核心素養(yǎng)發(fā)展視角下的“單元設(shè)計”

褚幼萍

摘要：在核心素養(yǎng)發(fā)展為本的背景下，以“化學(xué)生電記”單元為例，從單元確定、內(nèi)容安排、學(xué)習(xí)活動等方面闡述如何開展“單元設(shè)計”教學(xué)，努力建構(gòu)主題式、結(jié)構(gòu)式、體驗式的課堂教學(xué)，以關(guān)注知識與素養(yǎng)的融合為重點，凸顯學(xué)科本質(zhì)與思想方法的滲透，促成“知識中心”到“素養(yǎng)中心”的轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);單元設(shè)計;化學(xué)生電

文章編號：1008-0546（2018）12-0050-05中圖分類號：G632.41文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.017

一、核心素養(yǎng)的發(fā)展提倡“單元設(shè)計”教學(xué)

基于核心素養(yǎng)發(fā)展為本的教學(xué)是當(dāng)前基礎(chǔ)教育階段的變革趨勢和必然要求。每一個學(xué)科的核心素養(yǎng)對人的發(fā)展有其獨特的作用，也應(yīng)該承擔(dān)起它在每個階段促進學(xué)生成長的必要責(zé)任。高中化學(xué)核心素養(yǎng)包括了宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、實驗探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)精神與社會責(zé)任五個維度，它集中體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的思想、觀念、情感、態(tài)度等價值元素，具有廣泛的遷移作用與持久的解釋效應(yīng)，是學(xué)生適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的化學(xué)關(guān)鍵能力和化學(xué)學(xué)科品格。

然而，素養(yǎng)不是說教和灌輸就能速成的，它需要在長期的學(xué)習(xí)活動與開放的實踐體驗中不斷內(nèi)化而成，這就需要更多主題式、結(jié)構(gòu)式、體驗式的學(xué)習(xí)活動來完成。傳統(tǒng)的“單課時”教學(xué)模式在這方面便會暴露出它的局限性。當(dāng)我們在指責(zé)一些課堂教學(xué)過于偏重知識與技能的單一目標(biāo)，而忽視了過程與方法、情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)的時候，是否想過后者是需要在系統(tǒng)長期的課程中才能達成的。因此，“核心素養(yǎng)”一經(jīng)提出，常規(guī)的教學(xué)模式就面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，“單元設(shè)計”的教學(xué)模式也就成為新的變式方向。單元設(shè)計打破了單課時的束縛 [1]，能將零散的知識組合成一個個結(jié)構(gòu)化的版塊，能在這些版塊的鋪陳中，把學(xué)科觀念、學(xué)科思維、學(xué)科能力逐步展現(xiàn)與提煉出來，最終匯總成學(xué)科核心素養(yǎng)，實現(xiàn)了從“知識中心”向“素養(yǎng)中心”的轉(zhuǎn)變。

單元設(shè)計教學(xué)要求教師整體把握教材，高屋建瓴地俯瞰學(xué)科知識體系，然后勾勒出一個個大主題，再相應(yīng)地規(guī)劃課時與知識內(nèi)容，并有序地開展學(xué)習(xí)活動，使教學(xué)變得更具系統(tǒng)性和關(guān)聯(lián)性。教學(xué)單元可以由教師根據(jù)自己的理解設(shè)定，然后在明確的主題下，選擇、調(diào)整和補充教材內(nèi)容，組編成單元版塊。以蘇教版專題2第三單元的教學(xué)為例，我們可以將“化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化”、“化學(xué)電源”整合為一個單元結(jié)構(gòu)，主題設(shè)定為“化學(xué)生電記”，按照“怎樣用化學(xué)生電”、“化學(xué)為什么能生電”、“化學(xué)生電的初步應(yīng)用”、“化學(xué)生電器的發(fā)展”這條線索展開。它遵循了歷史發(fā)展順序，便于將現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)、深入研究、觀點提煉、原理應(yīng)用等事件背后蘊含的素養(yǎng)一并顯現(xiàn)出來，讓學(xué)生感受到學(xué)科知識形成的過程中，學(xué)科素養(yǎng)所賦予的功能價值。

