大概念統(tǒng)領(lǐng)下單元作業(yè)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

鮑文亮 李貝貝 周雯 韓佳睿

單元作業(yè)應(yīng)以大概念為統(tǒng)領(lǐng)，將零散的知識聯(lián)系起來，更有效地整合知識、技能和觀念，實(shí)現(xiàn)各類真實(shí)情境的遷移；以單元結(jié)構(gòu)為支撐點(diǎn)，通過功能型和主題型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，將基本的事實(shí)、知識、技能關(guān)聯(lián)起來，形成一個(gè)有邏輯的單元知識架構(gòu)；以綜合實(shí)踐類作業(yè)為生長點(diǎn)，引發(fā)學(xué)生深入思考，實(shí)現(xiàn)知行合一，進(jìn)一步提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平。

大概念；單元作業(yè)；氧化還原反應(yīng)；離子反應(yīng)

近年來越來越多的教師意識到作業(yè)設(shè)計(jì)的重要性，尤其關(guān)注情境化作業(yè)的設(shè)計(jì)，在達(dá)成作業(yè)既有功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。然而相較于“點(diǎn)狀”的課時(shí)作業(yè)，單元作業(yè)除了兼具情境性，還應(yīng)具有一定的系統(tǒng)性、關(guān)聯(lián)性和綜合性，充分體現(xiàn)單元結(jié)構(gòu)對學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的重要性。教師需要為單元作業(yè)找到“統(tǒng)領(lǐng)者”，發(fā)揮單元結(jié)構(gòu)的力量。筆者以滬科版高一化學(xué)第二章第2節(jié)“氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)”單元為例，談?wù)剢卧鳂I(yè)的功能和價(jià)值如何在設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中得以具體實(shí)現(xiàn)。

每一個(gè)單元作業(yè)的核心思想如果僅僅是課程標(biāo)準(zhǔn)中一個(gè)重要的教學(xué)目標(biāo)，顯然無法實(shí)現(xiàn)對課程內(nèi)容的統(tǒng)整、組織和深入的探究。教師需要對本單元核心內(nèi)容進(jìn)行充分的理解，建立一個(gè)能夠反映化學(xué)學(xué)科特質(zhì)，居于學(xué)科中心地位的大概念。單元作業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)以大概念為錨點(diǎn)，借助其具有的中心性、可持久性、網(wǎng)絡(luò)狀及可遷移性等特征充分揭示學(xué)科知識間的縱橫關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建學(xué)科知識體系，理解學(xué)科大概念，從而解決社會(huì)生活中真實(shí)問題，達(dá)成學(xué)習(xí)要求。那么如何提煉出具有單元特點(diǎn)的學(xué)科大概念？又如何將抽象的大概念與學(xué)生的認(rèn)知水平相融合？

2.1基于學(xué)科視角，聚焦學(xué)科素養(yǎng)提煉大概念

基于發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的化學(xué)單元作業(yè)設(shè)計(jì)是根據(jù)一定的主題教學(xué)內(nèi)容，確定教學(xué)單元，構(gòu)建知識體系，從化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)涵和發(fā)展水平出發(fā)，尋找合適的認(rèn)識角度、認(rèn)識思路以及相應(yīng)的認(rèn)識方式，形成化學(xué)學(xué)科特定的思維方式和思想方法。

大概念具有高度概括性、統(tǒng)攝性和遷移應(yīng)用價(jià)值。大概念在對具體知識歸納整合的基礎(chǔ)上建構(gòu)，將化學(xué)知識與學(xué)科價(jià)值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與綜合實(shí)踐類活動(dòng)，解決真實(shí)化學(xué)問題。

高中化學(xué)學(xué)科的五大核心素養(yǎng)在教材的各單元中既相輔相成，又各有側(cè)重。“氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)”單元尤其突出“宏觀辨識與微觀探析”和“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”兩種核心素養(yǎng)?！昂暧^辨識”為“證據(jù)推理”基于現(xiàn)象提供了感官認(rèn)知，“證據(jù)推理”又對這種感官認(rèn)知進(jìn)行預(yù)測解釋；“模型認(rèn)知”為“微觀探析”基于本質(zhì)提供表征方式，“微觀探析”又從離子或電子水平為模型提供特有的思維視角，最后達(dá)到認(rèn)知物質(zhì)世界的基本方法。作業(yè)無法直觀呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，素養(yǎng)僅停留在學(xué)生的思維層面，而符號表征則是本單元作業(yè)最直觀的體現(xiàn)方式。基于學(xué)科本體和學(xué)生發(fā)展，本單元大概念聚焦在“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”，即現(xiàn)象是認(rèn)識本質(zhì)的外在體現(xiàn)，而本質(zhì)則反映了現(xiàn)象。本單元作業(yè)的大概念與核心素養(yǎng)的關(guān)系如圖1所示。

