課程統整視域下的高中化學課堂教學設計

郭金花 鞠東勝 薛義榮

摘要：在課程統整理論指導下開展高中化學課堂教學實踐。主要分析了課程統整的內涵，課程統整理論對高中化學課堂教學的啟示。基于課程統整理論提出了“創設真實情境，重視核心價值引領；參與師生合作，共同解決復雜問題；整合前沿知識，拓寬學生科學視野；注重課堂評價，促進素養目標達成”的課堂教學理念，并實施教學，旨在實現提升學生化學綜合素質的目標。

關鍵詞：課程統整；化學課堂；教學設計；化學綜合素質

文章編號：1008-0546（2022）11-0035-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.11.008

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》中明確指出：要“重視以學科大概念為核心，使課程內容結構化，以主題為引領，使課程內容情境化，促進學科核心素養的落實。”“有機融人社會主義核心價值觀”“努力呈現時代發展的新成就、新成果，充實豐富培養學生社會責任感、創新精神、實踐能力相關內容。”[1]因此，作為落實培養學生核心素養的課堂教學需要圍繞學科大概念將相關內容進行統整。另一方面，由于化學這門學科有其自身鮮明的特點：化學是一門中心科學（central science），[2]它與物理學、數學、醫學、生物學、工程學、環境科學、地質學等都有密切的聯系。因此，為展現化學學科這一特點，可以在“課程統整”相關理論指導下開發和設計高中化學課堂教學內容。通過課程整合，形成學生對化學問題的整體認識，提升學生化學科學與人文素養、自主發展能力、溝通合作能力和終身學習能力等綜合素質。

一、課程統整的內涵

“課程統整”（curriculum integration）的概念來自于西方，“統整”的英文單詞為integrate。《牛津現代高級英漢雙解詞典》對integrate的解釋其中有一種為：“連接（各部分）使成一整體；使完全；使成完整之物；結合成一體”。[3]“統整”的同義詞是“整合”。在本文，它們表示同一個意思。

“課程統整”起始于19世紀末德國教育學家赫爾巴特提出的統覺論，即認為“統覺過程是把許多感覺散片結成整體”。但課程統整的發展和興起卻在美國，其中，詹姆斯·比恩（James Beane）是課程統整研究領域的重要代表人物之一，其專著《課程統整》闡述了如何用現代民主理念改造課程統整，從而開辟了一條通往民主的課程之路。[4]比恩認為，“課程統整”是“一種課程設計，乃是在不受制于學科界限的情況下，由教育者和年輕人合作認定重要的問題和議題，進而環繞著這些主題來形成課程組織，以增強人和社會統整的可能性。[5]

雅克布斯（ H.H.Jacobs）是美國與比恩同時期研究課程統整的另一位杰出代表人物。他于1989年編輯出版了《跨學科課程：設計與實施》一書，該書對課程統整的實踐起到了重要的指導作用。雖然雅克布斯沒有提出明確的課程統整的概念，但她提出了對跨學科課程整合的認識：“跨學科（interdisciplinary）即是將超過一學科的方法論和語言有意識地應用于對一個中心主題、議題、問題、話題或經歷的調查之中。”她的論述闡明了課程統整就是將不同學科的知識圍繞一個共同的問題展開。雅克布斯課程整合思想試圖超越分科與整合的二元對立，提出實現“分”與“整”相統一的課程整合觀，她不排斥學科之間的整合，且認為課程整合是一個循序漸進的過程。[6]

不同學者對課程統整的內涵都有自己的理解，根據取向不同，主要可以分為兩個方面，一是以比恩為代表的“兒童與社會中心取向”的課程統整，二是以雅克布斯為代表的“學科中心取向”的課程統整。比恩對“學科中心取向”的課程統整持懷疑甚至批判的態度，他認為學科界限的存在即是背離整合的初衷。而雅克布斯雖然也反對過度分化的學科課程，但她并不徹底否定分科課程的價值，相反，她允許分科課程的存在，主張“課程整合是學科知識的實用性使用”，[7]甚至認為學生“只有在獲得各個學科的堅實基礎之后再在跨學科項目中將其建立聯系，才能從跨學科項目中獲益。”[7]縱觀兩種不同的課程統整思想，雅克布斯的課程統整觀更適用于國內現階段中小學課程統整的實踐，而比恩的完全突破學科界限，以構建民主社會為導向，按照“民主”的方式進行課程統整實踐可能是全球教育未來要實現的“美好愿景”。