二、“單元設(shè)計”教學(xué)的內(nèi)容組建

怎樣以核心素養(yǎng)為本進行單元設(shè)計呢？本文分成三個步驟完成：首先提煉出與本單元最密切相關(guān)的核心素養(yǎng)要素。新課標(biāo) [2]指明：知道化學(xué)反應(yīng)可以實現(xiàn)化學(xué)能與其他能量形式的轉(zhuǎn)化，以原電池為例，認識化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能;并有素材建議：電池的歷史沿革與發(fā)展，如伏打電池的發(fā)現(xiàn)、干電池的改進、燃料電池的應(yīng)用。本單元教材內(nèi)容承載著豐富的學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵，下表1羅列出其中一部分。如果再結(jié)合教材模塊順序，我們發(fā)現(xiàn)此處可以側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認知”和“科學(xué)探究與創(chuàng)新精神”兩大素養(yǎng)，這也比較契合我們的單元主題。

其次，我們需要對核心素養(yǎng)賦予本單元的思想意義進行解構(gòu)?！霸姵亍崩碚搹呐既滑F(xiàn)象中被發(fā)現(xiàn)到推廣應(yīng)用，之后有各種科學(xué)假說的提出，經(jīng)由一步步實驗方案的驗證，獲得了相應(yīng)的結(jié)論，再進一步建構(gòu)理論模型并發(fā)展完善，憑借的正是科學(xué)家強大的“證據(jù)推理”能力與“模型認知”思維。在教學(xué)中我們需要通過讓學(xué)生自主建構(gòu)新知感受這一素養(yǎng)的內(nèi)涵。當(dāng)然，“證據(jù)推理與模型認知”的前提是“科學(xué)探究與創(chuàng)新精神”。可以說，沒有科學(xué)探究與創(chuàng)新精神就不可能提出任何假說，不可能設(shè)計方案獲得任何事實證據(jù)，并使之發(fā)展成嚴密的科學(xué)理論，也不可能由最初的“伏打電堆”經(jīng)由長時間的優(yōu)化改進，演變成如今功能各異的化學(xué)電源。學(xué)生需要在動手體驗與動腦思考中領(lǐng)悟到創(chuàng)新精神與科學(xué)品質(zhì)的可貴。這樣，課堂就需要設(shè)計開放性、探究性、自主性的學(xué)習(xí)活動，以保障這兩大核心素養(yǎng)的體驗式學(xué)習(xí)。

借鑒學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的課堂教學(xué)效標(biāo)——核心知識、關(guān)鍵能力和核心品質(zhì) [3]，我們確定了本單元的課時安排與評價效標(biāo)，如下表2：

第三步，以核心素養(yǎng)為統(tǒng)領(lǐng)，串聯(lián)整合知識要點?！盎瘜W(xué)生電記”至少涉及了以下四個維度的知識內(nèi)容，它們與兩大素養(yǎng)的關(guān)系如圖1。當(dāng)學(xué)完原電池后，提醒學(xué)生進行“回望”：“原電池”原來是一種檢驗氧化還原反應(yīng)本質(zhì)的實驗手段，也是實現(xiàn)它社會價值（產(chǎn)生電能）的一種方式，這就將兩個維度關(guān)聯(lián)在一起了。這應(yīng)在前兩個課時中側(cè)重安排。在教學(xué)中還可以多方位挖掘科學(xué)史，并以多樣化的素材形式呈現(xiàn)，充分釋放其教育價值，其中“化學(xué)生電器”的改進史料和實物模型，平行推進了后兩個維度，也表明了化學(xué)的價值追求與科學(xué)立場。這是后兩個課時的主要內(nèi)容。

三、“單元設(shè)計”教學(xué)的學(xué)習(xí)活動

單元目標(biāo)需要在每一課時有效的學(xué)習(xí)活動中得到落實。以本單元前兩課時為例，下面介紹主要的學(xué)習(xí)活動，如表3。

1.課前預(yù)學(xué)

