化學大單元設計的實踐與思考
作者:戴明元
發布時間:2022-03-08 09:33:56 來源:陜西教育報刊社
2021年以來,我校化學組的教師依據《普通高中化學課程標準》(2017版)(下面簡稱“新課標”),使用2019年人教版教材(下面簡稱“新教材”),對大單元教學的設計和課堂教學進行了積極探索實踐。在此過程中,我們對大單元課堂設計的原則及教學中應注意的問題有了清晰的認識。下面整理成文,與大家交流探討。
一、大單元設計的基本原則
1.三種方式確定單元主題
“新課標”在實施建議中明確指出:“化學教學內容的組織,應有利于促進學生從化學學科知識向化學學科核心素養的轉化,而內容的結構化則是實現這種轉化的關鍵。內容的結構化主要有以下三種形式:①基于知識關聯的結構化。②基于認識思路的結構化。③基于核心觀念的結構化。”在大單元教學中,為提高學生的化學學科核心素養,我們主要以上述三種結構化來組織單元教學的內容。
如,基于知識關聯的結構化,我們把“新教材”必修2第六章與選擇性必修1的第一章、第二章的內容組織起來,確定了“化學反應的規律”的大單元。在教師的引導下,讓學生進行自主學習,并把知識結構化如下:
如此,可以幫助學生分清熱力學與動力學的范疇,避免在解決問題的過程中將二者混淆使用。
基于由感性認識到理性認知、由宏觀到微觀、由定性到定量的認識思路,我們將“新教材”必修2第六章與選擇性必修1的第一章、第二章整合成三個小單元,即“化學反應與能量”“化學反應速率”“化學平衡”。這樣,在這三個單元的學習中,學生的“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”等化學學科核心素養就得到了逐步提升。
如,“水溶液中的離子反應與平衡”一章,教材內容是基于“微粒觀”“平衡觀”“變化觀”等核心觀念展開的。我們就基于核心觀念的結構化設計了“水溶液中的離子反應與平衡”一章的大單元,具體分為兩個子單元,“子單元一‘外界因素對平衡的影響’——基于微粒觀和變化觀,研究外界因素對電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡的影響”“子單元二‘四大平衡常數’—— 基于化學平衡常數的‘平衡觀’,研究弱電解質的電離平衡常數(Ka、Kb)、水的離子積常數(Kw)、鹽類的水解平衡常數(Kh)、難溶電解質的溶度積常數(Ksp)” 。
這樣的大單元設計,不但能讓學生用基于“化學平衡”一章建立起來的核心觀念學習“水溶液中的離子反應與平衡”,而且能使以上的核心觀念更加穩固,使學生“變化觀念與平衡思想”的化學核心素養進一步提升。
2.創設情景,促進學生化學學習方式的轉變
“新課標”在實施建議中指出:“學生化學學科核心素養的發展是一個自我建構、不斷提升的過程,教師要緊緊圍繞化學學科核心素養發展的關鍵環節,引導學生積極開展建構學習、探究學習和問題解決學習,促進學生化學學習方式的轉變。”因而,單元活動的設計要積極地創設真實的問題情景,設計建構學習、探究學習和問題解決學習等活動。
如,建構學習活動的設計方面,在學生完成了“新教材”必修2“化學反應的限度”的內容之后,就要自主學習選擇性必修1的化學平衡的內容,為了建構新知識與舊知識經驗的聯系,教師設計了如下四個問題情景。
(1)以合成氨為例,談談化學平衡是怎樣建立起來的?請用v-t圖像表示該反應化學平衡的建立過程。
(2)化學平衡的特點有哪些?其中的“等”與“定”有什么關系?試用c-t圖像表示化學平衡的建立。
(3)可逆反應為什么有限度?如何描述可逆反應限度的大小?影響化學平衡常數的因素有哪些?有什么應用?
(4)化學平衡的特點中“動”和“變”的含義是什么?二者有什么聯系?改變哪些條件會使平衡移動?
以上四個問題情景,可以幫助學生通過新、舊知識經驗之間的反復、雙向的相互作用,形成和調整自己的經驗結構,建構新的知識體系。
化學學科的探究學習活動以探究實驗為主。因此,我們在設計“化學平衡”的子單元“影響化學平衡的因素”時,精心準備了如下實驗活動。
這樣的設計,是讓學生依據實驗目的和實驗原理,設計實驗方案、討論優化方案、進行實驗、觀察現象、得到結論。這樣的設計,不但能增進學生對科學探究的理解,發展學生的科學探究能力,而且能提升學生“科學探究與創新意識”的化學學科核心素養。
如,“化學平衡”的子單元“化學反應的調控”一節,我們采用的是問題解決的學習方式,即給出情景和必要的素材,引導學生根據自己已有的知識來優化合成氨的反應條件。具體如下:
情景:
十九世紀,合成氨工業解決了人類面臨的糧食短缺問題,為工業生產提供了基本工業原料——氨。其實,自1784年確定氨的成分以后,人們一直在研究如何利用氮氣和氫氣合成氨,但到1913年才實現了合成氨的工業化生產。經過研究人員的努力,幾十年后建造了日產氨1000噸的大型裝置。
素材:
(1)合成氨的反應是一個可逆反應,N2(g) + 3H2(g)[]2NH3(g)。已知298K時:△H=-92.2KJ/mol , △S=-109.2J/K?mol。
(2)實驗研究表明,在特定條件下,合成氨反應的速率與參與反應的物質的濃度的關系式為:v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)。
(3)工業合成氨以鐵觸媒為催化劑,鐵觸媒在500℃時的活性最大。
(4)從化學平衡的角度分析,在氮氣和氫氣的物質的量之比為1∶3時,平衡轉化率最高,從化學反應速率角度分析,氮氣在催化劑上吸附為總反應中最難發生的步驟,即影響反應速率的關鍵步驟。
(5)工業生產中,壓強增高,對設備材料和結構的要求也提高了,動力消耗增大,綜合經濟效益會下降。
問題:
請結合以上素材,選擇合成氨工業的最優條件。
反思總結:
由工業合成氨條件的優化看,工業生產條件的優化主要考慮哪些因素?當出現矛盾時,如何解決?
