基于化學核心素養的大概念單元教學設計理念與實踐
——以九年級“溶液”主題為例

單媛媛，鄭長龍

《義務教育化學課程標準（2022 年版）》（以下簡稱“新課標”）指出，義務教育化學課程有利于學生形成物質及其變化等基本化學觀念，發展科學思維、創新精神與實踐能力，養成科學態度和社會責任，為學生的終身發展奠定基礎?！靶抡n標”基于“少而精”的原則，結合學習主題特點，明確了5 條大概念及其具體內涵，并倡導基于大概念的建構，整體設計和合理實施單元教學[1]。如何抽提凝練主題大概念，并結構化地進行單元教學設計，是實施大概念單元整體教學的關鍵。為此，在探討基本路徑和設計理念的基礎上，結合九年級“溶液”主題，進一步呈現大概念單元教學的實踐樣態。

一、大概念單元教學是素養為本教學的關鍵

“新課標”明確了大概念反映學科本質，具有高度概括性、統攝性和遷移應用價值，單元形式承載素養為本教學的要求，基于整體設計目標直指學生的理解和遷移，因此基于大概念的單元教學是推動素養為本教學落地的有效路徑。

（一）準確聚焦大概念是素養為本教學的根本保障

大概念的使用萌芽于教育家杜威，之后作為學術概念在教育領域提出并受到關注，目的是解決學生所學知識“多而散”的問題[2]。對于大概念的價值和意義，目前國內外研究者已經達成普遍共識，大概念具有能夠切實發展學生化學觀念、結構化統整化學學科知識、有效解決真實情境問題的價值，其本身兼具認識論、方法論和價值論的功能，并具有廣泛遷移能力的意義結構，獨特的結構性決定了它對學生學習及發展的整合作用[3][4]。大概念并非追求體量大、外延廣，而是在本質上指向整體思考和系統思維，注重學生的深度理解和遷移應用[5]。

能夠準確聚焦特定主題的大概念是素養為本教學的根本保障和前提。目前較多研究聚焦于探討大概念的意義和價值，對于聚焦特定主題的大概念的關注和研究相對較少，基于化學學科特點提出明確的大概念抽提路徑，結合具體主題聚焦大概念切實聯系教學實踐，是保證素養為本教學理論研究和實踐落地的關鍵。

（二）單元教學是實施素養為本教學的有效方式

核心素養的培養和發展具有綜合性和整體性，不能僅依靠某一知識點或某一節課的學習來實現[6]。素養為本的教學需要從知識點的內容整合，轉變為基于學生深度認識理解和問題解決遷移的多重整合。需摒棄以知識點或單一課時為單位的碎片化設計，走向以整體和完整為原則的有序化學習歷程設計。學生在學習中經歷認識、理解、遷移和反思的全過程，實現教學內容和教學方式有效變革，凸顯素養導向教學的真實性和整合性的內涵特征。單元教學作為實施素養為本教學的有效方式，其順應了素養為本教學的需求，打破教材順序下的學科自然單元，將問題、任務、評價等教學要素緊密圍繞單元學習目標進行關聯整合和組織，引導跨學科內容的連接和實踐，突出了教學的邏輯性和系統性。由此可見，單元教學是實現核心素養教學的必然選擇[7]。

基于大概念實施單元教學，對于素養教學視域下的理論研究和教學實踐具有重要價值，但其落地的關鍵一方面在于能夠準確聚焦特定主題的大概念，另一方面在于能夠提出結構化設計路徑。

二、系統抽提、持續聚焦特定主題的大概念

系統抽提體現在遵循“基于學科理解探尋大概念、基于學習進階明確大概念、基于單元整體落實大概念”的實踐路徑，不斷深入凝練明確特定主題的大概念，并在“學科”“學生”“教學”三個視角的深入和轉換間，逐步聚焦至與學生各學段素養發展相適切的主題大概念。

（一）基于學科理解探尋大概念

學科理解，是指教師對于化學學科知識及其思維方式和方法的一種本原化、結構化的認識?；趯W科理解，能夠有效抽提學科主題的素養功能價值[8]，對于教師從本原理解主題的學科功能價值，在頂層進行單元整體設計具有指導意義。

“對于化學，最有意義的宏觀系統是混合物，更準確地說，是溶液”，彭笑剛在《物理化學講義》中指出，“如果沒有溶液，化學將無法在科學世界里擁有一級學科的地位?；瘜W過程中最重要、最常見的過程都與溶液有關”[9]291。通過對溶液主題學科本體內容進行學科理解，可以從溶液作為混合物的狀態表征、平衡特性和分離純化三方面，凝練出3 個主要的具有主題特質的大概念，分別為“通過構建修正理想模型定量表征物質的狀態”“溶液作為混合物的獨特性通過相平衡體現”“以溶液相平衡為基礎實現混合物分離提純”。

