基于學科大概念的單元教學設計與實踐
——以“常見的化學反應——燃燒”教學為例

顧 弘 張淯清

（1.烏恰縣黑孜葦鄉中學 新疆維吾爾自治區克孜勒蘇柯爾克孜自治州 845450；2.常州市北環中學 江蘇常州 213017；3.上海民辦蘭生復旦中學 上海 200438）

在初中滬教版教材第四章“認識化學變化”的教學實踐后，學生往往會在這一單元學習結束后不明白本章第1節“常見的化學反應——燃燒”與本單元后面內容的關聯。究其原因主要有：①許多教師在進行教學設計時，僅僅以一節課作為基本設計單位，使得課時設計之間缺乏聯系，忽視單元整體；②“燃燒”這一課時的教學設計往往過于追求證明燃燒條件的實驗創新以及過于強化燃燒條件的生活應用，忽視該段內容本身的學科價值。這種“只見樹木不見森林”式的教學設計相互割裂，缺少聯系，使學生感覺內容突兀，難以理解，無法促進學生學科觀念的形成與發展。

王磊教授指出“單元整體教學指教師在對課程標準、教材等教學指導性資源進行深入地解讀和剖析后，根據自己對教學內容的理解，以及學生的情況和特點，對教學內容進行分析、整合、重組，形成相對完整的教學主題，并以一個完整的教學主題作為一個教學單元的教學。一個單元可以由多個課時組成，不同的課時從不同的角度、深度，用不同的教學或學習方式，對同一主題進行多元化解析［1］?！毙煳谋蚪淌谔岢觥盎趩卧R結構的教學設計，要求教師首先確立單元知識結構，然后以此為基礎進行教學設計，讓教學更具整體性，思路更加清晰［2］?！彼詿o論是依據教材編排的單元，還是教師自主設計的單元，都有必要將每一個知識點都放到完整的單元結構中去理解，促使學生建立新、舊知識之間的關聯，把握知識結構的整體而后展開教學實踐。

一、單元教學設計

1.單元教學規劃

“認識化學變化”作為化學學習的核心主干知識，貫穿于化學學科每一階段的學習之中，自化學學科學習之始就應開啟感知、認識、表征、分析和應用。學生對化學變化的認識主要從三個維度發展（如圖1 所示）：①維度一：認識到控制，即認識化學反應到控制化學反應；②維度二：定性到定量，即從關注反應的性質到關注反應中量的關系；③維度三：宏觀到微觀，即從物質層面逐步發展到從分子、原子層面。

圖1 “化學變化”三維認識發展圖

“認識化學變化”作為第四章，在“身邊的化學物質”和“物質構成的奧秘”的學習后對化學變化從三個維度以整體視角再次深入認識是非常有必要的。第1節“常見的化學反應——燃燒”是定性認識化學變化；第2 節“化學反應中的質量關系”是定量認識化學變化；第3節“化學方程式的書寫與應用”是化學變化的表征和化學反應中“量”的關系應用，這三節內容涵蓋初中階段認識化學變化的所有教學要求，所以本章作為化學變化的研究可作為獨立單元進行規劃（如圖2所示），無需改變教材編排和結構。

圖2 “認識化學變化”教學單元的構建

圖3 單元教學設計與課時計劃

圖4 “蠟燭”系列實驗之實驗1

圖5 “蠟燭”系列實驗之實驗2

圖6 “蠟燭”系列實驗之實驗3

2.單元教學目標的設計

單元教學目標的設計須結合課程標準的要求，綜合分析學生的基礎以及教學資源，采取“中心目標+基本點”的表述方法；課時教學目標則是在中心目標指引下圍繞課時內容的細化，其設計與表達遵循可觀察、可達成、可測量的基本原則［3］。

