大概念統領下單元作業的設計與實踐

鮑文亮 李貝貝 周雯 韓佳睿

單元作業應以大概念為統領，將零散的知識聯系起來，更有效地整合知識、技能和觀念，實現各類真實情境的遷移；以單元結構為支撐點，通過功能型和主題型結構的設計，將基本的事實、知識、技能關聯起來，形成一個有邏輯的單元知識架構；以綜合實踐類作業為生長點，引發學生深入思考，實現知行合一，進一步提升學生化學學科核心素養水平。

大概念；單元作業；氧化還原反應；離子反應

近年來越來越多的教師意識到作業設計的重要性，尤其關注情境化作業的設計，在達成作業既有功能的基礎上，進一步發展學生的核心素養。然而相較于“點狀”的課時作業，單元作業除了兼具情境性，還應具有一定的系統性、關聯性和綜合性，充分體現單元結構對學生化學學科核心素養發展的重要性。教師需要為單元作業找到“統領者”，發揮單元結構的力量。筆者以滬科版高一化學第二章第2節“氧化還原反應和離子反應”單元為例，談談單元作業的功能和價值如何在設計和實施過程中得以具體實現。

每一個單元作業的核心思想如果僅僅是課程標準中一個重要的教學目標，顯然無法實現對課程內容的統整、組織和深入的探究。教師需要對本單元核心內容進行充分的理解，建立一個能夠反映化學學科特質，居于學科中心地位的大概念。單元作業設計應以大概念為錨點，借助其具有的中心性、可持久性、網絡狀及可遷移性等特征充分揭示學科知識間的縱橫關系，促進學生構建學科知識體系，理解學科大概念，從而解決社會生活中真實問題，達成學習要求。那么如何提煉出具有單元特點的學科大概念？又如何將抽象的大概念與學生的認知水平相融合？

2.1基于學科視角，聚焦學科素養提煉大概念

基于發展學生核心素養的化學單元作業設計是根據一定的主題教學內容，確定教學單元，構建知識體系，從化學學科核心素養內涵和發展水平出發，尋找合適的認識角度、認識思路以及相應的認識方式，形成化學學科特定的思維方式和思想方法。

大概念具有高度概括性、統攝性和遷移應用價值。大概念在對具體知識歸納整合的基礎上建構，將化學知識與學科價值進行關聯，引導學生積極參與綜合實踐類活動，解決真實化學問題。

高中化學學科的五大核心素養在教材的各單元中既相輔相成，又各有側重?！把趸€原反應和離子反應”單元尤其突出“宏觀辨識與微觀探析”和“證據推理與模型認知”兩種核心素養。“宏觀辨識”為“證據推理”基于現象提供了感官認知，“證據推理”又對這種感官認知進行預測解釋；“模型認知”為“微觀探析”基于本質提供表征方式，“微觀探析”又從離子或電子水平為模型提供特有的思維視角，最后達到認知物質世界的基本方法。作業無法直觀呈現實驗現象，素養僅停留在學生的思維層面，而符號表征則是本單元作業最直觀的體現方式?；趯W科本體和學生發展，本單元大概念聚焦在“透過現象看本質”，即現象是認識本質的外在體現，而本質則反映了現象。本單元作業的大概念與核心素養的關系如圖1所示。

2.2基于大概念，依據學業要求確定單元主題

在大概念統領下，學生能夠逐步領悟知識背后蘊含的化學觀念，但是學生要遷移應用于新的情境中仍有一定難度。此時教師需要基于學業要求進一步針對大概念進行解構與提煉，以促進學生對學科觀念的理解和自主遷移。在《普通高中化學課程標準（2017年版）》中“氧化還原反應和離子反應”主題的學業要求如表1所示。

分析本單元的學業要求，可以發現離子反應從實驗現象、數據和圖像等宏觀現象出發，建立對電解質的電離和溶液中離子反應的微觀探析。而氧化還原反應則通過物質的宏觀現象來揭示物質的組成、結構、性質以及化學反應中內在變化的微觀本質?；凇巴高^現象看本質”的大概念，本單元以符號表征構建起宏微結合的模型，進而解釋氧化還原反應和離子反應的特征和規律，預測可能發生的化學反應。本單元作業的大概念與單元主題的關系如圖2所示。

2.3基于學情，依據教學內容要求構建大概念的單元多重層級結構

大概念本身所具有的深度和概括性，對教師來說有很強的指導意義，但對學生來說很抽象，難以理解。氧化還原反應和離子反應是中學化學重要的理論知識，是中學化學教學的重難點之一。學生在初中階段已經學習了化學反應的四種基本類型，但對溶液中所發生反應的認識還停留在宏觀現象，學生無法從微觀角度認識各種離子之間的重新組合，缺乏對反應實質的認識。學生在初中學習了化合價，但只是通過某個具體的化學反應孤立地理解氧化反應和還原反應，沒有認識到化合價的變化與得失電子之間的關系，更無法理解氧化還原反應的實質。

教師應結合學生現有的知識基礎和思維水平，基于單元主題，將大概念合理有效地分解為匹配教學目標的次級概念。在《普通高中化學課程標準（2017年版）》中，“氧化還原反應和離子反應”單元的教學內容要求如表2所示。