1.通過構建修正理想模型定量表征物質的狀態

空氣和溶液作為人類最早接觸的氣態和液態混合物，除描述物質的比例關系外，構建并修正理想模型是化學學科定量表征其組成與性質的重要手段。例如對于氣體物質，通過對氣體特性的經驗認識，構建了理想氣體理論模型，即假設“具有確定單元結構的分子不斷運動，其尺寸遠小于它們之間平均距離，忽略分子間相互作用，所有碰撞都是彈性碰撞”，運用理想氣體狀態方程“PV=nRT”對其進行定量表征，通過對方程的修正可實現對實際氣體組成與性質的描述。熱力學視角的引入進一步實現了通過化學勢（μi）對理想氣體混合模型的建立，即多種理想氣體形成混合物時，過程自發，混合內能變化（Δ混U）和混合焓變（Δ混H）總是等于零，混合的唯一動因是系統內部的熵（Δ混S）增加。

氣態理想混合物的研究思想指導著液態混合物（溶液）的研究，而液態物質與氣態物質最重要的區別在于凝聚態分子之間的相互作用是時時存在、不可忽略的，因此我們假設“如果各個液態組分分子相互作用、分子形貌（大小及構型等）幾乎不可區分，且混合后各種分子之間相互作用及堆積方式與各自純態保持不變，那么該液態混合物為理想溶液”，目的是在規定Δ混V=0 的前提下，保證與理想混合氣體一樣Δ混U 和Δ混H 等于零的假設。雖然實際情況是絕大多數的溶液并非理想液態混合物，如兩種液體混合前后體積會發生變化，固體不能無限溶解于水中都有一定的溶解度等，但是同樣，我們可以通過進一步修正理想液態混合物的模型（增加活度和活度系數作為參數）來表征實際溶液的狀態。從熵到吉布斯自由能、到化學勢、到熱力學濃度、再到活度與活度系數，形成了理解和表征溶液化學的邏輯鏈條。

2.溶液作為混合物的獨特性通過相平衡體現

對于溶液相，不同于氣相和固相混合物，其本身不大可能獨立存在，更多的是與它的飽和蒸氣、溶質固體、或者另一個溶液相共存。因此，要真正理解溶液，必須綜合考慮這些相關的相以及它們與被研究溶液相的關系?！捌胶狻笔腔瘜W學科的重要概念，我們常利用平衡概念來研究和表征化學系統。通過不同的強度性質可以表征熱平衡、力平衡、相平衡、化學平衡，進而有效地反映系統內、外之間的變化趨勢。例如，通過溫度（T）衡量熱平衡、壓強（P）衡量力平衡，二者可以確定系統與環境之間的平衡，即外平衡。相平衡作為系統的內平衡，我們可以運用化學勢（μi）作為其衡量的參數[9]350-351，而化學勢又與熱力學濃度密切相關。

基于熱力學第二定律我們知道，任何過程發生的決定因素是系統熵和系統焓（即環境熵）的變化趨勢，而對于理想溶液形成過程，在假定系統焓變為零的前提下，唯一決定因素就是系統熵，而這個關鍵因素是通過濃度（摩爾分數）體現的，其在本質上代表著均相混合系統的理想位置熵變，從而決定了體系的化學勢。因此濃度（摩爾分數）作為系統的內平衡參數，與溫度、壓強一起構成了研究平衡狀態下溶液系統（更廣義地，混合系統）的基本坐標。也許對于化學初學者來說，濃度只是一種物質量的計量單位，但其實濃度在化學學科中的核心位置并不是作為計量單位而存在，而是作為溶液理想系統熵、內平衡的代表量度，這一量度在實際溶液中通過活度和活度系數體現[10]。

3.以溶液相平衡為基礎實現混合物分離提純

萃取、結晶、蒸餾是色譜方法發明以前三種最常用而有效的純化和分離手段。這三種實驗操作方法有一個共同的特征：都是以相平衡為基礎的。其中蒸餾以氣-液平衡為基礎，萃取則以液-液平衡為基礎，結晶以固-液平衡為基礎。三種分離提純方法的建立，反映了人們對三種平衡特性的深刻理解。

