基于化學(xué)學(xué)科理解的單元教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

胡先錦 許鋒華

摘要： 基于對(duì)化學(xué)學(xué)科理解和單元教學(xué)相關(guān)理論的學(xué)習(xí)和研究，以高中“化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化”為例進(jìn)行單元教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，并選擇部分內(nèi)容進(jìn)行分析，意在探尋高中化學(xué)課堂教學(xué)的可能性轉(zhuǎn)型，探索形成和促進(jìn)高中生化學(xué)學(xué)科理解的實(shí)踐路徑。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)學(xué)科理解; 單元教學(xué); 化學(xué)教學(xué); 化學(xué)能與電能

文章編號(hào)： 1005-6629（2022）11-0032-05

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

要培育和發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)就要積極開展“素養(yǎng)為本”的課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生初步形成化學(xué)學(xué)科理解，并在持續(xù)的化學(xué)學(xué)習(xí)中不斷增進(jìn)學(xué)科理解。但是，“理解”不等同于“知道”，不只是知識(shí)的回憶和簡(jiǎn)單再現(xiàn)，而是“能夠智慧而有效地使用知識(shí)和技能”［1］，把所學(xué)的知識(shí)遷移到新的環(huán)境中去應(yīng)用。為此，本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐對(duì)基于學(xué)科理解的單元教學(xué)作一定的探討。

1 化學(xué)學(xué)科理解與單元教學(xué)設(shè)計(jì)

1.1 化學(xué)學(xué)科理解

所謂化學(xué)學(xué)科理解，是運(yùn)用化學(xué)學(xué)科思維去思考并解決真實(shí)問(wèn)題、認(rèn)識(shí)并創(chuàng)造世界的過(guò)程，是人們面臨真實(shí)的學(xué)科問(wèn)題和日常生活實(shí)際問(wèn)題時(shí)能夠“以學(xué)科專家的方式去進(jìn)行思考”［2］。

從教師教學(xué)層面來(lái)看，化學(xué)學(xué)科理解是指教師對(duì)化學(xué)學(xué)科知識(shí)及其思維方式和方法的一種本原性、結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識(shí)，它不僅僅只是對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解，還包括對(duì)具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思維方式和方法的理解［3］。從化學(xué)學(xué)習(xí)層面來(lái)看，我們認(rèn)為化學(xué)學(xué)科理解是學(xué)習(xí)者運(yùn)用化學(xué)學(xué)習(xí)方法對(duì)高中化學(xué)內(nèi)容基于知識(shí)關(guān)聯(lián)、認(rèn)知思路和核心觀念形成結(jié)構(gòu)化認(rèn)知，運(yùn)用不同方法表征化學(xué)知識(shí)；認(rèn)同化學(xué)學(xué)科的育人價(jià)值和社會(huì)意義，形成化學(xué)本質(zhì)認(rèn)知和化學(xué)學(xué)科思維，運(yùn)用化學(xué)知識(shí)和化學(xué)思維去認(rèn)識(shí)自然世界，從化學(xué)視角去探究、分析和解決與化學(xué)相關(guān)的問(wèn)題或社會(huì)議題［4］。

1.2 單元教學(xué)設(shè)計(jì)

單元是指教師在對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材等教學(xué)指導(dǎo)性資源進(jìn)行深入解讀和剖析后，根據(jù)自己對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，以及學(xué)生的情況和特點(diǎn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析、整合、重組后所形成的相對(duì)完整的教學(xué)主題。一個(gè)單元可以由多個(gè)課時(shí)組成，不同的課時(shí)從不同的角度、深度，用不同的教學(xué)/學(xué)習(xí)方式，對(duì)同一主題進(jìn)行多元化解析［5］。楊玉琴指出，單元教學(xué)設(shè)計(jì)是以一個(gè)完整的教學(xué)主題為單位進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)，是介于宏觀課程設(shè)計(jì)與微觀課時(shí)設(shè)計(jì)之間所展開的中觀教學(xué)設(shè)計(jì)，向上能夠較好地兼顧課程總體目標(biāo)與課程結(jié)構(gòu)，向下能夠合理協(xié)調(diào)不同課時(shí)之間的學(xué)科認(rèn)知邏輯或教學(xué)邏輯，并從教學(xué)單元的構(gòu)建、單元教學(xué)目標(biāo)的制定、教學(xué)起點(diǎn)的分析、教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)、教學(xué)評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)等角度闡述了單元教學(xué)設(shè)計(jì)的基本框架［6］。

