依托大概念发展核心素养的单元整体教学设计——以“有机化合物”为例

◎ 海南省海口市琼山中学 陈垂胜

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》基于主题规定学习内容（输入性学习要求），有利于反映学科思想本质和大概念（每一个主题的学习内容标准的第一条是本主题的大概念），教学过程中设置真实情境和挑战性问题任务，使必备核心知识结构化、功能化和素养化。也就是在必修阶段课程突出化学基本观念（大概念）的统领作用，明确“教——学——评”中围绕发展学生化学学科核心素养，对化学知识从大概念的层面进行梳理。开展“素养为本”的课堂教学，要根据教学内容，确立教学主题，整体规划化学教学必备知识的深广度，对教学主题进行单元整体设计，创设贴近生活、社会实际的真实情境，利用真实问题情境，设计进阶式的教学活动，实现深度学习，发展核心素养。笔者以新课程、新教材高中化学必修部分“有机化合物”单元为例，依托大概念设计单元整体教学，供化学同仁一起审视和参酌。

一、发展化学核心素养

新课标提出5个方面的化学学科素养，其培养过程贯穿于高中学生化学学习全程，并且针对不同部分的知识内容又各有侧重，相辅相成。基于化学核心素养的化学课堂教学，倡导将化学核心知识的学习过程转变为发展化学学科思维和真实问题的解决过程，通过各种提升学科能力的活动，内化为学生的认识方式（认识角度、认识思路和思维方式），从而逐步形成“正确价值观、必备品格和关键能力”。也就是在真实情境下提出问题、开展体验或探究活动，通过阅读、查阅资料、观察实验现象等方法获取、表征、领悟有关信息，寻找证据并进行评价、应用，运用化学核心知识的思维方式，获得问题解决的方案和结果。

具体到必修课程“主题4：简单的有机化合物及其应用”，也就是教材中“有机化合物”部分知识内容的教学重点：引导学生发展“宏观辨识与微观辨析”素养，形成“结构决定性质”的大观念（核心观念）。必修课程明确了有机化合物部分的大概念为“有机化合物的结构特点及性质”，重要概念有“官能团、同分异构、分子结构、典型有机化合物的性质和应用、官能团与性质的关系、反应类型、有机化合物之间可以转化”，该主题的STSE（科学技术与社会发展、环境变化的相互关系）的应用内容为“有机化学研究的价值”。通过对“有机化合物的结构特点”大概念的学习，能结合宏观实验现象，从物质的微观层面理解有机物组成、结构和性质的联系，阶段性提升“结构决定性质，性质决定应用”化学核心观念，进阶式发展“宏观辨识与微观辨析”学科素养。

二、大概念教学

大概念即基本观念、大观念，体现学科的思维方式和统摄性的核心观念，是在化学反应事实、原理、模型、计算公式等基础上概括出来的化学观念，具有较为广泛解释力的原理、思想和方法，可以用于解释和预测物质的性质，可以指向物质的内涵，具有持久性、关联性和可迁移性等特点。

新课程标准对化学知识的要求从核心概念的层面进行梳理，不同科学主题下含有“结构决定性质”“物质的变化是有条件的”“化学变化的动态平衡”和“化学变化中的能量转化”等的核心观念，其中“结构决定性质”核心观念的形成，在必修部分内容教学时，设计为以下三个大概念：原子结构与元素周期律、微粒之间的相互作用——化学键、有机化合物的结构特点。在“简单的有机化合物及其应用”主题学习中，可紧紧围绕“有机化合物的结构特点及性质”大概念进行，借助化学核心知识，对重要概念“碳原子成键特点、有机分子空间结构、官能团、同分异构现象、有机反应类型和有机化合物之间可以转化”等进行学习。“结构决定性质”是本研究中所探寻有机化合物的组成、结构与性质之间关系的基本观念，结合核心知识“碳骨架和官能团是认识有机化合物的两个视角”，以此发展“宏观辨识和微观探析”学科素养。

三、依托大概念进行单元整体教学设计

单元整体教学是根据课标、结合学情对教材进行分析和整合，设计由单元主题为统领，各重要概念相互关联、核心知识为线索、逻辑清晰的完整教学单元，推动单元教学目标的深度学习，从而构建单元大概念，发展化学核心素养。基于深度学习、依托大概念进行的单元整体教学设计，基本步骤如下：

步骤一：确定单元学习主题。分析和挖掘核心知识内容背后的大概念、大观念和核心素养，以大概念为视角梳理相关核心知识，明辨进阶发展，根据学生的实际情况和发展需要，结合核心知识特点确定单元学习主题内容。

步骤二：制订进阶式单元学习目标。根据教学内容的特点以及学生的不同认知基础和发展阶段，以驱动必备知识产生的驱动性问题解决过程为线索，以持续、递进、反复呈现的方式来促进核心知识的理解和迁移应用，形成解学结构。

步骤三：整体规划教学结构。以核心知识为载体，深入分析学情，加强学生对学科方法和思想的理解，整合知识、方法、观念、能力和态度等维度，建立解决问题的思路和方法，迁移应用解决真实情境中的问题而获得知识。

步骤四：设计挑战性学习活动。学习活动是核心素养形成的主渠道，单元学习活动设计要基于真实的大主题情境，根据认知发展需要精选情境素材，设计驱动性问题，学生真正经历问题解决的过程，体验关键能力的不断进阶。

步骤五：进行持续性评价。教学评价包括课前、课中和课后评价，持续性评价关注学生解决新情境中新问题的能力，包括核心知识、化学思想方法、问题解决能力、必备品格和核心价值等，体现“教——学——评”的一致性。