表1 “認識化學變化”單元目標及課時目標

3.單元教學起點的分析

依據教材教學順序看，通過前面三章的教學，學生對于“化學變化的認識”已經初步形成。從宏觀物質轉化層面，“反應物”是化學反應發生的內在充要條件，“反應條件”是化學反應發生的外在充分條件，而“生成物”是化學反應形成的一種結果。同時，也認識到通過“催化劑”能對化學反應速率進行一定的控制。從“定性”與“定量”的維度看，學生基本能認識到“在化學變化過程中反應物的質量都是在減少，而生成物的質量都是在增加，而催化劑的質量是不變的”。但是對于整個化學變化過程中體系的質量如何變化，學生缺乏深入的思考，沒有理性的認識。至于化學變化過程中能量的變化，學生僅僅對“氧化反應一般能夠放出熱量”有感性認識，而對能量的測定以及精確利用是沒有概念的。從微觀認識層面看，在前面的學習過程中，學生初步形成“化學變化是生成新物質的反應”，同時也確立了“化學變化中，分子要被破壞為原子，而原子只是重新組合”這樣的基本概念。但是“原子的重新組合”對化學變化在宏觀、微觀上究竟有什么影響，學生并不清晰。

4.單元教學活動的安排

單元教學目標需要通過課時教學落實，學生的學科素養就是在課時學習中不斷自我建構、不斷促進中獲得發展。完整細致地安排單元教學活動，就是要從情境中引發問題，從問題中引導思維，從活動中完成建構。

二、單元教學課例

“常見的化學反應——燃燒”囿于教材編撰的特點，教師一般很少從化學學科本質出發設計教學活動，更多地從知識的應用價值出發，專注于知識的應用。查閱國內外教材：國內人教版教材“燃燒與滅火”相關內容作為“燃料及其利用”單元的第一課時，同時該單元作為“化學方程式”“碳和碳的氧化物”的延續，并未體現出燃燒在認識化學變化知識中獨特的價值。查閱國內出版的國外化學教材：①美國《科學探索者》［4］中，作為”化學反應”章節的一部分，而且是控制化學反應后的一個知識應用；②美國《化學與社會》［5］中，作為“空氣”章節的一部分，是作為化學變化認識的一個素材資源出現；③英國《GCSE 科學》［6］中，作為“空氣質量”章節的一部分，燃燒是作為認識化學變化的一個重要的素材資源。所以為避免學生將“燃燒”的相關知識與后續“質量守恒定律”和“化學方程式”知識的學習割裂，教師有必要改變以往專注于燃燒知識應用價值的教學設計。