大概念中的“大”不僅僅能反映學科特質的深度，更應體現化學知識的廣度，即生活價值。單元作業需圍繞次級概念尋找作業的情境素材，讓學生在真實情境中體驗解決實際問題過程中的困惑和解決問題后的喜悅，構建如圖3所示的本單元知識層級結構。該層級結構將本單元需要學習的次級概念作為理解單元大概念的支撐，并將日常生活、生產環保、實驗探索和學術研究等相關素材與次級概念關聯起來，形成一個有理念、有內容、有情境的單元多重架構。

綜合以上三點，本單元作業的基本框架以大概念---“透過現象看本質”為統領，將氧化還原反應和離子反應聯結為一個有組織體系的整體。將化學學科的核心素養作為理解大概念的認識思路，依托豐富多樣的情境素材，突出單元主題，讓學生的作業既基于學生已有的知識基礎和生活經驗又體現認識的連貫性和遞進性，促進知識向素養的轉化。

把握大概念，就能突出單元知識的本質要義，就可以對整個單元有一個初步認識，更能將零碎知識與技能“黏連”為一個整體，突出課時與課時之間的關系，支撐起單元的知識內容和素養水平。本單元作業共四課時，其中第一和第三課時分別是氧化還原反應和離子反應的首個課時作業，設置為遞進型的功能型結構，層層深入，落實知識，提升能力，如圖4所示；第二和第四課時，因有了前一課時的知識基礎，設置為整體性的主題型結構，在大情境中提升高階素養的水平，如圖5所示。

3.1 以遞進性的功能型結構提升學生的認知水平

該結構的五個板塊無論從知識層面還是思維層面都逐層遞進，符合學生對事物的認知梯度，進一步建構以化學學科核心素養為導向的作業結構框架，總體設計思路及各版塊功能定位，如圖6所示。

3.2 以整體性的主題型結構提升學生的高階素養

知識本身是系統性、邏輯性的，作為知識的載體，作業的情境也應當是成體系的。有別于傳統作業，第二和第四課時的作業以特定主題的形式貫穿始終，按照時間、空間等順序逐步推進情境，在鞏固并應用知識的同時，突出化學與生活的緊密聯系，提升興趣，拓展視野，有助于構建真實情境與學科大概念的內在聯系。其中第二課時以試紙為研究主題，從常見的淀粉-KI試紙到自制的淀粉-KIO試紙，最后遷移到過氧化氫檢測試紙的應用。

本單元作業的第四課時離子反應，以水資源為情境主題。下面是本課時作業各板塊的設計意圖和部分節選題目

地球上的水總體積約有13億8600萬立方千米，但陸地上淡水湖和河流的水量不到地球總水量的1%?。在水資源短缺越發突出的同時，人們又在大規模污染水源，導致水質惡化。如何化廢為寶，源于人類對水資源的深入認識和處理方法。

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礦物質水，是指在純凈水的基礎上添加了礦物質類食品添加劑而制成。礦物質水被認為比純凈水更有益健康，有助于避免人體礦物質缺乏。

下圖是某品牌礦泉水標簽的部分內容：

1.標簽成分中的鉀元素和鎂元素，在礦物質水中分別以___、___形式存在。（書寫微粒符號）

2. 礦物質水的導電性比純凈水強還是弱？理由是________________________。

請設計簡單實驗證明你的觀點：_________________________________________。

3.通過計算得出一瓶該品牌礦物質水中SO 的物質的量約為_____mol。

該板塊以學生生活中熟知的礦物質水為情境，通過閱讀礦泉水瓶上的標簽，分析礦物質水中的實際微粒，進而從導電性的角度進行宏觀辨識。通過將宏觀辨識基于生活，在完成作業的過程中更能拉近與學生的距離，激發學生學習化學的興趣。

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1.向礦物質水中加入一定濃度的BaCl溶液，會看到什么現象？

結合該反應主要微粒的示意圖（見右圖），發現礦物質水中反應前后微粒數目基本保持不變的有__________，數目明顯減少的有___________，請書寫相應的離子方程式____________________。

2.向該礦物質水中加入一定濃度的Ba（OH）溶液，在下圖中將反應后的微粒符號補齊。

設計意圖：

該板塊以展示礦物質水中相關微粒的種類和數目模型的形式，探析微觀粒子間的作用，幫助學生使用化學模型進行推理演繹的能力。通過將反應后的微粒符號補齊的方法促使學生從微觀角度認識物質在水溶液中的存在形態及行為，達到宏微結合的視角水平。

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典型的飲用水處理廠其處理裝置如下圖所示：

1.目前國內最新型的自來水復合絮凝劑，采用聚合氯化鋁（PAC）、多糖（PS）和改性淀粉（MS）等為主要原料，具有質優、價廉和環保三大特點。

該新型絮凝劑的主要成分聚合氯化鋁（PAC）溶于水后產生的鋁離子與水反應形成絮狀的氫氧化鋁凝膠，請用離子方程式表達產生氫氧化鋁的過程：_______________________。

