大概念统领下单元作业的设计与实践

鲍文亮 李贝贝 周雯 韩佳睿

单元作业应以大概念为统领，将零散的知识联系起来，更有效地整合知识、技能和观念，实现各类真实情境的迁移；以单元结构为支撑点，通过功能型和主题型结构的设计，将基本的事实、知识、技能关联起来，形成一个有逻辑的单元知识架构；以综合实践类作业为生长点，引发学生深入思考，实现知行合一，进一步提升学生化学学科核心素养水平。

大概念；单元作业；氧化还原反应；离子反应

近年来越来越多的教师意识到作业设计的重要性，尤其关注情境化作业的设计，在达成作业既有功能的基础上，进一步发展学生的核心素养。然而相较于“点状”的课时作业，单元作业除了兼具情境性，还应具有一定的系统性、关联性和综合性，充分体现单元结构对学生化学学科核心素养发展的重要性。教师需要为单元作业找到“统领者”，发挥单元结构的力量。笔者以沪科版高一化学第二章第2节“氧化还原反应和离子反应”单元为例，谈谈单元作业的功能和价值如何在设计和实施过程中得以具体实现。

每一个单元作业的核心思想如果仅仅是课程标准中一个重要的教学目标，显然无法实现对课程内容的统整、组织和深入的探究。教师需要对本单元核心内容进行充分的理解，建立一个能够反映化学学科特质，居于学科中心地位的大概念。单元作业设计应以大概念为锚点，借助其具有的中心性、可持久性、网络状及可迁移性等特征充分揭示学科知识间的纵横关系，促进学生构建学科知识体系，理解学科大概念，从而解决社会生活中真实问题，达成学习要求。那么如何提炼出具有单元特点的学科大概念？又如何将抽象的大概念与学生的认知水平相融合？

2.1基于学科视角，聚焦学科素养提炼大概念

基于发展学生核心素养的化学单元作业设计是根据一定的主题教学内容，确定教学单元，构建知识体系，从化学学科核心素养内涵和发展水平出发，寻找合适的认识角度、认识思路以及相应的认识方式，形成化学学科特定的思维方式和思想方法。

大概念具有高度概括性、统摄性和迁移应用价值。大概念在对具体知识归纳整合的基础上建构，将化学知识与学科价值进行关联，引导学生积极参与综合实践类活动，解决真实化学问题。

高中化学学科的五大核心素养在教材的各单元中既相辅相成，又各有侧重。“氧化还原反应和离子反应”单元尤其突出“宏观辨识与微观探析”和“证据推理与模型认知”两种核心素养。“宏观辨识”为“证据推理”基于现象提供了感官认知，“证据推理”又对这种感官认知进行预测解释；“模型认知”为“微观探析”基于本质提供表征方式，“微观探析”又从离子或电子水平为模型提供特有的思维视角，最后达到认知物質世界的基本方法。作业无法直观呈现实验现象，素养仅停留在学生的思维层面，而符号表征则是本单元作业最直观的体现方式。基于学科本体和学生发展，本单元大概念聚焦在“透过现象看本质”，即现象是认识本质的外在体现，而本质则反映了现象。本单元作业的大概念与核心素养的关系如图1所示。

2.2基于大概念，依据学业要求确定单元主题

在大概念统领下，学生能够逐步领悟知识背后蕴含的化学观念，但是学生要迁移应用于新的情境中仍有一定难度。此时教师需要基于学业要求进一步针对大概念进行解构与提炼，以促进学生对学科观念的理解和自主迁移。在《普通高中化学课程标准（2017年版）》中“氧化还原反应和离子反应”主题的学业要求如表1所示。

分析本单元的学业要求，可以发现离子反应从实验现象、数据和图像等宏观现象出发，建立对电解质的电离和溶液中离子反应的微观探析。而氧化还原反应则通过物质的宏观现象来揭示物质的组成、结构、性质以及化学反应中内在变化的微观本质。基于“透过现象看本质”的大概念，本单元以符号表征构建起宏微结合的模型，进而解释氧化还原反应和离子反应的特征和规律，预测可能发生的化学反应。本单元作业的大概念与单元主题的关系如图2所示。

2.3基于学情，依据教学内容要求构建大概念的单元多重层级结构

大概念本身所具有的深度和概括性，对教师来说有很强的指导意义，但对学生来说很抽象，难以理解。氧化还原反应和离子反应是中学化学重要的理论知识，是中学化学教学的重难点之一。学生在初中阶段已经学习了化学反应的四种基本类型，但对溶液中所发生反应的认识还停留在宏观现象，学生无法从微观角度认识各种离子之间的重新组合，缺乏对反应实质的认识。学生在初中学习了化合价，但只是通过某个具体的化学反应孤立地理解氧化反应和还原反应，没有认识到化合价的变化与得失电子之间的关系，更无法理解氧化还原反应的实质。

教师应结合学生现有的知识基础和思维水平，基于单元主题，将大概念合理有效地分解为匹配教学目标的次级概念。在《普通高中化学课程标准（2017年版）》中，“氧化还原反应和离子反应”单元的教学内容要求如表2所示。