1.3 基于學(xué)科理解的單元教學(xué)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)的基本差異

傳統(tǒng)意義上的教學(xué)設(shè)計(jì)往往容易局限于單一課時(shí)的內(nèi)容和方法，缺乏單元化整體設(shè)計(jì)的意識(shí)和思考，常?！爸灰姌淠静灰娚帧?，導(dǎo)致難以基于單元整體來(lái)審視各課時(shí)之間的關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)結(jié)，缺少思考單元整體教學(xué)對(duì)增進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科理解的貢獻(xiàn)，也就使得教學(xué)變得碎片化、點(diǎn)狀化和非整體連續(xù)性。也正是這種點(diǎn)狀化、碎片化和非整體連續(xù)性，使得學(xué)生難以形成整體的化學(xué)學(xué)科理解，難以形成知識(shí)關(guān)聯(lián)、認(rèn)知思路和核心觀念的邏輯化、結(jié)構(gòu)化，難以促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的遷移和應(yīng)用。

基于化學(xué)學(xué)科理解的單元教學(xué)設(shè)計(jì)是在深入領(lǐng)會(huì)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)上，精心解讀化學(xué)學(xué)科核心觀念（大概念），形成階段性的單元化教學(xué)主題，再以課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)業(yè)質(zhì)量要求和學(xué)生的實(shí)際認(rèn)知來(lái)分解形成核心指向一致、認(rèn)知角度多元的多個(gè)連續(xù)性課時(shí)，因而在教學(xué)過(guò)程中需創(chuàng)設(shè)真實(shí)（模擬真實(shí)）的單元化的探究情境，生成系列化、弱結(jié)構(gòu)、指向化學(xué)學(xué)科理解的探究性問(wèn)題空間，以多個(gè)“形散而神不散”的連續(xù)課時(shí)（或大課時(shí)），通過(guò)學(xué)生協(xié)作式的學(xué)科探究、親歷科學(xué)實(shí)踐的學(xué)習(xí)活動(dòng)，在完成真實(shí)問(wèn)題的探究解決的過(guò)程中，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化建構(gòu)和遷移性應(yīng)用，從而促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)和技能的基礎(chǔ)上，初步形成或不斷增進(jìn)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科理解。

1.4 基于化學(xué)學(xué)科理解的單元教學(xué)設(shè)計(jì)的基本流程

基于化學(xué)學(xué)科理解的單元教學(xué)設(shè)計(jì)，首先應(yīng)站在學(xué)生的立場(chǎng)上追問(wèn)：學(xué)生現(xiàn)在在哪里、學(xué)生將走向哪里、怎樣到達(dá)那里、我怎樣知道學(xué)生已經(jīng)到達(dá)那里？其次，基于化學(xué)學(xué)科視角追問(wèn)：需要哪些化學(xué)知識(shí)和技能、開展怎樣的學(xué)科探究實(shí)踐、形成怎樣的認(rèn)知思路和化學(xué)觀念、怎樣知道是否初步形成或增進(jìn)了化學(xué)學(xué)科理解？

因此，在進(jìn)行上述兩項(xiàng)追問(wèn)的基礎(chǔ)上，基于化學(xué)學(xué)科理解的單元教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施的基本流程可以確定為：

（1）研讀化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，提煉學(xué)科核心觀念→

（2）形成單元探究主題，制定單元學(xué)習(xí)目標(biāo)→

（3）創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境，生成系列探究問(wèn)題→

（4）開展協(xié)作探究活動(dòng)，親歷科學(xué)探究實(shí)踐→

（5）實(shí)現(xiàn)真實(shí)問(wèn)題解決，掌握化學(xué)知識(shí)技能→

（6）形成結(jié)構(gòu)化的認(rèn)知，增進(jìn)化學(xué)學(xué)科理解。

基于化學(xué)學(xué)科理解的單元教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施，既要站在學(xué)生學(xué)習(xí)的視角，從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，指向?qū)W生的化學(xué)知識(shí)的獲得和應(yīng)用，為學(xué)生的智能發(fā)展和個(gè)性化發(fā)展，也要關(guān)注化學(xué)學(xué)科的知識(shí)和技能、化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)方式以及化學(xué)的邏輯系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)化，努力探尋兼具學(xué)生主體視角和學(xué)科視角的教學(xué)設(shè)計(jì)。也就是說(shuō)，在教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中，既要有設(shè)計(jì)中的“既定性目標(biāo)”，也要有課堂中的“生成性目標(biāo)”。不僅要注重探索問(wèn)題導(dǎo)向的項(xiàng)目式、探究性學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，還要注重探索學(xué)習(xí)過(guò)程的形成性評(píng)價(jià)、指向“表現(xiàn)性目標(biāo)”的真實(shí)評(píng)價(jià)的學(xué)業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)的轉(zhuǎn)變。