課前學(xué)習(xí)材料安排了三部分內(nèi)容：用本?！翱破請@”中學(xué)生喜愛的“導(dǎo)電材料測試儀”（圖2）作為情境，驅(qū)動學(xué)生復(fù)習(xí)電學(xué)，總結(jié)形成電流的條件;以“鋅與稀硫酸反應(yīng)”為例，寫出氧化還原反應(yīng)的概念組，并嘗試從微觀層面來解釋反應(yīng)現(xiàn)象、能量變化，鋅片變化、濃度變化;觀察普通干電池的實物結(jié)構(gòu)或圖片，搜索資料，查詢相關(guān)信息（圖3）。

2.科學(xué)探究

（1）提出問題

展示各種電池及其工作時的圖片，引發(fā)學(xué)生思考：電池是怎樣被制作出來？人類是什么時候，又是怎樣知道這種生電方式的？

（2）實驗探究

史料1：在人類對電的初步認識和對靜電的早期研究的歷史背景下，伽伐尼發(fā)現(xiàn)了“青蛙觸電”現(xiàn)象。

實驗1：“還原”伽伐尼實驗

“鐵叉和銅叉分別用鐵片和銅片代替，玻璃片用表面皿代替，青蛙內(nèi)的體液用氯化鈉溶液代替，蛙腿改用更靈敏的檢流計。請模擬伽伐尼的實驗，看看有什么發(fā)生？”

生物體外“生電”的實驗證偽了伽伐尼的結(jié)論。但是電流是怎樣形成的？結(jié)合課前預(yù)學(xué)，讓學(xué)生從電流的形成條件去分析其中原因（必要提示：不同的金屬由于活潑性不同，當(dāng)浸入到同一種溶液中，表層堆積的電子數(shù)量會不同）。這種學(xué)習(xí)路徑一方面有助于快速把原電池知識納入到電學(xué)的系統(tǒng)中，認識到構(gòu)成原電池的根本要素：不同的金屬形成了電勢差;電極、導(dǎo)線和電解液等構(gòu)成了閉合回路。這可以減少一些不必要的是非辨析題。另一方面，這一體系作為初識原電池的對象，可以培養(yǎng)學(xué)生挖掘?qū)嶒炛须[性因素與隱性變化的思維習(xí)慣，克服只依據(jù)顯性信息判斷正負極或者產(chǎn)物的淺顯認識。

對于本單元來說，學(xué)生需要知道的是原電池的“概念模型”，但是教師還需要具備其數(shù)學(xué)模型，因為一旦有了數(shù)學(xué)模型，便深諳“原電池有多種影響因素在制約著電勢差、電流、放電效率”的道理。而這些信息也是學(xué)生在動手操作時一定會遇到的，教師便可有的放矢地引導(dǎo)，使課堂更具有科學(xué)性。這當(dāng)然不是讓學(xué)生去學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)模型，但卻能培養(yǎng)學(xué)生在整體把握事物時能兼顧細節(jié)的思維方式。

史料2：伏特經(jīng)過一系列的研究后，成功制備出人類史上的第一個電堆，開拓出動電學(xué)領(lǐng)域。他認為電流的產(chǎn)生是由于兩種不同金屬的接觸引起的。

實驗2：“重溫”伏特的研究路徑

素材提供：Mg、Zn、Fe、Cu四種金屬片;HCl、NaOH、NaCl三種溶液;表面皿、U型管、燒杯三種容器及其他用品。

上述實驗2是需要較多時間來保障的，也只有足夠時間的摸索，學(xué)生才能深入體驗多種組裝方式，并從電流形成條件去分析每一次組裝結(jié)果。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)不同的組裝方式效果有所不同，就是在真切地“觸摸”電流、電壓、電阻等。而所選的不同容器、不同組裝方式還會造成電池的不同外觀與性能，繪制的裝置圖也會有所區(qū)別，這些問題的討論觸及了學(xué)科知識的本質(zhì)，為提煉概念模型作好準(zhǔn)備，也預(yù)埋了后面課時的化學(xué)電源演變史。

在反復(fù)的實驗操作中，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)“生電”時常伴有一些化學(xué)反應(yīng)，這便是當(dāng)初波蘭科學(xué)家特則注意到的現(xiàn)象，也是不同于伏特的觀點，即“化學(xué)說”的產(chǎn)生（史料3），這樣就有了實驗3的驗證活動。當(dāng)然，一個實例不能論證一種學(xué)說，課堂上也無法窮盡，教師可再選取一典例作為證據(jù)，讓學(xué)生再次肯定自己的想法，“氫氧燃料電池”便是“反應(yīng)生電”的極好例證。

