基于宏观辨识与微观探析的单元教学设计 论文

基于宏观辨识与微观探析的单元生成性教学设计——新编苏教版化学必修第一册专题一为例摘要:紧扣化学学科核心素养的新版高中化学教科书已在教学实践中使用，一线教师需要提炼教材内容中的核心素养开展有针对性的单元教学设计，既能培养学生化学学科素养，又能有效利用学科素养突破教学重难点。关键词:学科核心素养；教学单元；教学设计；物质的量；分散系1提出问题高一学生已经开始使用高中化学新编教材第一册。随着2017年新课程标准的颁布以及体现化学学科核心素养新教材在高中的陆续使用。“核心素养→课程标准（学科/跨学科核心素养）→单元教学设计与实施→课时教学设计与实施”是课程与教学实践中环环相扣的链条，也是发展学生核心素养的必然途径，一线教师必须基于“核心素养”展开“单元设计”的创造[1]。在以前实际教学中，教师习惯的往往是课时设计，缺乏单元教学设计的概念和方法，不能基于单元整体来剖析各课时内容之间的内在联系及其对学科核心素养目标的贡献，常常“只见树木不见森林”。以至于学生得到的也是些“点”状或碎片化的知识，很难灵活的迁移应用，学科核心素养难以落地[2]。2核心素养实施之前相关内容教学实践的生成性问题分析2.1物质的量教学高一学生在必修1第一章系统地学习了物质的量、气体摩尔体积、阿伏伽德罗常数的相关概念，若能清晰区分并掌握以上基本概念，将为后续有关物质的量计算能力的发展夯实基础，然而高一的学困生没能及时将物质的量的相关概念内化、结构化[3]。在教学实践中，师生普遍感到“物质的量”难教、难学，有三方面原因：“物质的量”概念微观、缺乏实验基础；“物质的量”名词晦涩、拗口、难理解；“物质的量”有关的概念相对集中造成学生学习困难[4]。2.2分散系中胶体教学以前老师对分散系中胶体内容的教学也仅仅做做实验，学生记记结论。学生感觉这部分知识如胶体一方面与之前已学内容关联性很小，显得很突兀；另一方面学完后好像又“断层”即后面又无相关延续。教师为知识而教、学生为知识而记。2.3电解质教学过去我们对电解质和离子反应的教学采取一些积极的教学方式，如微观模拟动画，实验证实或多次讲解等，其结果是学生当时听会了，但在后期的问题解决中却不能自主利用所学知识解决问题，经常还需要教师的点拨[5]。一直以来，电解质概念都是一个难点问题。学生很难对此概念形成完整的认识和熟练运用的能力。在对有关电解质概念的相关文献中的观点进行梳理，发现主要有两方面争议：教科书中“电解质”概念的定义是影响学生产生相异构想的重要因素，容易机械地认为能导电的物质就是电解质；另一方面认为通过导电实验引入值得商榷，因为教材通过导电性实验来判断电解质，更强化了电解质的判断与是否“导电”之间的关系，进一步让学生认为只有导电才是电解质，只有通电，电解质才能够发生电离[6]。也就是说，电解质概念学生本就容易产生与“通电”相关的歧义，再做导电实验更容易误导学生对概念的理解。3基于核心素养的单元生成性教学设计在理论上已经学习了核心素养的一线教师迫切想要付诸于教学实践，首先要尝试基于核心素养开展单元设计。既能从高度上坚守学科素养标准又能从整体上对教材知识与学生培养等方面有前瞻性，便于适时调整高效实现核心素养在实践中的扎根。对于一个教学单元应该有多大，并没有严格的规定[7]。关键是内部各要素具有相对完整性和各个部分之间具有内在的逻辑关联，且指向共同的教学主题。所以，本文中的单元设计范围是第一册专题一整个内容。《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称《课标》）提出的化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”，物质的宏观性主要具有“可视性”的特点，体现在宏观物质的“量”和“性”两个方面，“量”即以数量体现如可称量的质量、可测量的长度、可量取的体积等；“性”指物质的可感官性如颜色、状态、气味，还包括化学反应中的沉淀、气泡、溶液颜色变化等实验现象。也有些文献把宏观分为宏观物质和宏观现象两方面。与宏观相对应的是微观，微观探析包括构成物质组成微粒（分子、原子、离子）、内部结构（微粒的排列方式和微粒间作用如化学键）和微粒间的反应等。笔者有幸成为首批使用高中新编教材化学必修第一册，其中专题一由三部分组成：物质及其反应的分类、物质的化学计算和物质的分散系。