基于化学核心素养的大概念单元教学设计理念与实践——以九年级“溶液”主题为例

单媛媛，郑长龙

《义务教育化学课程标准（2022 年版）》（以下简称“新课标”）指出，义务教育化学课程有利于学生形成物质及其变化等基本化学观念，发展科学思维、创新精神与实践能力，养成科学态度和社会责任，为学生的终身发展奠定基础。“新课标”基于“少而精”的原则，结合学习主题特点，明确了5 条大概念及其具体内涵，并倡导基于大概念的建构，整体设计和合理实施单元教学[1]。如何抽提凝练主题大概念，并结构化地进行单元教学设计，是实施大概念单元整体教学的关键。为此，在探讨基本路径和设计理念的基础上，结合九年级“溶液”主题，进一步呈现大概念单元教学的实践样态。

一、大概念单元教学是素养为本教学的关键

“新课标”明确了大概念反映学科本质，具有高度概括性、统摄性和迁移应用价值，单元形式承载素养为本教学的要求，基于整体设计目标直指学生的理解和迁移，因此基于大概念的单元教学是推动素养为本教学落地的有效路径。

（一）准确聚焦大概念是素养为本教学的根本保障

大概念的使用萌芽于教育家杜威，之后作为学术概念在教育领域提出并受到关注，目的是解决学生所学知识“多而散”的问题[2]。对于大概念的价值和意义，目前国内外研究者已经达成普遍共识，大概念具有能够切实发展学生化学观念、结构化统整化学学科知识、有效解决真实情境问题的价值，其本身兼具认识论、方法论和价值论的功能，并具有广泛迁移能力的意义结构，独特的结构性决定了它对学生学习及发展的整合作用[3][4]。大概念并非追求体量大、外延广，而是在本质上指向整体思考和系统思维，注重学生的深度理解和迁移应用[5]。

能够准确聚焦特定主题的大概念是素养为本教学的根本保障和前提。目前较多研究聚焦于探讨大概念的意义和价值，对于聚焦特定主题的大概念的关注和研究相对较少，基于化学学科特点提出明确的大概念抽提路径，结合具体主题聚焦大概念切实联系教学实践，是保证素养为本教学理论研究和实践落地的关键。

（二）单元教学是实施素养为本教学的有效方式

核心素养的培养和发展具有综合性和整体性，不能仅依靠某一知识点或某一节课的学习来实现[6]。素养为本的教学需要从知识点的内容整合，转变为基于学生深度认识理解和问题解决迁移的多重整合。需摒弃以知识点或单一课时为单位的碎片化设计，走向以整体和完整为原则的有序化学习历程设计。学生在学习中经历认识、理解、迁移和反思的全过程，实现教学内容和教学方式有效变革，凸显素养导向教学的真实性和整合性的内涵特征。单元教学作为实施素养为本教学的有效方式，其顺应了素养为本教学的需求，打破教材顺序下的学科自然单元，将问题、任务、评价等教学要素紧密围绕单元学习目标进行关联整合和组织，引导跨学科内容的连接和实践，突出了教学的逻辑性和系统性。由此可见，单元教学是实现核心素养教学的必然选择[7]。

基于大概念实施单元教学，对于素养教学视域下的理论研究和教学实践具有重要价值，但其落地的关键一方面在于能够准确聚焦特定主题的大概念，另一方面在于能够提出结构化设计路径。

二、系统抽提、持续聚焦特定主题的大概念

系统抽提体现在遵循“基于学科理解探寻大概念、基于学习进阶明确大概念、基于单元整体落实大概念”的实践路径，不断深入凝练明确特定主题的大概念，并在“学科”“学生”“教学”三个视角的深入和转换间，逐步聚焦至与学生各学段素养发展相适切的主题大概念。

（一）基于学科理解探寻大概念

学科理解，是指教师对于化学学科知识及其思维方式和方法的一种本原化、结构化的认识。基于学科理解，能够有效抽提学科主题的素养功能价值[8]，对于教师从本原理解主题的学科功能价值，在顶层进行单元整体设计具有指导意义。

“对于化学，最有意义的宏观系统是混合物，更准确地说，是溶液”，彭笑刚在《物理化学讲义》中指出，“如果没有溶液，化学将无法在科学世界里拥有一级学科的地位。化学过程中最重要、最常见的过程都与溶液有关”[9]291。通过对溶液主题学科本体内容进行学科理解，可以从溶液作为混合物的状态表征、平衡特性和分离纯化三方面，凝练出3 个主要的具有主题特质的大概念，分别为“通过构建修正理想模型定量表征物质的状态”“溶液作为混合物的独特性通过相平衡体现”“以溶液相平衡为基础实现混合物分离提纯”。

