融入學科大概念的化學課程及教學探討

胡佳 王祖浩

摘要：美國新澤西州基于《新一代科學標準》開發了全美首個科學示范課程框架，該課程框架為如何將科學學科大概念融入課程體系建立了范式。分析表明，該課程框架具備的主要特征包括“概念理解與實踐能力進階發展”“問題鏈式引導單元知識與應用整合”“形成性評價與課堂表現性評價融合”三大方面，為我國探索在化學教學中如何有效落實課程標準、如何設置融入學科大概念的化學課程起到一定的示范作用，也為促進化學學科核心素養的教育改革提供了借鑒意義。

關鍵詞： 學科大概念; 化學課程; 課程框架; 核心素養

文章編號： 1005-6629（2022）03-0094-04

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

時下，將學科大概念充分融入課程與教學設計已成為當前科學教育的發展趨勢和熱點問題[1～3]。我國教育部在2018年發布的《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“化學課程標準”）強調要形成以學科大概念為核心的結構化課程內容，以促進學科核心素養的落實。因此，這就要求教師在組織教學內容時應高度重視化學知識的結構化設計，有目的、有計劃地進行認識思路和核心觀念的結構化設計[4]。研究美國新澤西州基于大概念和科學實踐的化學課程設計方法對我們開展學科核心素養為導向的化學教學具有參考與借鑒意義。

1 對學科大概念的內涵分析

什么是大概念？美國《新一代科學標準》（The Next Generation Science Standards，簡稱NGSS）對大概念（Core ideas）的界定為：“大概念是具有解釋力的概念，可以幫助學習者認識自然界的各個重要方面，且大概念可以為新知識的獲取提供組織結構”[5]。根據林恩·埃里克森（H.Lynn Erickson）的說法，大概念就是居于學科中心，具有超越課堂之外的持久價值和遷移價值的關鍵性概念、原理或方法，具有極大的遷移價值，隨著時間的推移能夠被應用于許多其他的探究和問題以及學校以外的情境[6]。美國學者威金斯（Wiggins）和麥克泰格（McTighe）也曾把大概念比作車輛中的“車轄”，車轄的主要功能是將車輪等零部件有機地組裝在一起，故大概念的作用就是能夠牢牢地“吸附”與其相關的基礎知識以及基本技能和方法[7]。因此，學科大概念并非指學科中某一具體的概念或定理、法則，而是學科思想和理論的載體，是學科知識的精華所在，具有較為廣泛的普適性和解釋力，是深度研究和解決問題的重要工具[8]。

2 新澤西州科學示范課程框架的內容概述

2.1 科學課程框架的出臺背景

美國2013年提出的《新一代科學標準》（NGSS），是引領各州科學教育變革的重要文件[9]，該科學課程標準的目標設定是將“學科核心概念”“跨學科概念”和“科學與工程實踐”三維學習目標加以融合，以此實現“學科大概念”的課程教學理念。被譽為“科技發明州”的新澤西州[10]基于國家課程標準，率先提出了根據NGSS所設計的示范課程框架，成為NGSS課程實施路上的先行者。其課程框架匯聚了眾多研究成果與多方教育專家的力量，具有較高的理論價值和實踐指導意義[11]。課程橫向以“學科核心概念”“科學與工程實踐”和“跨學科概念”三維度為主軸建立課程結構;縱向則以“學習進階”為暗線將上述三個維度貫穿于學前到高中（K-12）的各年級學段[12]。科學學科分成“物理、化學（合稱物質科學）”“生物科學”“地球與空間科學”四大分支學科[13]。

2.2 科學課程框架的主要內容概述

新澤西州的科學示范課程框架為教師制定更詳細的地方課程提供了思路。以高中化學學科為例，高中化學示范課程分為“第1單元物質的結構和性質”“第2單元非生物系統的化學”“第3單元鍵合和化學反應”“第4單元生命系統中的物質與能量”“第5單元核化學”和“第6單元人類影響： 可持續發展的化學”六個教學單元[14]。其中每個單元都精簡概述學習要求，包括科學知識、思維方法和應用實踐，且均明確規定教學時長（如圖1所示）。

以第1單元“物質的結構和性質”為例（見圖2），統領該單元的學科大概念為“物質的微觀結構決定其宏觀性質”這一化學學科思想方法。

新澤西州科學課程框架將“學科大概念”一以貫之地體現在課程框架的各個部分。其主要構建思路是： （1）選擇一個具有統攝性的學科大概念作為單元主題知識整合架構的支撐點，整合零碎的課時知識內容、建構學科主題單元知識脈絡，每個主題下對應一個單元核心問題;（2）進一步分解學科大概念，深化單元教學主題，確定學習目標、學習任務，并構建單元內部小節問題鏈;（3）結合學科大概念與NGSS要求，確定與學習目標相匹配的形成性評價與表現性評價，使評價更為聚焦，增強教、學、評一致性，以促進大概念的有效落實。

