基于核心素養(yǎng)的大單元教學(xué)設(shè)計初探
——以“氮及其化合物”為例

吳麗麗

(合肥市第九中學(xué) 安徽合肥 230041)

一、問題的提出

縱觀中國近20年教學(xué)目標(biāo)的變化，從“雙基”到“三維目標(biāo)”再到“核心素養(yǎng)”，既體現(xiàn)了“教”“學(xué)”“評”“反思”后的認(rèn)知迭代升級，也體現(xiàn)了時代對高素質(zhì)人才的要求。新時代以人為本的思想，如同醫(yī)生開醫(yī)囑，寫的都是患者需要干什么，從來不寫醫(yī)生需要干什么，醫(yī)生基本上都是以患者為本位，而教學(xué)也從教師本位逐漸過渡到以學(xué)生為本位。

大單元教學(xué)設(shè)計以實施高質(zhì)量育人為宗旨，以大概念、大情境、大觀念等為中心，對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行分析、整合、開發(fā)，形成明確主題，基于學(xué)情分析，從目標(biāo)定位、情境創(chuàng)建、任務(wù)設(shè)計、活動規(guī)劃、評價策略等課堂教學(xué)要素進(jìn)行統(tǒng)籌安排，大單元教學(xué)把離散的知識和技能通過大概念、大情境聚合起來，因而大單元具有很強的遷移價值，能更好地運用到真實生活中解決實際問題。大單元教學(xué)設(shè)計對老師提出更高的要求，老師需要梳理單元教學(xué)內(nèi)容、單元知識、教學(xué)方法、教學(xué)評價，經(jīng)過梳理，形成邏輯關(guān)系，明晰單元知識體系、方法策略，再來統(tǒng)籌安排實施教學(xué)。對于學(xué)生而言，有利于幫助學(xué)生從整體感知，到分布學(xué)習(xí)，再到結(jié)構(gòu)化呈現(xiàn)，形成較為系統(tǒng)的認(rèn)知體系。

核心素養(yǎng)下的大單元教學(xué)師生活動如表1所示。

表1 核心素養(yǎng)下的大單元教學(xué)師生活動

二、素養(yǎng)為本的“氮及其化合物”大單元教學(xué)設(shè)計案例

(一)教學(xué)設(shè)計思路

本節(jié)課要學(xué)習(xí)的“氮及其化合物”內(nèi)容位于高中人教版新教材必修二“化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素”的第二節(jié)。在實際教學(xué)中，如果按照傳統(tǒng)的教學(xué)方式，將氮及其化合物的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、用途進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生雖能掌握氮及其化合物的性質(zhì)用途，但獲取的知識往往是碎片化的，很難將所學(xué)習(xí)的內(nèi)容知識遷移應(yīng)用到陌生的情境中解決實際問題。因此，要讓學(xué)生完成新課標(biāo)的要求，需要創(chuàng)設(shè)真實的情境，引導(dǎo)學(xué)生建立“價類”二維圖，以及兩個轉(zhuǎn)化視角及物質(zhì)類別間和元素價態(tài)變化。結(jié)合實驗探究，來落實科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任、科學(xué)探究和創(chuàng)新意識、宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。

通過自然界的氮循環(huán)建立價類二維圖如圖1所示。

圖1 氮及其重要化合物價類二維圖

本單元主要以氮肥為大情境，首先從自然氮肥到雷雨氮肥，再到工業(yè)氮肥，包括早期液態(tài)氮肥和后期固態(tài)氮肥的氨態(tài)氮肥和硝態(tài)氮肥。基于氮肥大情境不僅系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了氮及其重要化合物的重要性質(zhì)和用途，還培養(yǎng)學(xué)生體會氮肥的發(fā)展史也是科技發(fā)展史，也是科學(xué)家們的奮斗史。落實科技興農(nóng)，用知識發(fā)展農(nóng)業(yè)的態(tài)度。除了農(nóng)業(yè)氮肥背景，筆者還結(jié)合實際硝酸工業(yè)，選擇制備硝酸和硝酸鹽路線，來學(xué)習(xí)硝酸的性質(zhì)和用途，通過設(shè)計路線，不僅學(xué)習(xí)了硝酸的性質(zhì)，還復(fù)習(xí)鞏固了氮的其他化合物的性質(zhì)，形成了物質(zhì)轉(zhuǎn)化主線，更鍛煉了學(xué)生解決實際問題的能力，發(fā)展學(xué)生的高階思維。同時發(fā)展體驗化學(xué)為生命、生活、安全所做出的突出貢獻(xiàn)，落實保家衛(wèi)國、科技強國的人生價值觀。

(二)教學(xué)目標(biāo)