2 基于化學(xué)學(xué)科理解的單元教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐及初步分析

我們將高中化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》專題1“化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化”及“金屬的腐蝕與防護(hù)”［7］整合為“化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化”進(jìn)行單元教學(xué)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐。選擇教學(xué)實(shí)施過(guò)程的部分內(nèi)容說(shuō)明如下：

2.1 形成單元探究主題，制定單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

單元學(xué)習(xí)目標(biāo)是整個(gè)單元學(xué)習(xí)的核心導(dǎo)向，而學(xué)習(xí)目標(biāo)的確定要遵循國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)而定?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對(duì)本單元的內(nèi)容要求是“認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要應(yīng)用。了解原電池及常見化學(xué)電源的工作原理。了解電解池的工作原理，認(rèn)識(shí)電解在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存能量中的具體應(yīng)用。了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)，知道金屬腐蝕的危害，了解防止金屬腐蝕的措施”。其學(xué)業(yè)要求是“能分析、解釋原電池和電解池的工作原理，能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池和電解池。能列舉常見的化學(xué)電源，并能利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理。能利用電化學(xué)原理解釋金屬腐蝕現(xiàn)象，選擇并設(shè)計(jì)防腐措施。能綜合考慮化學(xué)變化中的物質(zhì)變化和能量變化來(lái)分析、解決實(shí)際問(wèn)題，如新型電池的開發(fā)等”。在“教學(xué)策略”中也指出，發(fā)展學(xué)生基于內(nèi)能及內(nèi)能的變化認(rèn)識(shí)物質(zhì)所具有的能量和化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)［8］。

因此，本單元以“物質(zhì)中蘊(yùn)含能量，能量可以相互轉(zhuǎn)化，能量轉(zhuǎn)化中遵循守恒定律”作為核心觀念，形成“化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化”的單元主題，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ)，確定本單元的總體目標(biāo)（見圖1）和具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（1） 單元總體目標(biāo)：從化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識(shí)原電池和電解池，理解化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)化的本質(zhì)，建立對(duì)電化學(xué)過(guò)程的系統(tǒng)分析思路，形成對(duì)電化學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，體會(huì)電化學(xué)知識(shí)的實(shí)際意義和重要應(yīng)用，展望未來(lái)電池的設(shè)計(jì)。

（2） 具體學(xué)習(xí)目標(biāo)：①了解原電池的工作原理、電解池的工作原理，從氧化還原反應(yīng)的視角認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的本質(zhì)以及變化與守恒的關(guān)系；②知道常見的化學(xué)電源、電化學(xué)體系的基本構(gòu)成要素以及化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化對(duì)人類生產(chǎn)生活的重要作用；③能根據(jù)工作原理進(jìn)行設(shè)計(jì)和利用原電池和電解池。

在此基礎(chǔ)上，形成本單元的基本教學(xué)流程（見圖2）。

2.2 生成系列探究問(wèn)題，開展協(xié)作探究活動(dòng)

由于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是在問(wèn)題解決學(xué)習(xí)的過(guò)程中形成和發(fā)展的，而問(wèn)題解決學(xué)習(xí)是具有體驗(yàn)性和過(guò)程性的，問(wèn)題也是具有情境性、開放性和復(fù)雜性的。因此，我們的設(shè)計(jì)要讓學(xué)生在真實(shí)（模擬真實(shí)）的情境中，以真實(shí)的情境體驗(yàn)來(lái)幫助學(xué)生以化學(xué)科學(xué)的視角去探究、分析和解決實(shí)際問(wèn)題，并逐步固化為學(xué)科關(guān)鍵能力和必備品格；以真實(shí)的情境體驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)的態(tài)度和社會(huì)責(zé)任意識(shí)對(duì)化學(xué)相關(guān)問(wèn)題或社會(huì)議題作出科學(xué)的判斷和決策，形成正確的價(jià)值觀念。

