基于大概念发展学生“模型认知”核心素养的单元教学设计与实践

［摘 要］单元教学有助于学生对化学知识形成结构化认识，有利于提升学生的化学学科核心素养。通过“能量转化及能量守恒”大概念统领原电池的相关概念及知识，开展“化学能转化为电能”的单元设计与教学，使3个课时的教学由浅入深，层层递进。在教学中，应用思维型课堂教学策略，在真实情境中，调动学生实验、讨论、分析、图示、想象等高级思维活动，发展学生的“模型认知”核心素养。

［关键词］大概念；模型认知；单元教学；化学能；电能

［中图分类号］" " G633.8" " " " ［文献标识码］" " A" " " " ［文章编号］" " 1674-6058（2024）17-0069-04

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》指出：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，促进学科核心素养的落实[1]。为了进一步落实学科核心素养的培养，发挥课程育人功能，需要在学科课程的教学中，设计和组织以素养为本的大单元教学，帮助学生构建学科知识系统，形成学科基本观念，提高学科实践能力[2]。本文以“化学能转化为电能”为主题，基于大概念整合人教版高中化学必修第二册的“化学反应与电能”及选择性必修1的“原电池的工作原理”“原电池”两部分的课程内容，设计单元教学，提炼原电池的思维模型。实践表明，这样的教学设计，打破了课程模块之间的学习壁垒，进一步明确了学生认识“化学能转化为电能”的思路与方法，有利于发展学生的“模型认知”核心素养。

一、教学现状与教学内容分析

（一）教学现状分析

素养为本的教学单元不同于教程编排中呈现出的自然单元，在教学内容的选择与组织上不拘泥于教材学习内容的编写体系，可以是学科间或学科内的排列组合，借任务、问题、项目等重组知识内容，促进跨学科、跨领域的知识建立联结，以及新旧知识、直接经验与间接经验的融合[3]。很多学校在高一第一学期结束后就实施了选科分班，对于已经确定要选考化学的学生来说，对不同模块的学习内容进行整合，不仅能合并相似内容的学习，提高学习的效率，还有利于促进知识的结构化，加深学生对化学知识的理解。

学生在初中学过蒸发、气化、凝固等物理状态变化中的能量变化，对于能量的相互转化、能量守恒已经有了一定的认识。在人教版高中化学必修第一册中，学生学习了氧化还原反应、电解质以及离子反应，对于氧化剂、还原剂、电子转移、氧化还原方程式的书写、电解质溶液的导电性、离子反应的实质、离子方程式的书写等有较深体会。学生在物理中学过电流、电路等，但不清楚如何将氧化还原反应中的电子转移转化为电流。学生在生活中使用过各种干电池、纽扣电池、手机电池等，但不清楚这些电池的工作原理，更不清楚电池性能优化的方向及重要性。

（二）教学内容分析

本单元通过化学反应过程中的物质变化与能量变化，将离子反应、氧化还原反应、原电池的相关知识点进行融会贯通，使学生认识能量转化形式和转化途径的多样性，以及化学能转化为电能对装置的独特要求，学会运用原电池的思维模型认识并分析陌生的化学电源的工作原理。本单元的化学知识结构如图1所示。

化学反应中的化学能可以转化为热能、电能、光能等不同形式的能量，在转化的过程中遵循能量守恒定律。本单元的教学设计中，通过“能量转化及能量守恒”这个大概念，将化学能转化为电能中的能量转化形式、转化所需装置、转化所需条件、转化效率优化等教学内容有机整合，以增进学生对核心知识、关键方法的理解（如图2）。

二、单元教学目标及教学整体思路

（一）单元教学目标

原电池是高中化学核心内容之一。从必修第二册的“化学反应与电能”，到选择性必修1的“原电池的工作原理”“化学电源”，教学内容由浅入深，学生认识水平层层进阶；不同的知识内容蕴含不同的化学学科素养，其中原电池思维模型的提炼与优化可有效提升学生的“模型认知”核心素养。据此，制订如图3所示的教学目标。

（二）单元教学整体思路

课时1要求学生理解化学能转化为电能的可能性及途径。课时2要求学生理解氧化剂与还原剂不接触也能反应的原电池工作原理。课时3要求学生理解由更陌生的氧化还原反应、更陌生的离子导体等构成的原电池的工作原理。学生的认识水平从“化学能转化为电能”到“提高转化效率”再到“清洁、高效地转化”逐层提升。原电池模型从“单液原电池模型”到“双液原电池模型”再到“一般原电池思维模型”逐层提升。单元教学整体进阶思路如图4所示。

三、单元教学设计

本单元采用思维型课堂教学策略，通过“创设问题，激发动机”环节导入课堂，激起学生学习的兴趣；通过“思维互动，主动构建”环节开展学生活动，让学生在真实的情境中自主构建原电池的思维模型；通过“思维监控，梳理归纳”环节小结、反思、修正自我构建的原电池模型；通过“拓展提升，迁移应用”环节进行变式模拟，应用模型解决问题。各课时教学设计分别如表1、表2、表3所示。

四、单元教学实践反思

（一）充分利用实验搭建认知情境

本单元的探究实验素材非常丰富，根据单元设计的目的，可以选择合适的实验搭建认知情境，让学生在真实情境中构建模型，发展化学学科核心素养。除了课本上的原理探究实验，本单元还增加了陌生原电池探究实验、干电池拆解实验、氢氧燃料电池探究实验等，通过一系列的原电池工作原理探究实验，让学生在真实情境中分析、理解原电池原理，自主构建模型、迁移应用模型。学生通过动手实验将化学能转化为电能，使小风扇转动，真切感受科学不是冰冷的文字，而是可以将知识转化为技术的力量，进而增强学生的求知欲。

（二）开展多种活动形式，使学生思维外显

在单元设计的过程中，尽量充分调动学生实验、讨论、分析、图示、想象等高级思维活动，通过具体的情境和实例来把握原电池及其工作原理，完成从“生动的直观”到“抽象的思维”的转化过程。在探究原电池的工作原理时，引导学生从回路的角度分析电子和离子的移动方向，并用画图的方法展示。在设计原电池时，让学生选择材料设计出装置图，再进行实验探究及评价。

课堂上通过各种活动让学生的思维外显，同时，及时鼓励学生勇于尝试与创新。在设计燃料电池时，有不少学生展开想象，设计出了与课本不同的装置图，虽然这些装置图可能并不完美，但它们充分体现了学生活跃的思维，培养了学生积极思考、勇于创新的精神。

［" "参" "考" "文" "献" "］

[1]" 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准：2017年版2020年修订[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2]" 王云生.“常见无机物及其应用”大单元教学的设计与组织[J].福建基础教育研究，2022（10）：114-116.

[3]" 雷浩，李雪.素养本位的大单元教学设计与实施[J].全球教育展望，2022（5）：49-59.

（责任编辑 罗 艳）