1.通过构建修正理想模型定量表征物质的状态

空气和溶液作为人类最早接触的气态和液态混合物，除描述物质的比例关系外，构建并修正理想模型是化学学科定量表征其组成与性质的重要手段。例如对于气体物质，通过对气体特性的经验认识，构建了理想气体理论模型，即假设“具有确定单元结构的分子不断运动，其尺寸远小于它们之间平均距离，忽略分子间相互作用，所有碰撞都是弹性碰撞”，运用理想气体状态方程“PV=nRT”对其进行定量表征，通过对方程的修正可实现对实际气体组成与性质的描述。热力学视角的引入进一步实现了通过化学势（μi）对理想气体混合模型的建立，即多种理想气体形成混合物时，过程自发，混合内能变化（Δ混U）和混合焓变（Δ混H）总是等于零，混合的唯一动因是系统内部的熵（Δ混S）增加。

气态理想混合物的研究思想指导着液态混合物（溶液）的研究，而液态物质与气态物质最重要的区别在于凝聚态分子之间的相互作用是时时存在、不可忽略的，因此我们假设“如果各个液态组分分子相互作用、分子形貌（大小及构型等）几乎不可区分，且混合后各种分子之间相互作用及堆积方式与各自纯态保持不变，那么该液态混合物为理想溶液”，目的是在规定Δ混V=0 的前提下，保证与理想混合气体一样Δ混U 和Δ混H 等于零的假设。虽然实际情况是绝大多数的溶液并非理想液态混合物，如两种液体混合前后体积会发生变化，固体不能无限溶解于水中都有一定的溶解度等，但是同样，我们可以通过进一步修正理想液态混合物的模型（增加活度和活度系数作为参数）来表征实际溶液的状态。从熵到吉布斯自由能、到化学势、到热力学浓度、再到活度与活度系数，形成了理解和表征溶液化学的逻辑链条。

2.溶液作为混合物的独特性通过相平衡体现

对于溶液相，不同于气相和固相混合物，其本身不大可能独立存在，更多的是与它的饱和蒸气、溶质固体、或者另一个溶液相共存。因此，要真正理解溶液，必须综合考虑这些相关的相以及它们与被研究溶液相的关系。“平衡”是化学学科的重要概念，我们常利用平衡概念来研究和表征化学系统。通过不同的强度性质可以表征热平衡、力平衡、相平衡、化学平衡，进而有效地反映系统内、外之间的变化趋势。例如，通过温度（T）衡量热平衡、压强（P）衡量力平衡，二者可以确定系统与环境之间的平衡，即外平衡。相平衡作为系统的内平衡，我们可以运用化学势（μi）作为其衡量的参数[9]350-351，而化学势又与热力学浓度密切相关。

基于热力学第二定律我们知道，任何过程发生的决定因素是系统熵和系统焓（即环境熵）的变化趋势，而对于理想溶液形成过程，在假定系统焓变为零的前提下，唯一决定因素就是系统熵，而这个关键因素是通过浓度（摩尔分数）体现的，其在本质上代表着均相混合系统的理想位置熵变，从而决定了体系的化学势。因此浓度（摩尔分数）作为系统的内平衡参数，与温度、压强一起构成了研究平衡状态下溶液系统（更广义地，混合系统）的基本坐标。也许对于化学初学者来说，浓度只是一种物质量的计量单位，但其实浓度在化学学科中的核心位置并不是作为计量单位而存在，而是作为溶液理想系统熵、内平衡的代表量度，这一量度在实际溶液中通过活度和活度系数体现[10]。

3.以溶液相平衡为基础实现混合物分离提纯

萃取、结晶、蒸馏是色谱方法发明以前三种最常用而有效的纯化和分离手段。这三种实验操作方法有一个共同的特征：都是以相平衡为基础的。其中蒸馏以气-液平衡为基础，萃取则以液-液平衡为基础，结晶以固-液平衡为基础。三种分离提纯方法的建立，反映了人们对三种平衡特性的深刻理解。

