基于发展学生学科核心素养的化学单元教学设计

陈寅　宋蕊

摘要： 新课程改革对传统课堂提出了转型要求，单元教学设计关注课时之间的关联，改变偏重记忆零碎知识和符号的教学，为基于发展学生核心素养的课堂改革提供了路径。以“晶体的结构与性质”为例开展化学单元结构化教学设计，穿插基于情景的探究式、启发式、体验式或互动式等教学活动，落实发展学生核心素养的课程目标。

关键词： 化学学科核心素养; 化学单元教学设计; 宏观辨识与微观探析; 晶体的结构与性质

文章编号： 10056629（2020）01003106

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

在发展学生化学学科素养为化学课程目标的背景下，课堂是落实的主阵地，核心素养的培養目标对现有课堂提出了新的要求。化学学科核心素养的实施往往是跨课时的，甚至是跨学期、跨学年的。而现有课堂中，比较关注课时目标的落实，忽视了课时之间的相互关联，缺乏对学科素养培养的顶层设计。单元教学设计是教师运用系统方法，架构各课时之间的教学关联的过程性设计，其目的在于改变偏重记忆零碎知识和符号的教学，强调学生手脑并用获得完整的知识和经验，重视整个学习情境中的各部分关系[1]。

基于上述的背景与需求，本研究认为，单元教学设计对发展学生化学学科核心素养非常适宜，从以往忽视课时之间的联系，转向以学科核心素养为教学目标，开展以单元、主题、模块为单位的结构化教学设计，穿插基于情景的探究式、启发式、体验式或互动式等教学活动，从而落实发展学生核心素养的课程目标。

1 单元教学设计概述

20世纪初，美国学者杜威主张实用主义的单元教学，并提出了关于单元教学的教学模式;20世纪60年代，布鲁姆提出“掌握学习”教学理论，要求以单元为单位组织教学，通过教学目标控制整个单元内的教学活动，避免教学的模糊无序，提高了教学效率。20世纪20年代，“单元教学”从国外引入，并在国内经历了较长时间的发展，在借鉴国外先进教育理念的同时，结合我国教育实际，探索适合我国的教学道路[2]。

单元教学设计是指形成单元主题并针对单元主题对教学目标、单元教学过程进行筹划的过程性设计。单元教学设计强调教学目标全面性和教学内容及教学过程系统性设计，以提高课时教学效益，增进学生学科体系和学科观念的整体构建。同时，单元教学设计强调从单元整体出发设计教学，突出教学目标、内容和过程的整体性、连续性和发展性。

2 单元教学设计流程

单元教学设计的关键环节一般包括三部分，分别为单元规划、单元教材教法分析与目标设计、单元教学活动/作业/评价/资源设计，如图1所示[3]。

2.1 单元规划

单元规划即通过分析课程标准、教材等，基于教学内容与学生的认知发展水平，对教学内容进行重新组织，形成具有特定主题的单元系列。其中化学学科的主题通常是能够统摄一类化学知识的化学核心概念或化学学科思想与观念。单元规划需要具有整体性、有序性和可操作性。

2.2 单元教材教法设计

单元教材教法分析和设计是基于课程标准、教材、学情分析单元内容的地位与作用、所体现学科核心素养的载体、单元教学目标与重难点、单元学习的基本知识，从而为制定教学目标维度、设计教学活动、实施教学评价奠定基础的教学实践活动。

2.3 单元教学目标设计

化学单元教学目标是纵观层面上的教学目标，起到联结学科核心素养与微观的课时目标的作用，是学科核心素养落地的重要桥梁。单元教学目标设计就是通过分析单元教学内容，确定各单元所承载的学科核心素养内容，再结合学生的认知发展水平，分析单元所体现的课程目标，最终根据单元承载的学科核心素养与课程目标，设计单元目标。

2.4 单元学习活动设计

学生的学科核心素养不能完全通过直接传授的方式而获得，需要在各种形式的学习活动过程中发展。而单元学习活动设计就是教师根据单元目标、单元内容特点和学生的认知发展水平，进行一系列以知识技能习得和过程方法体验为特征的教学活动的设计，从而凸显新课程改革基本思想与基本活动经验的培养，并落实发展学生学科核心素养的目标。单元教学活动包括课时活动与跨课时活动。

2.5 单元作业设计

单元作业设计是指依据单元目标，系统规划、整体设计一个单元各课时作业和单元末作业，也是整个单元教学设计的重要组成部分。

2.6 单元评价设计

单元评价是通过比较某些基准对学生完成单元的整体学习后的水平，包括知识与技能的掌握、情感价值观的变化、学科核心素养水平、交流与合作能力等进行考查与评价。同时单元评价也可以检核教师单元教学目标的达成程度。