3 新澤西州化學示范課程框架的特征剖析

科學示范課程框架的開發，提供了高質量的學科課程與每個單元的具體示例，且為如何將學科大概念融入課程體系建立了范式。分析后發現，該框架主要通過“螺旋式凸顯科學概念理解與實踐能力進階發展”“問題鏈式引導單元知識與應用整合”和“形成性評價與課堂表現性評價融合”三方面的特征將“學科大概念”的思想融入其中。

3.1 螺旋式凸顯年級間學科概念與實踐的進階

課程框架中的學科內容，謹遵課標宗旨與綱領，凸顯出年級間概念與實踐的進階。依然以示范課程框架中“第1單元物質的結構和性質”為例，重點關注學生認知“物質”過程中的學習目標與學習內容（如圖3所示），發現其著重聚焦于“科學核心概念的理解進階”和“科學實踐的能力進階”兩個方面。

這也正體現了大概念就猶如“車轄”將車輪等零部件有機組裝在一起那樣，它將與其相關的基礎知識概念、基本技能和思想方法牢牢結合在一起，幫助學生逐步地、進階式地獲得對居于學科中心且超越課堂、具有持久價值和遷移價值的關鍵性概念、原理和方法的深刻理解和科學實踐。

3.2 問題鏈式引導單元知識與應用的整合

根據學科大概念視角下的學習單元教學整體設計規劃，表1是新澤西州高中化學示范課程框架的六大單元主題及其對應的單元核心問題[15]。

新澤西州科學示范課程標準采用“單元式”進行課程規劃。首先，各單元主題根據“物質的結構與性質→無機化學→化學反應的宏觀微觀過程→有機化學→核化學→地球化學與人類”進行編排，以解決核心問題為主要任務。之后，將“引導性問題”進一步展開，確定該單元主題下的具體學習目標和學習任務，建構每一單元內部的具體教學計劃，設置從Part A→Part B→Part C→Part D的“小節問題鏈”，通過對每小節問題的解決為線索串聯、整合起零碎的課時知識。進一步分析可得，課程中的每個具體單元都較好地體現了“知識與應用整合”的思想。在“單元1”中，要求學生在掌握“原子結構、物質性質和元素周期表”知識，理解“結構和功能、模式、能量和物質”等跨學科概念后，再通過解決真實問題深入感悟“物質分子水平的結構對設計材料功能的重要性”這一學科核心思想。大小問題鏈所組織的單元課程設計能夠使學生學習的核心概念與知識具有更大的應用與遷移價值，使大概念真正擁有“用武之地”。

3.3 融合式強調形成性與表現性評價的使用

“形成性評價”的學習目標指向具體而明確，主要用于衡量在每個階段內的學生學習效果與教學目標的一致性程度，且主要偏向于評價的是知識領域和動作技能領域的目標，方便教師及時地調控教育教學活動，提高教與學的質量。新澤西州科學示范課程框架亦設置了詳細的基于大概念的“學生課堂表現”，學科大概念強調的是對概念原理的應用，而非對細枝末節知識的記憶，因此該部分的課堂表現主要描述學生在開展學習任務過程中所表現出的各項能力，如模型建構、科學探究、策略設計、實際應用等能力。“形成性”與“表現性”評價相輔相成，幫助教師更好地以學科大概念為抓手，對學生的概念認知與科學實踐能力發展進行連貫的表現性評估，實現對學生學習成果更為全面、更具科學性的評價，體現了該課程框架采取目標與過程、知識與能力并重的評價取向。

4 教學策略及建議

我國當前大力推進“化學學科核心素養”導向的課程與教學實踐，亦可從新澤西州科學示范課程框架中得到諸多的啟示。

4.1 結合學科大概念和問題鏈實施單元整合式教學

大概念支撐了學科課程內容體系，是學科核心素養的重要載體。在實施學科核心素養的教學之前，必須先研究大概念的結構，梳理大概念所關聯的各類知識和相對應的素養目標，依據教材的知識序列，精心設計素養發展的目標;再依據核心素養的不同水平，設置問題鏈，以此調控課堂教學的方向和思維水平。“問題鏈”創設的學習進階式課程框架，更能幫助學生關聯知識、激發思考、引導探究，注重其問題解決的學習體驗，也為教師設計從一般任務到高階任務提供有力的支撐點。

