基于大概念的单元教学设计研究*——以“我们周围的空气”为例

肖凯琦，邓丽娟，黄小玲，李红英

(合肥师范学院 化学与化学工程学院，安徽 合肥 230601)

《普通高中化学课程标准》(2017年版2020年修订)中提到：“以学科大概念为核心，使课程内容结构化，促进学科核心素养的落实”[1];《义务教育化学课程标准》(2022年版)(以下简称初中新课标)也提到“构建大概念统领的化学课程内容体系”“重视开展核心素养导向的化学教学”等课程理念[2]。因此，面对新课程理念，教师开展基于大概念的教学设计和教学实践，继而实现学生核心素养发展的育人目标，成为了中学课程教学改革的研究热点。

基于大概念的教学研究在国内起步晚、发展时间短。国内对化学大概念的研究较少，且主要集中在高中学段[3-6]，对初中学段的研究大多是针对《义务教育化学课程标准》(2011年版)中“科学探究”和“物质构成的奥秘”两个主题，比如李杨[7]围绕“物质的组成与结构”大概念进行了教学设计;李珍[8]和梁俊[9]对“物质构成的奥秘”单元分别以复习课和单元教学的形式展开教学设计;何彩霞[10]探讨了如何以化学大概念为统领进行化学实验单元教学，等等。

为了弥补初中阶段的化学大概念研究的不足，以下从大概念的内涵、化学大概念的解构出发，立足初中新课标，以新课标中“物质的性质与应用”学习主题为例，搭建了大概念统领的知识层级结构，并以该主题包含的教学单元“我们周围的空气”(人教版九年级上册第二单元)为例，进行了基于大概念的教学设计，希望为教学一线的化学教师提供参考。

1 大概念的内涵

大概念，又译作“大观念”“核心观念”，直接来源于布鲁纳的“一般概念”[11]，由格兰特·威金斯等人首次系统阐述——“大概念既是各种条理清晰的关系的核心，又是使事实更容易理解和有用的一个概念锚点”[12]。为了丰富大概念的内涵，学者们主要从认知发展、课程内容和学科教育等角度深入研究。在学科领域内，大概念通常指学科大概念，是能反映学科本质，具有广泛适用性、高度迁移性、持久理解性的原理、思想和方法[13]。

为了更好地理解大概念的内涵，学者们致力于寻找诠释大概念的知识结构模型。韩国天主教大学的邦·达米研究团队基于KDB(知识—行为—态度)模式提出的知识金字塔模式，从上往下分别由大概念、跨学科概念/共同概念、学科概念/基本问题、具体问题/事实等构成[14]。知识金字塔模型广受学界认同，曾出现于同年发布的《美国新一代科学教育标准》，还作为参照模型被我国学者何彩霞应用于解构化学大概念[10]。

2 化学大概念的解构

化学大概念是学科大概念的具体分支形式，具有其高度抽象性等相同特征，容易造成理解困难，不利于推进聚焦大概念的教学设计和实践研究。为了解决这个问题，学者们根据课程标准、学科本体、学生学情，给出了不同的化学大概念解构思路。例如，梁俊认为可以按照单元内容先后顺序捋顺概念关系[8];何彩霞[10]、汤涛涛[15]认为可以从哲学概念到具体事实建构聚焦大概念的知识层级结构;欧阳志斌[16]提炼了“一主线、四层次、七视角”的认知模型，等等。目前，国内学者通常使用知识金字塔作为论述概念层级关系的模型。

解构化学大概念的重要依据是课程标准。初中新课标分别从化学学科本体论、认识和方法论、价值论出发，确立了“物质的多样性”“物质的组成”“物质的变化与转化”“化学科学本质”“化学与可持续发展”等化学大概念[2]，还通过“物质的组成”大概念导引课的教学案例，具体呈现了构建化学大概念层级结构的思路：从“物质的组成与结构”主题内容提取得到“物质的多样性”大概念;在主题内容结构的基础上，以化学大概念为核心、概念层级关系为骨架，构建“大概念——核心概念——基本概念”的知识金字塔。

综上所述，化学大概念在新版义务教育化学课程标准出台后有了更清晰可靠的解构方法：在关注教材内容和学生发展的前提下，依据课程标准的提议选择适合的化学大概念，以课程内容结构为原型梳理化学大概念与下位概念之间的层级关系。

3 大概念统摄的知识层级结构

以“物质的性质与应用”主题为例，初中新课标设置了5个学习主题[2]，按照该课标及“物质的构成”大概念导引课提供的化学大概念解构思路，以“物质的性质与应用”主题为例，梳理了该主题的知识关系，由初中新课标提取的化学大概念——“物质的多样性”统摄该主题的核心概念、基本概念及化学事实，搭建了大概念统摄的主题知识层级图(如图1所示)。

图1 大概念统摄下的“物质的性质与应用”主题知识层级图

如图所示，化学大概念——“物质的多样性”位于知识金字塔的顶尖，往下划分为物质的类别、性质、用途等核心概念;混合物、纯净物、单质、化合物、物理性质、化学性质等基本概念;经过实验、观察、分析、归纳等科学研究方法发现具体的化学事实。在化学大概念的统领下，主题知识脉络层次分明，引导学生调动科学思维进行实践探究，培养学生的“依据组成和性质对物质进行分类”“物质的性质决定用途”等化学观念和可持续发展的科学态度，促进初中化学四大核心素养全面发展。

