化學單元學習進階模型的構建研究

王春陽 王后雄

摘要： 學科核心素養的有效落實依賴于課程內容的精心選取，也依賴于課堂教學路徑的精準刻畫。化學單元學習進階模型是在學習進階假設的基礎上由一系列從簡單到復雜、淺層到深層的單元學習內容、活動、評價等組織起來的系列規劃，既包括基于層級及其銜接的理論模型，又包括課堂教學實踐路徑的規劃，是連接學科核心素養和深度學習的紐帶，對當前素養化課堂教學改革具有指導價值和示范意義。

關鍵詞： 單元學習; 學習進階; 模型構建

文章編號： 10056629（2022）07001905

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

2017年版新課程標準的頒布和實施，以正確價值觀為引領，以必備品格和關鍵能力為抓手，推動著高中化學教師的思維方式、行為方式以及課堂教學生態的改變。學科核心素養的落實要求摒棄碎片化、孤立的知識學習，進而轉向系統化、結構化、整體性的知識學習。本文以學習進階為工具，以單元學習為載體，嘗試構建中觀層面促使學科核心素養有效發生的理論模型和實踐路徑。

1 單元學習進階模型的意涵

單元學習不同于教材的章單元和課時單元，它以完整的大任務為驅動，圍繞目標、內容、實施以及評價構成完整的學習事件，是由核心概念統領的基本的學習單位[1]。首先，單元學習可以有效荷載學科核心素養。單元知識具有系統性、完整性，是學科核心素養發生的載體。其次，單元學習有助于學科核心素養不同要素之間的銜接。一方面，單元學習可以促進學科核心素養不同方面之間的關聯，如氧化還原反應學習單元蘊含著宏觀現象→微觀本質→模型認知→實踐創新→科學態度與社會責任的遞進性關聯過程，其中也包含著科學探究方法這一暗線。另一方面，單元學習可以有效呈現學科核心素養認識路徑的進階關系，如原電池就蘊含著氧化還原反應模型認知到原電池模型認知，再到化學問題解決模型認知的認識進階過程，三者缺一不可，如缺少問題解決模型認知就會使原電池模型認知失去學科核心素養的功能意義。其三，單元學習可以實現不同學科核心素養之間的功能轉化。一方面化學學科核心素養五個方面涉及本體論、認識論、方法論和價值論等功能，其終極的功能定位是科學態度與社會責任，之前必須有其他的學科核心素養鋪墊。另一方面單元學習可以實現學科核心素養不同方面之間的轉化。必備品格（如求實、嚴謹等）和關鍵能力（如證據推理能力、科學探究能力等）都必須在正確價值觀的引領下去培養。如社會主義核心價值觀引領下，利用個人關鍵能力回應、解釋、解決我國當前面臨的科學發展問題、綠水青山問題。所以，作為中觀層面的主題式學習，單元學習是一個獨立的微課程學習單位，由主題、目標、活動、評價等要素按照某種需求和規則構成的結構序列。

2005年，美國國家研究委員會承擔的“幼兒園至高中科學成就測驗的設計”中首次提出學習進階的概念及其在課程、教學、評價等方面的應用前景[2]。郭玉英及其團隊研究構建了物理核心概念學習進階與科學論證整合的教學理論框架[3]。鄭長龍及其團隊研究素養化教學設計時提出學科課時內容與學習進階融合的教學設計理念[4]。科學研究顯示學習進階是對學生在一段時間內或某一單元主題的思維方式及過程由簡單到復雜、由淺層到深層的連續且有層級的發展路徑的刻畫[5]。學科核心素養境域中的深度學習需要進行串聯式、系統式、整體式的學習，學習進階理論可以提供理論框架。學習進階理論就是考慮進階層級的選取、組裝、銜接的過程，可以和深度學習過程有效融合。首先，學習進階可以為深度學習思路進行拓展。學習進階變量可以是知識和能力，也可以是單元、學習模塊甚至一門或幾門學科，以大組塊（如大單元、大概念）聯動學習必然要以學習進階為工具進行規劃。其次，學習進階可以為深度學習方式進行有意義的切換。深度學習主要由自主式、啟發式、互動式、探究式等觸及高階思維和具身行為的活動構成，“短平快”的接受式學習很難達到深度學習的效果。其三，學習進階可以為深度學習過程進行合理的規劃。深度學習之深不是各個學習組塊隨意組合，而是根據學習進階科學地進行組裝，保證學習序列環環相扣、層層加深。

