基于真實情境的初中化學大單元整體教學設計*
——以“金屬和金屬材料”為例

呂俊香

（珠海市金鼎中學 廣東 珠海 519000）

崔允漷提出“真實學習必須要有真實情境與任務的介入”［1］。從化學的視角深入挖掘學科知識的內涵，將真實情境與化學學科知識進行融合，以情境包裹問題，促進學生的深度學習，有利于達到義務教育化學課程標準［2］（2022版）中提出的“素養為本”的目標。

珠海市作為經濟特區、粵港澳大灣區的中心城市、底蘊厚重的文化旅游名城，有其特有的人文積淀、自然環境、科技文化等豐富的鄉土資源。因此，可以從化學的視角深入挖掘，將單元的五維內容結構與珠海鄉土資源進行深度整合，創設真實問題情境，在情感上引起學生的共鳴，拉近教材知識與生活實踐的距離，將德育、勞育、美育滲透在課堂中。

一、單元教學主題內容及現狀分析

1.教學主題內容

第八單元“金屬和金屬材料”的內容，分散于主題二“物質的性質與應用”和主題四“物質的化學變化”，其中包括“金屬與金屬礦物”“物質的變化與轉化”“化學反應及質量守恒定律”“認識化學反應的思路和方法”“化學反應的應用價值及合理調控”等諸多內容。

2.教學現狀分析

金屬是初中學生日常生活中接觸較多的一類材料，學生對金屬材料的性能、成本和使用方法有一定程度的了解；通過初三近一個學期對“空氣、氧氣、碳和碳的氧化物”等物質的學習，學生能夠全面認識單一物質的性質、用途、來源及相互關系；在“氧氣的性質”“二氧化碳實驗室制取的最佳條件”“二氧化碳和水能否反應的探究”“燃燒的條件”學習中多次接觸排除法、控制變量等科學探究的方法，學生已經掌握了一些基本的化學理論、實驗技能和探究問題的方法，初步具備類比歸納，自主建構、小組合作的基本能力。但缺乏系統學習金屬來源和性質的知識體系，缺乏系統地認識、學習一類物質的方法和批判創新的科學思維。

第八單元金屬和金屬材料（人教版）教材中提供的情境較為多元化，缺乏串聯、統領整個單元內容具體的情境，需要將單元學習內容橫向、縱向地串聯起來，進行多角度的挖掘，多維度地拓展。因此需要教師提煉本單元中的化學核心概念，并選擇真實情境加以包裹，依照核心概念設計問題鏈貫穿整個單元的教學，將教材中原本零散的內容進行整合、優化，對教材進行情境化處理，以幫助學生建構化學核心概念，培養學生的化學核心素養。

大單元教學設計區別于其他整體教學的最大亮點在于創設基于單元的大情境，學生可以在情景中完成真實任務、解決真實問題［3］。陳瓊蘭［4］等以“科學探究假黃金真面目”為載體，開展初中化學“金屬和金屬材料”項目式單元復習教學，帶領學生在鑒別真假黃金的情境中進行科學探究；王琳琳［5］等以“古滇文物出土記”為載體，帶領學生認識文物，修復文物和保護文物，融入本土地域文化特色。本文在前人研究的基礎上，將情境一以貫之，并融合學生的親身經歷和珠海鄉土資源，進行大單元整體設計。

二、單元教學主題內容與真實情境

1.整合依據

依據義務教育課程標準，基于學生經驗的情境價值，聚焦核心素養的學科認識，確定引領性學習主題為“探秘超級工程港珠澳大橋”。確定單元主題框架，如圖1。

（1）課標導向

《義務教育化學課程標準（2022 年版）》指出:要“面向全體學生，提高科學素養”，打破“教材中心”、超越“學科中心和知識中心”，體現“從生活走進化學，從化學走向社會”，倡導“以探究為主的多樣化學習方式”，重視“促進學生發展的多樣化評價”，從而實現化學課程的全面育人功能。同時，課標給出的情境素材建議也提到“我國在金屬及金屬材料領域的研究和應用成就，現代交通等領域使用的合金材料及其發展”等。本單元設計確定了“超級工程港珠澳大橋”作為大情境。結合課標的五維內容結構和港珠澳大橋的真實情境，制定本單元的五維內容結構如圖2所示。