二、課程統整理論對高中化學課堂教學啟示

1．化學課堂教學應以培養學生的化學綜合素質為目標

人們對于世界的認識原本就是整體性的，“孤立的、破碎的、與生活經驗沒有關系”的課程不能使學生有完整的視野和全息的學習觀。[8]學生將來所要面對的工作與社會不會像學校課程這樣涇渭分明地呈現出學科的邊界，他們在解決實際問題的過程中通常需要白發調動各個領域的知識。而當時學校中的分科課程無法為學生創設其會遇到的真實情境，學生無從得知為何要學習某一學科，又該如何在生活中單獨運用某一學科的學習內容。[9]因此，課程統整的目的就是希望學生能夠“在陌生環境中自定航向”，找到應對不確定性和復雜問題解決的正確辦法，實現“自身、社會和全球的福祉”[10]。這就啟示化學課程應該要創設真實的問題情境，拓展化學學科知識，整合跨學科知識解決真實的綜合性問題，讓學生經歷真實的問題解決過程，獲得高級情感體驗，樹立正確的世界觀、價值觀和人生觀，提升學生的化學綜合素質。

2．化學課堂教學應以化學問題為組織中心

根據我國目前學校課程發展的現狀，以雅克布斯為代表的“學科中心取向”的課程整合觀更適合當下的化學課堂教學。以“學科中心取向”的課程特點往往是以組織中心如主題、議題、問題、概念、基本學習內容、技能或課程標準的要求來連接不同學科，目的在于使學生能夠從多重視角整合處理與組織中心相關的信息和觀點，以便更全面、客觀地理解知識和解決問題。[9]課程整合的這一特點啟示化學課堂教學應該以化學問題為組織中心整合教學內容，即圍繞化學主題、問題、議題設計一系列的多學科融合性問題，制定教學目標和評價目標，開展具體可行的教學活動等。這個過程強調學生能從不同學科視角來思考化學問題這個組織中心，通過組織中心的統領建立起不同學習領域之間的聯系，從而形成對化學真實問題的全面和深度認識。

3．化學課堂教學應以多方合作為組織形式

比恩認為統整課程的重要問題或議題應該由“教育者和年輕人”合作認定。雅克布斯也認為師生是真正的“課程共同創造者”。這種新的師生角色關系中，教師從作為知識的持有者變為如何學習的模范，學生也成為真正的課程創造者，他們可以“從一個困擾他們的問題開始，進而在教師的協助下進行他們的跨學科探究。”“另一方面，基于課程統整視域下的化學課堂教學內容的復雜性和整合性的特點，僅憑化學教師往往是無法有效完成教學設計的，必須協同其他學科教師共同開發設計。例如：化學教師一般會認為共價晶體之金剛石不導電，而事實上金剛石不僅可以做半導體材料，而且可能是未來最有發展前景的半導體材料。像這樣的跨學科問題，化學教師必須請教物理教師甚至大學物理學專家才能解決。因此，高質量的化學統整課程是多方合作的結果。

三、基于課程統整理念的化學課堂教學設計

下面以蘇教版選修3“共價晶體”的教學為例，具體闡述教學主題、目標、規劃和教學設計理念等。

1．主題概述

本課在金剛石的來歷、科學研究歷史、用途等真實情境下展開對共價晶體的結構、性質和用途的主題性學習。統整內容包含化學學科內統整和跨學科統整。學科內統整體現在圍繞共價晶體的結構和性質，將晶胞、物質熔點的大小比較、膠體、相似相溶原理等化學知識進行整合，并用這些知識解決真實的問題。跨學科統整體現在圍繞金剛石的結構和用途，利用數學排列組合的知識解決金剛石中“每個碳原子經過多少個六元環”的問題，利用數學立體幾何、解析幾何的知識解決金剛石晶胞的有關計算問題，利用半導體物理知識解釋金剛石為什么可以做半導體材料的問題，利用生物知識解釋金剛石與人體的生物相容性問題，利用化學知識解釋金剛石為什么可以做頂級電子封裝材料，利用魏振芳發現中國最大天然金剛石的故事滲透拾金不昧、無私奉獻的思想品德教育，利用世界名鉆及其背后的故事滲透審美教育。無論是學科內整合還是跨學科整合都是圍繞“物質結構決定性質”和“性質決定用途”的化學核心觀念展開的。