编者既然把这三个部分合为一体，它们之间有哪些关联，要达成何种共同的目标，如何进行恰当的单元教学目标设计？3.1单元教学目标的制定单元教学目标不是单元内各课时教学目标的简单叠加。单元教学目标上承课程目标，下接课时目标，是实现课程目标的基本单元，所以必须对接学科核心素养的目标，以对整个单元教学设计发挥全局性、统领性的导向作用[8]。《课标》指出宏观辨识与微观探析的内容：“能从不同层次认识物质的多样性，并对物质进行分类；能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化，形成“结构决定性质”的观念。能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。”[9]3通过《课标》对宏观辨识与微观探析的具体内容剖析，可知宏观辨识与微观探析既包含物质的宏观性和微观性知识又包括分类方法。由此可知，专题一教材内容和“宏观辨识与微观探析”的具体内容相吻合，进而明确专题一的单元设计可以始终围绕“宏观辨识与微观探析”这个核心素养展开。表1“专题一”单元目标及节课时目标单元目标节（课时）目标建立分类方法对于科学研究中的思路和方法。能够从微粒的体积大小、质量大小、相互间的距离等视角分析、判断物质宏观特征的差异性；会根据微观粒子预测并设计实验验证物质的性质和变化，如电路中溶液的变量调控探究离子的存在性；能例举出实例说明宏观辨识和微观探析在理解物质组成、结构和性质的联系。通过学生对分类方法在本专题中经历：了解—学会—初步运用—主动运用的实践过程，达成粒子观在学习化学变化中的意义即形成粒子观不仅是微观探析的培养目标，也是宏观辨识理论深度孕育的直接产物。节1：1.1物质及其反应的分类。能以不同视角对物质及其变化进行分类，初步形成研究物质性质的基本思路；1.2在物质转化的学习中，感受化学在创造物质方面对人类的贡献；在分类方法的应用中，体验分类在化学研究和学习中的重要意义。注重学习方法和研究方法的培养[10]。建议2课时达成目标。节2：物质的化学计算。2.1通过物质的量的学习，能运用定量思维的方法和工具研究微观粒子；2.2在对其应用中，感受定量研究在化学研究中的价值；2.3在气体摩尔体积的学习中，初步学习基于数据进行证据推理，重点剖析微粒间的距离和微粒大小对宏观物质状态的影响[11]。建议3课时达成目标。节3：物质的分散系。3.1感受混合物分类是纯净物分类思想的延伸；通过对比同一物质在不同分散状态性质的研究，丰富对混合物的认识，学会从微观大小的角度对混合物进行分类；3.2通过对比分析同一分散质在不同分散剂中呈现的性质差异，体会化学的变化观和粒子观[12]。建议2课时达成目标。3.2单元教学过程的设计分析物质的量相关内容，本部分内容宏观辨识包括物质的质量和体积以及聚集状态、宏观性质，微观探析有微粒数、微粒结构、微粒的运动方式。物质的量（n）联系宏观辨识和微观探析的桥梁。物质宏观态如质量和体积通过摩尔质量和摩尔体积联系到物质的量，而物质的量与微粒数之间由阿伏伽德罗常数建立关系。通过宏观辨识和微观探析可让学生清楚每个概念的作用和引入的意义，而不是孤立地理解新概念，不仅便于学生构建知识体系而且提高学科素养。固液气三态的宏观性质（压缩性）差异追溯到微观粒子微观排列（紧密度）；相同条件下（同温同压），宏观上1mol气体体积几乎相同，从微观分析探讨分子本身大小与分子之间的距离相比可以忽略分子本身大小，即在同温同压下，微观上分子数量相同其宏观呈现的气体体积相等。同样，微观上气体分子之间的距离会受到宏观上温度、压强影响，若等温等压则分子间距离相等。所以在相同条件下，宏观上气体体积之比与微观上分子数成正比，自然也与桥梁作用的对应物质的物质的量成正比关系。胶粒胶粒胶体（丁达尔效应）分类微粒直径研究方法离子存在（非）电解质物质状态化合物粒子（类分子）自由移动导电（灯泡亮）离子m得失电子V(↑)VmMnNAN（分子、原子等）化学学科素养宏观辨识微观探析图1“专题一”教学单元的构建从微观角度突破难点，固体微观结构中微粒排列紧密，微粒间空隙小。这为电解质的学习中学生易出现的困惑“既然有离子为何不能导电？”从微观层面埋下潜在伏笔。重视利用开发教材如教材中表1-3不同聚集状态物质的微观结构与宏观性质。