史料3：“接觸說”與“化學(xué)說”的爭論。

實驗3：“化學(xué)說”的驗證

石墨電棒2支;FeCl3溶液和KI溶液;組裝如圖4。

（3）證據(jù)推理

選擇了“化學(xué)說”以后，就需要返回到前面實驗中去尋求更多的證據(jù)，并最終確定實驗結(jié)論。這個過程主要是找出“生電”中發(fā)生的“氧化還原反應(yīng)”。以伽伐尼實驗為例，從檢流計的偏轉(zhuǎn)方向可以判定，鐵是失電子端，那么，電子流到銅以后交給了誰？得了電子的物質(zhì)是誰？應(yīng)該出現(xiàn)什么現(xiàn)象？此時，可以提示學(xué)生：除了觀察顯性現(xiàn)象，還應(yīng)該關(guān)注隱性的條件;除了即時可觀現(xiàn)象，還要考慮延后積累效應(yīng)。這樣，就會有細心的學(xué)生想到：氧氣的存在，這正好符合鐵氧化的知識。在學(xué)生頓悟時讓他們閱讀“鋼鐵腐蝕”材料，并演示鐵片上滴加酚酞的結(jié)果，真實地“看”到氧氣參與的過程和結(jié)果。同理，伏特研究的每個體系，也都可以一一找出發(fā)生的反應(yīng)：分別屬于金屬與酸反應(yīng)或與氧氣反應(yīng)。這些分析最終讓學(xué)生形成觀點：“反應(yīng)”與“生電”的因果關(guān)系。

安排一個課時讓學(xué)生驗證這三種學(xué)說，反復(fù)觸摸“化學(xué)生電”法是必要的，因為核心素養(yǎng)本身就是指向過程而非結(jié)果的。正如劉前樹教授所說：“化學(xué)核心素養(yǎng)應(yīng)該體現(xiàn)雙重基礎(chǔ)性：不僅應(yīng)該為不繼續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)的學(xué)生做好社會生活的準(zhǔn)備，也應(yīng)該為繼續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)的學(xué)生打下基礎(chǔ) [4]。”

（4）建構(gòu)模型

如果說第1課時的焦點是探尋具體的事實信息，那么，第2課時的視角就轉(zhuǎn)換到了建構(gòu)模型。

選擇“酸性介質(zhì)，銅鋅電極”為例，在問題分析中進行思維加工，讓學(xué)生形成自己的心智模型：

建構(gòu)模型的認知策略：

1.如何判斷和解釋正負極名稱？兩極材料的作用分別有哪些？

2.寫出兩極得失電子的微粒及前后變化過程（也稱為電極反應(yīng)式），標(biāo)出反應(yīng)類型，分析其對應(yīng)的實驗現(xiàn)象。

3.畫出電子、離子的移動方向，分析它們的推動力分別是什么？從電極結(jié)構(gòu)、反應(yīng)速率、溶液濃度等方面分析這種移動產(chǎn)生的結(jié)果？討論這種結(jié)果對電勢、電流、電阻產(chǎn)生的可能影響。

4.相同材料，不同小組的組裝方式，氣體產(chǎn)生速率不同的原因可能是什么？一段時間后氣體產(chǎn)生速率變化的原因又可能是什么？

5.與普通反應(yīng)相比，化學(xué)生電法的總反應(yīng)有變化嗎？這說明了什么？再比較兩種情況下離子、電子運動有什么不同？能量利用方式有什么不同？