2．教學目標

（1）通過對金剛石的來歷和研究歷史的學習，了解科學研究的進程。

（2）通過搭建金剛石、碳化硅結構模型，理解共價晶體的結構特征，并能預測共價晶體的物理性質。

（3）通過從金剛石結構中尋找金剛石晶胞的實踐活動，深度理解金剛石的結構，并學會利用原子坐標參數巧解晶胞的有關計算，培養學生創新思維的能力。

（4）通過對金剛石前沿應用中一些真實問題的解決，領會物質結構、性質和用途之間的關系，激發學生的學習興趣，培養學生的綜合素質。

3．課前準備

（1）分10個小組，確定組長。準備10個模型盒子（14個黑色小球、10個藍色小球，均為4孔、18個白色小棍）。

（2）準備金剛石晶胞模型、金剛石結構模型（不規則和正四面體）、二氧化硅模型、一根紅繩。

（3）課前學生任務：搜索世界名鉆及背后的故事。

（4）本課需設計兩個課時（90分鐘）。

4．教學內容思維導圖（見圖1）

5．教學設計理念

（1）創設真實情境，重視核心價值引領

真實的情境，尤其是故事情境可以帶領學生感同身受，感動于故事中的人物精神，突出核心價值的引領功能。在“共價晶體”一課中，創設的“魏振芳和常林鉆石的故事”情境如下：

20世紀70年代，在山東臨沭縣常林村有個21歲的姑娘，她叫魏振芳。有一天她扛著鋤頭下地干活，結果一鋤頭下去，蹦出來一塊雞蛋黃大小的東西，她撿起來一看，發現亮晶晶的，黃燦燦的，非常漂亮，猜測一定是個好東西，就撿回家了。父親一看，斷定這是塊鉆石，于是全家人商量后決定上繳國家。后經中國科學院鑒定：這顆鉆石重158克拉，是我國現存最大的一顆天然金剛石。據專家估計這顆鉆石的價值達上億元。為了表彰魏振芳拾金不昧的精神，國家要給些物質獎勵，但她只要了一臺拖拉機，但不是給她自己，而是給村里的。故事講到這兒，大家是不是覺得這位姑娘的心靈和鉆石一樣閃耀呢？

這樣一個真實的事件一定會激起學生心中的波瀾：在當時那個物資匱乏的年代，魏振芳居然毫不猶豫將這顆美麗的、價值連城的鉆石上繳給了國家；當國家要給她獎勵時，她自己居然什么都沒要，一心只想著集體……。經過如此“心靈跌宕與洗禮”后，學生的品德修養必然會得到提升。

（2）參與師生合作，共同解決復雜問題

針對課堂上出現的一些比較復雜的問題，教師除了點撥，也應適時參與其中，將學生引向成功。例如：“在金剛石模型中尋找金剛石晶胞”的教學片斷如下：

【師】經過前面的學習，我們知道金剛石晶胞是立方晶胞，你能從我手上的這塊金剛石結構模型中找到這個立方體嗎？

【生】（學生紛紛搖頭，有學生小聲嘀咕“怎么可能”？）

【師】大膽地嘗試一下吧！為了能看出這個立方體，我請一個小組合作用一根紅線將這個立方體晶胞的12條棱拉出來。

【生】（學生拿著模型端詳了半天卻無從下手）

【師】要是我們能找出這個立方體的一個面，就好辦了。這個面一定是個正方形吧，正方形的特點是四條邊相等，那你們能從這個模型中找到等距且在一個面上的四個原子嗎？

【生】（學生嘗試了很久仍未成功。）

【師】這樣吧，老師先幫你們拉出一個面（見圖2），好嗎？

【生】老師拉出一個正方形的面后，學生迅速拉出了剩下的5個面（見圖3、圖4），看著這個“不可思議”的立方體，其他學生給予了熱烈的掌聲。

課前，教師自己在尋找這個立方體晶胞時，花了將近3～4個小時。因此，當學生拿到金剛石的球棍模型時，他們感覺“眼花繚亂”，商量與嘗試了半天也看不出其中隱藏的立方體。在點撥無果的情況下，鑒于課堂時間的限制和問題的難度，這時候需要老師參與學生活動，給學生找到問題的突破口，讓學生順利解決問題，獲得成功的喜悅。

（3）整合前沿知識，拓寬學生科學視野

新課標中指出“根據經濟社會發展新變化，科學技術進步新成果，及時更新教學內容”。因此在教學過程中可根據內容需要整合科學前沿知識，拓寬學生的科學視野。例如：“終極半導體材料——金剛石”的教學片斷如下：