2.7 单元资源设计

单元资源是指支持单元教学中的单元学习活动、单元作业和单元评价的物质资源条件，主要包括设备、场所、器材、信息、资料等。

3 “晶体的结构与性质”单元教学方案设计

本研究以“晶体的结构与性质”的单元教学方案设计过程为例，包括单元规划与单元教材教法设计、单元教学目标与单元学习活动设计（暂不涉及单元作业、单元评价与单元资源设计），其中课时教学目标与课时教学活动的设计以“离子键”一课为例。具体设计方案如下：

3.1 单元规划

根据教学基本要求与教材分析，以沪科版《化学》高中一年级第一学期“探索原子构建物质的奥秘”章节（共计5课时）、高二第一学期“金属键金属晶体”内容（共计4课时）与高三拓展型课程中“分子晶体”的内容（共计1课时）等化学键和晶体结构的知识模块共同组成一个教学单元。该单元的教学内容是发展“宏观辨识与微观探析”这一核心素养的重要知识载体，同时微粒变化观的学习可以培育学生“变化观念与平衡思想”的核心素养，并运用“证据推理与模型认知”的学科核心素养来描述和解释化学现象。

本单元规划思路如图2所示，主要的教学目标为培养和发展学生“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养，学生的学习目标水平逐步深化，从掌握晶体的分类，到形成结构决定性质的观念，最终可以进行微观结构与物质性质的互证[4]。根据该水平发展阶段对单元教学内容进行梳理，各部分的教学设计遵循“作用力的形成→作用力的强弱→晶体的结构→性质与结构的关系”的思路，最终达成发展学生“宏观辨识与微观探析”等教学目标[5]。

3.2 单元教材教法设计

在“宏观辨识与微观探析”的目标导向下，旨在促进学生对宏观数据、现象的感知，学会从微观的视角认识物质性质的一般思路和方法，建立“宏观微观符号”的化学知识表征方式。分析学生的学情，学生对原子、分子、离子已经有了初步的概念，但是对化合物的微观形成过程还比较模糊，同时本单元所涉及的化学知识均为较抽象的微观概念，无法用直观的观察和实验获得具体的认识。宏观上，需要通过引入模型引导学生从宏观层面感受化学键的真实存在，微观上，从原子的结构、电子的运动和变化、阴阳离子间的相互作用等层面，感受化学键的形成，将无形的化学键转化为有形的认识，从而使学生更好地认识化学键的本质。

3.3 单元教学目标设计

通过分析单元教学内容，确定本单元所承载的学科核心素养主要为“宏观辨识与微观探析”，同时也能培育学生的“变化观念与平衡思想”和“证据推理与模型认知”等，结合学生的认知发展水平，确定所对应的课程目标，以“学科核心素养→课程目标→单元目标→课时目标”的解析路径，形成各个课时目标，如表1所示[6，7]。

3.4 单元学习活动设计

该单元主要以课时活动为主，以“离子键”一课为例，依据教法设计与课时目标，设计了氯化钠的形成、离子键强弱的判断、离子晶体、氯化钠的性质与结构的关系等4项活动任务，具体见课时教学案例与分析。

4 “晶体的结构与性质”单元课时教学案例与分析

依据单元规划的线索，遵循单元教法、单元教学目标与单元学习活动的设计，以“离子键”一课为例进行“晶体的结构与性质”单元的课时教学案例设计。

4.1 环节1： 氯化钠的形成

[教师设问]这是两个金属球，有什么方法可以增大两球之间的吸引力？

[学生回答]利用电性作用，让一个球带正电，另一球带负电，两球吸引。

[教师]这是一台手摇感应起电器，摇动以后可以产生异种电荷，通过导线让一个球带正电，另一球带负电，观察两个球能否相互吸引。

[学生]认真观察实验，分析、思考发生的现象。

[教师设问]如果这两个球分别代表的是原子，用什么方法可以增大两个原子之间的吸引力？

[学生回答]可以利用电性作用，让他们分别变成阴、阳离子，依靠异性相吸，产生静电引力。

[教师设问]顺着异性相吸的思路，在元素周期表的第3周期有我们熟悉的元素，在这一周期中最容易形成阳离子和阴离子的分别是哪两种元素？

[学生回答]钠易形成阳离子，氯易形成阴离子。

[活动1]请大家从原子结构的角度思考和讨论NaCl是怎样形成的。若需要可以观看课桌上电脑里钠与氯气反应的实验视频。

[学生]观看视频，相互讨论。

[教师]由于电子与电子、原子核与原子核都会产生同性相斥作用。当两种离子接近到某一距离时，吸引和排斥作用达到了平衡，于是阴、阳离子之间就形成了稳定的离子键。由于阴、阳离子靠得比较紧密，我们也会用核间距表示两个离子的间距。像NaCl这样阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键称为离子键。化学上可用电子式来表示含有离子键的NaCl。

