基于大概念發(fā)展學(xué)生“模型認知”核心素養(yǎng)的單元教學(xué)設(shè)計與實踐

［摘 要］單元教學(xué)有助于學(xué)生對化學(xué)知識形成結(jié)構(gòu)化認識，有利于提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。通過“能量轉(zhuǎn)化及能量守恒”大概念統(tǒng)領(lǐng)原電池的相關(guān)概念及知識，開展“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”的單元設(shè)計與教學(xué)，使3個課時的教學(xué)由淺入深，層層遞進。在教學(xué)中，應(yīng)用思維型課堂教學(xué)策略，在真實情境中，調(diào)動學(xué)生實驗、討論、分析、圖示、想象等高級思維活動，發(fā)展學(xué)生的“模型認知”核心素養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］大概念；模型認知；單元教學(xué)；化學(xué)能；電能

［中圖分類號］" " G633.8" " " " ［文獻標(biāo)識碼］" " A" " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2024）17-0069-04

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出：重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進學(xué)科核心素養(yǎng)的落實[1]。為了進一步落實學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，發(fā)揮課程育人功能，需要在學(xué)科課程的教學(xué)中，設(shè)計和組織以素養(yǎng)為本的大單元教學(xué)，幫助學(xué)生構(gòu)建學(xué)科知識系統(tǒng)，形成學(xué)科基本觀念，提高學(xué)科實踐能力[2]。本文以“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”為主題，基于大概念整合人教版高中化學(xué)必修第二冊的“化學(xué)反應(yīng)與電能”及選擇性必修1的“原電池的工作原理”“原電池”兩部分的課程內(nèi)容，設(shè)計單元教學(xué)，提煉原電池的思維模型。實踐表明，這樣的教學(xué)設(shè)計，打破了課程模塊之間的學(xué)習(xí)壁壘，進一步明確了學(xué)生認識“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”的思路與方法，有利于發(fā)展學(xué)生的“模型認知”核心素養(yǎng)。

一、教學(xué)現(xiàn)狀與教學(xué)內(nèi)容分析

（一）教學(xué)現(xiàn)狀分析

素養(yǎng)為本的教學(xué)單元不同于教程編排中呈現(xiàn)出的自然單元，在教學(xué)內(nèi)容的選擇與組織上不拘泥于教材學(xué)習(xí)內(nèi)容的編寫體系，可以是學(xué)科間或?qū)W科內(nèi)的排列組合，借任務(wù)、問題、項目等重組知識內(nèi)容，促進跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的知識建立聯(lián)結(jié)，以及新舊知識、直接經(jīng)驗與間接經(jīng)驗的融合[3]。很多學(xué)校在高一第一學(xué)期結(jié)束后就實施了選科分班，對于已經(jīng)確定要選考化學(xué)的學(xué)生來說，對不同模塊的學(xué)習(xí)內(nèi)容進行整合，不僅能合并相似內(nèi)容的學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的效率，還有利于促進知識的結(jié)構(gòu)化，加深學(xué)生對化學(xué)知識的理解。

學(xué)生在初中學(xué)過蒸發(fā)、氣化、凝固等物理狀態(tài)變化中的能量變化，對于能量的相互轉(zhuǎn)化、能量守恒已經(jīng)有了一定的認識。在人教版高中化學(xué)必修第一冊中，學(xué)生學(xué)習(xí)了氧化還原反應(yīng)、電解質(zhì)以及離子反應(yīng)，對于氧化劑、還原劑、電子轉(zhuǎn)移、氧化還原方程式的書寫、電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性、離子反應(yīng)的實質(zhì)、離子方程式的書寫等有較深體會。學(xué)生在物理中學(xué)過電流、電路等，但不清楚如何將氧化還原反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化為電流。學(xué)生在生活中使用過各種干電池、紐扣電池、手機電池等，但不清楚這些電池的工作原理，更不清楚電池性能優(yōu)化的方向及重要性。

（二）教學(xué)內(nèi)容分析

本單元通過化學(xué)反應(yīng)過程中的物質(zhì)變化與能量變化，將離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、原電池的相關(guān)知識點進行融會貫通，使學(xué)生認識能量轉(zhuǎn)化形式和轉(zhuǎn)化途徑的多樣性，以及化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能對裝置的獨特要求，學(xué)會運用原電池的思維模型認識并分析陌生的化學(xué)電源的工作原理。本單元的化學(xué)知識結(jié)構(gòu)如圖1所示。