對于平衡狀態下溶液的研究，通常蘊含著體系處于“飽和”“極限”的狀態，對于固-液平衡的結晶過程，溶解度是重要的概念，溶解度的存在見證著與溶液相關的豐富相平衡現象。從熱力學視角，溶解度的存在，實際是溶液相平衡的體現，以濃度（摩爾分數）為基礎可定義溶解度為：“在給定溫度和壓強下，一種物質在某個溶液的溶解度等于溶液其他組分物質的量數不變條件下該物質在溶液中的最大摩爾分數”[9]365。通過濃度（活度）、溫度、壓強勾勒出溶液相關平衡系統，并以相圖的形式表征呈現，這就成為了我們改變條件進行化學實驗分離純化操作的根本原理和理論基礎。

（二）基于學習進階明確大概念

學習進階，是指在一段時期內，學生學習或探究某主題時，其思維方式可能連續且不斷地精致化發展的描述[11]?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準（2017年版）》中也明確指出，“學生化學學科素養的發展是一個持續進步的過程”[12]，具有連貫性、階段性和發展性。學習進階為主題核心素養發展的系統規劃、各學段主題單元教學目標的明確、基于表現預期的學生評價提供了科學的理論依據。

課程標準是梳理和設計學習進階的重要依據之一。因此，首先對義務階段和高中階段關于溶液主題的內容要求進行了整理匯總；其次，基于內容要求抽提出不同學段該主題學生素養發展的認識進階；最后，結構化地呈現學生認識進階與學科大概念之間的關系，從而明確主題要發展學生的學科大概念（如圖1 所示）。

圖1 “溶液”主題學生認識進階與學科大概念的關系

通過對圖1 分析可以看出，在“溶液”這一主題下，從小學到高中選擇性必修階段，學生的認識對象經歷了從生活向化學，從單一物質到反應體系的發展；認識過程從溶解這一物理現象，深入至化學反應，同時伴隨著從定性到定量的思維發展。進一步抽提可以發現，對于這兩個過程的認識，均是基于“限度”“能量”“條件”這三個基本的學科視角，并最終指向了“物質組成”和“反應限度”兩個學科大概念。

（三）基于單元整體落實大概念

構建符合學段素養發展要求的主題大概念層級，并確定單元教學課時總目標序列及邏輯關系，是落實大概念教學的重要環節[13]。

基于學科理解和學習進階的分析，在九年級溶液主題的學習中，最終確立“物質組成”“能量變化”“溶解限度”“條件調控”4 個主題大概念，結合課程標準內容要求以及教科書內容，最終繪制了學科大概念——主題大概念——主題核心概念——主題基本概念的4 級概念層級圖（如圖2所示）。主題大概念既是學科大概念在該主題的具化，也是對主題核心概念、主題基本概念的概括和統攝，主題核心概念是單元教學的核心，而主題基本概念則是各概念層級建構的知識內容基礎。

圖2 “溶液”主題概念層級圖

基于上述分析，對溶液主題最終共設計了5個課時進行教學，并對課時之間的邏輯關系進行了呈現（如圖3 所示）。課時1 聚焦于“物質組成”大概念，課時2、3、4 分別從“能量變化”“溶解限度”“條件調控”深入學習物質的溶解過程，最后課時5 從“遷移應用”的角度進一步整合發展學生“定性定量”結合視角解決真實問題的素養。

圖3 “溶液”主題單元教學課時總目標及邏輯關系

三、指向學生核心素養發展的單元教學設計

在明確了特定主題單元教學的各個課時總目標后，需要進一步將課時總目標拆解為課時學習目標，并在此基礎上形成課時學習任務序列，并構建指向學習目標的多樣化持續性的學習評價。

（一）邏輯拆解總目標為課時學習目標

拆解課時總目標時需要思考和明確如下問題：如何能夠有效地對總目標進行拆解？拆解的邏輯類型有哪些？通過理論研究和教學實踐的分析，總結梳理出并列驗證、遞進驗證、并列組合、直接遞進、沖突遞進、遷移遞進6 種常見的課時總目標拆解邏輯類型，具體類型與示例如表1 所示。

