学平衡移动原理解释原因。

【学生情况】大部分学生能根据图5所示模型，正确分析原因。但出现个别答案：氨水中存在电离平衡 NH3· H2ONH +OH 加入的NH4Cl 晶体显酸性，H+与OH-结合，使得OH-浓度减小，溶液的pH变小。

【学生评价】加入NH4Cl，该物质是强电解质，完全电离出NH4（+），而体系中的 H+是NH4（+）微弱水解得到的产物，故c（NH4（+））>>c（H+），因此NH 对NH4（+）3 · H2O 电离的影响大于H+，出现多个影响因素时，要抓主放次。

设计意图：大概念统摄下的教学，充分暴露学生问题，使学生思维外显，有利于深入理解知识的本质;建立良好的逻辑思维习惯，利用平衡观和平衡移动原理分析和解决实际问题，在分析解决问题的过程中落实了一个思想：对于多平衡体系，要结合具体的情境抓住主要矛盾，透析问题的本质;此外构建了用平衡原理解决分析问题的思维模型;落实宏观辨识、微观探析和证据推理、模型认知核心素养。

（3）环节三：定量工具——用K 解决水溶液中平衡问题。

【学习任务3】已知下列物质的电离常数：

（1）NaHCO3溶液显（），通过计算说明;

（2）NH4HCO3溶液显（），通过计算说明。

【思路评析】求酸式盐的酸碱性，第一步，准确判断电离常数;第二步，计算水解常数;第三步，比较电离常数和水解常数大小，谁大显谁性。以 NaHCO3溶液为例，Ka=Ka2≈10-11;Kh=Kw/Ka1≈10-7;Kh>Ka，而HCO3（-）水解显碱性，故NaHCO3溶液显碱性。

【实验验证】用pH试纸测定NH4HCO3溶液的pH。

设计意图：通过从定量角度判断物质的酸碱性，明确研究水溶液体系中的平衡除了有定性工具——平衡移动原理，还有定量工具——K。通过实验验证落实证据推理素养。

课堂总结：（1）水溶液体系学习的方法：找平衡（抓主放次），定性、定量两种工具分析水溶液中平衡问题。

（2）应用平衡原理分析问题的思维方法：

学生领悟第三章学习的灵魂：找平衡（抓主放次），定性工具分析，定量工具分析。

三、教学效果与反思

1.教学效果

通过访谈，学生认为通过大概念教学后，对水溶液体系的分析思路更清楚。有以下三点收获：①寻找水溶液体系的平衡，根据：溶质分类→抽取对应的平衡→抓主放次。②用平衡原理分析问题时，找准平衡的依据是根据题干信息;分析影响因素，而同时存在多个影响因素时要抓主放次（量大影响大或从结果逆向分析影响因素）。③明确K 的分析思路。平衡移动原理无法解决的问题，需用到平衡常数K，K 也是解决问题的工具。

本案例采取前后测对比。测试结果表明：第一，通过大概念教学后，学生在使用平衡原理解释问题的题型上进步明显，正答率提高了28.2%。原来这类题型的错因主要体现在未能正确找准体系的平衡，教学后，学生能够在多平衡体系里，正确判断主平衡。第二，定量计算能力进步明显，正答率提高25%。通过教学后，此类题型的分析思路清晰。结果分析见表3。

2.教学反思

（1）“双新双减”背景下，基于大概念的教学可以实现“减负、提质、增效”的目的

“双新”即新课堂新教材;“双减”即减轻校内作业负担，减轻校外辅导机构文化课的辅导。双减后，教育的分层决定于课堂，高效的课堂至关重要，促思维发展的课堂才是高效的课堂。学科大概念是指向具体学科知识背后的更为本质、更为核心的概念或思想，因此，基于大概念的教学能提升学生思维能力，减轻学生的学习负担，提高课堂质量，从实践可看出教学效果显著。

（2）大概念教學促学生思维能力发展

2019人教版选择性必修1第三章“水溶液中的离子反应及平衡”，教材内容的编排顺序按照“弱电解质的电离→水的电离和溶液的酸碱性→盐类的水解→难溶电解质的溶解平衡”这样的框架，学生关注单一知识点的学习，难以突出化学平衡理论的指导作用，学生对这些知识整合在一起的思考要薄弱些，难以建立起对水溶液体系的整体认识框架，面对综合题时常常弄不清楚这是一个什么溶液体系，该用哪个平衡进行分析。为了弥补各知识点在新授课学习时相对孤立的不足，在进行单元复习教学时，基于学科大概念，以典型电解质为载体梳理电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡的研究对象，对知识点进行适当的整合，消除以往对三种平衡认识上的误区和盲点;从定性角度（平衡原理）、定量角度（使用平衡常数K）来指导水溶液中离子平衡的学习;在分析问题时落实了一个思想：对于多平衡体系，要结合具体的情境找准主要矛盾，透析问题的本质;搭建用平衡原理解决分析问题的思维模型。

参考文献

[1] 王喜斌.学科“大概念”的内涵、意义及获取途径[J]. 教学与管理，2018（24）：86-88.

[2] 黄建萍.基于学科大概念的生物单元教学设计研究[D].南昌：南昌大学，2020.

[3] 胡久华，袁丽琴，王澜，丁芬，郇乐，赵荣梅.基于学生认识发展点的高三水溶液复习教学研究[J]. 化学教育，2014，35（13）：46-51.