本單元通過設(shè)計由簡到繁、由易到難的任務(wù)，驅(qū)動學(xué)生對已學(xué)的氮元素及其化合物的知識進(jìn)行遷移應(yīng)用，在層層遞進(jìn)、螺旋上升的任務(wù)中，形成知識體系的建構(gòu)與深加工。本單元的教學(xué)目標(biāo)如表2所示。

表2 教學(xué)目標(biāo)

本單元教學(xué)流程如下：

大情境：雷雨氮肥→工業(yè)液態(tài)氮肥→工業(yè)硝態(tài)氮肥→硝酸工業(yè)

教學(xué)流程：建立模型→設(shè)計思路→實驗探究→形成結(jié)論

本單元教學(xué)內(nèi)容分為3個課時，總體思路是依據(jù)創(chuàng)設(shè)的情境—刺激學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題—根據(jù)價類二維圖預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì)和相互轉(zhuǎn)化—小組討論設(shè)計諸多實驗方案—相互評價并篩選優(yōu)質(zhì)方案—小組合作進(jìn)行實驗探究—基于證據(jù)推理，得出合理的結(jié)論。從而獲得體驗，提高認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)。整體教學(xué)設(shè)計為了使學(xué)生在真實情境中帶著核心問題、帶著任務(wù)持續(xù)進(jìn)行深度的思考，把對模擬人工氮肥—雷雨氮肥、工業(yè)氮肥—氨水和銨鹽、硝酸鹽以及硝酸工業(yè)的探究作為一個單元，主要內(nèi)容包括NO與NO相互轉(zhuǎn)化，氨氣、銨鹽、硝酸的化學(xué)性質(zhì)及對生態(tài)的影響，酸雨及其防治、說明轉(zhuǎn)化路徑、設(shè)計實驗、評價并探究、分析與抽象、控制變量思想等方法的運用。具體教學(xué)過程如表3、表4、表5所示。

第1課時 氮氣與氮的固定

表3 第1課時教學(xué)過程

第2課時 氨和銨鹽

表4 第2課時教學(xué)過程

第3課時 硝酸

表5 第3課時教學(xué)過程

(三)單元目標(biāo)任務(wù)在分課時中的具體實施

第1課時——初步建構(gòu)模型階段，形成探究思路，提升認(rèn)知能力。

圍繞著自然氮肥、模擬雷雨，探究氮肥在人類早期農(nóng)業(yè)中的作用，及氮氧化物對生態(tài)的影響。筆者創(chuàng)設(shè)了3個情境，提出了3個問題來貫穿整個課堂。(1)氮元素在自然界中是如何循環(huán)的？(2)N、NO、NO是如何相互轉(zhuǎn)化的？(3)如何預(yù)防酸雨？如何利用物質(zhì)轉(zhuǎn)化，變廢為寶？層層遞進(jìn)推動教學(xué)的發(fā)展。問題(1)主要任務(wù)是了解氮循環(huán)，建立“價類”二維圖，培養(yǎng)建構(gòu)模型能力和樹立物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀。

問題(2)的主要任務(wù)是結(jié)合元素周期律和原子結(jié)構(gòu)，預(yù)測N的性質(zhì)和反應(yīng)條件，再通過“價類”圖，預(yù)測NO、NO的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化，提出假設(shè)，小組討論設(shè)計驗證方案，相互評價實驗方案，再篩選優(yōu)質(zhì)方案，進(jìn)行實驗探究，目的是掌握物質(zhì)的性質(zhì)，體驗氮的固定對人類生存的重要意義，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題、宏觀辨識與微觀探析的學(xué)科素養(yǎng)。問題(3)主要任務(wù)是讓學(xué)生參與社會問題的討論，撰寫小論文，目的是培養(yǎng)學(xué)以致用的能力，為建設(shè)和諧美好的中國而貢獻(xiàn)自己的力量。

第2課時——思維拓展階段，深化認(rèn)知模型，建立價態(tài)和類別間相互轉(zhuǎn)化模型，理解氮及其化合物的重要性質(zhì)。

圍繞著工業(yè)氮肥的發(fā)展史，沿用第1課時的學(xué)習(xí)方法，創(chuàng)設(shè)了3個真實的情境，依據(jù)情境，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)不同的問題，抽離出4個密切相關(guān)的問題。(1)氨水為什么可以直接做氮肥？(2)現(xiàn)在為何不用氨水做氮肥？(3)氮肥袋上的標(biāo)識說明什么？(4)如何得到硝態(tài)氮肥？層層遞進(jìn)，推動新課的進(jìn)展。問題(1)的主要任務(wù)是通過完成噴泉實驗的探究以及分析氨水成分這樣的探究和抽象概括的任務(wù)，學(xué)習(xí)氨氣與水反應(yīng)。通過實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生探究能力，通過早期氨水做氮肥的事實，認(rèn)識到化學(xué)對農(nóng)業(yè)所做出的突出貢獻(xiàn)。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神與社會責(zé)任。