[学生]思考、领悟和分析。理解概念的内涵及关键点：“相反电荷”、“相互作用”。

[教师设问]在元素周期表中除了钠和氯，还有哪些区域的元素可以形成像Na+这种典型的阳离子，或Cl-这种典型的阴离子？请同学们用化学式表示含有离子键的物质。

设计分析： 利用手摇感应起电器引导学生从宏观层面感受静电作用，从原子结构（微观层面）入手分析离子键的形成过程及其本质，再从宏观角度感受离子键的存在，不断从宏观和微观两个角度进一步认识离子键、运用化学符号表征离子键，培养学生“宏观辨识与微观探析”的核心素养。通过感受离子键的形成过程，培养了学生“变化观念与平衡思想”的核心素养。

本环节以“原子结构”、“原子间的相互作用”作为前概念学习离子键的形成，通过宏观现象让学生感受离子键的存在，为共价键、金属键等学习奠定基础。

4.2 环节2： 判断离子键的强弱

[教师提问]在同学们书写的这些物质中，下面我们着重讨论NaCl、 MgO这种AB型化合物中的离子键。请大家思考一个问题，怎样判断离子键的强弱？

[学生]看书、归纳、理解概念。

[活动2]根据式子F=KQ1Q2r2，如果Q1、 Q2是同种电荷的电量，那么F为斥力;如果Q1、 Q2是异种电荷的电量，那么F为引力。由于今天我们研究的是离子键，所以F的大小其实反映了离子键的强弱，那么离子键强弱会跟哪些因素有关？

[学生]Q可以表示离子所带电荷的多少，由于阴、阳离子排列比较紧密，r可以表示两个离子半径之和或核间距。

[教师提问]NaCl、 MgO中谁的离子键更强？（提供O2-、 Na+、 Mg2+、 Cl-等离子半径数据）

[学生回答]讨论后回答是MgO。

设计分析： 本环节通过提供数据信息，帮助学生判断阴、阳离子间的核间距，运用微粒作用理解离子键强弱的影响因素，建构判断离子键强弱的方法模型，提升學生的“证据推理”意识和科学探究能力。同时引导学生养成重视课本资料信息的习惯，培养分析归纳的能力，提高学生“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养。

本环节以“库仑定律”作为前概念，引出作用力的强弱，通过对离子键作用力强弱的认识，使学生可以更好地理解其他类型化学键作用力的强弱。原子间的强作用力也为后续较弱的分子间作用力的学习起到了铺垫作用。

4.3 环节3： 离子晶体

[活动3]现有一大一小两个模型球，如果把离子近似地认为是球体，哪个表示Na+、哪个表示Cl-？根据静电学理论，Na+和Cl-各自所带的电荷为整个离子共有，所以它在各个方向上的静电效应是等同的。而且只要离子附近空间条件允许，每一个离子就有可能吸引尽量多的带相反电荷的离子。当然阳离子吸引几个阴离子并不是随意的，而是有一定规律的。请大家完成游戏，一个Na+周围最多可以吸引几个Cl-？

[学生]分组讨论、游戏，并回答问题。

[教师]NaCl晶体是一大堆Na+和Cl-按一定排列方式相互吸引向三维空间无限延伸的巨型离子结构（视频）。像NaCl这种含有离子键的化合物称为离子化合物。离子化合物在室温时以晶体形式存在，此时的晶体叫做离子晶体。我们怎样研究这种“巨型”的离子晶体呢？科学家已从中取出一部分，这部分是一个三维结构，它从化学和几何学上可以代表整个晶体。

[教师]请大家将模型从盒中取出，球体表示离子，棍子表示离子键。一维、二维重复行吗？为什么是三维重复？这种三维结构的特点是什么？

[学生]讨论，感悟。并回答是正方体，Na+位于棱上和中心，Cl-位于顶点和面上。

设计分析： 通过游戏让学生更好地理解离子键、离子晶体概念的内涵与特征，从原子间作用力的角度对物质进行分类，建立晶体是有结构的观念，也为共价晶体、金属晶体、分子晶体结构的学习奠定基础，理解微观结构对宏观性质的影响。

4.4 环节4： 氯化钠的性质与结构的关系

[活动4]刚才研究的是Na+怎么跟Cl-结合成NaCl的。如果我们需要将Na+、 Cl-从晶体中取出，请问该怎么办？断开局部的NaCl都很费劲，哪怕一小块食盐晶体，也是很多个Na+和Cl-通过离子键相互结合的，那就需要很多的力拉开！断开两个阴、阳离子要用F大小的力，化学上怎么表示断开无数个离子键的作用力呢？且离子晶体有不同的类型，有无方法可以比较离子晶体中离子键强弱呢？