2. 對于飲用水處理至關重要的是除去致病微生物。消毒常用的手段有氯化處理法。氯化處理常加入氯氣或次氯酸鈣，它們所產生的殺菌劑都是次氯酸。請用離子方程式分別表達加入氯氣或次氯酸鈣產生次氯酸的過程：________________________________。

本版塊以飲用水處理廠為情境背景，通過自來水凈水原理的分析揭示微觀粒子的變化。通過離子方程式的正確書寫，將宏觀物質和微觀反應過程建立有機聯系。本課時作業的前三個版塊，幫助學生在“宏觀—微觀—符號”三種表征方式之間靈活轉換，形成化學學科特有的三重表征的思維模式。

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TDS水質檢測筆是一種簡易便攜式水質測試工具。TDS是水的純凈程度的一個重要指標。水越純，含離子濃度越小，電導率越小，TDS數值就越小。

某學習小組利用水質檢測筆，通過Ba（OH）粉末、水、0.1mol/L HSO溶液探究離子反應發生的條件。

實驗方案：向燒杯中依次加入下列試劑，記錄過程中TDS數值變化。

1.完成并填寫表格中的相關內容。

2.請在下圖中畫出實驗③隨著硫酸的滴入，溶液的電導率及pH的變化趨勢。

選用TDS水質檢測筆測定溶液中離子濃度的大小，引導學生依據測定的讀數進行宏觀辨識，建立電離的概念，并通過分析動態數據變化的原因診斷并發展學生宏觀辨識素養的水平。引導學生將自己對微觀的理解用化學語言的形式表征出來，感受化學符號的簡潔美，升華微觀探究水平。通過學生親手繪制向氫氧化鋇溶液加入硫酸過程中電導率及pH的變化趨勢，從微觀層面解釋宏觀現象，培養從宏微結合的雙重視角看待化學物質的能力。

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黃河稱為“母親河”，其中上游以山地為主，中下游以平原、丘陵為主，最后流入渤海。

黃河主要離子含量 （mg/L）

1.為了確定黃河水中的負離子，某研究小組進行了如下實驗，請你參與探究與分析。

2.黃河流域沿途工業污水的任意排放是造成黃河水質惡化的最大隱患。

工廠常利用石灰漿做高濃度含氟廢水的粗處理劑。已知：氟化鈣難溶于水，請寫出石灰漿處理含氟廢水過程中的離子方程式：___________________________。

本版塊以“母親河”——黃河為情境背景，聯系生產、生活、社會等實際情境，培養學生應用所學知識解決實際問題的能力。通過對黃河水中負離子的探究，落實常見離子檢驗的基礎知識并發展學生實驗設計的能力。利用石灰漿做高濃度含氟廢水的處理劑倡導學生主動珍惜水資源和保護環境，培養學生科學態度與社會責任的核心素養。

就像我們呼吸的空氣一樣，水對生命至關重要！從自身做起，每一份努力都在致力于保障水的可持續利用，延續人類持久健康的發展。

基于大概念的作業不僅僅是書本上知識的應用，更應讓學生在實際生產生活中通過大概念的理念啟發學生潛能，關注社會，解決實際問題。常規課時作業的主要功能是落實基礎，提升能力，而綜合實踐類作業基于已有知識來引發學生深入的思考，促使學生在活動過程中實現“知與行”、“動手與動腦”的結合與統一。本單元每個課時的最后一題均為綜合實踐類作業，不僅與課時中的常規作業有一定相關性和延續性，且具有開放性和分層性，學生可以根據活動指導自主選擇作業的難度和類型。

第四課時的綜合實踐類作業是設計自來水處理廠及水處理工藝流程。

上海楊樹浦水廠始建于1881年，是全國供水行業建廠最早，生產能力最大的地面水廠之一，滿足了楊浦、虹口、普陀、靜安、寶山五個區近200萬市民的生活用水和工業用水。

假如你和你的團隊受聘于楊樹浦水廠改建工程，你的團隊準備如何設計自來水處理廠及水處理工藝流程，為上海市民送去潔凈健康的飲用水呢？

1.思考廠址的選擇方案；

2.設計水廠處理工藝（探尋廢棄物資源化）；

3.投資估算與成本分析。

以小組為單位，根據設計方案，繪制工藝流程的海報，闡述水廠設計的合理性，分享設計過程中的心得體會。

該板塊作業在設計中通過活動指導提供給學生一定的方法和思路，有助于學生更好地參與活動并在過程中給予自己即時評價。此類綜合實踐類作業，教師不僅要關注學生最終作品，更應在學生活動過程中給予學生過程性評價，并注重最終成果展示過程中學生的交流和反思。第四課時“自來水廠工藝流程”學生自制的海報作品，如圖7所示。

單元作業是課程的一種形態，是課堂教學的補充和延續，應聚焦核心素養、突出知識認知的功能和價值，重點提高學生的學科理解能力，建立“知識、能力、素養”三位一體的化學作業設計體系。單元作業的設計應基于指向學科核心的大概念，搭建起支撐單元知識、能力和素養的立體單元結構，并通過綜合實踐類作業及相應的過程性評價最終實現促進學生全面發展的目標。

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