摘要：以“奇妙的碳家族”單元為例，梳理大概念與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)系，提出了基于大概念的單元教學(xué)能發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的觀點(diǎn)。通過分析該單元的單元整體架構(gòu)和各課時(shí)教學(xué)活動(dòng)，指出教學(xué)活動(dòng)中提升學(xué)生對(duì)大概念認(rèn)知層次的進(jìn)階方式。進(jìn)而，開展了基于大概念的開放性單元評(píng)價(jià)。實(shí)踐表明，從大概念出發(fā)，進(jìn)行單元頂層設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐，能有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)大概念的學(xué)習(xí)理解和遷移運(yùn)用，發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：大概念；化學(xué)；學(xué)科核心素養(yǎng)；單元主題教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-4289（2024）06-0058-04

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出了13個(gè)學(xué)科核心概念和4個(gè)跨學(xué)科概念，旨在讓教師明晰如何基于學(xué)科核心概念提升學(xué)生核心素養(yǎng)，同時(shí)強(qiáng)調(diào)要探索大單元教學(xué)，積極探索項(xiàng)目化、主題化的學(xué)習(xí)方式，并突出課程內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化。

大概念是指具體知識(shí)背后的更為本質(zhì)、更為核心的思想或方法，它是對(duì)概念間關(guān)系的抽象表述，是對(duì)事物的性質(zhì)、特征以及事物間的內(nèi)在關(guān)系及規(guī)律的高度概括。基于大概念進(jìn)行單元教學(xué)，學(xué)生能夠?qū)Υ蟾拍钸M(jìn)行持續(xù)理解，逐步形成解決問題的學(xué)科思想，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。初中化學(xué)人教版教材第六單元“碳及其氧化物”包括了很多事實(shí)性知識(shí)和一般學(xué)科概念，這些知識(shí)和概念內(nèi)部暗含了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途”的學(xué)科思想。該思想即為學(xué)科大概念，以該思想為統(tǒng)領(lǐng)的單元教學(xué)，應(yīng)在不改變教材的編排順序的基礎(chǔ)上，在教學(xué)中有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)大概念進(jìn)行學(xué)習(xí)理解并遷移運(yùn)用。這樣的教學(xué)活動(dòng)，有助于學(xué)生掌握相關(guān)的化學(xué)學(xué)科研究方法，對(duì)學(xué)科思想進(jìn)行深度理解。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將主題的命名趣味化，即為“奇妙的碳家族”。

一、大概念與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)系

“奇妙的碳家族”中，大概念與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)系如圖1所示。這個(gè)單元出現(xiàn)了“碳單質(zhì)”“一氧化碳”“二氧化碳”三個(gè)重要的物質(zhì)。對(duì)每個(gè)物質(zhì)的探究過程是學(xué)習(xí)、理解、遷移該學(xué)科大概念的過程。

在結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)方面，學(xué)習(xí)代表物為金剛石、石墨。兩者中碳原子排列方式的不同，導(dǎo)致其宏觀性質(zhì)的差異，這承載著發(fā)展學(xué)生“化學(xué)觀念”核心素養(yǎng)中宏微結(jié)合能力的功能價(jià)值。在性質(zhì)決定用途方面，體現(xiàn)“科學(xué)思維”學(xué)科核心素養(yǎng)。無論是碳單質(zhì)，還是一氧化碳或是二氧化碳的學(xué)習(xí)過程，均要求學(xué)生能夠?qū)⑽镔|(zhì)的性質(zhì)和用途進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成證據(jù)意識(shí)。同時(shí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中反復(fù)應(yīng)用到“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的模型，體現(xiàn)模型認(rèn)知的價(jià)值。在本單元的最后總結(jié)部分，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生基于碳元素形成各個(gè)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖，這也是科學(xué)思維素養(yǎng)中“模型認(rèn)知”能力的體現(xiàn)。研究物質(zhì)性質(zhì)方面，教師引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究開展學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)探究是研究物質(zhì)性質(zhì)的重要途徑，教師鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上進(jìn)行創(chuàng)新，尤其是二氧化碳的性質(zhì)和制備探究實(shí)驗(yàn)，在學(xué)習(xí)的過程中落實(shí)“科學(xué)探究與實(shí)踐”核心素養(yǎng)。學(xué)習(xí)物質(zhì)用途時(shí)，單質(zhì)的前沿科技進(jìn)展承載了培育學(xué)生“科學(xué)態(tài)度”的功能價(jià)值。通過溫室效應(yīng)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生樹立社會(huì)責(zé)任意識(shí)，發(fā)展“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、基于大概念的單元整體架構(gòu)