圖2 基于課標的金屬和金屬材料BCMAP

（2）情境價值

本單元授課對象在初二階段進行過港珠澳大橋的研學活動，已對港珠澳大橋有了一定認識。融合研學活動的化學課堂，學生將以學科的視角，探索港珠澳大橋的設計與建設的奧秘，激發其創造力和創新意識。這樣的“研學+課堂”會使學生從時間、空間兩個維度上感受到學習是一個持續的、逐步深入的過程，激發學生終身學習、深度學習的意識和態度。

以珠海鄉土資源——港珠澳大橋設計與建設的真實問題出發，從主體材料的“來源”到“選擇”再到“防護”，學生在這些真實問題的驅動下進行探索，在探索中獲得相關知識和技能，又在實踐中發展核心素養，充分體會物質的應用價值和學科的社會價值，進一步激發民族自豪感，家鄉的歸屬感，增進愛國愛鄉的情懷。

和單元密切相關的情境素材整理如下:作為跨海大橋如此大噸位的橋梁，考慮到主體材料、來源，使用鋼結構為首選；跨海大橋的特殊性，抗臺風、抗地震、抗海上巨輪的撞擊，對金屬的強度、韌性等物理性質都有很高的要求，同時高鹽、高濕、高溫的海洋環境，必然要求金屬材料具有嚴苛的防腐蝕措施。橋梁的不同部位對性能的需求又略有不同，如環氧涂層螺紋鋼材用于鋼箱梁、橋墩，雙相不銹鋼鋼筋被應用于大橋的承臺、塔座及墩身，高端鋼種用于承重關鍵部位的建造。

（3）學科認識

本單元的內容主要圍繞兩個核心知識∶一是“復雜關聯”視角認識物質。本單元以合金、金屬的物理性質與化學性質、用途、腐蝕與防護、金屬的冶煉等知識為載體，幫助學生從不同視角認識物質的組成結構、性質、用途、制備與轉化，并充分認識四者之間的相互關系。二是多角度認識化學變化，能從化學變化的物質、條件、現象、反應類型和能量變化等五個維度對化學反應進行完整描述，初步形成對化學反應的系統思考能力［6］。圍繞著大概念“從類別出發，多角度認識物質和變化”和“化學反應是可以調控的”，確定引領性主題，要尋找涵蓋核心知識的真實情境，開展有挑戰性的學習活動。學習活動的設計既要較好地體現知識的邏輯順序，也要體現與現實生活的聯系，使單元內不同課時之間的遞進關系遵循問題解決的路徑，體現解決該類問題的思維框架，從而促進學生能力的發展。

2.關聯設計

利用港珠澳大橋創設真實問題情境，以核心知識為載體，通過一系列的挑戰性活動:探究港珠澳大橋主體材料的來源、選擇緣由、防護，將知識、方法、觀念等各維度實現整合，指向學生對學科思想和方法的理解，指向遷移應用所學知識和方法解決問題的能力［7］。為更好的實施單元整體教學，本設計調整了教材的內容順序，將鐵的冶煉安排在第一課時，增加了跨學科實踐活動“制作港珠澳大橋紀念章”。以“超級工程港珠澳大橋”建構情境線索，提出有意義的真實問題“港珠澳大橋主體材料的來源”“選擇緣由”“防護”和“港珠澳大橋紀念章制作”。

（1）以港珠澳大橋為境脈，進行大單元整合開發

作為課程的實施者，應從情境素材的搜集者向一個情境素材的加工者轉變，真正實現對情境的“創設”。

本單元教學設計通過對“港珠澳大橋”情境的挖掘和整合，依據情境的層次關系，設計有梯度、連貫的問題鏈，讓情境從不同側面共同體現著同一教學目標，從不同角度培養學生的核心素養，實現從內容單元到單元學習主題的突破。在整個學習過程中情境創設要做到有“始”有“終”，激發、推動、維持、強化和調整學生的認知、情感和實踐活動等。（如圖3）

