基于学科大概念的单元教学设计与实践——以“常见的化学反应——燃烧”教学为例

顾 弘 张淯清

（1.乌恰县黑孜苇乡中学 新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州 845450；2.常州市北环中学 江苏常州 213017；3.上海民办兰生复旦中学 上海 200438）

在初中沪教版教材第四章“认识化学变化”的教学实践后，学生往往会在这一单元学习结束后不明白本章第1节“常见的化学反应——燃烧”与本单元后面内容的关联。究其原因主要有：①许多教师在进行教学设计时，仅仅以一节课作为基本设计单位，使得课时设计之间缺乏联系，忽视单元整体；②“燃烧”这一课时的教学设计往往过于追求证明燃烧条件的实验创新以及过于强化燃烧条件的生活应用，忽视该段内容本身的学科价值。这种“只见树木不见森林”式的教学设计相互割裂，缺少联系，使学生感觉内容突兀，难以理解，无法促进学生学科观念的形成与发展。

王磊教授指出“单元整体教学指教师在对课程标准、教材等教学指导性资源进行深入地解读和剖析后，根据自己对教学内容的理解，以及学生的情况和特点，对教学内容进行分析、整合、重组，形成相对完整的教学主题，并以一个完整的教学主题作为一个教学单元的教学。一个单元可以由多个课时组成，不同的课时从不同的角度、深度，用不同的教学或学习方式，对同一主题进行多元化解析［1］。”徐文彬教授提出“基于单元知识结构的教学设计，要求教师首先确立单元知识结构，然后以此为基础进行教学设计，让教学更具整体性，思路更加清晰［2］。”所以无论是依据教材编排的单元，还是教师自主设计的单元，都有必要将每一个知识点都放到完整的单元结构中去理解，促使学生建立新、旧知识之间的关联，把握知识结构的整体而后展开教学实践。

一、单元教学设计

1.单元教学规划

“认识化学变化”作为化学学习的核心主干知识，贯穿于化学学科每一阶段的学习之中，自化学学科学习之始就应开启感知、认识、表征、分析和应用。学生对化学变化的认识主要从三个维度发展（如图1 所示）：①维度一：认识到控制，即认识化学反应到控制化学反应；②维度二：定性到定量，即从关注反应的性质到关注反应中量的关系；③维度三：宏观到微观，即从物质层面逐步发展到从分子、原子层面。

图1 “化学变化”三维认识发展图

“认识化学变化”作为第四章，在“身边的化学物质”和“物质构成的奥秘”的学习后对化学变化从三个维度以整体视角再次深入认识是非常有必要的。第1节“常见的化学反应——燃烧”是定性认识化学变化；第2 节“化学反应中的质量关系”是定量认识化学变化；第3节“化学方程式的书写与应用”是化学变化的表征和化学反应中“量”的关系应用，这三节内容涵盖初中阶段认识化学变化的所有教学要求，所以本章作为化学变化的研究可作为独立单元进行规划（如图2所示），无需改变教材编排和结构。

图2 “认识化学变化”教学单元的构建

图3 单元教学设计与课时计划

图4 “蜡烛”系列实验之实验1

图5 “蜡烛”系列实验之实验2

图6 “蜡烛”系列实验之实验3

2.单元教学目标的设计

单元教学目标的设计须结合课程标准的要求，综合分析学生的基础以及教学资源，采取“中心目标+基本点”的表述方法；课时教学目标则是在中心目标指引下围绕课时内容的细化，其设计与表达遵循可观察、可达成、可测量的基本原则［3］。