[学生]研究模型，思考、领悟。

[教师]老师介绍一种工具。温度0K时，将1mol离子化合物中的阴、阳离子，由互相远离的气态结合成离子晶体时放出的能量称为晶格能。晶格能越大表示断开离子间作用力所消耗的能量越多，离子键也越强。晶格能是具有化学特色的研究离子间作用力的工具，它跟库仑定律得到的结果基本一致。大家从表格中的数据能够得出什么结论？

[学生]由表中数据可见，当离子电荷相同，核间距越短，晶格能越大。所以晶格能的大小与离子晶体中离子电荷、离子间核间距等因素有关。

[教师]通过晶格能，我们可知离子晶体中存在较强的离子键，破坏它需要较高的能量。那么它会对离子晶体的性质产生什么影响呢？以氯化钠为例，一般涉及以下性质： 密度和硬度较大，有较高的熔点和沸点;能溶于水，但不溶于非水溶剂;固体时不导电，熔融或溶于水后能导电。破解这些性质的奥秘掌握在大家的手里，我选了两组问题和相关资料存放在笔记本电脑里，请大家阅读并思考。回答时按以下三个步骤： 一叙述你们的问题，二展示你们用到的资料，三阐述你们的观点。

问题1： 为何NaCl的密度和硬度较大，有较高的熔点和沸点？提供资料： ①表： 一些AB型离子晶体的晶格能、熔点、沸点和硬度;②视频： 研磨食盐晶体;③图： 氯化钠晶体。

问题2： 物质的宏观表现往往跟其微观层面的存在形态和运动方式有关。已知NaCl为固体时不导电，而熔融或溶于水后能导电。请你从微粒的存在形态和运动方式视角进行解释。提供资料： ①图： 氯化钠晶体;②视频： 熔融的氯化钠导电;③视频： 氯化钠水溶液导电。

[学生]思考、讨论、分析、归纳;师生共同讨论。

[教师]NaCl是离子晶体的代表物。本课围绕两个字展开： 合、分。从“合”的角度体现的是离子键的形成和结构特点，“分”的视角更多展现的是性质与结构的关系。因此，本课体现了“结构决定性质，性质反映结构”这一重要的学科思想。

[学生]思考、领悟。

设计分析： 本环节以氯化钠为例，推测离子晶体的结构与其性质的关系，引导学生从微观层面正确理解离子晶体的宏观性质，寻求宏观与微观之间的关系，建构“结构决定性质”的观念，发展学生“宏观辨识与微观探析”的核心素养。同时，该环节帮助学生形成基于证据进行分析推理，解释证据与结论之间关系，运用模型描述和解释化学现象，建立解决复杂化学问题的思维框架，发展“证据推理与模型认知”的核心素养。

通过本课程可迁移到其他晶体结构与性质的学习，例如学生后续学习共价键、金属键与分子间作用力等，可综合分析不同作用力对物质宏观性质的影响，从而根据微观结构推断物质性质，或根据物质性质推断微观结构。再如学生可综合运用原子间作用力与分子间作用力的知识，通过石墨的性质推演石墨的结构信息，最终达成发展学生“宏观辨识与微观探析”核心素养的目标。

5 结语

化学学科核心素养是将知识与技能、过程与方法、情感态度价值观“三维”融于一体后的整体表现，如何将抽象的化学学科核心素养转化为具体的教学目标，单元教学设计为其提供了转换的路径。

化学学科核心素养较难通过直接传授的方式获得，需要在各种形式的教学活动中逐渐形成，本研究通过挖掘教学内容中的基本观念和方法，以单元的整体视角，对教学活动进行整体的规划，将核心素养融于教学活动之中。

鸣谢： 研究案例在实施中得到王祖浩、罗滨、叶佩玉、徐睿等专家的指导。

参考文献：

[1]叶佩玉. 中学化学教学设计[M]. 上海： 上海教育出版社， 2016： 231～235.

[2]张芹芹. 小学语文单元教学问题与策略研究[D]. 北京： 首都师范大学硕士学位论文， 2013.

[3]上海市教育委员会教学研究室. 中学化学单元教学设计指南[M]. 北京： 人民教育出版社， 2018.

[4][6]杨玉琴， 倪娟. 学科核心素养视域下的教学目标： 科学研制与准确表达[J]. 化学教学， 2019，（3）： 3～7.

[5]顾建辛. 关于化学核心素养培育的微观思考——“宏观辨识与微观探析”素养培育中的目标与行为分析[J]. 化學教学， 2019，（1）： 2～7.

[7]上海市教育委员会教学研究室. 高级中学上海市高中化学学科教学基本要求（试验本）[M]. 上海： 华东师范大学出版社， 2017.