四、“有机化合物”单元整体教学设计

下面以高中化学必修第二册“有机化合物”单元整体教学设计教学实践为例，阐释依托大概念发展核心素养的单元整体教学设计流程。

1.提炼大概念，确定单元学习主题。“结构决定性质，性质决定应用”为化学核心观念，核心知识内容“有机化合物”的教学，目的为形成进阶式的大概念“有机化合物的结构特点及性质”。教学设计中，寻找承载核心知识的实际问题或任务驱动，结合课程标准、化学核心知识结构、学生已有经验和思维品质，考虑学生的问题解决能力，确定单元学习主题为“简单的有机化合物结构特点、性质及其应用”，知识主题化也有利于反映学科本质和大概念。

“结构决定性质”是核心观念，在有机物的学习中掌握根据官能团的结构特点解释和预测有机化合物的性质的核心知识。课堂教学中，通过创设真实的问题情境驱动，引导学生经过质疑、讨论、实验探究活动、反思等过程，促进学习方式的转变，培养学生对化学学科特征和本质规律的认识，达成提高学生核心素养的目的。

2.结合内容和学业要求，制订进阶式单元学习目标。本主题的学习中，碳骨架和官能团是认识有机化合物的两个视角，借助化学核心知识发展“有机化合物的结构特点及性质”大概念，也就是建立“官能团决定有机物的化学性质”和“有机物在一定条件下可以相互转化”的化学大观念，以此发展宏观辨识和微观探析的学科素养，体会有机化学的研究价值：合成和创造新物质。

据此，可以制订进阶式单元学习目标为：

（1）通过有机物中碳原子的成键特点、同分异构现象，从微观视角认识有机物分子结构。

（2）通过甲烷认识烷烃的结构和性质，从物质分类角度认识有机物的结构和性质的特点。

（3）通过乙烯认识不饱和烃的结构和性质，提升宏微结合研究结构如何决定性质的能力。

（4）通过乙醇、乙酸的结构、主要性质和应用，认识有机物官能团与其性质的关系。

（5）通过辨别有机物的类别、官能团和典型代表物，提升官能团决定性质的辨识能力。

（6）通过葡萄糖的组成、结构、性质和重要应用，进一步提升对官能团决定性质这一化学观念的认识。

（7）通过认识糖类、蛋白质和油脂的组成、主要性质及应用，认识化学与科学、技术、社会的紧密联系。

3.围绕大概念发展，整体规划教学结构。结合内容和学业要求，充分挖掘真实情景素材，考虑学情，创设驱动问题、学习任务与活动，以小主题板块展开。教学设计中，可多列举生产、生活中广泛存在的有机物实际应用，多从有机物的组成和官能团的角度引导学生建立对有机物分类的认识。在课堂教学过程中，注意关键能力的培养。通过知识的层层推进，使学生形成螺旋式学科大概念，提升学科思维能力。

例如在“有机化合物”内容“乙烯、乙醇、乙酸”板块教学过程中，教学结构如图1所示：

图1

4.设计挑战性学习活动，促进大概念进阶发展。所谓挑战性学习活动，是在真实情境下顺应核心素养的持续进阶，形成大概念，利用能够有效促进学生认识发展的驱动性问题，进行讨论交流、动手实验、认识实践和展示反思等活动，其具有驱动性、进阶性和真实性等特点。

例如在“有机化合物”内容“乙醇”小板块教学过程中，可以设计一些挑战性学习活动。

活动一：通过感受使用医用酒精的过程，结合生活体验，小结分享应用乙醇的组成和性质上的什么特点？

活动二：从乙醇分子结构分析存在何种化学键？为什么说羟基是乙醇的官能团？

活动三：通过乙醇钠医用价值的学习，结合乙醇的分子结构，对比乙烷和水分子的结构，预测并设计实验制备乙醇钠。实验现象反映了乙醇怎样的结构特点？

活动四：新冠疫情期间，有人用酒精喷洒全身消毒不慎引火烧身，乙醇具有什么性质？也有人直接饮用酒精防止病毒入侵，这样科学吗，为什么？

活动五：能否设计实验模拟乙醇在人体中的转化过程，并进行验证？

活动六：乙醇的催化氧化实验现象说明乙醇具有什么性质？结合所学知识，能否解释交警查处酒后驾车的方法、原理？

活动七：从化学键变化、官能团变化、物质类别变化和反应类型等角度分析乙醇与钠反应、乙醇的燃烧、乙醇的催化氧化、乙醇的代谢等变化，认识乙醇及羟基的变化规律。

活动八：通过乙醇的学习，小结在日常生活中应如何正确使用酒精？

5.进行持续性评价，发展化学核心概念。结合学习活动过程，采取表现性评价，实现评价的多元化、精确化和系统化。在“乙醇”的教学中，可以设计以下的持续性评价。

课前评价：

（1）乙醇分子的空间结构是怎样的，实验室中如何制得？

（2）酒精在生活中有怎样的用途？推测其具有怎样的性质？

课中评价：

（1）归纳和展示乙醇的物理性质。

（2）写出乙醇与钠反应的化学方程式。

（3）写出乙醇催化氧化的化学方程式。

（4）利用球棍模型分析、演绎氧化过程中官能团变化情况，推测各类醇被催化氧化的情况。

（5）归纳、分享乙醇在人体中的代谢过程。

课后评价：

（1）乙醇与钠反应产生氢气能否说明乙醇具有酸性？

（2）每个乙醇分子中含有一个羟基的依据有哪些？

（3）什么样的醇可以在Cu或Ag作用下催化氧化？

在大概念单元教学中没有一成不变的载体和指向，课堂教学设计中，可以灵活借助各类具体的化学知识，从不同的角度切入、分析，可以达到不同的概念建构的目的，达成引导学生掌握化学学科研究方法与认识方法的目的。