学科大概念统摄下的化学单元整体教学设计

王春 李艳

摘要：学科大概念是核心素养楔入具体知识的固定锚点，是单元教学设计的核心。基于“物质的结构决定性质，物质的性质决定用途”化学学科大概念，以高中化学“醛酮和糖类”教学单元为载体，从整体教学的主题确定、学情分析、教学目标设计、教学框架构建、情境创设、任务驱动等几方面系统阐述学科大概念视角下高中化学单元整体教学模式的建构与设计。

关键词： 学科大概念; 单元整体教学; 教学设计; 教学反思

文章編号： 1005-6629（2022）03-0048-05

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 问题的提出

当前，围绕学科大概念进行教学设计已成为教育领域课程改革的发展趋势和热点问题，学科大概念也逐渐成为变革学科教学实践和引领教学改革的核心理念之一。教育部最新颁布的《普通高中课程方案（2017年版2020年修订）》明确指出，教师在新课程方案实施过程中以及在设计教学内容时，应重视以学科大概念为核心，对课程内容进行知识单元重构和结构化设计，以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落实[1，2]。学科大概念引领下的单元整体教学设计，不是对教材的重新编排，而是突出学科知识间的逻辑联系，统整较为零散的碎片化知识，形成以学科大概念为统摄的学科结构化知识，进而转化为解决实际问题的方法与能力。

如何从学科大概念视角系统组织和规划单元学习过程，是进行单元整体教学的关键。基于单元主题教学内容和学情的分析，将单元教学内容围绕一个学科大概念、次级大概念及单元主题下的基本知识进行建构，使学生对学习内容的理解与认知由浅及深，逐步达成单元学习目标。本文以高中化学选择性必修3“醛酮和糖类”教学单元为例，探讨如何基于学科大概念进行单元整体教学设计，以促进单元教学目标的达成和学生学科核心素养的培养。

2 基于学科大概念的单元整体教学设计案例分析

2.1 单元教学主题确定

从教材编排来看，人教版教材将“醛酮”“糖类”分别安排在第三章“烃的衍生物”第三节和第四章“生物大分子”的第一节，鲁科版教材则是将“烃的衍生物”、“生物大分子”进行了整合，将醛、酮和糖类的性质编排在同一节内容之下。从知识的内在联系来看，醛、酮是含有羰基的两类重要化合物，糖类是多官能团物质，包含了醛、酮所具有的官能团。“糖类”是“醛酮”知识的延续和发展，即从单官能团有机物发展到多官能团有机物，从小分子发展到大分子（高分子），是对上一章有机化学知识和认识方法的具体应用。因此，可以将醛和酮的性质学习思路迁移到糖类的学习中。本单元整体设计以“物质的结构决定性质，物质的性质决定用途”这一学科大概念为统领，基于官能团的结构特点呈现有机化合物的性质，将具有相同官能团的有机物知识整合成“醛酮和糖类”单元学习主题，旨在帮助学生系统学习知识内容的同时能整体把握具体内容背后更为本质的思想与方法。

2.2 单元教学学情分析

2.2.1 学生已有知识与能力

在高中化学必修阶段，学生对醛、酮的官能团，部分化学性质及代表物乙醛和丙酮的分子结构有了初步的认识;学生已了解乙醇、乙酸等典型有机物的结构和部分化学性质，并通过苯的同系物、卤代烃以及酚的学习，对羟基到醛基官能团的转化及基团之间相互影响有一定的了解;在初中阶段，学生从生活视角认识了糖类与人体健康的关系，知道糖类是对生命活动有重要意义的有机物;在高中化学必修模块的“基本营养物质”一节中，初步认识了糖的分类及葡萄糖分子结构，对代表物的组成、典型性质以及在日常生活中的应用有了初步的了解。

2.2.2 学生学习障碍点

初中及高中必修部分的知识以结合生活、面向社会的常识性知识和少数典型代表物的性质与应用为主，学生对各类有机物结构、性质与应用的认识较为浅显，对有机物结构决定性质的理解及灵活应用不够，缺乏系统性。学生尚不能主动从结构角度认识和分析有机物的性质，对醛类物质氧化还原反应原理的分析存在障碍。另外，学生对于化学实验方案的设计部分往往忽视试剂的用量和体系的酸碱性，缺乏考虑官能团之间的相互影响以及排除干扰的意识，利用陌生证据进行推理的能力以及利用已有知识解决生产生活中问题的能力将有待提高。

2.2.3 学生学习发展点

学生通过本单元的学习，学会并能运用含羰基的有机物结构及其化学性质，认识水平从代表物到官能团，再提升到基于化学键水平，构建较完整的结构分析模型和性质预测模型，形成分析研究有机物性质的一般思路。另外，学生通过本单元的学习能从化学视角系统认识单糖（葡萄糖）的组成、结构特点和主要化学性质，通过双糖、多糖的探究实验，学习科学探究的基本方法，培养科学探究的能力。

2.3 单元教学目标设计

学科大概念视角下单元整体教学的教学目标制定要基于学生的学情分析和新课程标准对本单元知识内容提出的要求。制定学习单元目标的规划要着眼于学生的需求和发展，既要兼顾学科知识和学科能力的提升以及学科核心素养水平的发展，还要考虑本学习单元目标的预期结果和目标达成度[3]。例如，在“醛酮和糖类”单元教学目标的确定过程中，要充分结合新课程标准对学习单元内容提出的要求，从知识层面、能力层面和核心素养发展层面制定单元整体教学目标（见表1）。