2.2基于大概念，依據(jù)學(xué)業(yè)要求確定單元主題

在大概念統(tǒng)領(lǐng)下，學(xué)生能夠逐步領(lǐng)悟知識背后蘊(yùn)含的化學(xué)觀念，但是學(xué)生要遷移應(yīng)用于新的情境中仍有一定難度。此時(shí)教師需要基于學(xué)業(yè)要求進(jìn)一步針對大概念進(jìn)行解構(gòu)與提煉，以促進(jìn)學(xué)生對學(xué)科觀念的理解和自主遷移。在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中“氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)”主題的學(xué)業(yè)要求如表1所示。

分析本單元的學(xué)業(yè)要求，可以發(fā)現(xiàn)離子反應(yīng)從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)和圖像等宏觀現(xiàn)象出發(fā)，建立對電解質(zhì)的電離和溶液中離子反應(yīng)的微觀探析。而氧化還原反應(yīng)則通過物質(zhì)的宏觀現(xiàn)象來揭示物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)中內(nèi)在變化的微觀本質(zhì)?；凇巴高^現(xiàn)象看本質(zhì)”的大概念，本單元以符號表征構(gòu)建起宏微結(jié)合的模型，進(jìn)而解釋氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)的特征和規(guī)律，預(yù)測可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。本單元作業(yè)的大概念與單元主題的關(guān)系如圖2所示。

2.3基于學(xué)情，依據(jù)教學(xué)內(nèi)容要求構(gòu)建大概念的單元多重層級結(jié)構(gòu)

大概念本身所具有的深度和概括性，對教師來說有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義，但對學(xué)生來說很抽象，難以理解。氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)重要的理論知識，是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重難點(diǎn)之一。學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)的四種基本類型，但對溶液中所發(fā)生反應(yīng)的認(rèn)識還停留在宏觀現(xiàn)象，學(xué)生無法從微觀角度認(rèn)識各種離子之間的重新組合，缺乏對反應(yīng)實(shí)質(zhì)的認(rèn)識。學(xué)生在初中學(xué)習(xí)了化合價(jià)，但只是通過某個(gè)具體的化學(xué)反應(yīng)孤立地理解氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，沒有認(rèn)識到化合價(jià)的變化與得失電子之間的關(guān)系，更無法理解氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。

教師應(yīng)結(jié)合學(xué)生現(xiàn)有的知識基礎(chǔ)和思維水平，基于單元主題，將大概念合理有效地分解為匹配教學(xué)目標(biāo)的次級概念。在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中，“氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)”單元的教學(xué)內(nèi)容要求如表2所示。

大概念中的“大”不僅僅能反映學(xué)科特質(zhì)的深度，更應(yīng)體現(xiàn)化學(xué)知識的廣度，即生活價(jià)值。單元作業(yè)需圍繞次級概念尋找作業(yè)的情境素材，讓學(xué)生在真實(shí)情境中體驗(yàn)解決實(shí)際問題過程中的困惑和解決問題后的喜悅，構(gòu)建如圖3所示的本單元知識層級結(jié)構(gòu)。該層級結(jié)構(gòu)將本單元需要學(xué)習(xí)的次級概念作為理解單元大概念的支撐，并將日常生活、生產(chǎn)環(huán)保、實(shí)驗(yàn)探索和學(xué)術(shù)研究等相關(guān)素材與次級概念關(guān)聯(lián)起來，形成一個(gè)有理念、有內(nèi)容、有情境的單元多重架構(gòu)。

綜合以上三點(diǎn)，本單元作業(yè)的基本框架以大概念---“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”為統(tǒng)領(lǐng)，將氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)聯(lián)結(jié)為一個(gè)有組織體系的整體。將化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)作為理解大概念的認(rèn)識思路，依托豐富多樣的情境素材，突出單元主題，讓學(xué)生的作業(yè)既基于學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)和生活經(jīng)驗(yàn)又體現(xiàn)認(rèn)識的連貫性和遞進(jìn)性，促進(jìn)知識向素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。