对于平衡状态下溶液的研究，通常蕴含着体系处于“饱和”“极限”的状态，对于固-液平衡的结晶过程，溶解度是重要的概念，溶解度的存在见证着与溶液相关的丰富相平衡现象。从热力学视角，溶解度的存在，实际是溶液相平衡的体现，以浓度（摩尔分数）为基础可定义溶解度为：“在给定温度和压强下，一种物质在某个溶液的溶解度等于溶液其他组分物质的量数不变条件下该物质在溶液中的最大摩尔分数”[9]365。通过浓度（活度）、温度、压强勾勒出溶液相关平衡系统，并以相图的形式表征呈现，这就成为了我们改变条件进行化学实验分离纯化操作的根本原理和理论基础。

（二）基于学习进阶明确大概念

学习进阶，是指在一段时期内，学生学习或探究某主题时，其思维方式可能连续且不断地精致化发展的描述[11]。《普通高中化学课程标准（2017年版）》中也明确指出，“学生化学学科素养的发展是一个持续进步的过程”[12]，具有连贯性、阶段性和发展性。学习进阶为主题核心素养发展的系统规划、各学段主题单元教学目标的明确、基于表现预期的学生评价提供了科学的理论依据。

课程标准是梳理和设计学习进阶的重要依据之一。因此，首先对义务阶段和高中阶段关于溶液主题的内容要求进行了整理汇总；其次，基于内容要求抽提出不同学段该主题学生素养发展的认识进阶；最后，结构化地呈现学生认识进阶与学科大概念之间的关系，从而明确主题要发展学生的学科大概念（如图1 所示）。

图1 “溶液”主题学生认识进阶与学科大概念的关系

通过对图1 分析可以看出，在“溶液”这一主题下，从小学到高中选择性必修阶段，学生的认识对象经历了从生活向化学，从单一物质到反应体系的发展；认识过程从溶解这一物理现象，深入至化学反应，同时伴随着从定性到定量的思维发展。进一步抽提可以发现，对于这两个过程的认识，均是基于“限度”“能量”“条件”这三个基本的学科视角，并最终指向了“物质组成”和“反应限度”两个学科大概念。

（三）基于单元整体落实大概念

构建符合学段素养发展要求的主题大概念层级，并确定单元教学课时总目标序列及逻辑关系，是落实大概念教学的重要环节[13]。

基于学科理解和学习进阶的分析，在九年级溶液主题的学习中，最终确立“物质组成”“能量变化”“溶解限度”“条件调控”4 个主题大概念，结合课程标准内容要求以及教科书内容，最终绘制了学科大概念——主题大概念——主题核心概念——主题基本概念的4 级概念层级图（如图2所示）。主题大概念既是学科大概念在该主题的具化，也是对主题核心概念、主题基本概念的概括和统摄，主题核心概念是单元教学的核心，而主题基本概念则是各概念层级建构的知识内容基础。

图2 “溶液”主题概念层级图

基于上述分析，对溶液主题最终共设计了5个课时进行教学，并对课时之间的逻辑关系进行了呈现（如图3 所示）。课时1 聚焦于“物质组成”大概念，课时2、3、4 分别从“能量变化”“溶解限度”“条件调控”深入学习物质的溶解过程，最后课时5 从“迁移应用”的角度进一步整合发展学生“定性定量”结合视角解决真实问题的素养。

图3 “溶液”主题单元教学课时总目标及逻辑关系

三、指向学生核心素养发展的单元教学设计

在明确了特定主题单元教学的各个课时总目标后，需要进一步将课时总目标拆解为课时学习目标，并在此基础上形成课时学习任务序列，并构建指向学习目标的多样化持续性的学习评价。

（一）逻辑拆解总目标为课时学习目标

拆解课时总目标时需要思考和明确如下问题：如何能够有效地对总目标进行拆解？拆解的逻辑类型有哪些？通过理论研究和教学实践的分析，总结梳理出并列验证、递进验证、并列组合、直接递进、冲突递进、迁移递进6 种常见的课时总目标拆解逻辑类型，具体类型与示例如表1 所示。