大概念中的“大”不仅仅能反映学科特质的深度，更应体现化学知识的广度，即生活价值。单元作业需围绕次级概念寻找作业的情境素材，让学生在真实情境中体验解决实际问题过程中的困惑和解决问题后的喜悦，构建如图3所示的本单元知识层级结构。该层级结构将本单元需要学习的次级概念作为理解单元大概念的支撑，并将日常生活、生产环保、实验探索和学术研究等相关素材与次级概念关联起来，形成一个有理念、有内容、有情境的单元多重架构。

综合以上三点，本单元作业的基本框架以大概念---“透过现象看本质”为统领，将氧化还原反应和离子反应联结为一个有组织体系的整体。将化学学科的核心素养作为理解大概念的认识思路，依托丰富多样的情境素材，突出单元主题，让学生的作业既基于学生已有的知识基础和生活经验又体现认识的连贯性和递进性，促进知识向素养的转化。

把握大概念，就能突出单元知识的本质要义，就可以对整个单元有一个初步认识，更能将零碎知识与技能“黏连”为一个整体，突出课时与课时之间的关系，支撑起单元的知识内容和素养水平。本单元作业共四课时，其中第一和第三课时分别是氧化还原反应和离子反应的首个课时作业，设置为递进型的功能型结构，层层深入，落实知识，提升能力，如图4所示；第二和第四课时，因有了前一课时的知识基础，设置为整体性的主题型结构，在大情境中提升高阶素养的水平，如图5所示。

3.1 以递进性的功能型结构提升学生的认知水平

该结构的五个板块无论从知识层面还是思维层面都逐层递进，符合学生对事物的认知梯度，进一步建构以化学学科核心素养为导向的作业结构框架，总体设计思路及各版块功能定位，如图6所示。

3.2 以整体性的主题型结构提升学生的高阶素养

知识本身是系统性、逻辑性的，作为知识的载体，作业的情境也应当是成体系的。有别于传统作业，第二和第四课时的作业以特定主题的形式贯穿始终，按照时间、空间等顺序逐步推进情境，在巩固并应用知识的同时，突出化学与生活的紧密联系，提升兴趣，拓展视野，有助于构建真实情境与学科大概念的内在联系。其中第二课时以试纸为研究主题，从常见的淀粉-KI试纸到自制的淀粉-KIO试纸，最后迁移到过氧化氢检测试纸的应用。

本单元作业的第四课时离子反应，以水资源为情境主题。下面是本课时作业各板块的设计意图和部分节选题目

地球上的水总体积约有13亿8600万立方千米，但陆地上淡水湖和河流的水量不到地球总水量的1% 。在水资源短缺越发突出的同时，人们又在大规模污染水源，导致水质恶化。如何化废为宝，源于人类对水资源的深入认识和处理方法。

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矿物质水，是指在纯净水的基础上添加了矿物质类食品添加剂而制成。矿物质水被认为比纯净水更有益健康，有助于避免人体矿物质缺乏。

下图是某品牌矿泉水标签的部分内容：

1.标签成分中的钾元素和镁元素，在矿物质水中分别以___、___形式存在。（书写微粒符号）

2. 矿物质水的导电性比纯净水强还是弱？理由是________________________。

请设计简单实验证明你的观点：_________________________________________。

3.通过计算得出一瓶该品牌矿物质水中SO 的物质的量约为_____mol。

该板块以学生生活中熟知的矿物质水为情境，通过阅读矿泉水瓶上的标签，分析矿物质水中的实际微粒，进而从导电性的角度进行宏观辨识。通过将宏观辨识基于生活，在完成作业的过程中更能拉近与学生的距离，激发学生学习化学的兴趣。

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1.向矿物质水中加入一定浓度的BaCl溶液，会看到什么现象？

结合该反应主要微粒的示意图（见右图），发现矿物质水中反应前后微粒数目基本保持不变的有__________，数目明显减少的有___________，请书写相应的离子方程式____________________。

2.向该矿物质水中加入一定浓度的Ba（OH）溶液，在下图中将反应后的微粒符号补齐。

设计意图：

该板块以展示矿物质水中相关微粒的种类和数目模型的形式，探析微观粒子间的作用，帮助学生使用化学模型进行推理演绎的能力。通过将反应后的微粒符号补齐的方法促使学生从微观角度认识物质在水溶液中的存在形态及行为，达到宏微结合的视角水平。

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典型的饮用水处理厂其处理装置如下图所示：

1.目前国内最新型的自来水复合絮凝剂，采用聚合氯化铝（PAC）、多糖（PS）和改性淀粉（MS）等为主要原料，具有质优、价廉和环保三大特点。

该新型絮凝剂的主要成分聚合氯化铝（PAC）溶于水后产生的铝离子与水反应形成絮状的氢氧化铝凝胶，请用离子方程式表达产生氢氧化铝的过程：_______________________。