1.課時教學實錄

引入：［演示實驗］鎂條燃燒實驗

［提問］鎂條燃燒實驗的現象是什么？

［追問］復習回顧以前所學的物質燃燒實驗，將相關燃燒現象填寫到第92頁表4-1中，并思考歸納燃燒的特征是什么？

教學環節1：認識燃燒的概念

［學生］燃燒是發光、放熱的劇烈的化學變化。

［追問］燃燒的本質是一種化學變化。能否實驗證明鎂條燃燒是化學變化？

［學生演示并回答］將鎂條燃燒后的白色粉末小心地倒在酒精燈火焰上，沒有發生燃燒現象。所以燃燒后的白色粉末不是鎂，因此鎂條燃燒過程中物質發生改變，是化學變化。

教學環節2：理解燃燒的條件

［提問］燃燒是化學變化，化學變化有幾個要素？

［學生］反應物、反應條件、生成物。

［追問］一個化學變化發生要滿足幾個條件？

［學生］至少要有反應物，并且還要滿足反應條件。

［學習任務］觀察教師演示如表2所示的“物質‘燃燒條件’的實驗研究”的實驗，并思考物質燃燒需要什么條件。

表2 物質“燃燒條件”的實驗研究

［學生］燃燒所需要的條件有：①可燃物；②氧氣；③可燃物溫度要達到著火點。

［歸納］其中“可燃物與氧氣”是化學反應的反應物，“可燃物溫度要達到著火點”是化學反應的反應條件。

教學環節3：分析燃燒的控制方法

［學習任務］觀察表3中所示關于“蠟燭”的系列實驗并思考“實驗”與“控制內容”哪一項相匹配。

表3 “燃燒”控制的實驗

［學生觀察實驗并思考］匹配項依次是（1）、（3）、（2）。

討論1：控制燃燒的發生

［提問］實驗1控制化學反應“燃燒”的終止利用了什么方法？

［學生］“燒杯蓋滅蠟燭”是“將可燃物與氧氣隔絕”?！八疂矞缦灎T”是“將可燃物溫度降到著火點以下”?！按禍缦灎T”是“將可燃物溫度降低到著火點以下”。

［追問］如何從化學反應的視角看這三種滅火的方法？

［學生］滅火的方法剛好就是破壞了燃燒的條件，其中“蓋滅蠟燭”是破壞“反應物”，而“水澆滅蠟燭”和“吹滅蠟燭”是破壞了“反應條件”使化學反應停止。

在設計匹配網絡之前，根據頻率間隔和功率大小，做好設計規劃工作，共塔頻率之間的頻率比原理上不得小于1.1，實際上最好不要小于1.5，否則很難做到理想的匹配網絡。一個理想的天調網路應具備穩定性和可靠性，匹配狀態良好，駐波比小于1.1，帶寬足夠大。

討論2：控制燃燒的反應速率

［提問］實驗2過程中可觀察到的現象有什么？

［學生］發現有火焰從硬板紙盒子的開口處噴出。

［提問］上述實驗現象說明紙盒內發生了劇烈的燃燒，請同學們從“燃燒的條件”分析該劇烈燃燒的過程。

［學生］可燃物是面粉；盒內存在氧氣，同時燃著的蠟燭使溫度達到面粉著火點。

［提問］為什么該燃燒現象如此劇烈，甚至可以理解為“面粉發生爆炸”，其原因是什么？

［學生］吹入氣體使面粉揚起，增大了面粉與氧氣的接觸面積，發生了劇烈的燃燒。

［演示］

［提問］通過上述圖7實驗可知影響化學反應速率的因素有哪些？

圖7 反應物濃度對化學反應速率的影響

［學生1］由蠟燭燃燒情況可知，反應物（氧氣）的濃度對化學反應速率有影響。

［學生2］由氧氣產生情況可知，催化劑對化學反應速率有影響。

討論3：控制燃燒的生成物

［提問］通過圖6實驗我們發現在蠟燭火焰上方蓋上白瓷板，白瓷板上有炭黑生成，與原有敞開燃燒的情況不同。究竟是什么原因導致的呢？同時燃燒生成物又有什么不同呢？請同學觀察圖8所示實驗。

圖8 蠟燭的完全燃燒和不完全燃燒實驗

圖9 “燃燒”教學板書設計

［實物投影］演示圖8實驗并將實驗數據記錄下表4中：

表4 氣體報警器檢測蠟燭燃燒實驗數據記錄表

［提問］蠟燭在充足的氧氣中燃燒的生成物主要是什么？

［學生］蠟燭在充足的氧氣中燃燒生成二氧化碳和水。

［提問］結合圖6 和圖8 所示實驗，如果在氧氣不足的情況下，蠟燭燃燒可能會生成什么物質？

［學生］在氧氣不足的情況下，蠟燭燃燒可能生成炭黑和一氧化碳等物質。

［歸納］蠟燭在氧氣充足的情況下發生了完全燃燒生成二氧化碳和水，蠟燭在氧氣不充足的情況下發生不完全燃燒生成炭黑、一氧化碳和其他物質。這就是通過控制反應物的濃度實現控制反應生成不同的生成物。

［追問］通過對表4數據的分析，尤其是蠟燭熄滅時的數據，還給了你什么新的啟示？

［學生］物質能否燃燒還與氧氣濃度有關。

［結課并板書］

三、教學反思

基于大概念下的單元教學設計能充分符合學生化學學科核心觀念發展的時序性、發展性、階段性的要求，使單元教學的設計能盡量地渾然一體，使課時與課時之間的聯系更為緊密，更有利于促進學生對化學核心概念的理解，便于學科觀念的建立和發展。同時避免了單課時教學設計下，學生對化學概念學習的割裂性、過于細節化的傾向，尤其是本節“燃燒”的教學設計避免了過于關注知識應用價值，而忽略了所學知識本身所具有的學科價值，特別是對“物質是變化的，變化是可控的”這一核心觀念的發展具有較大幫助。

在單元教學設計的過程中，教師自身對“燃燒”教學價值的認識，以及對學科大概念本身的認識、對單元教學的體會也在不斷提升。所以單元教學設計促使教師對教學有了更高層次的思考，單元教學設計引導教師和學生共同成長。