2.4 单元教学框架设计

选择一个具有统摄性的学科大概念作为主题学习的支撑点，对于整合教材中较为零碎的课时知识内容，建构学科主题单元知识脉络具有极为重要的意义[4]。在现行人教版高中化学教材中，醛酮和糖类相关知识安排在不同的章节进行介绍，对于明确选考化学学科学习的学生而言，教师须在教学中对这两部分内容在化学学科大概念的视角下进行单元整体设计，根据新课程标准要求重新划分学习内容，选定单元教学主题，并对教学单元主题内容进行相应课时划分。具体设计框架如图1所示。

2.5 单元教学情境创设

学科大概念统摄下的单元整体教学需要创设真实的问题情境作为教学活动的起点，让学生在单元教学情境中进行小组协作式学习，开展探究式活动，逐步培养和形成学生的关键能力[5]。例如，在“醛酮和糖类”单元教学中，可以根据单元整体设计的课时划分以能力发展为导向创设教学情境。具体的单元课时教学情境线和观念发展线的设计见图2。

2.6 單元教学任务驱动

学科大概念统摄下的单元整体教学需要创设多样化的学习活动来引导学生进行科学探究，同时基于真实的问题情境和课程标准的要求设计教学任务，采取

任务驱动的方式让学生在活动体验中完成学习任务，让学生在问题解决中实现单元学习教学目标[6]。例如，在“醛酮和糖类”单元教学中，可以围绕相关教学问题设计单元课时教学任务（见表2）。

3 基于学科大概念的单元整体设计教学效果及反思

3.1 单元整体设计教学效果

（1） 以学科大概念为统领，将不同章节进行有机整合，实现知识系统化。

醛、酮是含有羰基的两类重要化合物，糖类是多官能团物质，包含醛、酮所含有的官能团，是醛和酮知识的延续和发展。学生通过醛和酮的学习，可以从化学键视角分析键的极性和不饱和性，能判断相关反应的基本类型，完整地建立“结构分析→预测性质→实验验证→确定性质”的思路和方法，形成“物质结构决定性质”的学科大概念;与醛、酮相比，糖类含有多种官能团，结构较为复杂，进一步对糖类结构与性质的多角度综合探究是对醛、酮化学知识和认识思路的具体应用。因此，本单元教学设计将醛、酮和糖类的内容进行整合，引导学生从单官能团有机物的学习发展到多官能团有机物，从小分子发展到大分子（高分子），帮助学生将孤立的事实和知识与学科中普适性更高的学科大概念建立意义关联，从而构建简约而深刻的知识网络，有效实现知识系统化。

（2） 以学科大概念为统领，设计促进学生思维发展的学习任务，实现知识素养化。

本单元教学设计在学科大概念统领下，依据单元整体教学目标设计，依据学科知识具体内容和学生的学习需求，通过真实问题情境的创设，设计多样化学习任务及活动，将具体知识背后的大概念外显出来。例如： 课时1“醛酮的性质研究”环节，其关键内容包括“根据醛和酮的结构预测其性质”“探究醛基的还原性”“认识羰基的加成反应”。为了有效突破教学难点和重点，促进学生思维的发展，设计的任务及活动始终围绕分析结构、预测性质、验证性质展开，并构建研究物质的一般思路和方法;在课时2“单糖的性质研究”环节，学生能够主动提出不同的实验方案以确定葡萄糖中存在的官能团种类和数目;在此基础上，进入课时3“双糖和多糖的性质研究”环节，学生则能将前面建立的思路和方法进行自主迁移，准确地选择相应的试剂和条件设计实验方案对官能团的性质进行验证，认识多官能团物质的性质不是官能团性质的简单加合，它们之间会相互影响，进一步内化了“结构决定性质，性质反映结构”的学科大概念。由此可见，本单元教学通过设计不同水平层级的驱动性学习任务，培养学生基于实验事实进行推理论证、演绎归纳、自主迁移的能力，有效实现知识素养化。

3.2 单元整体设计教学反思

围绕学科大概念系统组织和整体规划单元学习过程，对课时教学的开展具有统领作用，是课时教学设计的根本出发点和着力点[7]。教学设计之初应构建好以学科核心大概念为统领的单元整体设计知识结构图，包含学科大概念、次级大概念、基本概念、基本知识等要素，系统化的课前规划能帮助我们始终围绕学科大概念制定单元教学目标，开展单元教学活动。单元整体知识结构图的构建可以采用如下思路： 首先，通过梳理知识间的纵横关系，形成知识本体层面系统化的知识网络图。在进行具体设计时，不仅要关注学生知识结构化、认识思路结构化，更要关注知识的整体性和学生认识的递进性;其次，从具体每一部分的课时内容出发，抽提出能够承载本节内容的学科基本概念和次级大概念;然后，再进一步概括为更上位的学科大概念，以促使学生的学习过程由浅入深、螺旋式上升，逐步形成相互支撑、内涵丰富的认知架构。这种自下而上进行抽象概括的思路能够帮助我们找到具体知识之间的关联，为重构的学习单元内容提供认识角度和思维路径。然而，为了更好地实现具体知识内容和学科大概念的对接，在实际教学中要确定怎样的单元、单元的大小、实施形态（单一典型知识、跨章节、跨学段）以及学科大概念应如何解构等，仍是值得我们继续深入探索的问题[8]。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定. 普通高中课程方案（2017年版2020年修订）[S]. 北京： 人民教育出版社，2020： 4.

[2][英]温. 哈伦编著. 韦钰译. 以大概念理念进行科学教育[M]. 北京： 科学普及出版社，2016： 3.

[3][4][5][6]王春. 学科大概念视角下的化学学习单元重构教学研究[J]. 化学教与学，2021，（8）： 6～19.

[7]吴建鹏. 大概念视角下高中物理大单元教学建构与设计[J]. 中学物理教学参考，2021，（4）： 25～27.

[8]顿继安，何彩霞. 大概念统摄下的单元教学设计[J]. 基础教育课程，2019，（3）： 37～41.