把握大概念，就能突出單元知識的本質(zhì)要義，就可以對整個(gè)單元有一個(gè)初步認(rèn)識，更能將零碎知識與技能“黏連”為一個(gè)整體，突出課時(shí)與課時(shí)之間的關(guān)系，支撐起單元的知識內(nèi)容和素養(yǎng)水平。本單元作業(yè)共四課時(shí)，其中第一和第三課時(shí)分別是氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)的首個(gè)課時(shí)作業(yè)，設(shè)置為遞進(jìn)型的功能型結(jié)構(gòu)，層層深入，落實(shí)知識，提升能力，如圖4所示；第二和第四課時(shí)，因有了前一課時(shí)的知識基礎(chǔ)，設(shè)置為整體性的主題型結(jié)構(gòu)，在大情境中提升高階素養(yǎng)的水平，如圖5所示。

3.1 以遞進(jìn)性的功能型結(jié)構(gòu)提升學(xué)生的認(rèn)知水平

該結(jié)構(gòu)的五個(gè)板塊無論從知識層面還是思維層面都逐層遞進(jìn)，符合學(xué)生對事物的認(rèn)知梯度，進(jìn)一步建構(gòu)以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的作業(yè)結(jié)構(gòu)框架，總體設(shè)計(jì)思路及各版塊功能定位，如圖6所示。

3.2 以整體性的主題型結(jié)構(gòu)提升學(xué)生的高階素養(yǎng)

知識本身是系統(tǒng)性、邏輯性的，作為知識的載體，作業(yè)的情境也應(yīng)當(dāng)是成體系的。有別于傳統(tǒng)作業(yè)，第二和第四課時(shí)的作業(yè)以特定主題的形式貫穿始終，按照時(shí)間、空間等順序逐步推進(jìn)情境，在鞏固并應(yīng)用知識的同時(shí)，突出化學(xué)與生活的緊密聯(lián)系，提升興趣，拓展視野，有助于構(gòu)建真實(shí)情境與學(xué)科大概念的內(nèi)在聯(lián)系。其中第二課時(shí)以試紙為研究主題，從常見的淀粉-KI試紙到自制的淀粉-KIO試紙，最后遷移到過氧化氫檢測試紙的應(yīng)用。

本單元作業(yè)的第四課時(shí)離子反應(yīng)，以水資源為情境主題。下面是本課時(shí)作業(yè)各板塊的設(shè)計(jì)意圖和部分節(jié)選題目

地球上的水總體積約有13億8600萬立方千米，但陸地上淡水湖和河流的水量不到地球總水量的1%?。在水資源短缺越發(fā)突出的同時(shí)，人們又在大規(guī)模污染水源，導(dǎo)致水質(zhì)惡化。如何化廢為寶，源于人類對水資源的深入認(rèn)識和處理方法。

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礦物質(zhì)水，是指在純凈水的基礎(chǔ)上添加了礦物質(zhì)類食品添加劑而制成。礦物質(zhì)水被認(rèn)為比純凈水更有益健康，有助于避免人體礦物質(zhì)缺乏。

下圖是某品牌礦泉水標(biāo)簽的部分內(nèi)容：

1.標(biāo)簽成分中的鉀元素和鎂元素，在礦物質(zhì)水中分別以___、___形式存在。（書寫微粒符號）

2. 礦物質(zhì)水的導(dǎo)電性比純凈水強(qiáng)還是弱？理由是________________________。

請?jiān)O(shè)計(jì)簡單實(shí)驗(yàn)證明你的觀點(diǎn)：_________________________________________。

3.通過計(jì)算得出一瓶該品牌礦物質(zhì)水中SO 的物質(zhì)的量約為_____mol。

該板塊以學(xué)生生活中熟知的礦物質(zhì)水為情境，通過閱讀礦泉水瓶上的標(biāo)簽，分析礦物質(zhì)水中的實(shí)際微粒，進(jìn)而從導(dǎo)電性的角度進(jìn)行宏觀辨識。通過將宏觀辨識基于生活，在完成作業(yè)的過程中更能拉近與學(xué)生的距離，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

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1.向礦物質(zhì)水中加入一定濃度的BaCl溶液，會(huì)看到什么現(xiàn)象？