問題(2)的主要任務(wù)是引起學(xué)生認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生思考液態(tài)氮肥被取代的原因，深化氨水的性質(zhì)，結(jié)合價類圖推測可替代的氮肥，提出假設(shè)，設(shè)計合理的方案，進(jìn)行實驗探究，來學(xué)習(xí)氨氣與酸反應(yīng)生成銨鹽，體會銨鹽對于農(nóng)業(yè)以及生命的重要保障。培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。問題(3)是情境中的情境，緊接銨鹽情境，主要任務(wù)是通過氮肥銨鹽的農(nóng)用化肥袋的施用圖標(biāo)，指導(dǎo)學(xué)生討論學(xué)習(xí)銨鹽的性質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生抽象概括的能力，培養(yǎng)思維的敏捷性。問題(4)的主要任務(wù)是學(xué)生根據(jù)情境和問題，沿用學(xué)習(xí)物質(zhì)性質(zhì)的一般思路和方法，根據(jù)價類圖來預(yù)測性質(zhì)，提出假設(shè)，交流設(shè)計方案，進(jìn)行探究，得出結(jié)論，來學(xué)習(xí)氨氣的還原性。學(xué)習(xí)氨氣的催化氧化。體會通過氧化還原反應(yīng)原理，實現(xiàn)含有不同價態(tài)的同種元素的物質(zhì)轉(zhuǎn)化。體驗反應(yīng)受到條件的影響的科學(xué)精神和創(chuàng)新意識。結(jié)合時代背景通過氮肥的發(fā)展史體會科技發(fā)展，奮斗強國的重要意義。

第3課時——綜合能力整體提升，深化物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀、元素守恒觀以及可持續(xù)發(fā)展觀。

第3課時利用前兩課時建立的兩個模型，來設(shè)計制備硝酸和硝酸鹽的路線，設(shè)計物質(zhì)轉(zhuǎn)化路徑，選擇優(yōu)化方案，在解決問題中來學(xué)習(xí)硝酸的化學(xué)性質(zhì)。筆者創(chuàng)設(shè)了2個真實情境，抽離出4個問題。(1)根據(jù)價類圖如何實現(xiàn)硝酸的轉(zhuǎn)化？(2)物質(zhì)轉(zhuǎn)化路線有哪些？(3)如何給濃硝酸“祛黃”？(4)總結(jié)硝酸與金屬反應(yīng)的特點規(guī)律。由此可以看出，問題是相輔相成的，問題(3)是在解決問題(2)中衍生的問題，利用情境中的情境，在銅和濃硝酸的實驗探究中，發(fā)現(xiàn)濃硝酸有顏色，培養(yǎng)仔細(xì)觀察，善于思考的好習(xí)慣，落實宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)反思

(一)真實有效的課堂問題，增強批判性思考

真實的情境素材能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。情境素材越樸實，越貼近學(xué)生生活實際，越能承載有效的課堂問題，越能使得學(xué)生積極參與，在解決實際問題的過程中進(jìn)行批判性思考以及完成知識的構(gòu)建與反思。

(二)轉(zhuǎn)變設(shè)計理念，服務(wù)育人目標(biāo)

日常教學(xué)目標(biāo)，往往聚焦本節(jié)課的知識，以及教學(xué)目標(biāo)突出，難點突破，很少關(guān)注到學(xué)生學(xué)的過程。不知道學(xué)生是怎么學(xué)習(xí)的，以及學(xué)得怎么樣，既忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所采用的學(xué)習(xí)方法，也忽視了學(xué)生在陌生情境中的知識遷移運用能力、解決實際問題的能力。因此，教師在教書育人上，也要有大格局，樹新觀念，不斷學(xué)習(xí)，充實自己，提高自己的人文素養(yǎng)和社會擔(dān)當(dāng)，以便更好地整合資源，駕馭課堂，落實核心素養(yǎng)。

(三)整體設(shè)計教學(xué)單元，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)

本案例基于課時教學(xué)目標(biāo)的素養(yǎng)發(fā)展要求,對單元教學(xué)進(jìn)行整體設(shè)計,交叉融合N、NO、NO、NH、HNO的性質(zhì)探究活動和以通過氮肥的發(fā)展史相關(guān)的實際問題為主線的活動。學(xué)生在學(xué)科活動中總結(jié)歸納氮及其化合物的性質(zhì)，整理清楚物質(zhì)的性質(zhì)及其相互轉(zhuǎn)化關(guān)系；在實際應(yīng)用活動中解決實際問題，遷移學(xué)科知識，認(rèn)識學(xué)習(xí)化學(xué)的一般思路和方法,從而實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。