基于大概念的高中化学单元作业设计探究

摘    要：以大概念为统领设计单元作业，能够把握和明确单元教学的核心，使作业更好地为发展学生的核心素养服务。具体教学中，教师要确定单元作业的主题内容，依据课程标准要求提炼大概念，并以大概念为指引，制订单元作业目标，形成与单元课时作业匹配的次级概念、知识层级与能力进阶。在对单元作业内容与评价进行设计时，教师还要关注问题的开放性和挑战性，注重学科本原性问题和认识视角的显性化，设计与大概念相呼应、有一定挑战性的“学习任务”和“驱动性问题”，引导学生形成知识间纵向向上与向下的联系，实现思维模型的自主建构，提升整体思维。

关键词：大概念；单元作业设计；高中化学

“双减”背景下，作业改革行动正积极推进，取得了诸多可喜的成绩，在切实帮助学生“减负”的同时，提升了作业设计的质量。但笔者在一线教学实践中发现，高中化学作业设计仍然存在以下问题：（1）作业题目多数沿用以往教辅资料中的题目，作业目标相对单一，大多针对知识目标，能力目标要求较低，素养目标和评价目标不足，作业内容与评价很少有对学生作品表现给予量化标准和学科素养能力水平的具体诊断；（2）作业多为课后作业，形式单一（多为选择、填空等题型），较少涉及有关模型建构的学生活动，完整的模型建构过程更多依靠教师整体建构，学生更多是通过大量书面的反复机械练习来掌握知识；（3）作业多为散点的课时短程作业，每课时作业与课堂教学间的关联性和进阶性不够。这样的作业设计与当下“素养为本”的化学学习评价观相背离，不利于学生化学学科核心素养的形成和发展。

大概念是居于学科中心地位，统领诸多学科基本知识与技能，能够广泛迁移的抽象概念。因此，以大概念为统领设计单元作业，能够把握和明确单元教学的核心，设计与单元整体教学相匹配的完整作业体系，使作业更好地为发展学生的核心素养服务。相较于“点状”的课时作业，基于大概念的单元作业是以一个大概念来组织目标、情境、知识点等课程要素，所形成的需要相对较长时间和多课时才能完成的、进阶性强的相对完整的学习活动［1］。基于大概念的单元作业设计是指以大概念的学习要求为核心目标，在单元层面围绕大概念的理解和应用，重点对单元作业目标、单元学习活动和评价活动方案进行设计的过程［2］。

下面，笔者以鲁科版普通高中教科书《化学》必修第二册第1章《原子结构    元素周期律》的作业设计为例进行阐述。

一、确定单元作业的主题内容，依据课程标准要求提炼大概念

“原子结构   元素周期律”是中学化学的重要基础理论知识，内容繁多复杂、理论性强。在“位-构-性”方面，学生普遍存在一些迷思认识，如：认为最外层电子数的多少决定元素原子得失电子能力强弱；将“元素性质”与“物质性质”混淆，理不清元素金属性、非金属性与单质还原性、氧化性的关系，辨析“元素性质”与“物质性质”时，证据逻辑与推断进程的匹配度有待提升；习惯采用“机械记忆”等方法被动解决问题或完成作业；缺少对“位-构-性”相关知识以及知识内部关系的系统化认识。

以大概念为导向，分析和把握课程标准对具体内容的相关要求，是确定大概念的基本前提，有利于把握和明确单元教学的核心［3］。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》对《原子结构    元素周期律》的教学提出了如下要求。

（1）知道元素、核素的含义，了解原子核外电子的排布。

（2）认识原子结构、元素性质与元素在元素周期表中位置的关系。

（3）结合有关数据和实验事实认识原子结构、元素性质呈周期性变化的规律，建构元素周期律。

（4）知道元素周期表的结构，以第三周期的钠、镁、铝、硅、硫、氯，以及碱金属和卤族元素为例，了解同周期和主族元素性质的递变规律。

（5）体会元素周期律（表）在学习元素化合物知识与科学研究中的重要作用。

笔者据此建构了《原子结构    元素周期律》的“位-构-性”认识模型（如图1所示）。该认识模型既是该部分内容教学的核心，又是宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知核心素养的具体体现和重要思维工具。其作用主要表现在：深入剖析原子核的结构以及核外电子的排布规律，帮助学生建立原子结构与元素性质之间的关系，通过实验事实验证、体会元素性质与物质性质之间的关系；以原子结构关键要素为自变量，以元素化合物的性质为因变量，形成建构变量关系模型的基本思路，使学生能够基于物质的微观结构视角分析同类物质的共性和某些同类别的不同物质性质变化的规律；帮助学生根据元素原子结构特点和元素在周期表中的位置（主族、周期、左邻右舍）认识元素的性质，基于元素周期律（相似性、递变性）、化合价、物质类别三维角度系统推测陌生物质的化学性质等。