从微观辨析把分散系中的分散质微粒大小可分为溶液、胶体和浊液。微观上浊液中分散质粒子较大解释宏观现象——浊液易沉降以及浊液虽然表面积大于胶体但不可以作为净水剂。宏观上Fe(OH)3胶体具有丁达尔效应“一条光亮的通路”，归结于“类分子”Fe(OH)3经过聚集形成胶粒，达到1nm-100nm范围，如果继续聚集当大于100nm时胶体就转换成为浊液就易沉降。整个微观过程可以让学生体验“量变引起质变”的哲理，也会使学生感受物质的不同形态可以转化。有效消除学生前概念中的Fe(OH)3物质只能是红褐色沉淀。并且有意识运用所学知识或寻求相关证据参与社会性议题的讨论如雾霾防治。运用宏观辨识和微观探析也可以有效突破电解质中的教学难点。每位学生都熟悉原子，由此引入。从Na原子和Cl原子的结构示意图到Na+和Cl-结构示意图的演变图示，得失电子微观变化是后续氧化还原反应的本质也是电化学的电极反应理论基础。离子产生后还要具有“活”性（自由移动）才能使闭合回路出现宏观现象——灯泡变亮即溶液具有导电性。产生“活”性离子的过程称为电离。怎样可以使离子具有活性？学生自发引出条件：水溶液。虽然BaSO4被称为难溶物即在水溶液中溶解度很小，但有时也可以导电，而且导电性很强。从微观上辨析怎样产生大量“活”性Ba2+和SO42-？在前面学习气体摩尔体积时，微观辨析聚集状态中微粒的运动方式提到：液态具有流动性是由于微观微粒可以自由移动。BaSO4要成为液体只能达到其熔点，此时可称为熔融状态BaSO4。NaCl晶体由于离子排列很紧密，无法自由移动所以不能导电，但在水溶液或熔融状态下可产生“活”性离子。那么可产生“活”性离子的物质是否必须是由离子组成？组成HCl和H2SO4的微粒都是分子，分子是中性不带电即不具有导电性。但根据酸的初中概念：在水溶液中电离的阳离子都是H+的化合物。由此可知，分子在水溶液可以产生自由的离子。探究性实验：证明是否所有分子都可以在水溶液中产生“活”性离子？改变变量探究实验即把闭合回路中的NaCl溶液换为液态乙醇，宏观现象：灯泡不亮。能产生自由移动离子的化合物统称为电解质（此概念由法拉第提出，指被电分解前的物质），反之为非电解质。分子为何在水溶液中电离产生“活”性离子，由分子构成的物质在液态或气态中为何不能导电？今年就有学生提出气态NaCl应该能导电。在实验中，当把NaCl溶液换为SO2溶于水后形成的溶液时灯泡仍亮即溶液具有可以导电，但为何却把SO2归为非电解质？同学们可以例举还有哪些与此相似的物质？发散学生的思维，自主构建概念网络。本专题为何把分类方法放在第一节？一般认为其目的是衔接初、高中化学知识点，便于学生更容易适应高中的化学学习。但笔者经过长时间思考后认为编者用意更加深远。这节内容既有物质分类、物质转化和化学反应类型分类，其实真正目的让学生学习分类的科学方法、明确物质在一定条件下是可以转化的；根据不同研究需要、便于更好的研究物质，学生能够运用不同分类方式以及理解分类的意义。接下来关于物质的量和分散系的教材编排不是单一仅为传授化学知识，而是第一节分类和转化的延续。如气体摩尔体积中的物质聚集状态，宏观上分类方法固液气三态差异，微观上粒子排列方式分类和运动方式的分类。气体存在的条件又分为标准状态和非标准状态，致使气体摩尔体积的数值有差异。分散系中按照分散质粒子直径大小分类，然后重点研究胶体的性质，以及不同分散系的物质转化如FeCl3溶液→Fe(OH)3胶体→Fe(OH)3浊液（沉淀）。在电解质中根据“在水溶液中，还是熔融状态下”导电这一标准分为电解质和非电解质。又可以根据化合物的导电性分为电解质和非电解质。在本专题的学习过程中，学生对宏观辨识与微观探析的反复应用，高频体验，不断提升对该素养的感悟。在教学实践中，发现当学习分散系时，考查学生能力如1molFe(OH)3胶体是否含有NA个胶粒？发现学生得心应手。教学实践证明利用宏观辨识和微观探析策略不仅提高学生们的学习效率，更容易突破知识难点，而且提升学生学习化学学科的核心素养。不断反思教材，深度领会编者意图，结合核心素养的要求，可以更能发挥核心素养在中学化学学科学习的实践价值。3.3单元教学评价的设计《课标》提倡“教、学、评”要一体化，评价已成为教学的有效组成部分，通过课堂和课外混合式学习中收集学生理解与表现的证据，以此评价学生达到目标的程度。