3.重視化學認識視角和化學認識思路的培養
“所謂化學認識視角,是指對物質及其變化的特征及規律進行認識的側面、角度或切入點。它回答的是‘從哪兒想’的問題。所謂化學認識思路,是指對物質及其變化的特征及規律進行認識的程序、路徑或框架。它要解決的是‘怎么想’的問題。”大單元教學,更有利于培養學生的化學學科認識視角及認識思路。
如,元素化學的教學,我們把認識視角聚焦在“從物質類別的視角認識物質間的轉化關系”“從元素價態的視角認識物質間的轉化關系”,即引導學生建構價類二維圖。教學中,常見的認識思路還有“宏觀—微觀—符號”“預測—實驗—證據—推理—結論”“認識模型”“思維模型”“定性—定量”等。有機化合物的教學中,我們引導學生的認識思路為“有機物的分子結構→官能團→有機化學反應→有機物之間的轉化→有機合成”。
教學中,當遇到陌生復雜的問題時,教師可以啟發、引導學生“從哪想”“怎么想”,并且在得到結果后,為學生總結認識的出發點、思維的模型,以不斷拓寬學生的認識視角,不斷構建學生分析問題的框架和思維模型,提高他們分析問題、解決問題的能力。
二、大單元教學中應注意的問題
1.緊密圍繞核心觀念確定教學策略
中學化學的核心觀念主要有變化觀、微粒觀和微粒作用觀、平衡觀、守恒觀、組成和結構決定性質觀、價類二維觀、綠色的可持續發展觀、科學的探究觀等。觀念決定思想,思維決定行為,因而大單元教學設計中我們往往緊密圍繞核心觀念來確定教學策略。
在烴、烴的衍生物的大單元教學中,我們教學策略的設計圍繞“結構決定性質”的核心觀念。如,對于“苯酚”一節,我們在教學設計中,采用的教學策略為“結構分析→性質預測→實驗驗證→歸納總結→遷移應用”。
2.教學活動的設計要注重高階思維的開展
陌生情景下復雜問題的解決,需要學生具有較強的化學科學思維能力,尤其是高階思維能力。因此,在大單元教學的設計中,我們要非常重視高階思維的培養。
如,探究“影響化學平衡的因素”一節實驗課中,為了培養學生的高階思維,我們的教學策略是讓學生根據提供的試劑及實驗用品先設計實驗,再優化方案、實驗探究、觀察現象、解釋現象、概括濃度、壓強、溫度對平衡的影響規律。這其中設計實驗要用“設計實驗的創造性思維”的高階思維,優化方案要用“分析評價”的高階思維,觀察現象及解釋現象要用“預測、觀察和解釋能力”的高階思維,概括濃度、壓強、溫度對平衡的影響規律要用到“概括關聯”的高階思維。
3.注重引導學生建構模型
在教學中建構模型,有利于學生在陌生復雜的情景下分析問題、解決問題。因而,大單元教學中,我們也要注重引導學生建構模型。
如,“水溶液中的離子反應與平衡”一章的教學中,我們引導學生建構模型“溶液中有什么溶質(包括單一溶液和反應后的溶液)→它們是什么比例→會建立哪些平衡→分析離子濃度的大小、列守恒關系式、判斷酸堿性等”。學生一旦建立起這一模型,即使遇到陌生復雜的問題情景,也能順利地解決問題。
4.注重化學日常學習評價
“新課標”明確指出:“化學日常學習評價是化學教學不可或缺的有機組成部分,是化學學習評價的一種重要表現形式,是實施‘教、學、評’一體化教學的重要鏈條。”我們在實施大單元教學的過程中,非常注重化學日常學習評價,及時診斷學生的化學學科核心素養的發展水平、核心知識和核心觀念的結構化水平等,以便及時地給予指導或進行針對性的發展、提高。當然,也能為后面的教學提供設計的依據。
“新課標”明確指出:“提問與點評,練習與作業,復習與考試是有效開展化學日常學習評價的基本途徑與方法。”為使以上三種途徑與方法有診斷功能,課堂上我們拋出的問題要具有素養診斷功能,點評要有指導性,要能引導學生發展化學核心素養、結構化核心概念和核心觀念。對于練習、作業及考試,我們應精心設計有素養診斷功能的題目。批閱時,我們不能只看對錯,一定要深入分析錯因,是什么素養沒有達標,還是核心知識或核心觀念結構化程度太低。然后及時反饋,調整教學節奏或重心,真正地讓學生實現素養的發展。章節的復習課,我們要指導學生自主建構知識體系,以診斷學生的核心概念和核心觀念的結構化水平,及時給予指導或進行針對性的發展、提高。
關于大單元教學,我們從實踐中取得了以上認知。但還有一些問題值得思考,“如何處理好大課堂與知識鞏固、技能練習的關系?”“大課堂中,課堂容量較大,而學生的基礎、素養不一,容易導致學困生跟不上教學進度,如何能兼顧學困生?”等。這些問題,值得我們一線化學教師進行更加深入的思考和探究!
作者單位 陜西省渭南市大荔縣城郊中學