6.從能量轉(zhuǎn)化的類型和效率上分析氫氣出現(xiàn)在銅片和鋅片兩處的不同意義。

7.請從“氧化還原反應(yīng)”、“能量轉(zhuǎn)化”的角度，用自己的語言給原電池下個定義，并繪制原電池模型圖。

學(xué)生嘗試給原電池作出新的定義：一種能將“氧化還原反應(yīng)”加工使之產(chǎn)生電流的裝置或者一種通過改變“氧化還原反應(yīng)”的發(fā)生場實現(xiàn)化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化的“倉庫”。根據(jù)這樣的定義，學(xué)生分別繪制了原電池的模型圖，圖5為其中一例。這是學(xué)生經(jīng)過理解消化后的產(chǎn)物，是一種內(nèi)在思維的外化形式，也許很粗糙，但是很珍貴。

（5）修正模型

再次按照上述的“認知策略”，解釋三個實驗事實，讓學(xué)生各自評價與修正自己的心智模型。

事實1：“青蛙觸電”現(xiàn)象

事實2：FeCl3和KI在石墨電極上“生電”（圖4）

事實3：氫氧燃料電池

獨立完成這個學(xué)習(xí)活動后，教師需要組織學(xué)生相互評價與展示匯報，適時追問與點評，使學(xué)生的思考不斷地深入，最終讓每個人的心智模型趨向科學(xué)的概念模型。

（6）應(yīng)用模型

①辨析戴維的兩句話：“兩種金屬和一種液體的伏特裝置可用一種金屬和兩種液體的裝置來代替”;“在兩種金屬中，同氧親和勢較大的一個形成液體中的正極”。

②鋁燃燒能放出大量的熱，設(shè)計方案將鋁氧化釋放出的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。（科技在線：利用海水作電解質(zhì)可制備出“海洋電池”。）

③指出圖6中兩池的能量轉(zhuǎn)化形式;圈出圖中“電壓”、“外電路”部分;與銅鋅原電池相比，它們的電壓、電阻、電流是怎樣形成的？指出甲池中兩電極和電解液的作用，標(biāo)出電子與離子的移動方向。

④你認為原電池可以驗證氧化還原反應(yīng)和電學(xué)原理的哪些規(guī)律？

⑤請構(gòu)思（或編制）原電池的學(xué)習(xí)軟件，并搜索網(wǎng)絡(luò)，進行比較。

⑥以小組為單位，任意選擇，在實驗室里完成水果原電池和蔬菜原電池。

⑦伏打電堆有什么缺點？科學(xué)家們又會去琢磨哪些變量？“化學(xué)生電記”后來又發(fā)生了哪些事兒？（請閱讀提供的化學(xué)史料。）

這個階段既是應(yīng)用模型的能力訓(xùn)練，也是學(xué)科知識的內(nèi)化整理，最后還引出了后面兩個課時的內(nèi)容，使整個單元的內(nèi)容設(shè)計更具有整體性與邏輯性。在后續(xù)“化學(xué)生電的初步應(yīng)用”和“化學(xué)生電器的演變”兩個課時中，將會介紹如何更好地利用“化學(xué)生電”法使電池家族壯大，同時推動各種理論的問世或發(fā)展的史實，從中體會技術(shù)的力量、設(shè)計的美感、成本的權(quán)衡、環(huán)境的制約、人類的智慧等等，感受到化學(xué)知識在與技術(shù)、信息、人文等的結(jié)合中創(chuàng)造出更大的社會價值和人類創(chuàng)新能力與科學(xué)精神的魅力。圖7，8是筆者在教學(xué)之后收到的學(xué)生制作的軟件作品。筆者相信以發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)為主旋律的新課改會對學(xué)生的能力和品格有著更深層次的影響意義。

當(dāng)然，本文的“化學(xué)生電記”無論是在單元主題、單元目標(biāo)、內(nèi)容素材，還是學(xué)習(xí)活動等方面還有許多值得探討與改進的地方。單元設(shè)計教學(xué)是迎合新課程改革的一種教學(xué)變式，其目的就在于轉(zhuǎn)變課堂教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)。筆者只是以此為例，呈現(xiàn)部分課時的教學(xué)片斷，為的是嘗試突破常規(guī)課堂教學(xué)的格局，在尋求學(xué)科核心素養(yǎng)能以一種更合理的方式得到落實的道路上貢獻自己的綿薄之力。

參考文獻

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[4]? 劉前樹.試論化學(xué)核心素養(yǎng)的結(jié)構(gòu)[J].化學(xué)教育，2016（21）：4-8