表1 课时总目标拆解类型与示例

基于上述课时总目标的拆解逻辑类型以及“溶液”主题单元教学课时总目标，对“溶液”主题的课时总目标进行拆解，最终确定了每个课时的具体学习目标，如表2 所示。

表2 “溶液”主题各课时具体学习目标

（二）本原性问题驱动挑战性学习任务

在确定了课时具体学习目标的基础上，接下来需要思考什么样的学习任务能够达到预期学习目标？学习任务的设计和实施应具有挑战性，兼具培养学生的学科特质性思维和一般性思维，围绕本原性问题设计和驱动学习任务具有重要的价值。在科学实践中，科学问题是科学研究的起点；在学科理解中，本原性问题是知识深化组织的起点；在课堂教学中，真实适切的本原性的问题能够有效开始学习任务，促进学生的深刻思考，启发学生的高阶思维[8]。问题具有组织、定向、激励、评价等功能，是课堂教学的重要要素，同时属于认识论和方法论范畴，因此问题既是知识载体，同时对问题解决和探索的过程，即学习任务的完成，又是学生认识思路与方法获得的过程。

课堂中本原性问题的提出既要与学习目标相一致，又要与学生认识视角与思路建构相一致，进而使学生素养发展与课程标准要求相一致。本原性问题可分为认识性和实践性两大类，认识性问题以学科主题核心概念的建构为主要线索组织学习任务，在明确学生已有知识的基础上，发展学生对主题核心问题的深入理解和认识视角的转变，核心在于指出和解决学生的认知冲突进而发展学生的核心素养。实践性问题以真实情境问题的解决为主要线索组织学习任务，在生产生活实践和课程标准素材中寻找合适的教学问题，基于学科视角和跨学科视角解读问题情境中的关键信息，将实际问题与学科问题建立关联，确定问题解决的研究域，在选择的特定视角下对实际问题进行拆解和分析，提出和选择合理的解决问题模型或方案，并对其进行论证和实施，在此过程中尽量保证明线问题解决逻辑和暗线核心概念建构逻辑的一致性，核心在于教学素材的真实性和连贯性。

学习任务的完成过程是对问题的回应和解决，既是理解与解构的过程，也是决策与选择的过程，同时也是思维运演与行为操作的过程，进而促进学生经历深度思考和实践探究。基于本原性问题的解决过程，可以将学习任务分成解析性、建构性、验证性、拓展性4 类。解析性学习任务指向培养学生界定、分解、确定目标的能力以及分析性和批判性等思维；建构性学习任务指向培养学生提出假设、建构模型的能力以及发散性、类比、模型等思维；验证性学习任务指向培养学生设计方案验证、逻辑论证的能力以及逻辑性和收敛性等思维；拓展性学习任务指向培养学生拓展迁移、深化应用以及拓展性和系统化等思维。表3 举例呈现了“溶液”主题课时3、课时5 的本原性问题和学习任务。

表3 “溶液”主题课时3、课时5 本原性问题和学习任务

（三）持续性开展目标导向的学习评价

大概念单元教学的学习评价应遵循“教—学—评”的一体化、一致性、层次性和多样性，一方面，将评价镶嵌于教与学的互动过程之中，即教学、学习与评价三位一体共同指向目标，充分发挥评价的诊断、改进、调节、激励的功能[15]；另一方面，开发细致化多样性的评价工具进行持续性评价，特别强调“为了学习的评价”与“作为学习的评价”，最终实现“以评促教、以评促学”的效果。

基于表现预期的课堂评价。学生完成挑战性学习任务过程中，可通过指向学习目标的具体表现期望，明确划分不同水平进阶，发挥评价的诊断功能（如表4 所示）。之后教师可以通过不断追问和正向激励的方式，显性化引导学生在任务实践过程中，进行自我反思性评价，不断改进和调节。

表4 指向学习任务的课堂表现评价

基于单元学习的总体评价。首先，需要构建与单元整体学习目标一致的总体评价标准，对学生的表现程度进行细化，明确各水平的行为表现特征（如表5 所示）；其次，基于评价标准可以开发多样化的评价工具，如课后作业、纸笔测试、观察量表、作品展示、档案袋评价等，定性定量相结合地对学生的学习过程和结果进行持续性的评价；最终，基于综合性的评价结果对学生的素养发展提出适切性和针对性的建议，从而帮助培养学生自我反思习惯，提高自我监督、自我提升的能力。

表5 “溶液”单元学习总体评价

本研究以学科知识认识发展为基础，以各学段课程标准为依据，以学生素养发展为目标，逐步聚焦特定主题的大概念，基于表现预期的课堂评价与基于单元学习的总体评价，相辅相成，系统性、结构化地构建了大概念单元教学设计过程，从而实现了核心素养落地从设计向实践的转化。在新课程改革的背景下，基于化学核心素养的大概念单元教学设计对于教师和研究者均提出了重大挑战，深入而持续地探索与研究任重而道远。