基于大概念的單元整體架構(gòu)如圖2所示。

基于學(xué)科大概念和學(xué)科核心素養(yǎng)的單元主題確立為“奇妙的碳家族”。單元學(xué)習(xí)內(nèi)容分為“碳單質(zhì)”“一氧化碳”“二氧化碳”三部分。以“碳單質(zhì)”的介紹幫助學(xué)生初步建立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途”的學(xué)科核心思想，落實(shí)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。介紹“一氧化碳”的性質(zhì)和用途，幫助學(xué)生鞏固“性質(zhì)決定用途”的學(xué)科核心思想。以“二氧化碳”的性質(zhì)和制備探究為學(xué)習(xí)對(duì)象，體現(xiàn)科學(xué)探究的化學(xué)研究方法，再次鞏固“性質(zhì)決定用途”的學(xué)科核心思想。單元?jiǎng)澐譃?個(gè)課時(shí)，每個(gè)課時(shí)的學(xué)習(xí)內(nèi)容如表1所示?；诖蟾拍顦?gòu)建的學(xué)習(xí)單元，在課時(shí)教學(xué)中要發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。其中，“化學(xué)觀念”在第1課時(shí)滲透，學(xué)習(xí)載體是碳單質(zhì)常溫下的穩(wěn)定性與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系。分析微觀結(jié)構(gòu)，理解宏觀性質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生形成化學(xué)觀念?！翱茖W(xué)思維”的核心素養(yǎng)在第2、3、4、6課時(shí)滲透。第2課時(shí)討論了有關(guān)二氧化碳的原理，這部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)意圖是從“化學(xué)反應(yīng)速率”的角度理解“最佳反應(yīng)”的概念。在實(shí)驗(yàn)探究中發(fā)展學(xué)生“證據(jù)意識(shí)”的“科學(xué)思維”。第3課時(shí)進(jìn)行了二氧化碳溶于水的有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生通過現(xiàn)象分析原理，尋找現(xiàn)象證據(jù)的過程，進(jìn)一步發(fā)展“證據(jù)意識(shí)”的科學(xué)思維?！翱茖W(xué)探究與實(shí)踐”的核心素養(yǎng)在第2、3、5課時(shí)滲透，第2課時(shí)通過原理探究、裝置探究鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)置開放性問題，讓學(xué)生形成發(fā)散思維，發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，給出不同但合理的答案，在實(shí)踐中培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。第3課時(shí)通過科學(xué)探究的完整流程，研究了二氧化碳是否與水反應(yīng)的科學(xué)問題，提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力、基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的推理能力。在第5課時(shí)學(xué)生經(jīng)歷45分鐘的二氧化碳制取與性質(zhì)探究，重點(diǎn)培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，發(fā)展學(xué)生“科學(xué)探究”的學(xué)科核心素養(yǎng)?！翱茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任”的核心素養(yǎng)在第1、3課時(shí)滲透，其中第1課時(shí)通過介紹碳60及其他新型碳單質(zhì)，發(fā)展“科學(xué)精神”。第3課時(shí)討論了自然界的“碳—氧”循環(huán)、“溫室效應(yīng)”的產(chǎn)生與低碳行動(dòng)相關(guān)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)視角認(rèn)識(shí)化學(xué)問題，幫助學(xué)生形成“主人翁”意識(shí)和“社會(huì)責(zé)任”意識(shí)。

三、基于大概念的單元主題教學(xué)設(shè)計(jì)