本單元的基本探究問(wèn)題有：（1）借助什么方法，認(rèn)識(shí)電化學(xué)體系中的能量轉(zhuǎn)化和能量守恒？（2）通過(guò)怎樣的探究活動(dòng)，發(fā)展對(duì)原電池和電解池工作原理的理解？（3）通過(guò)怎樣的思維設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池？（4）以哪些實(shí)例來(lái)認(rèn)識(shí)電解原理的廣泛應(yīng)用？（5）怎樣利用電化學(xué)原理解釋金屬腐蝕現(xiàn)象，選擇和設(shè)計(jì)金屬防腐措施？（6）設(shè)計(jì)制作具有未來(lái)價(jià)值的可充電電池需要綜合考慮哪些因素？

單元教學(xué)設(shè)計(jì)不是零散拼接、無(wú)明確指向、形式化的課堂活動(dòng)，而是以課程標(biāo)準(zhǔn)和化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為學(xué)習(xí)目標(biāo)指向，優(yōu)化重組進(jìn)行單元化教學(xué)設(shè)計(jì)，以單元主題或核心任務(wù)為統(tǒng)領(lǐng)，以學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)和知識(shí)邏輯為基點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境，引領(lǐng)學(xué)生開展探究活動(dòng)，這樣才能幫助學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)結(jié)構(gòu)化的化學(xué)知識(shí)，引領(lǐng)學(xué)生形成和理解化學(xué)大概念（核心觀念），真正促進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展。本單元學(xué)習(xí)活動(dòng)均以此為核心指向：能量轉(zhuǎn)化且能量守恒。同時(shí)，也具有進(jìn)階性：電化學(xué)體系的基本要素與工作原理（原電池和電解池）→能量轉(zhuǎn)化與能量守恒→電化學(xué)過(guò)程的系統(tǒng)分析→變化觀念與守恒思想→實(shí)踐創(chuàng)新與社會(huì)責(zé)任。如學(xué)習(xí)階段1“認(rèn)識(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”的探究活動(dòng)設(shè)計(jì)見表1。

2.3 建構(gòu)科學(xué)認(rèn)知模型，增進(jìn)化學(xué)學(xué)科理解

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確指出，化學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化主要是基于知識(shí)關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化、基于認(rèn)知思路的結(jié)構(gòu)化和基于核心觀念的結(jié)構(gòu)化等三種形式［9］。在建構(gòu)結(jié)構(gòu)化的化學(xué)認(rèn)知的過(guò)程中，“模型認(rèn)知”必然是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，即要引領(lǐng)學(xué)生通過(guò)分析、推理等方法深刻認(rèn)知化學(xué)知識(shí)的本質(zhì)特征，探究知識(shí)的構(gòu)成要素，尋找知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)而建立化學(xué)認(rèn)知模型，并運(yùn)用建構(gòu)的認(rèn)知模型去解釋或揭示化學(xué)現(xiàn)象，去學(xué)習(xí)新的化學(xué)知識(shí)。如此才能真正促成化學(xué)學(xué)科知識(shí)的深度建構(gòu)與增殖，真正促進(jìn)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科理解。

例如，在本單元的階段1學(xué)習(xí)中，引領(lǐng)學(xué)生通過(guò)對(duì)具體的（實(shí)物的）原電池工作原理的分析（如圖3），結(jié)合氧化還原反應(yīng)的知識(shí)和規(guī)律，形成基礎(chǔ)認(rèn)知模型（如圖4），進(jìn)而結(jié)合氫氧燃料電池及鋰離子電池等新型電池，抽象形成原電池的高階認(rèn)知模型（如圖5），促進(jìn)學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中運(yùn)用模型，獲得新知，提升思維水平，不斷增進(jìn)化學(xué)學(xué)科理解。

3 結(jié)語(yǔ)

教是為了學(xué)，教是為了不教。指向化學(xué)學(xué)科理解的單元教學(xué)，對(duì)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育有重要的實(shí)踐價(jià)值和理論意義，是化學(xué)教育的應(yīng)然追求。我們的課堂是以化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能為基礎(chǔ)，但不是僅限于化學(xué)知識(shí)和技能，而是要在促進(jìn)學(xué)生在問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)過(guò)程中，引領(lǐng)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)結(jié)構(gòu)化的化學(xué)知識(shí)，并在化學(xué)知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用中形成正確的價(jià)值觀念，持續(xù)增進(jìn)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科理解。

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