4 基于化学大概念的教学设计研究

初中新课标中“物质的性质与应用”主题包含“物质的多样性”“常见的物质”“认识物质性质的思路与方法”等内容[2]，散落在教材的不同教学单元。以目前使用的人教版教材为例，单单是“常见的物质”这一内容就涉及到了上册第二、四、六单元以及下册的第八、十和十一单元。因此以课时为单位，按教材编排顺序进行教学容易出现知识断层等学习问题。为了体现大概念处理知识碎片的优越性，本文选择人教版教材，以该主题涉及的教学单元“我们周围的空气”为例，具体呈现基于化学大概念的教学设计流程。

4.1 构建单元框架

“我们周围的空气”位于人教版九年级上册第二单元，主要包括空气中的成分、氧气的性质和氧气的制备方法等学习内容，要求认识纯净物、混合物等基本概念，掌握实验、分类、归纳等探究物质性质的方法和思路，发现氧气、氮气、稀有气体等空气资源在人们日常生活的应用价值，树立绿色文明的环保观念。根据课程内容要求，该单元属于“物质的性质与应用”主题范围，是学生形成“物质的多样性”化学大概念的开端，也是为后续学习“物质的化学变化”主题做好铺垫。

由于单元内容跨度大，着力于实验情境中引申不同的知识模块，对于刚接触化学学科的初中生存在一定的学习难度，容易陷入死记硬背的错误学习思维，进而降低对化学学科的学习兴趣。要将各方面知识融会贯通，学生需要一个框架：以“物质的多样性”为大概念统领，向下延伸单元的核心内容。

在“物质的性质与应用”主题知识层级的基础上，拆解“我们周围的空气”单元核心内容，围绕化学大概念重新组合形成单元框架。如图2所示，依照概念层级关系，该单元的学习顺序依次是物质的分类、物质的性质与物质的用途。这三者通过科学方法和化学观念相互连接，比如“性质决定用途”观念说明二者的前后逻辑关系;分类方法用于物质的分类和性质的学习;实验方法加强化学知识和“保护空气”等社会话题的联系，充分凸显“物质的多样性”大概念的高度迁移性。

图2 “我们周围的空气”单元框架图

4.2 确立学习目标

基于大概念的单元学习目标的确立要立足课程标准，理解单元内容，着眼学生的化学观念、科学思维等核心素养的全面发展。使用逆向教学设计模板，参考“物质的性质与应用”学业要求，通过整理关键知识和技能，以基本问题架构学习目标，确定具有持久理解性的核心内容，制定的单元学习目标如表1所示。

表1 《我们周围的空气》单元学习目标

4.3 设计评价目标

检验学生形成大概念和核心知识是证明学生达到预期学习目标的必要评价条件。表现性任务从理解的不同维度评价学生是否具有持续性理解知识，适合应用于围绕大概念的教学评价。基于此，《我们周围的空气》单元的评价目标是：①通过测定空气的主要成分，发现氮气、氧气等组分含量，判断它们的类别，诊断学生对物质分类的认识水平;②通过观察和描述氧气的性质实验现象，依据化学原理，设计、实施、分析氧气实验室制备实验，诊断学生的实验探究水平;③通过列举并说明氮气、氧气、稀有气体在生活中的应用事例，诊断学生对“性质决定用途”观念的认识水平;④通过讨论近年全国空气质量状况，提出防止空气污染的保护措施，发展学生的社会意识水平。

4.4 规划学习活动

化学核心素养是通过在具体情境中发现、分析、解决问题逐步培育起来[17]，所以要围绕化学大概念，以学习目标为根基、教学评价为依据，按照单元知识逻辑顺序和学生认知发展规律来设计单元学习活动，在聚焦大概念的真实情境中实现化学核心素养落地。由“物质的多样性”大概念统摄，以“分类——性质——用途”为学习线索，《我们周围的空气》单元学习活动主要设计了三个学习任务：测定空气组分含量、探究氧气制备和性质、讨论空气资源的重要性，如表2所示。

表2 《我们周围的空气》单元学习活动设计

5 总结

“构建大概念统领的化学课程内容体系”是《义务教育化学课程标准》(2022年版)明确提出的重要思想，因此，“大概念”在教学设计中应居于统领性地位。本文首先介绍了大概念的内涵和化学大概念的解构方法;其次，依据课程标准、教材内容和学生学情，将“物质的多样性”大概念层层解剖，建立了“物质的性质与应用”主题知识层级结构;最后，基于以上大概念和主题知识层级关系，以人教版九年级上册第二单元“我们周围的空气”为例，通过“搭建单元框架——确定学习目标——设计评价目标——规划学习活动”进行了基于大概念的单元教学设计。

在素养为本的教育背景下，教师有必要从具体的学习内容提炼其背后的大概念，并以大概念来统领单元教学的开展，这不仅有利于教师准确把握教学内容的本质和关键，而且有利于学生从学习化学知识向发展化学学科核心素养转化。如何围绕大概念来梳理和组织教学内容的逻辑关系，是单元教学设计的一大难题，要解决这一难题，需要在教学设计中格外留意大概念的高度概括性、迁移应用性等特征，始终将大概念放在学科知识的本质地位，只有这样，才能使得学习目标、评价目标和学习活动保持在同一水平面，最终实现学生核心素养能力的发展。