大概念視角下的單元教學(xué)，是對(duì)大概念進(jìn)行“水平1：知識(shí)提取”“水平2：理解”“水平3：分析”“水平4：知識(shí)運(yùn)用”認(rèn)知目標(biāo)進(jìn)階的過程。4個(gè)教育目標(biāo)水平進(jìn)階模型由美國教育家馬扎諾團(tuán)隊(duì)提出。如圖3所示，水平1是知識(shí)提取過程，在課時(shí)1完成，由教師主導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生識(shí)別研究對(duì)象（碳單質(zhì)）零散知識(shí)點(diǎn)中的大概念，實(shí)現(xiàn)對(duì)大概念的初步識(shí)別。水平2是理解過程，在課時(shí)2和3完成。為了幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)大概念的理解，這兩節(jié)課仍由教師主導(dǎo)，帶領(lǐng)學(xué)生分析研究對(duì)象（二氧化碳）的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)大概念的整合。水平3是分析過程，在課時(shí)4和5完成。經(jīng)過前3節(jié)課的鋪墊，學(xué)生對(duì)大概念有了一定的理解，現(xiàn)在由教師提出一個(gè)新物質(zhì)“一氧化碳”的事實(shí)性知識(shí)，由學(xué)生獨(dú)立分析這些知識(shí)之間的關(guān)系。此外，學(xué)生通過科學(xué)探究，獨(dú)立反思研究對(duì)象（二氧化碳）的性質(zhì)和用途的關(guān)系，也是分析水平的體現(xiàn)。水平4是知識(shí)運(yùn)用過程，在課時(shí)6完成。由教師布置開放性作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用大概念對(duì)新物質(zhì)“鐵”書寫一份研究計(jì)劃，考查學(xué)生對(duì)大概念的遷移運(yùn)用能力。

基于大概念的教學(xué)方式具有多樣化的特點(diǎn)。為了幫助學(xué)生對(duì)大概念具備“理解”“分析”“知識(shí)運(yùn)用”的能力，在對(duì)具體物質(zhì)性質(zhì)的研究上，采用了“實(shí)驗(yàn)探究”的學(xué)習(xí)方式。在物質(zhì)用途方面，因?qū)W習(xí)內(nèi)容簡單，采用“學(xué)生講壇”的學(xué)習(xí)方式。此外，本單元的學(xué)習(xí)也融入傳統(tǒng)教學(xué)中“師生討論”的學(xué)習(xí)方式。多樣化的學(xué)習(xí)方式，給予學(xué)生充分思考的時(shí)間和動(dòng)手操作時(shí)間，增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，同時(shí)也能提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

四、基于大概念的單元評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

基于大概念的單元評(píng)價(jià)既包括事實(shí)性知識(shí)、一般學(xué)科概念的掌握情況，也包括學(xué)生對(duì)大概念理解程度的評(píng)價(jià)。前者采用傳統(tǒng)的紙筆評(píng)價(jià)方式，后者采用設(shè)置開放性任務(wù)的方式。對(duì)大概念理解程度的評(píng)價(jià)，就是考查學(xué)生在新情境中對(duì)核心知識(shí)和方法進(jìn)行遷移運(yùn)用的能力，解決問題的過程承載了發(fā)展核心素養(yǎng)的功能價(jià)值，因此這樣的開放性任務(wù)更有價(jià)值。本單元結(jié)束后，向?qū)W生下發(fā)了表2的單元評(píng)價(jià)表，提供了明確的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，有助于學(xué)生在完成任務(wù)的過程中有意識(shí)地向“優(yōu)秀級(jí)”努力。

本單元在3個(gè)教學(xué)班實(shí)踐，共計(jì)70人。單元教學(xué)結(jié)束后，有85.8%的學(xué)生達(dá)到開放性任務(wù)評(píng)價(jià)中的優(yōu)秀級(jí)，7.1%的學(xué)生達(dá)到合格級(jí)，7.1%的學(xué)生為不合格級(jí)。從數(shù)據(jù)來看，優(yōu)秀級(jí)的學(xué)生比例較高，說明單元教學(xué)有效幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)了對(duì)大概念的學(xué)習(xí)理解和遷移運(yùn)用。對(duì)于不合格的學(xué)生，單元教學(xué)結(jié)束后，教師應(yīng)采用個(gè)別化幫扶的策略，降低學(xué)習(xí)目標(biāo)，帶領(lǐng)學(xué)生重溫單元學(xué)習(xí)內(nèi)容，幫助這些學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)大概念認(rèn)知的水平1和水平2的要求。

綜上所述，從大概念出發(fā)，進(jìn)行單元頂層設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐，能有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)大概念的學(xué)習(xí)理解和遷移運(yùn)用，發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

（作者單位：1．北京師范大學(xué)未來教育學(xué)院，廣東，珠海519087；2．首都師范大學(xué)附屬中學(xué)，北京100048）