著眼當前我國“化學學科核心素養”視域下的教學轉型，為適應課程標準的變化，教師應能夠在整體把握課程內容的基礎上聚焦單元內容，進行單元整體教學設計，以相關主題、思想方法“串聯”單元教學，并能夠分析知識與素養之間的關聯，將單元教學設計進一步轉化為更為具體的課時教學設計。學生核心素養的發展不是僅僅通過一兩節課或者某幾個知識點的學習就能實現的，而是必須要通過一個持續的漸進式的過程。實踐表明，“課時主義”往往會導致教學內容碎片化、處理知識點時缺乏全局性把握，易使教學流于低層次的知識技能訓練。單元整合式教學能促使教師在深入解讀課標、教材及其他教學指導性資源的基礎上，分析教材內容之間的內在邏輯關系，根據對教學內容的理解及結合學生實際情況，重組教學內容，形成新的教學結構。這有助于教師高屋建瓴地思考教學內容，亦使其在以核心概念為主軸、立足于學科教學目標和學科邏輯的同時，關注學生的認知規律，引導學生持續漸進式學習，充分發展學科核心素養。

4.2 形成性與表現性評價匹配推進素養目標的達成

“新澤西州科學示范課程框架”是結合形成性評價和表現性評價的科學課程的典范。兩種評價都在課程和教學的過程中進行，但從評價實施過程來看，形成性評價總的來說偏屬目標取向，其目標指向具體且明確;而表現性評價更強調學習過程的價值，認為學習過程中的感知、探究及其多元表現對學生學習品質的養成具有重要意義[16]。因此，教師若能在課程實施中借鑒“形成性評價”和“課堂表現性評價”相結合的教學評價策略，可在極大程度上對學生的學習過程給予更為全面的評價。

具體來說，形成性評價幫助教師更注重學生在達到階段性與最終學習目標中的點滴進步，教師可通過持續的形成性評價和學習反饋以不斷調整與改善教學方法和策略，幫助掉隊學生及時回歸，提升教學質量。與此同時，在課程中適當嵌入課堂表現性評價，可提供學生真實的問題情境，展現大概念視角下的學生綜合應用概念原理、運用高層次思維分析和解決復雜問題的真實能力，由此學生自己也可從每一步的學習路徑中獲益，自主地將學習任務、活動和評價建立聯系，從而幫助自身達成核心素養目標。因此，兩種評價方式的匹配使用，能更好地落實課程的核心素養目標，在完成不同類型的學習任務或活動中展現學生的多種能力，幫助教師更好地以學科大概念為抓手，對學生的概念認知與科學實踐能力發展進行更全面、更具科學性的評價，實現教、學、評的一致性。

4.3 在整體考察課程框架基礎上實施結構化教學

結構化教學是依賴結構化意識、思路和方法，促使學生思維結構層次不斷提升、思維能力有效發展的教學[17]。化學課程標準強調要形成以學科大概念為核心的結構化課程內容，以促進學科核心素養的落實。因此，這就要求教師在組織教學內容時應高度重視化學知識的結構化設計，尤其是有目的、有計劃地進行“認知思路”和“核心觀念”的結構化設計，以此逐步提升學生的化學知識結構化水平，發展其化學學科核心素養。結構化教學中的“結構”又該如何體現呢？借鑒新澤西州科學示范課程框架特征，發現其十分重視學生的“科學概念理解與實踐能力的進階式發展”及“科學知識與實際應用的整合”，充分關注知識的遷移價值，融合三維學習目標，以實現“學科大概念”的課程教學理念。

由此，建議教師在教學前要對整個化學課程體系有一個清晰的、全局性的把握，大至整個化學學科課程體系，小至每個化學知識概念，都需要教師用全局性的眼光去看待。具體而言，教師首先要牢牢基于化學課程標準與教材內容，系統考察課程整體框架構成的合理性，從整體上把握課程內容，充分重視教學目標的全面性和教學內容的系統性，時刻明確“現在何處，應去何方”;其次，探尋大單元設計的內容結構、具體路徑和素養發展的“支撐點”，準確合理地把握教學內容的深度、廣度，充分認識高中化學知識的背景和學習重難點，實現在課程標準要求下為學生提供全景式與結構化的教學，幫助學生溝通舊知與新知;再次，準確把握核心概念、反應規律、實驗原理等的邏輯意義及其反映的化學思想方法，挖掘知識中所蘊含的科學方法、理性思維過程和價值觀資源，自下而上地為學生揭示知識的多重價值，凸顯核心素養的教學要求;最后，在評價方面，教師也需具備整體觀，使用持續的形成性評價與課堂表現性評價來準確評估學生的學習，確保教學與評價的一致性。總體而言，教師應站在更高的高度、用更寬的視野真正落實結構化教學。

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