結(jié)合該反應(yīng)主要微粒的示意圖（見右圖），發(fā)現(xiàn)礦物質(zhì)水中反應(yīng)前后微粒數(shù)目基本保持不變的有__________，數(shù)目明顯減少的有___________，請書寫相應(yīng)的離子方程式____________________。

2.向該礦物質(zhì)水中加入一定濃度的Ba（OH）溶液，在下圖中將反應(yīng)后的微粒符號補(bǔ)齊。

設(shè)計(jì)意圖：

該板塊以展示礦物質(zhì)水中相關(guān)微粒的種類和數(shù)目模型的形式，探析微觀粒子間的作用，幫助學(xué)生使用化學(xué)模型進(jìn)行推理演繹的能力。通過將反應(yīng)后的微粒符號補(bǔ)齊的方法促使學(xué)生從微觀角度認(rèn)識物質(zhì)在水溶液中的存在形態(tài)及行為，達(dá)到宏微結(jié)合的視角水平。

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典型的飲用水處理廠其處理裝置如下圖所示：

1.目前國內(nèi)最新型的自來水復(fù)合絮凝劑，采用聚合氯化鋁（PAC）、多糖（PS）和改性淀粉（MS）等為主要原料，具有質(zhì)優(yōu)、價(jià)廉和環(huán)保三大特點(diǎn)。

該新型絮凝劑的主要成分聚合氯化鋁（PAC）溶于水后產(chǎn)生的鋁離子與水反應(yīng)形成絮狀的氫氧化鋁凝膠，請用離子方程式表達(dá)產(chǎn)生氫氧化鋁的過程：_______________________。

2. 對于飲用水處理至關(guān)重要的是除去致病微生物。消毒常用的手段有氯化處理法。氯化處理常加入氯氣或次氯酸鈣，它們所產(chǎn)生的殺菌劑都是次氯酸。請用離子方程式分別表達(dá)加入氯氣或次氯酸鈣產(chǎn)生次氯酸的過程：________________________________。

本版塊以飲用水處理廠為情境背景，通過自來水凈水原理的分析揭示微觀粒子的變化。通過離子方程式的正確書寫，將宏觀物質(zhì)和微觀反應(yīng)過程建立有機(jī)聯(lián)系。本課時(shí)作業(yè)的前三個(gè)版塊，幫助學(xué)生在“宏觀—微觀—符號”三種表征方式之間靈活轉(zhuǎn)換，形成化學(xué)學(xué)科特有的三重表征的思維模式。

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TDS水質(zhì)檢測筆是一種簡易便攜式水質(zhì)測試工具。TDS是水的純凈程度的一個(gè)重要指標(biāo)。水越純，含離子濃度越小，電導(dǎo)率越小，TDS數(shù)值就越小。

某學(xué)習(xí)小組利用水質(zhì)檢測筆，通過Ba（OH）粉末、水、0.1mol/L HSO溶液探究離子反應(yīng)發(fā)生的條件。

實(shí)驗(yàn)方案：向燒杯中依次加入下列試劑，記錄過程中TDS數(shù)值變化。

1.完成并填寫表格中的相關(guān)內(nèi)容。

2.請?jiān)谙聢D中畫出實(shí)驗(yàn)③隨著硫酸的滴入，溶液的電導(dǎo)率及pH的變化趨勢。

選用TDS水質(zhì)檢測筆測定溶液中離子濃度的大小，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)測定的讀數(shù)進(jìn)行宏觀辨識，建立電離的概念，并通過分析動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)變化的原因診斷并發(fā)展學(xué)生宏觀辨識素養(yǎng)的水平。引導(dǎo)學(xué)生將自己對微觀的理解用化學(xué)語言的形式表征出來，感受化學(xué)符號的簡潔美，升華微觀探究水平。通過學(xué)生親手繪制向氫氧化鋇溶液加入硫酸過程中電導(dǎo)率及pH的變化趨勢，從微觀層面解釋宏觀現(xiàn)象，培養(yǎng)從宏微結(jié)合的雙重視角看待化學(xué)物質(zhì)的能力。

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黃河稱為“母親河”，其中上游以山地為主，中下游以平原、丘陵為主，最后流入渤海。

黃河主要離子含量 （mg/L）

1.為了確定黃河水中的負(fù)離子，某研究小組進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)，請你參與探究與分析。

2.黃河流域沿途工業(yè)污水的任意排放是造成黃河水質(zhì)惡化的最大隱患。

工廠常利用石灰漿做高濃度含氟廢水的粗處理劑。已知：氟化鈣難溶于水，請寫出石灰漿處理含氟廢水過程中的離子方程式：___________________________。