圖3 “超級工程港珠澳大橋”與“金屬和金屬材料”關聯設計

（2）以深度學習為核心，設計挑戰性學習活動

在“有方向性”的問題的牽引下，結合本單元核心知識，設定每個課時的挑戰性學習活動，以活動線展開課堂教學，以素養線達成培育目的（圖4）。

圖4 核心問題與挑戰性學習活動關聯圖

挑戰性學習活動的設計主要體現了學生學習的體驗性、合作性和反思性。不同的課時學習活動都注重體驗。學生轉化角色，作為工程師為港珠澳大橋主體挑選材料并思考腐蝕原理與防護方法，通過實驗探究認識金屬的共性和差異性，初步建立研究物質性質的一般思路與方法，培養性質決定用途的化學學科思維。通過分組探究如何制作港珠澳大橋的紀念章，包括蝕刻紀念章和對蝕刻廢液的再處理，讓學生經歷自主思考、合作探究，深度互動、交流，總結、反思等完整的問題解決過程，實現深度學習，建立科學的應用觀，促進學生核心素養的融合發展。職業代入的設定和任務體驗，能促使學生化被動為主動，更積極地思考問題，引發學生對于學習活動的審辨與反思，提升批判性思維能力，解決真實問題的高階能力，也能在課堂喚醒學生的生涯規劃意識。

（3）以核心素養為導向，實現教學評一體化

評價的主要功能是診斷學習效果、改進教學，促進學生化學課程核心素養的發展。本單元堅持化學課程核心素養導向的發展性評價，對前置作業和課堂學習設計了過程性評價量表（表1、表2）、將其與學習效果評價、結果評價相結合，全面、客觀評價學生的化學觀念、科學思維、探究實踐、科學態度與責任等核心素養目標的達成情況，促進學生全面而富有個性的成長。

表1 學科實踐活動評價量表-小組評價

表2 學科實踐活動評價量表-組內評價

三、單元學習目標和教學流程

1.單元學習目標

①通過了解建設港珠澳大橋的材料，感知金屬材料在生活和社會發展中的重要作用；了解合金組分的改變將影響其物理性能，進一步深化對"物質組成結構決定性質"的認識，培養性質決定用途的化學學科思維。

②通過了解如何從鐵礦石獲得建設港珠澳大橋的大量鋼鐵，學習工業煉鐵的原理，建立科學的物質轉化觀；能根據質量守恒定律對有關化學反應中雜質問題進行計算，感受化學對社會生產的重要作用。

③通過探究如何刻蝕港珠澳大橋的紀念章，歸納總結金屬的化學性質的相似性與差異性，并建立起置換反應的概念，豐富對化學反應類型的認識，建立起分類研究物質和化學反應的觀點。

④通過分析港珠澳大橋的建設難點，探究鐵制品銹蝕的條件，初步掌握控制實驗條件對化學問題進行探究的方法，并從調控反應的角度理解鐵的生銹和防銹，認識化學如何指導人們正確利用物質、合理利用資源，確立科學的應用觀，增強社會責任感和保護資源的可持續發展意識。

2.單元教學流程

本單元分為新授課（第1—5 課時）與學科實踐活動課（第6課時）兩部分。現將特色單元教學流程展示如下（圖5、圖6、圖7）。

圖5 特色教學流程第1課時

圖6 特色教學流程第5課時

圖7 特色教學流程第6課時

在第1課時中，探究港珠澳大橋主體材料的來源，以鐵的冶煉為核心知識主線，學習工業煉鐵的原理，建立科學的物質轉化觀；按煉鐵原料的選擇，煉鐵反應原理，反應裝置的選擇和優化，尾氣處理，工業煉鐵等知識要素的邏輯順序設計，通過計算主體材料42 萬噸鋼材理論上需要多少鐵礦石，學會對化學反應中物質含雜質問題的計算，感受化學對社會生產的重要作用。

