以大概念为导向的高中化学单元教学实践

陈英瑜

摘 要：本文以“弱电解质的电离平衡”为例，提供了一个有效的教学框架。从概念的提炼到教学内容的分析，再到教学目标的确定，以及课时安排和实施过程的具体实施，这些都为选择性必修课程阶段的单元教学设计提供了重要的指导意义。

关键词：大概念；高中化学；单元教学；弱电解质；电离平衡

一、问题的提出

新修订的《普通高中化学课程标准》指出，教师在新课程方案实施过程中和在设计教学内容时，要以学科大概念为核心，主题应为引领促进学科核心素养落实。学科大概念所倡导的单元整体教学设计，并非寄希望于对教材进行“改头换面”式的重新编排，而是更加重视原本散落在各章节的相关学科知识间的逻辑关联，将相对零散、“碎片化”的知识整合起来，继而形成在学科大概念统摄下的单元结构化知识内容，从而转变、发展学生处理具体问题的方式和能力。从何种角度出发来规划和设计大单元教学流程，是在合理实施大单元课程前，所要着重考虑的先决条件。本文以“弱电解质的电离平衡”单元为例，在进行单元课程的整体设计后投入教学实践进行实际检验，在此过程中既体现了学科大概念对开展大单元教学的指导功能，也在必要基础知识的形成、关键能力的培养、学科素养的提高等方面表现出很大的优越性[1]。

二、基于学科大概念的单元教学设计案例

（一）大概念的提炼

“水溶液中的离子反应”为苏教版（2020年）选择性必修１专题三，包括“电解质在水溶液中的行为”“电离平衡”“水解平衡”“沉淀溶解平衡”“溶液中的离子反应与平衡”五个核心概念。核心概念是大概念建构的基础。对上述这五个核心概念中的一个、两个或者多个进行总结提炼，以得到不同的大概念。从教材内容设置角度考虑，2020年人教版教材将“弱电解质的电离平衡”安排在第三章“水溶液中的离子反应与平衡”第一节“电离平衡”和第二节“水的电离和溶液的pH”以及血液的酸碱平衡。2020年的鲁科版教材主要内容是在第三章第1节和第2节。经过与人教版、鲁教版的分析对比，以四个核心概念“电解质在水溶液中的行为”“电离平衡”“水解平衡”“离子反应与平衡的应用”为基础，提取了大概念“可溶电解质在水溶液中的平衡”。

（二）单元教学内容的分析

从教学角度考虑，大概念“可溶电解质在水溶液中的平衡”包含了教材中“电离平衡”“水的电离和溶液的pH”“盐类的水解”三节内容。在该大概念的统摄下，选取“弱电解质的电离平衡”这一单元，“水溶液中的离子反应与平衡”中的关键部分，其在化学平衡教学中，发挥着承前启后关键性地位。是对中学生掌握的关于酸、碱、盐的基本概念及其溶液电离认识的进一步加深，也是对化学平衡理论基础知识的进一步应用、引申与扩展；同时也是学生了解物质在水溶液中行为的重要环节，是学生掌握盐溶液水解平衡的重要依据，是连接化学平衡和溶解平衡的纽带。总而言之，用“弱电解质的电离平衡”来进行大单元教学设计，一方面凸显“可溶电解质在水溶液中的平衡”的大概念具有指导意义，另一方面也贯彻了新课程对学业要求的特点。

（三）单元教学起点的分析

1.学生已有的知识与能力

学生已了解电解质概念和离子反应发生条件，会区分电解质与非电解质。初步会分析酸、碱、盐在水中电离行为，能书写常见化学反应离子方程式；已学习“化学反应速率和化学平衡”，初步形成化学平衡观，会应用动态平衡基本特征和平衡移动基本概念解决化学反应问题，可以用平衡常数进行基本运算。

2.学生已有的前概念

电解质、化学平衡移动影响因素、化学平衡常数、化学平衡移动原理。

3.学生学习障碍点

弱电解质存在电离平衡，怎样从微粒观理解动态平衡、电离平衡影响因素、对相应实验深入分析验证，即用微粒观、平衡观处理弱电解质电离平衡，对学生而言都是一种问题。

（四）教学中相应的解决策略

根据学生已有的知识经验，联系必修第一册“离子反应”的学习和在“化学反应速率和化学平衡”中的平衡移动原理，从定性到定量，将溶液中的平衡与反应联系起来，打通知识之间的关联，形成更系统的溶液认识。引导学生利用平衡移动原理来分析弱酸弱碱在水中的电离平衡。在教学中启发学生，利用学过的知识，把看不见的微观反应的变化转化成可以直观判断的检测方式。用手持技术将实验结果定量呈现出来，引导学生分析图像，将抽象的概念具体化[2]。