【師】我們都知道，硅可以做半導體材料，但是在硅晶體中，每個硅原子周圍都有8個電子，都形成了穩定的共價鍵，為什么晶體硅還能導電呢？

【視頻】大致內容：純凈的硅晶體是不導電的，因為每個硅原子周圍都形成了8電子穩定結構。但是在硅晶體中摻雜進磷原子或硼原子就會形成“多子”或“空穴”，即形成N型半導體（見圖5）或P型半導體（見圖6）。如果讓兩種半導體接觸，N區中的“多子”會擴散進P區中的“空穴”（見圖7），這時候就展現出了晶體硅的單向導電性。

【師】科學實驗證明每100萬個硅原子中，摻進一個雜質原子（如P），則在室溫下其電阻率由214 000Ωcm下降到0.2 Ωcm（摘自西安電子科技大學柴常春教授教學視頻）。而此時硅的純度是多少？

【生】99.9999%。

【師】以上就是硅晶體能導電的原理，請問金剛石可以做半導體材料嗎？

【生】可以。首先金剛石與晶體硅的結構很相似。然后我們可以仿造硅那樣摻雜其他原子，形成“多子”和“空穴”，就可以導電了。

【師】很好，這位同學還關注到了這兩者結構的相似性。請大家繼續討論：金剛石半導體與硅半導體相比有哪些優越的性能？

【生】碳原子的半徑比硅原子小，且質量也小，這樣在集成電路上可容納的元器件的數目會大大增加，電子產品的性能就會大大提高。

【生】如果這樣的話，將來在手機體積不變的情況下，要是換成金剛石芯片的話，其內存將會比現在大很多。

【師】同學們說得太好了！金剛石除了大家說的優越性能外，還具有高硬度，超寬帶隙，優異的載流子遷移率和出色的導熱性能。因此，未來金剛石將會成為取代硅的最佳材料之一，甚至被業界稱為“終極半導體材料”。

這段教學內容整合了高中結構化學與大學物理半導體的相關知識，圍繞科學前沿話題“終極半導體材料”展開討論，激發學生深度思維。學生討論熱烈，興趣盎然，從“金剛石怎么可能會導電”到“金剛石居然可以成為未來終極半導體材料”，完全顛覆了學生原有的認知，拓寬了學生的科學視野，激發了學生探索未知的欲望。

（4）注重課堂評價，促進素養目標達成

課堂評價是檢驗素養目標是否達成的重要手段。下面通過學生反饋的“課堂小結與反思”來評價這節課目標達成情況。

“課堂從對金剛石的初步了解到對其結構的研究，再到拓展金剛石在現代社會的應用，引導我們按照一般的科學進程對金剛石進行全面認識，激發了我們對化學學科濃厚的興趣”。

“我第一次參與討論科學研究的歷程：從應用開始提出問題，做出假設，科學證明，形成理論，再去深入了解物質、應用物質和創造物質。這種方法對我個人學習和未來可能從事的科學研究有著一定的影響。”

“在這節課中，我認識到學習一種新知識，不必死學，被動接受知識點，而可以從各個角度去了解，去探索，去展望我將學習的新事物。比如這次學習金剛石等共價晶體的性質，若只是一步步講結構、性質、例題，難免枯燥無味，但此次上課中將知識點融人金剛石的發現、利用、前沿科技應用等過程，還綜合運用物理、數學、生物等知識解決一些問題，很好地培養了我們解決綜合問題的能力。”

從學生的評價與反饋來看，這節課很好地達到了預期的教學目標，教學效果較好，還有一位學生寫道“課堂生動有趣，沉迷課堂無法自拔”。當然也有一些同學提出了建議，如“增加高考題的訓練”“讓所有的學生都能參與活動”等。根據學生的評價尤其是合理的建議，教師將對課程的內容、教學方式等做適當的改進，從而促進素養目標更好地達成。

一節統整課并不是將搜索的資料簡單羅列，而是要思考它們之間的邏輯關系，思考這些真實的資料中蘊藏的科學知識和人文價值，我們要把符合國家課程標準、符合學生身心發展規律、提高學生核心素養的有用知識挖掘出來，然后整合起來。這個過程需要教師付出艱辛的勞動，需要老師們跟不同學科的老師、學生甚至網絡合作，利用一切可以利用的人力、物力資源，整合課程，只為向學生呈現真實的知識、解決復雜的，沒有現成方案的，去結構化的真實問題、使學生在未來真實世界中能更好地生活。

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*本文系國家社會科學基金教育學一般課題“基于核心素養的高中課程統整研究”（BHA160152）的階段性研究成果。