第5 課時通過分析港珠澳大橋的建設難點，探究鐵制品銹蝕的條件，初步從調控反應的角度理解鐵的生銹和防銹，認識化學如何指導人們正確利用物質、合理利用資源，確立科學的應用觀，增強社會責任感和保護資源的可持續發展意識。第6課時打破傳統的教學理念，以任務驅動，溫故已學的知識，并遷移應用到港珠澳大橋紀念章的制作。

四、單元整體教學的反思

1.情境挖掘與整合的反思

在設計之前，我們查閱了書本素材和課標的情境建議，書本素材包括東漢晚期的青銅奔馬；河北滄州的鐵獅子、《天工開物》古代煉鐵圖、1996 年鋼產量突破紀念郵票。課標建議的內容［2］有:《天工開物》中對我國古代金屬冶煉成就的描述，我國古代合金材料的制造（新增），我國在金屬及金屬材料領域的研究和應用成就（新增），現代交通、航空航天、國防科技等領域使用的合金材料及其發展，廢棄金屬的分類回收和再利用。從這些素材可以看出，新課標倡導的價值導向是:將中華優秀傳統文化有機融入課程，內容選擇著力體現化學對人類文明發展的重要貢獻，引導學生感悟民族智慧，增強文化自信；反映我國科技發展的新成就，體現化學課程內容時代性。

我們認為以港珠澳大橋為大情境，是符合課標提出的價值導向，體現課程的思想性和時代性。在此前提下，基于學生的經驗，我們搜索和學習內容緊密關聯的素材，對情境進行了再設計，合理調控情境的復雜度，提高適用性和包容性，將原始素材改變為問題情境時，保證遵循學生的認知規律，優化呈現方式。讓情境貫穿始終，更好地服務于核心素養的實現。

2.核心問題鏈設計的反思

本設計在進行教學規劃時，綜合考慮了實際問題解決過程、知識邏輯順序、學生的認知發展，圍繞單元學習主題設計驅動性問題，把問題解決的基本框架作為明線，把知識的落實、化學學科思想方法、學生能力發展作為暗線［7］，進行了從1.0版本到2.0版本的迭代（圖8），更能促進學生核心素養的有效落實。

圖8 單元課時規劃迭代

3.教學創新點與反思

（1）化學為徑，尋鄉土情境

通過挖掘與初中化學教學相關的珠海鄉土資源，創設真實問題情境并進行學科教學的深度融合。以情境包裹問題，進行教學案例的精心設計與實施。在實踐中發現初中化學知識與鄉土情境的聯系，發現真實問題。

（2）情境為脈，串課堂環節

開發以“情境線-問題線-知識線-活動線-能力線-素養線”為核心的“六線教學流程示意圖”。創設真實問題大情景中的教學，能促進教師的課堂教學改革，主題情境設計與整合的一般規律，并結合具體教學案例進行展示交流，啟發教師的教學思考和激發教師的教學熱情。

（3）課堂為營，提核心素養

教師要關注知識的整體性和學生認識的遞進性，從具體的課時內容出發，抽提出學科基本概念，用大概念統領單元教學，以促使學生的學習過程由淺入深、螺旋式上升，有利于幫助學生建構大概念和核心概念，促進學生核心素養的發展［8］。通過學生的課堂學習表現和課后反饋可以看出，以港珠澳大橋研學為情境，按照“發現宏觀現象——尋找理論解釋”的路徑，用“物質組成結構決定性質”和“化學反應可以調控”的大概念組織教學，可以培養學生在生活中應用化學知識的能力，認識化學如何指導人們正確利用物質、合理利用資源，確立科學的應用觀，增強社會責任感和保護資源的可持續發展意識。同時，港珠澳大橋世紀工程也體現我國科學技術的世界地位，便于教師在教學環節中自然地滲透愛國主義教育，學生可以深切體會化學學科的社會價值，愿意投身化學相關職業來為民族、為全世界貢獻一份微薄的力量。

4.教學設計普適性的反思

從地域推廣看，本大單元情境與任務設計具有一定的普適性價值，換成其他大橋同樣適用，亦可結合實際情境，將問題鏈的設計當地化。從課型功能看，在復習階段，可將本單元整體教學整合濃縮成單元復習課。