表1 “认识化学变化”单元目标及课时目标

3.单元教学起点的分析

依据教材教学顺序看，通过前面三章的教学，学生对于“化学变化的认识”已经初步形成。从宏观物质转化层面，“反应物”是化学反应发生的内在充要条件，“反应条件”是化学反应发生的外在充分条件，而“生成物”是化学反应形成的一种结果。同时，也认识到通过“催化剂”能对化学反应速率进行一定的控制。从“定性”与“定量”的维度看，学生基本能认识到“在化学变化过程中反应物的质量都是在减少，而生成物的质量都是在增加，而催化剂的质量是不变的”。但是对于整个化学变化过程中体系的质量如何变化，学生缺乏深入的思考，没有理性的认识。至于化学变化过程中能量的变化，学生仅仅对“氧化反应一般能够放出热量”有感性认识，而对能量的测定以及精确利用是没有概念的。从微观认识层面看，在前面的学习过程中，学生初步形成“化学变化是生成新物质的反应”，同时也确立了“化学变化中，分子要被破坏为原子，而原子只是重新组合”这样的基本概念。但是“原子的重新组合”对化学变化在宏观、微观上究竟有什么影响，学生并不清晰。

4.单元教学活动的安排

单元教学目标需要通过课时教学落实，学生的学科素养就是在课时学习中不断自我建构、不断促进中获得发展。完整细致地安排单元教学活动，就是要从情境中引发问题，从问题中引导思维，从活动中完成建构。

二、单元教学课例

“常见的化学反应——燃烧”囿于教材编撰的特点，教师一般很少从化学学科本质出发设计教学活动，更多地从知识的应用价值出发，专注于知识的应用。查阅国内外教材：国内人教版教材“燃烧与灭火”相关内容作为“燃料及其利用”单元的第一课时，同时该单元作为“化学方程式”“碳和碳的氧化物”的延续，并未体现出燃烧在认识化学变化知识中独特的价值。查阅国内出版的国外化学教材：①美国《科学探索者》［4］中，作为”化学反应”章节的一部分，而且是控制化学反应后的一个知识应用；②美国《化学与社会》［5］中，作为“空气”章节的一部分，是作为化学变化认识的一个素材资源出现；③英国《GCSE 科学》［6］中，作为“空气质量”章节的一部分，燃烧是作为认识化学变化的一个重要的素材资源。所以为避免学生将“燃烧”的相关知识与后续“质量守恒定律”和“化学方程式”知识的学习割裂，教师有必要改变以往专注于燃烧知识应用价值的教学设计。