在这种动态的形成性评价，其目标是改进教学以使学生最大限度的获得进步[13]。教师紧扣各课时教学目标，见表2，在评价方法中要注重课堂及时性效果。通过化学计算教学、分散系的教学可以很好评价分类教学的效果。宏观探识和微观探析的素养形成评价从在物质的量、气体摩尔体积中微粒体积和相间距离等的初次学习，然后在分散系混合物的微粒大小分类中的简单运用，最后在离子对导电的重要作用中素养自发性问题表征。所以分类方法和学科素养即宏观探识和微观探析始终是本专题的教学过程中两条评价学生的主线。表2“教、学、评”的一体化设计课时目标活动任务评价方法课时11.1物质分类中，学生列举出哪些物质是难溶或易溶，如果是盐能如何对他们重新分类。学生举出具体事例，同学间补充，教师分析反馈课时21.2在化学反应分类学习后，让学生列举出哪些置换反应、复分解反应，学生对列举出的化学反应方程式再相互讨论化合价是否发生变化，即氧化还原反应的初步判断。学生用黑板展示，同学互评，教师及时反馈。课时3-42.12.2在物质的化学计算教学中，老师就地取材指出教室的学生饮用纯净水，已知净重10kg，可否求出所含有的水分子数？一杯水200mL，被你十口喝完，请问一口有多少个水分子进入你体内？学生回答问题，联系生活实际评价学生学习效果。强调计算过程和问题表征，体验宏观和微观的量的关系。课时52.3用模型搭建:固体微粒（乒乓球）排列；气体微粒（绿豆）间距离，同压则高温和低温的区别，同温则高压和低压的差异；学生演示，小组合作展示，组间互评，教师分析反馈评价学生温度、压强对气体体积的影响。2.3如下图两瓶体积相等的气体，在同温同压下，判断下列两个瓶内的分子数和原子数相等吗？课时63.1请从微观角度分析理解胶体、电解质和非电解质为何是物质在水中的不同存在形式。小组合作展示思路和方法。构建丁达尔效应只是胶体宏观表现的重要特性，胶体是溶液微粒大小处于一定范围的物质的一种存在形态的分析模型。课时73.2固体NaCl中阴、阳离子为何缺乏“活”性不能导电？如何设计实验探究乙醇是非电解质？学生回答问题，小组合作展示实验方案，小组互评，教师分析反馈四、结语发挥学科育人功能、教学内容结构化、让学生在探究体验中学习和倡导多元一体化的教学评价，是必须改革的课堂教学要素[14]。教学内容结构化恰恰是单元教学设计的独特之处，融合学科素养的基因，站在整个单元的高度，统领整个单元的教学。在整个单元的教学过程中，始终坚持渗透某一个核心素养为重点，其他素养为辅助，可以达到更持久、更深入的培养学生某方面学科素养。如在本专题中，始终贯彻“宏观辨识与微观探析”这一主题，随着教学进度的不断进行，学生运用宏观辨识与微观探析的素养解决问题的能力得到不断发展。当学到电解质内容时，以前的“电解质概念学生本就容易产生与‘通电’相关的歧义”不再出现，学生很容易理解电解质与非电解质的本质区别。经过一个单元的整体学习，学生的微观分析问题的意识得到不断深化，学生自然不会产生电解质概念中的相异构想。单元设计还可以通过后续学习反馈前面学习疑问，如随着学生宏观辨识与微观探析素养的不断提高可以解决“物质的量”学习时存在的微观意识较弱时的学习困惑如摩尔质量和气体摩尔体积等当时难理解的概念。还有当整个单元内容教学结束后，可以根据“宏观辨识与微观探析”这一主旨对单元所有知识点进行串联、并联，此时学生会有豁然开朗的知识体系链条产生，如图1“专题一”教学单元的流程构建。当然，教师按照课程标准要求设计单元目标，一方面研究课程标准与教材的结构和联系，才能深刻领会课标要求，更好着力于教学实践；另一方面应该加强对教材的研究，需要深入挖掘、利用内隐在显性学科内容背后的学科观念、方法。此时设计出的单元教学目标对发展学生的学科核心素养更富“营养”价值。化学必修第一册专题一从表面上看，这部分内容的目标倾向于量化研究，简单培养学生证据推理这个核心素养。实际上是用定量思维研究微观粒子以及微观粒子与宏观性质的递进式学习，在通过单元目标的引导，有效反映出学生“宏观辨识与微观辨析”学科核心素养的学习历程。而且在探索、解释现象与变化的微观奥秘中，感受宏观辨识与微观辨析可有效帮助学生理解突破学科知识理解中的重难点，进而提升学生分析解决实际问题的学科能力。省外兄弟学校到我校参观学习时，笔者根据上述方式开展