本版塊以“母親河”——黃河為情境背景，聯(lián)系生產(chǎn)、生活、社會(huì)等實(shí)際情境，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。通過對黃河水中負(fù)離子的探究，落實(shí)常見離子檢驗(yàn)的基礎(chǔ)知識并發(fā)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力。利用石灰漿做高濃度含氟廢水的處理劑倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)珍惜水資源和保護(hù)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的核心素養(yǎng)。

就像我們呼吸的空氣一樣，水對生命至關(guān)重要！從自身做起，每一份努力都在致力于保障水的可持續(xù)利用，延續(xù)人類持久健康的發(fā)展。

基于大概念的作業(yè)不僅僅是書本上知識的應(yīng)用，更應(yīng)讓學(xué)生在實(shí)際生產(chǎn)生活中通過大概念的理念啟發(fā)學(xué)生潛能，關(guān)注社會(huì)，解決實(shí)際問題。常規(guī)課時(shí)作業(yè)的主要功能是落實(shí)基礎(chǔ)，提升能力，而綜合實(shí)踐類作業(yè)基于已有知識來引發(fā)學(xué)生深入的思考，促使學(xué)生在活動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)“知與行”、“動(dòng)手與動(dòng)腦”的結(jié)合與統(tǒng)一。本單元每個(gè)課時(shí)的最后一題均為綜合實(shí)踐類作業(yè)，不僅與課時(shí)中的常規(guī)作業(yè)有一定相關(guān)性和延續(xù)性，且具有開放性和分層性，學(xué)生可以根據(jù)活動(dòng)指導(dǎo)自主選擇作業(yè)的難度和類型。

第四課時(shí)的綜合實(shí)踐類作業(yè)是設(shè)計(jì)自來水處理廠及水處理工藝流程。

上海楊樹浦水廠始建于1881年，是全國供水行業(yè)建廠最早，生產(chǎn)能力最大的地面水廠之一，滿足了楊浦、虹口、普陀、靜安、寶山五個(gè)區(qū)近200萬市民的生活用水和工業(yè)用水。

假如你和你的團(tuán)隊(duì)受聘于楊樹浦水廠改建工程，你的團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備如何設(shè)計(jì)自來水處理廠及水處理工藝流程，為上海市民送去潔凈健康的飲用水呢？

1.思考廠址的選擇方案；

2.設(shè)計(jì)水廠處理工藝（探尋廢棄物資源化）；

3.投資估算與成本分析。

以小組為單位，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，繪制工藝流程的海報(bào)，闡述水廠設(shè)計(jì)的合理性，分享設(shè)計(jì)過程中的心得體會(huì)。

該板塊作業(yè)在設(shè)計(jì)中通過活動(dòng)指導(dǎo)提供給學(xué)生一定的方法和思路，有助于學(xué)生更好地參與活動(dòng)并在過程中給予自己即時(shí)評價(jià)。此類綜合實(shí)踐類作業(yè)，教師不僅要關(guān)注學(xué)生最終作品，更應(yīng)在學(xué)生活動(dòng)過程中給予學(xué)生過程性評價(jià)，并注重最終成果展示過程中學(xué)生的交流和反思。第四課時(shí)“自來水廠工藝流程”學(xué)生自制的海報(bào)作品，如圖7所示。

單元作業(yè)是課程的一種形態(tài)，是課堂教學(xué)的補(bǔ)充和延續(xù)，應(yīng)聚焦核心素養(yǎng)、突出知識認(rèn)知的功能和價(jià)值，重點(diǎn)提高學(xué)生的學(xué)科理解能力，建立“知識、能力、素養(yǎng)”三位一體的化學(xué)作業(yè)設(shè)計(jì)體系。單元作業(yè)的設(shè)計(jì)應(yīng)基于指向?qū)W科核心的大概念，搭建起支撐單元知識、能力和素養(yǎng)的立體單元結(jié)構(gòu)，并通過綜合實(shí)踐類作業(yè)及相應(yīng)的過程性評價(jià)最終實(shí)現(xiàn)促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的目標(biāo)。

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[8]呂天恩，占小紅，林美鳳.高中化學(xué)情境化作業(yè)設(shè)計(jì)研究[J].化學(xué)教育，2022，43（5）：62-67.