表1 課時總目標拆解類型與示例

基于上述課時總目標的拆解邏輯類型以及“溶液”主題單元教學課時總目標，對“溶液”主題的課時總目標進行拆解，最終確定了每個課時的具體學習目標，如表2 所示。

表2 “溶液”主題各課時具體學習目標

（二）本原性問題驅動挑戰性學習任務

在確定了課時具體學習目標的基礎上，接下來需要思考什么樣的學習任務能夠達到預期學習目標？學習任務的設計和實施應具有挑戰性，兼具培養學生的學科特質性思維和一般性思維，圍繞本原性問題設計和驅動學習任務具有重要的價值。在科學實踐中，科學問題是科學研究的起點；在學科理解中，本原性問題是知識深化組織的起點；在課堂教學中，真實適切的本原性的問題能夠有效開始學習任務，促進學生的深刻思考，啟發學生的高階思維[8]。問題具有組織、定向、激勵、評價等功能，是課堂教學的重要要素，同時屬于認識論和方法論范疇，因此問題既是知識載體，同時對問題解決和探索的過程，即學習任務的完成，又是學生認識思路與方法獲得的過程。

課堂中本原性問題的提出既要與學習目標相一致，又要與學生認識視角與思路建構相一致，進而使學生素養發展與課程標準要求相一致。本原性問題可分為認識性和實踐性兩大類，認識性問題以學科主題核心概念的建構為主要線索組織學習任務，在明確學生已有知識的基礎上，發展學生對主題核心問題的深入理解和認識視角的轉變，核心在于指出和解決學生的認知沖突進而發展學生的核心素養。實踐性問題以真實情境問題的解決為主要線索組織學習任務，在生產生活實踐和課程標準素材中尋找合適的教學問題，基于學科視角和跨學科視角解讀問題情境中的關鍵信息，將實際問題與學科問題建立關聯，確定問題解決的研究域，在選擇的特定視角下對實際問題進行拆解和分析，提出和選擇合理的解決問題模型或方案，并對其進行論證和實施，在此過程中盡量保證明線問題解決邏輯和暗線核心概念建構邏輯的一致性，核心在于教學素材的真實性和連貫性。

學習任務的完成過程是對問題的回應和解決，既是理解與解構的過程，也是決策與選擇的過程，同時也是思維運演與行為操作的過程，進而促進學生經歷深度思考和實踐探究?；诒驹詥栴}的解決過程，可以將學習任務分成解析性、建構性、驗證性、拓展性4 類。解析性學習任務指向培養學生界定、分解、確定目標的能力以及分析性和批判性等思維；建構性學習任務指向培養學生提出假設、建構模型的能力以及發散性、類比、模型等思維；驗證性學習任務指向培養學生設計方案驗證、邏輯論證的能力以及邏輯性和收斂性等思維；拓展性學習任務指向培養學生拓展遷移、深化應用以及拓展性和系統化等思維。表3 舉例呈現了“溶液”主題課時3、課時5 的本原性問題和學習任務。

表3 “溶液”主題課時3、課時5 本原性問題和學習任務

（三）持續性開展目標導向的學習評價

大概念單元教學的學習評價應遵循“教—學—評”的一體化、一致性、層次性和多樣性，一方面，將評價鑲嵌于教與學的互動過程之中，即教學、學習與評價三位一體共同指向目標，充分發揮評價的診斷、改進、調節、激勵的功能[15]；另一方面，開發細致化多樣性的評價工具進行持續性評價，特別強調“為了學習的評價”與“作為學習的評價”，最終實現“以評促教、以評促學”的效果。

基于表現預期的課堂評價。學生完成挑戰性學習任務過程中，可通過指向學習目標的具體表現期望，明確劃分不同水平進階，發揮評價的診斷功能（如表4 所示）。之后教師可以通過不斷追問和正向激勵的方式，顯性化引導學生在任務實踐過程中，進行自我反思性評價，不斷改進和調節。

表4 指向學習任務的課堂表現評價

基于單元學習的總體評價。首先，需要構建與單元整體學習目標一致的總體評價標準，對學生的表現程度進行細化，明確各水平的行為表現特征（如表5 所示）；其次，基于評價標準可以開發多樣化的評價工具，如課后作業、紙筆測試、觀察量表、作品展示、檔案袋評價等，定性定量相結合地對學生的學習過程和結果進行持續性的評價；最終，基于綜合性的評價結果對學生的素養發展提出適切性和針對性的建議，從而幫助培養學生自我反思習慣，提高自我監督、自我提升的能力。

表5 “溶液”單元學習總體評價

本研究以學科知識認識發展為基礎，以各學段課程標準為依據，以學生素養發展為目標，逐步聚焦特定主題的大概念，基于表現預期的課堂評價與基于單元學習的總體評價，相輔相成，系統性、結構化地構建了大概念單元教學設計過程，從而實現了核心素養落地從設計向實踐的轉化。在新課程改革的背景下，基于化學核心素養的大概念單元教學設計對于教師和研究者均提出了重大挑戰，深入而持續地探索與研究任重而道遠。