化學(xué)反應(yīng)中的化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為熱能、電能、光能等不同形式的能量，在轉(zhuǎn)化的過程中遵循能量守恒定律。本單元的教學(xué)設(shè)計中，通過“能量轉(zhuǎn)化及能量守恒”這個大概念，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能中的能量轉(zhuǎn)化形式、轉(zhuǎn)化所需裝置、轉(zhuǎn)化所需條件、轉(zhuǎn)化效率優(yōu)化等教學(xué)內(nèi)容有機整合，以增進學(xué)生對核心知識、關(guān)鍵方法的理解（如圖2）。

二、單元教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)整體思路

（一）單元教學(xué)目標(biāo)

原電池是高中化學(xué)核心內(nèi)容之一。從必修第二冊的“化學(xué)反應(yīng)與電能”，到選擇性必修1的“原電池的工作原理”“化學(xué)電源”，教學(xué)內(nèi)容由淺入深，學(xué)生認識水平層層進階；不同的知識內(nèi)容蘊含不同的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，其中原電池思維模型的提煉與優(yōu)化可有效提升學(xué)生的“模型認知”核心素養(yǎng)。據(jù)此，制訂如圖3所示的教學(xué)目標(biāo)。

（二）單元教學(xué)整體思路

課時1要求學(xué)生理解化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的可能性及途徑。課時2要求學(xué)生理解氧化劑與還原劑不接觸也能反應(yīng)的原電池工作原理。課時3要求學(xué)生理解由更陌生的氧化還原反應(yīng)、更陌生的離子導(dǎo)體等構(gòu)成的原電池的工作原理。學(xué)生的認識水平從“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”到“提高轉(zhuǎn)化效率”再到“清潔、高效地轉(zhuǎn)化”逐層提升。原電池模型從“單液原電池模型”到“雙液原電池模型”再到“一般原電池思維模型”逐層提升。單元教學(xué)整體進階思路如圖4所示。

三、單元教學(xué)設(shè)計

本單元采用思維型課堂教學(xué)策略，通過“創(chuàng)設(shè)問題，激發(fā)動機”環(huán)節(jié)導(dǎo)入課堂，激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；通過“思維互動，主動構(gòu)建”環(huán)節(jié)開展學(xué)生活動，讓學(xué)生在真實的情境中自主構(gòu)建原電池的思維模型；通過“思維監(jiān)控，梳理歸納”環(huán)節(jié)小結(jié)、反思、修正自我構(gòu)建的原電池模型；通過“拓展提升，遷移應(yīng)用”環(huán)節(jié)進行變式模擬，應(yīng)用模型解決問題。各課時教學(xué)設(shè)計分別如表1、表2、表3所示。

四、單元教學(xué)實踐反思

（一）充分利用實驗搭建認知情境

本單元的探究實驗素材非常豐富，根據(jù)單元設(shè)計的目的，可以選擇合適的實驗搭建認知情境，讓學(xué)生在真實情境中構(gòu)建模型，發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。除了課本上的原理探究實驗，本單元還增加了陌生原電池探究實驗、干電池拆解實驗、氫氧燃料電池探究實驗等，通過一系列的原電池工作原理探究實驗，讓學(xué)生在真實情境中分析、理解原電池原理，自主構(gòu)建模型、遷移應(yīng)用模型。學(xué)生通過動手實驗將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，使小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，真切感受科學(xué)不是冰冷的文字，而是可以將知識轉(zhuǎn)化為技術(shù)的力量，進而增強學(xué)生的求知欲。

（二）開展多種活動形式，使學(xué)生思維外顯

在單元設(shè)計的過程中，盡量充分調(diào)動學(xué)生實驗、討論、分析、圖示、想象等高級思維活動，通過具體的情境和實例來把握原電池及其工作原理，完成從“生動的直觀”到“抽象的思維”的轉(zhuǎn)化過程。在探究原電池的工作原理時，引導(dǎo)學(xué)生從回路的角度分析電子和離子的移動方向，并用畫圖的方法展示。在設(shè)計原電池時，讓學(xué)生選擇材料設(shè)計出裝置圖，再進行實驗探究及評價。

課堂上通過各種活動讓學(xué)生的思維外顯，同時，及時鼓勵學(xué)生勇于嘗試與創(chuàng)新。在設(shè)計燃料電池時，有不少學(xué)生展開想象，設(shè)計出了與課本不同的裝置圖，雖然這些裝置圖可能并不完美，但它們充分體現(xiàn)了學(xué)生活躍的思維，培養(yǎng)了學(xué)生積極思考、勇于創(chuàng)新的精神。

［" "參" "考" "文" "獻" "］

[1]" 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版2020年修訂[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2]" 王云生.“常見無機物及其應(yīng)用”大單元教學(xué)的設(shè)計與組織[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2022（10）：114-116.

[3]" 雷浩，李雪.素養(yǎng)本位的大單元教學(xué)設(shè)計與實施[J].全球教育展望，2022（5）：49-59.

（責(zé)任編輯 羅 艷）