（五）单元教学目标

站在学科大概念这一视角上，在制订单元整体的教学目标之时，应当充分考虑实际学情，同时兼顾该部分内容在新课程标准中的对应要求。在此过程中，学生的个人学习需求和发展同样不可忽视，对学科知识和学科能力提高和学科核心素养水平发展，或是本单元目标预期结果和目标达成度，都应当充分考虑在内。就“弱电解质的电离平衡”这一单元的教学目标而言，依照新课程标准要求，从知识、能力和核心素养发展三个不同层面出发，制订如下整体目标：1.能从微观视角理解弱电解质在水中的电离；2.从化学平衡的视角，弱电解质的组成进一步认知；3.能用化学用语迅速表征弱電解质在水中的电离行为[3]。

（六）单元课时安排和课时教学目标

课时1：强、弱电解质

引入强、弱电解质概念，探究弱电解质在水中微粒存在形式、如何建立电离平衡；引导学生定性探索弱电解质电离行为。

教学目标：了解强、弱电解质概念并能判断；能用化学用语表示电离行为。

课时2：弱电解质电离平衡

掌握电离平衡影响因素，利用电离解决日常生活中简单问题。引导学生从定量角度探索电离行为，掌握Ka和电离度计算[4]。

教学目标：从微粒观认识弱电解质电离平衡，建立电离平衡模型；掌握Ka基本概念、表达式及其含义；能够分析影响弱电解质的外因；能利用Ka简单计算。

课时3：认识水的电离平衡

通过某种无土植物栽培营养液成分分析，引入水的电离平衡，掌握水的Kw并学会相关计算。

教学目标：能运用电离模型分析水的电离；能利用Kw进行简单计算[5]。

三、单元实施过程

单元大背景：剖析水溶液中弱电解质的电离平衡。

单元大问题：怎样应用平衡思想定性分析微粒行为、微粒种类和微粒数量？

怎样应用平衡常数定量表征水溶液中弱电解质的电离？

实施过程（以第1、2课时为例）

第1课时：强电解质与弱电解质

情境创设：洁具常见污染物为水垢（主要成分CaCO3），洁厕灵（主要成分盐酸）用以除垢原理如下：CaCO3+2H+=CO2↑+H2O+Ca2+。

问题：食醋主要成分为醋酸，用醋酸代替盐酸？

学生活动1：探究不同电解质电离行为

问题1：HCl与CH3COOH电离有何区别？

学生活动1：判断两份溶液各存在哪些微粒？

学生：盐酸：H+、Cl-，无HCl分子；醋酸：H+、CH3COO-、CH3COOH分子。

问题2：怎么通过实验来验证二份溶液的

不同？

学生活动2：证明醋酸是弱電解质？

方案展示：

1.水质检测笔测三份样品的电导率：0.1mol/L盐酸、0.1mol/L醋酸和蒸馏水，并观测结果，当结果不改变时，记录结果；

2.浓度均为1mol/L，体积相同盐酸和醋酸分别加入锥形瓶。两个气球里放相同镁条，分别套在瓶口同时倒入镁条，观察气球鼓起速率和体积变化；

3.C（HCl）=0.1mol/L，c（CH3COOH）=0.1mol/L，测定两份溶液的pH值；

4.分别用1mol/L盐酸溶液，1mol/LCH3COOH溶液连接小灯泡，比较小灯泡的亮度。

课堂指导：教师引导学生一起探讨各个实验方案的可行性。最终选取了前三个实验方案分组做实验探究，各小组派代表介绍本组实验结果和现象。

分析各组实验数据和现象：

实验1：0.1mol/L盐酸电导率为7180，0.1mol/L

醋酸电导率为187，蒸馏水电导率为2。因此离子浓度：0.1mol/L盐酸>0.1mol/L醋酸>蒸馏水。

实验2：镁条与1mol/L盐酸溶液剧烈反应，产生大量气泡，气球迅速鼓起；镁条与1mol/L醋酸溶液反应缓慢，少量气泡产生，气球缓慢鼓起。

实验3：0.1mol/L的盐酸溶液的pH=1，因此可以得知c（H+）=0.1mol/L；

0.1mol/L的醋酸溶液的pH=3，因此可以得知c（H+）=0.001mol/L。

结论：醋酸为弱电解质。

问题3：如何验证醋酸溶液存在电离平衡？

学生活动3：0.1mol/L醋酸加少量醋酸铵固体，用pH传感器记录变化；

结论：醋酸为弱电解质，存在电离平衡。

问题4：以下数据能得出什么结论？

CH3COOHka=1.75×10-5；HClOka=4.0×10-8；H2CO3ka1=4.5×10-7、ka2=4.7×10-11；

结论：弱电解质的电离常数只受温度限制，而各种弱电解质的电离程度几乎不同，与其本身的化学性质密切相关。

情境回归：为什么不用醋酸代替盐酸做洁厕剂呢？

第2课时：认识弱电解质的电离平衡