模型建構就是在分析所面臨問題的基礎上，追問事物或事件的運演機理，吸納主要因素，摒棄非主要因素，抽象概括出事物或事件的運作圖畫[6]。其過程是對事物或者事件的發現、解釋、預判和推測，模型代表一類事物或者事件的共同本質特征，具有很好的遷移功能。首先，模型具有示范引領意義。每次課程改革都不缺少高大上的思想理論，鮮少有來自一線而且指導一線實踐的理論，缺乏模式范例的實踐引導。單元學習進階理論模型是直指實踐導向，對當下學生學習有效發生有深刻的指導意義。其次，模型具有紐帶連接作用。基于一個或幾個松散的知識點無法有效培養學科核心素養，需要構建知識點或核心概念可遷移的邏輯關系，單元學習進階模型既可保證學科核心素養的有效生成，又可有效詮釋深度學習的當代要義，對于新課程理念落地生根具有工具性意義。其三，對教師的教學設計具有指導意義。新課標（2017版）規定和指明了學科核心素養為本的教學改革方向，教師的教和學生的學似乎明確了，學什么和為什么學也似乎明確了，但怎么學和學得怎么樣還有待研究，當然也是高中教育最難啃的骨頭[7]。

2 化學單元學習進階模型的構建

2.1 從宏觀層面規劃單元學習內容，形成層級進階發展體系

與新手相比，專家解決問題往往不是依靠瑣碎零散的知識、方法，而是圍繞需要解決的實際問題，利用核心概念背后隱含的核心思想觀念、優質的問題解決方法，快速準確地回應真實問題，并構建新的問題解決模型[8]。化學觀念是化學概念和規律等在頭腦中的提煉和升華，是基于大量現象、事實、原理并指導這些現象、事實、原理運行的核心思想觀念。離子觀在學生頭腦中一旦建立，電離方程式、離子方程式、離子共存等有關離子反應的問題就可以迎刃而解。在規劃學生學習時，要從課標、教材、學生經驗出發，系統規劃單元主題內容、方法、思想觀念，以此為基礎挖掘知識背后的學科核心素養，輸出個體價值觀、品格引領下的關鍵能力。比如氧化還原反應單元學習進階建構如圖1。

單元內各層級之間不是孤立的，而是相互鋪墊和聯系的。首先，基于學生認知規律構建由簡到繁、由淺到深的階梯層級序列，如氧化還原反應從感受、理解、設計與評價呈現認知發展進階關系，體現完整的學習單元。其次，各層級之間必須有實質性的銜接。圖1中進階1和進階2連接的紐帶是化合價或電子，進階2和進階3連接的紐帶是氧化還原反應理論模型。明線是知識學習、觀念的形成，暗線是學科核心素養的輸出。其三，需要從系統論角度對層級的排序和銜接進行調試和重裝，讓單元學習內容在進階的基礎上形成一個完整的學習主題，諸如現象學要素分析、理論層要素分析、實踐領域的可遷移性分析，使學習單元外形上打不爛，內部結構上井然有序，學生一旦深入透徹掌握就可成為該單元的行家能手。

2.2 從微觀層面組織層級內容，厘清學生學習的主線

依據學生認知邏輯和單元內容邏輯，結合郭玉英及其團隊的研究成果，從發展因素和學習因素兩個側面構建單元學習過程的路徑，診斷階點上學習的困惑。首先，根據層級模型構建化學單元層級模型，結合氧化還原反應學習單元的特征，具體包括： （1）結合課標、教材和學生經驗分析氧化還原反應的內涵、外延和單元具體特點，確定單元進階層級;（2）以層級模型為框架初步擬出氧化還原反應的發展層級;（3）依據教師自身教學經驗和教研活動擬定氧化還原反應的發展層級描述，并不斷修正和完善，如表1[9]。

其次，對每一層級的內容進行具體分析和排序，使每一層級的內容符合學生認知發展特點。例如進階2，理解氧化還原反應本質的學習層級如表2。

最后，對具體單元內容進行適度的拓展，為后續學習打下堅實的基礎。每一個學習單元既是獨立的整體又存在普遍的聯系。例如，學完氧化還原反應后，可以讓學生思考氧化還原反應與離子反應分析的視角有什么不同？它們之間的關系如何？為什么把氧化還原反應和離子反應學習單元置于必修一的同一章中？如何對化學反應進行分類？等等。