2. 对于饮用水处理至关重要的是除去致病微生物。消毒常用的手段有氯化处理法。氯化处理常加入氯气或次氯酸钙，它们所产生的杀菌剂都是次氯酸。请用离子方程式分别表达加入氯气或次氯酸钙产生次氯酸的過程：________________________________。

本版块以饮用水处理厂为情境背景，通过自来水净水原理的分析揭示微观粒子的变化。通过离子方程式的正确书写，将宏观物质和微观反应过程建立有机联系。本课时作业的前三个版块，帮助学生在“宏观—微观—符号”三种表征方式之间灵活转换，形成化学学科特有的三重表征的思维模式。

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TDS水质检测笔是一种简易便携式水质测试工具。TDS是水的纯净程度的一个重要指标。水越纯，含离子浓度越小，电导率越小，TDS数值就越小。

某学习小组利用水质检测笔，通过Ba（OH）粉末、水、0.1mol/L HSO溶液探究离子反应发生的条件。

实验方案：向烧杯中依次加入下列试剂，记录过程中TDS数值变化。

1.完成并填写表格中的相关内容。

2.请在下图中画出实验③随着硫酸的滴入，溶液的电导率及pH的变化趋势。

选用TDS水质检测笔测定溶液中离子浓度的大小，引导学生依据测定的读数进行宏观辨识，建立电离的概念，并通过分析动态数据变化的原因诊断并发展学生宏观辨识素养的水平。引导学生将自己对微观的理解用化学语言的形式表征出来，感受化学符号的简洁美，升华微观探究水平。通过学生亲手绘制向氢氧化钡溶液加入硫酸过程中电导率及pH的变化趋势，从微观层面解释宏观现象，培养从宏微结合的双重视角看待化学物质的能力。

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黄河称为“母亲河”，其中上游以山地为主，中下游以平原、丘陵为主，最后流入渤海。

黄河主要离子含量 （mg/L）

1.为了确定黄河水中的负离子，某研究小组进行了如下实验，请你参与探究与分析。

2.黄河流域沿途工业污水的任意排放是造成黄河水质恶化的最大隐患。

工厂常利用石灰浆做高浓度含氟废水的粗处理剂。已知：氟化钙难溶于水，请写出石灰浆处理含氟废水过程中的离子方程式：___________________________。

本版块以“母亲河”——黄河为情境背景，聯系生产、生活、社会等实际情境，培养学生应用所学知识解决实际问题的能力。通过对黄河水中负离子的探究，落实常见离子检验的基础知识并发展学生实验设计的能力。利用石灰浆做高浓度含氟废水的处理剂倡导学生主动珍惜水资源和保护环境，培养学生科学态度与社会责任的核心素养。

就像我们呼吸的空气一样，水对生命至关重要！从自身做起，每一份努力都在致力于保障水的可持续利用，延续人类持久健康的发展。

基于大概念的作业不仅仅是书本上知识的应用，更应让学生在实际生产生活中通过大概念的理念启发学生潜能，关注社会，解决实际问题。常规课时作业的主要功能是落实基础，提升能力，而综合实践类作业基于已有知识来引发学生深入的思考，促使学生在活动过程中实现“知与行”、“动手与动脑”的结合与统一。本单元每个课时的最后一题均为综合实践类作业，不仅与课时中的常规作业有一定相关性和延续性，且具有开放性和分层性，学生可以根据活动指导自主选择作业的难度和类型。

第四课时的综合实践类作业是设计自来水处理厂及水处理工艺流程。

上海杨树浦水厂始建于1881年，是全国供水行业建厂最早，生产能力最大的地面水厂之一，满足了杨浦、虹口、普陀、静安、宝山五个区近200万市民的生活用水和工业用水。

假如你和你的团队受聘于杨树浦水厂改建工程，你的团队准备如何设计自来水处理厂及水处理工艺流程，为上海市民送去洁净健康的饮用水呢？

1.思考厂址的选择方案；

2.设计水厂处理工艺（探寻废弃物资源化）；

3.投资估算与成本分析。

以小组为单位，根据设计方案，绘制工艺流程的海报，阐述水厂设计的合理性，分享设计过程中的心得体会。

该板块作业在设计中通过活动指导提供给学生一定的方法和思路，有助于学生更好地参与活动并在过程中给予自己即时评价。此类综合实践类作业，教师不仅要关注学生最终作品，更应在学生活动过程中给予学生过程性评价，并注重最终成果展示过程中学生的交流和反思。第四课时“自来水厂工艺流程”学生自制的海报作品，如图7所示。

单元作业是课程的一种形态，是课堂教学的补充和延续，应聚焦核心素养、突出知识认知的功能和价值，重点提高学生的学科理解能力，建立“知识、能力、素养”三位一体的化学作业设计体系。单元作业的设计应基于指向学科核心的大概念，搭建起支撑单元知识、能力和素养的立体单元结构，并通过综合实践类作业及相应的过程性评价最终实现促进学生全面发展的目标。

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[3]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（ 2022年版） ［S］．北京：北京师范大学出版集团，2022：12.

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