创设情境：讲台上现有几瓶柠檬水，有的同学觉得太酸了，有的同学觉得一点都不酸。请大家出出主意用哪些方法可以帮助不同的同学喝到各自满意的柠檬水？

问题：柠檬酸是弱酸。影响电离平衡的外因有哪些？

学习任务1：探究影响电离平衡外因

原理分析：已知：Qc＝K，v（电离）＝v（结合），处于电离平衡状态；Qc＜K，v（电离）＞v（结合），向电离方向进行；Qc＞K，v（电离）＜v（结合），向结合方向进行。

根据平衡常数判断醋酸电离平衡方向：

1.向100mL0.1mol/L的CH3COOH溶液中①加水稀释到1000mL；②加入冰醋酸。

2.将100mL0.1mol/L的CH3COOH溶液加热到100℃。

学习任务2：归纳影响因素

小结：电离平衡符合勒夏特列原理；用K与Qc关系判断电离平衡移动方向。

学习任务3：应用弱电解质电离平衡影响因素。

学习评价1：0.1mol/LCH3COOH溶液中改变条件如：加碱、升温等，判断醋酸电离平衡移动方向。

学习评价2：通过K与Qc关系预测改变条件过程中醋酸电离平衡是否会移动？

1.向pH=3的醋酸溶液中加入1mol/L的盐酸；

2.向pH=3的醋酸溶液中加入0.001mol/L的盐酸。

课后总结：利用物质宏观性质（pH、速率等）与微观行为（存在电离平衡），并运用化学平衡移动原理，分析与解释化学问题。

情境回归：请同学将今天所学的知识画出思维导图，并将刚上课时对柠檬水的操作对号入座。

四、教学实践反思

（一）精细解读，准确理解大概念

浙江大学刘徽副主任长期致力于大概念教学的研究，概括了八种路径用以挖掘大概念，可以分为两大类，即采取自上而下以及自下而上两种思路。第一种思路包括课程标准、教材分析、专家思维、概念派生等四条路径；第二种思路则包括生活价值、知能目标、学习难点和评价标准。对“可溶电解质在水溶液中的平衡”，教师们从中可分解出“电解质在水溶液中的行为”“电离平衡”“水解平衡”等这些次级、下位概念，都有助于在设计前对大概念进行更为精细的解读。

（二）创设情境，强化大概念的理解应用

单个学习单元即为一个完整的学习事件，如若将其认为是一个需要由师生在学习活动中共同经历的完整故事，则理所应当具备一个串联故事发展的、一以贯之的线索（情境），由此发现问题，并引导学生从解决任务、完成问题的各种探究中，完成知识的自主建构，从而达成学习目标。在此前提下，情境素材不仅起到作为激发学生学习动机和兴趣的“诱饵”，更是贯穿教学过程始终，作为学生知识生发、迁移运用的平台。总之，利用情境、问题、任务、活动间的内在逻辑关系，把单元教学构建成为一个围绕目标、内容、过程实施与评价的“完整”的探究故事。

（三）设计高效的问题链，有效实现“教、学、评”一体化

情境引发问题，问题驱动创新。问题链的高效和设计，可参照国内外的高中课本和教师教学参考书、大学专业课程教材以及日常生产生活中可能遇到的各种实际问题，通过提供有效信息予以提示等方式，层层递进地呈现在学生面前，控制相邻问题之间的难度差异，在实现当下问题向解决下一个问题跨越时问题的难度落在学生的最近发展区之内，“跳一跳够得到”，这样既使得学生在教学活动中有明确的方向进行独立自主思考与团队协作，又保证整体教学目标的最终实现。学生在思考、解决问题过程中的外在表现即可为教师提供详细、颇具价值的证据用以诊断学生内隐的化学知识掌握情况、知识结构化水平、化学学科核心素养发展水平等，实现“教、学、评”一体化的评价方式。

結束语

大概念导向下的单元教学，使教师学科知识得到凝练、学科本质得到聚焦，使学生知识体系建构结构化，核心素养得到发展。未来需要教师不断实践、反思、再实践。

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]李书霞.“目标、情境、活动、问题”四步落实化学核心素养[J].基础教育课程，2019（Z1）：81-86.

[3]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）：4.

[4]谭淑娟.基于深度学习的高中化学教学策略研究：以选择性必修课程“弱电解质的电离”为例[J].新课程研究，2022（13）：4.

[5]林亮，孙美华，经志俊.基于教学内容结构化的设计与实践：以“弱电解质的电离平衡”为例[J].化学教学，2021（12）：36-42.