1.课时教学实录

引入：［演示实验］镁条燃烧实验

［提问］镁条燃烧实验的现象是什么？

［追问］复习回顾以前所学的物质燃烧实验，将相关燃烧现象填写到第92页表4-1中，并思考归纳燃烧的特征是什么？

教学环节1：认识燃烧的概念

［学生］燃烧是发光、放热的剧烈的化学变化。

［追问］燃烧的本质是一种化学变化。能否实验证明镁条燃烧是化学变化？

［学生演示并回答］将镁条燃烧后的白色粉末小心地倒在酒精灯火焰上，没有发生燃烧现象。所以燃烧后的白色粉末不是镁，因此镁条燃烧过程中物质发生改变，是化学变化。

教学环节2：理解燃烧的条件

［提问］燃烧是化学变化，化学变化有几个要素？

［学生］反应物、反应条件、生成物。

［追问］一个化学变化发生要满足几个条件？

［学生］至少要有反应物，并且还要满足反应条件。

［学习任务］观察教师演示如表2所示的“物质‘燃烧条件’的实验研究”的实验，并思考物质燃烧需要什么条件。

表2 物质“燃烧条件”的实验研究

［学生］燃烧所需要的条件有：①可燃物；②氧气；③可燃物温度要达到着火点。

［归纳］其中“可燃物与氧气”是化学反应的反应物，“可燃物温度要达到着火点”是化学反应的反应条件。

教学环节3：分析燃烧的控制方法

［学习任务］观察表3中所示关于“蜡烛”的系列实验并思考“实验”与“控制内容”哪一项相匹配。

表3 “燃烧”控制的实验

［学生观察实验并思考］匹配项依次是（1）、（3）、（2）。

讨论1：控制燃烧的发生

［提问］实验1控制化学反应“燃烧”的终止利用了什么方法？

［学生］“烧杯盖灭蜡烛”是“将可燃物与氧气隔绝”。“水浇灭蜡烛”是“将可燃物温度降到着火点以下”。“吹灭蜡烛”是“将可燃物温度降低到着火点以下”。

［追问］如何从化学反应的视角看这三种灭火的方法？

［学生］灭火的方法刚好就是破坏了燃烧的条件，其中“盖灭蜡烛”是破坏“反应物”，而“水浇灭蜡烛”和“吹灭蜡烛”是破坏了“反应条件”使化学反应停止。

在设计匹配网络之前，根据频率间隔和功率大小，做好设计规划工作，共塔频率之间的频率比原理上不得小于1.1，实际上最好不要小于1.5，否则很难做到理想的匹配网络。一个理想的天调网路应具备稳定性和可靠性，匹配状态良好，驻波比小于1.1，带宽足够大。

讨论2：控制燃烧的反应速率

［提问］实验2过程中可观察到的现象有什么？

［学生］发现有火焰从硬板纸盒子的开口处喷出。

［提问］上述实验现象说明纸盒内发生了剧烈的燃烧，请同学们从“燃烧的条件”分析该剧烈燃烧的过程。

［学生］可燃物是面粉；盒内存在氧气，同时燃着的蜡烛使温度达到面粉着火点。

［提问］为什么该燃烧现象如此剧烈，甚至可以理解为“面粉发生爆炸”，其原因是什么？

［学生］吹入气体使面粉扬起，增大了面粉与氧气的接触面积，发生了剧烈的燃烧。

［演示］

［提问］通过上述图7实验可知影响化学反应速率的因素有哪些？

图7 反应物浓度对化学反应速率的影响

［学生1］由蜡烛燃烧情况可知，反应物（氧气）的浓度对化学反应速率有影响。

［学生2］由氧气产生情况可知，催化剂对化学反应速率有影响。

讨论3：控制燃烧的生成物

［提问］通过图6实验我们发现在蜡烛火焰上方盖上白瓷板，白瓷板上有炭黑生成，与原有敞开燃烧的情况不同。究竟是什么原因导致的呢？同时燃烧生成物又有什么不同呢？请同学观察图8所示实验。

图8 蜡烛的完全燃烧和不完全燃烧实验

图9 “燃烧”教学板书设计

［实物投影］演示图8实验并将实验数据记录下表4中：

表4 气体报警器检测蜡烛燃烧实验数据记录表

［提问］蜡烛在充足的氧气中燃烧的生成物主要是什么？

［学生］蜡烛在充足的氧气中燃烧生成二氧化碳和水。

［提问］结合图6 和图8 所示实验，如果在氧气不足的情况下，蜡烛燃烧可能会生成什么物质？

［学生］在氧气不足的情况下，蜡烛燃烧可能生成炭黑和一氧化碳等物质。

［归纳］蜡烛在氧气充足的情况下发生了完全燃烧生成二氧化碳和水，蜡烛在氧气不充足的情况下发生不完全燃烧生成炭黑、一氧化碳和其他物质。这就是通过控制反应物的浓度实现控制反应生成不同的生成物。

［追问］通过对表4数据的分析，尤其是蜡烛熄灭时的数据，还给了你什么新的启示？

［学生］物质能否燃烧还与氧气浓度有关。

［结课并板书］

三、教学反思

基于大概念下的单元教学设计能充分符合学生化学学科核心观念发展的时序性、发展性、阶段性的要求，使单元教学的设计能尽量地浑然一体，使课时与课时之间的联系更为紧密，更有利于促进学生对化学核心概念的理解，便于学科观念的建立和发展。同时避免了单课时教学设计下，学生对化学概念学习的割裂性、过于细节化的倾向，尤其是本节“燃烧”的教学设计避免了过于关注知识应用价值，而忽略了所学知识本身所具有的学科价值，特别是对“物质是变化的，变化是可控的”这一核心观念的发展具有较大帮助。

在单元教学设计的过程中，教师自身对“燃烧”教学价值的认识，以及对学科大概念本身的认识、对单元教学的体会也在不断提升。所以单元教学设计促使教师对教学有了更高层次的思考，单元教学设计引导教师和学生共同成长。