大概念基于“教什么”视角解决学生所学知识的“多”而“散”问题，它不是一种事实性知识，而是与学科相关的基本思想和观念，且不是显性化呈现的，需要教师在对主题内容有充分理解的基础上，进行概括和抽提［4］。对“位”“构”“性”三者的关系，笔者从学科本原出发，进一步提炼出“结构决定性质，性质反映结构”大概念，这是化学学科的重要核心观念，是宏观辨识与微观探析等核心素养的具体体现，反映了化学宏观世界与微观世界的关联本质。

二、基于大概念的单元作业设计路径

（一）制订单元作业目标，形成与单元课时作业匹配的次级概念、知识层级与能力进阶

以大概念为统领的单元学习目标着眼于学生学科核心素养的发展，兼顾知识、思维和能力等多个层面，其核心在于帮助学生形成系统化的知识结构以及看待事物的化学视角，并使之转化为解决具体问题的思路与方法，即重在促进学生由“知”向“能”的转化，使学生在完成单元学习后，应该知道或学会做彼此相关的事情［5］。笔者以此为指导制订《原子结构    元素周期律》单元作业目标，形成“位”“构”“性”相互关系的认识，具体如下。

（1）知道元素、核素的含义，了解原子结构与元素的原子得失电子能力、化合价、原子半径的关系，认识元素周期律。

（2）认识元素周期表的结构以及周期、主族等概念，理解原子结构与元素在周期表中的位置之间的关系。

（3）建立“位-构-性”三维认识模型，应用模型预测和解释元素及其化合物的性质，解决相关问题，形成“结构决定性质，性质反映结构”大概念，发展学生宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知等核心素养。

大概念的学习是一个循序渐进、不断拓展和深入的过程。依据学生的基础和认知水平，教师可以采取具体细化（内容维度上的分解或解构）、认知进阶（学习进程维度上的拓展或进阶）等方式，将高度抽象的大概念分解为适合学生认知水平的抽象程度较低、能凸显学科认识视角和思维方式的次级大概念，并按照不同学习内容和学生的不同学习阶段来逐渐拓展学生认识的范围、角度和深度［6］。笔者针对《原子结构   元素周期律》的学习，围绕“结构决定性质，性质反映结构”这一大概念，将单元作业拆解为课时（7个）作业，分别对应与之匹配的次级概念、知识层级与能力进阶，具体如表1所示。

（二）单元作业内容与评价设计

以大概念为统领的单元作业内容设计，其策略不是局限于对具体知识的简单记忆和技能的机械训练，而是通过设计与大概念相呼应、有一定挑战性的“学习任务”和“驱动性问题”，借助学科具体事实与抽象概念之间的思维整合与加工，引导学生参与关联概括、解释说明、分析推理等学习活动，经历大概念的建构过程，从事实性知识走向概括性深度理解，以此发展学生的化学思维，提升分析和解决问题的能力［7］。基于上述考虑，笔者创设课时系列探究子任务，关注问题的开放性和挑战性，注重学科本原性问题和认识视角的显性化，通过对学生解答《原子结构   元素周期律》单元序列化作业（部分如表2所示）的具体情况进行抽象概括，形成知识间纵向向上的联系，引导学生实现思维模型的自主建构。同时，笔者注重引导学生应用思维模型解决具体的实际问题，体现知识间纵向向下联系的过程，让学生通过作业更深刻地理解和应用大概念，从而提升整体思维，这是实现将知识转化为能力的关键所在。

表2中的作业以序列化的形式外显“位-构-性”思维模型建构和应用的进阶过程，下面具体分析。

子任务1既注重第一课时知识的高水平创新应用，又是针对第二课时教学的前测。笔者通过调查了解到大部分学生不能从原子构成各要素中筛选出关键要素（即核电荷数、电子层数和最外层电子数），并且普遍存在迷思认识，认为最外层电子数的多少决定了元素原子得失电子能力的强弱，这为第二课时的教学提供了改进依据。

子任务2将教材任务拆解，先分析钠与钾元素原子失电子能力（两种元素原子的最外层电子数相同），再比较钠与镁元素原子失电子能力，这样更有利于帮助学生消除迷思认识。而结合实验事实等检验学生的预测情况，则有利于转变学生的偏差认识，使学生认识到决定元素原子得失电子能力的本质因素是原子核对最外层电子的吸引作用，包含核电荷数和电子层数的综合作用，最外层电子数决定了元素原子得失电子的趋势而非得失电子能力，进而在此基础上建立正确的“构-性（得失电子能力、化合价）”认识模型。

子任务3要求学生自主调用修正后的模型分析比较非金属元素原子得电子能力。学生不仅要有比较元素性质的视角，还要有用原子结构进行分析解释的视角，并能初步形成“结构决定性质”大概念。

子任务4、5是指向思路、方法的高阶概括关联活动，要求学生利用纸笔梳理“位”“构”“性”之间的关系。这既是对学生前几课时模型建构的检验和进一步固化，又能增加新的发展点，即元素性质与物质性质之间的关联。具体表现在如下方面：学生在完成子任务4的过程中形成元素与物质性质递变性的视角，在完成子任务5的过程中形成元素与物质性质相似性的视角，继而将“位-构-性（元素性质）”二维认识模型发展为“位-构-性（元素性质、物质性质）”三维认识模型。

子任务6指向完整的系统探究过程，思维指向明确，要求学生主动调用三维认识模型预测陌生元素的性质，自主寻找自变量设计实验并收集证据。其目的是实现化学事实和理论模型之间的关联，使学生能够从基于原有实验经验设计方案的水平，逐步进阶到从宏观与微观结合的层面收集证据的推理和实验水平，形成“结构决定性质，性质反映结构”这一大概念，提升宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知等核心素养。

在大概念视域下，作业解答过程就是从学科事实向大概念逐级趋近的过程，也是由浅层学习向深度学习跃升的过程［8］。教师必须秉持开放的评价观，尊重学生间学习表现的差异，倡导表现性评价，形成等级化、多维度的评价体系，从而全面精准地评价学生对大概念的理解和应用水平，充分发挥作业对诊断和发展学生学科核心素养的重要功能。

例如，子任务7是课前作业，笔者根据学生的作业完成表现，了解到学生在元素性质的认识上呈现出三个水平等级：处于水平1的学生孤立地预测硅元素的性质，如只预测硅元素原子得失电子能力都比较弱等；处于水平2的学生增加了“比较”视角，能够关注元素周期表中排列在硅元素左右或上下的元素，但不全面，如只比较硅元素与同周期或同主族元素的性质；处于水平3的学生能够从原子结构特点和元素在周期表中的位置角度预测硅元素的性质，全面关注硅元素的上下左右相邻元素，全面分析它们的相似性和递变性等。根据学生表现等级赋予相应的分值，就是纵向的等级化评价。

再如，有研究者依据化学核心素养的发展水平和大概念的学习要求，结合化学学科能力表现指标，即学习理解A（A1为辨识记忆、A2为概括关联、A3为说明论证）、应用实践B（B1为分析解释、B2为推论预测、B3为简单设计）、迁移创新C（C1为复杂推理、C2为系统探究、C3为创新思维），设计不同能力的进阶水平层级［9］，形成单元作业评价设计蓝图（如表3所示）［10］，这是横向的等级化评价。

三、小结

《原子结构   元素周期律》单元作业设计以大概念为锚点，秉持“知识、能力、素养”三位一体的化学作业设计体系，较好地解决了学生反映的“该部分知识繁多、零散抽象、不好理解”等问题。这样的设计重视建构式学习方式的运用，注重对学科本原性问题和深度思维的外显，让学生经历多次知识建构过程，从而发展学生的概念性理解，推动学生在理解的基础上进行深度学习。教师可设计课前作业和课后作业：课前作业用于学习前的诊断，为课堂教学活动设计和问题设计提供依据；课后作业用于学习评价，能诊断学生的认识思路和方法是否系统完善，并能对课堂教学实施的目标达成情况给出实质性评价和改进证据。作业评价应采用开放性、多维度、分水平的评价标准，如对不同水平的学生布置差异化作业，并在下一课时的课堂上给予学生分享的时间，综合使用学生互评和教师点评等评价方式，关注学生自身的能力进阶情况，以此量化学生的作答水平等。[□][◢]

参考文献：

［1］［2］［7］李学书，胡军.大概念单元作业及其方案的设计与反思［J］.课程·教材·教法，2021（10）：72-78.

［3］［4］［5］［6］何彩霞.化学学科核心素养导向的大概念单元教学探讨［J］.化学教学，2019（11）：44-48.

［8］方军.大概念视域下思政课作业设计路径［J］.中学政治教学参考，2022（17）：42-44.

［9］王磊.学科能力构成及其表现研究：基于学习理解、应用实践与迁移创新导向的多维整合模型［J］.教育研究，2016（9）：83-92，125.

［10］支瑶，刘宗寅.普通高中教科书教师用书·化学：必修第二册［M］.济南：山东科学技术出版社，2020：16，38，61.