2.3 從聯系角度分析“階”產生的原因，診斷影響學生學習的相關因素

單元學習進階中的“階”是學生認識發展路徑上的關鍵節點，“階”的學習困難成因是多方面因素造成的，只有分析清楚這些成因，才會使學生的認識發展順利進行。首先，來自學生自身的原有知識和經驗的不足。學生自身的知識或經驗是客觀知識主觀化的結果，帶有鮮明個性化的特點，如電子守恒觀中還原劑失去N個電子，氧化劑得到N個電子，問氧化還原反應中轉移多少個電子？不少學生會回答2N個電子（正確是N個電子），但是如果類比甲同學給2個乒乓球，乙同學接受2個乒乓球，問甲乙兩同學之間傳遞幾個乒乓球？學生會很快回答2個乒乓球。因此學生的迷惑多數時候需要聯系生活中學生的親身經歷，通過類比使學生的主觀知識逐步客觀化，就會使所謂的“階”迎刃而解。其次，科學知識背后隱含的科學思維方法、科學觀念沒有顯性化，也是造成“階”學習困難的重要原因。學生頭腦中沒有形成物質分類觀、價態觀、同一元素的價態穩定觀，就很難分析未知領域的氧化還原反應。如NaClO3作為氧化劑一般生成Cl-而不是Cl2，很多學生在書寫時沒有弄明白是怎么回事，只有在問題情景告知時才會書寫。其三，學生跨學科概念缺乏、解決問題的習慣不精細、缺乏反思能力等都會影響“階”的學習。很多學生總是事后諸葛亮，一看就明白一做就錯的現象屢屢發生，或者當時不懂事后懂，學生只是草草地反思，以后還會出現同樣的錯誤。經驗豐富的教師會在“階”的關鍵點上設置變式訓練或者進行追問，不放過任何一個“階”的螺絲釘，不斷打磨“階”的任何一個細微之處，俗話說細微之處更顯真功夫。

2.4 從系統層面設置學習過程，凸顯單元學習進階的課堂生態

首先，系統規劃知識邏輯與學生的認知邏輯，促使學生認知結構化。皮亞杰同化和順應理論表明，結構化、網絡化程度大的認知結構有利于學生知識的遷移和化學問題的解決。單元學習進階本身就是一個個具體的概念、原理等構成的層級，不但層級之間需要科學的銜接，而且層級內的小概念、規律也需要合理的安排，以使學習進階大梯度中的小梯度呈現科學遞增。傳統要素主義學習設計只注重知識點的學習，缺乏概念、觀念的統領，只見樹木不見森林，學生只會在瑣碎的知識、技巧中轉悠，無法實現學習“質”的飛躍。把學習進階層級、層級銜接、知識內容置于學生認知邏輯中進行考量，設置學生思路的整體路徑，必然會生成大概念、大單元等板塊狀的大知識，進而孕育學科核心素養。其次，系統規劃學生學習的思維發展，把陳述性知識向程序性、策略性知識方向發展，提升學生解決實際問題的能力。化學學科具體的知識、概念、規律的學習不但要使學生形成可遷移的核心概念體系，而且要在學習過程中形成問題解決的一般化思路。要超越具體的問題解決方法與技巧，凸顯學科知識背后的核心觀念和關鍵技能，實現學生認識方式和科學探究思維能力一般意義的生成[10]。其三，基于關鍵節點系統設計學生的學習方式，突出單元學習進階模型的學科核心素養功能。關鍵節點包括重點難點，也包括學生自身形成的疑難點，即學生二次生成的經驗性障礙點。學生學習過程中生成的經驗性障礙點可以稱為經驗性學習目標，即杜威所說的生成性學習目標。汽車尾氣的綜合治理，教師千萬不可代替學生進行設計和評價汽車尾氣的綜合治理，而是采用合作式、探究式學習方式，讓學生在不斷嘗試中體驗學科核心素養的功能，進而為后續實實在在地發展個性化的思維和價值模式奠定堅實的基礎。杜威說：“經歷和體驗中生長經驗。[11]”做中學歷經教學實踐的洗禮而備受推崇，說明合作、探究、反思具有強大的生命力。

3 化學單元學習進階模型的實踐路徑

3.1 問題驅動貫穿著單元學習進階的整個歷程

單元學習一般圍繞主題、內容、活動和評價完成，單元學習主題環節圍繞為什么、是什么、怎么辦等問題展開，如為什么選擇氧化還原反應作為單元學習主題？氧化還原反應內容包括哪些進階變量？如何使這些進階變量落實到學習活動中去？最終學習的效果怎么樣？這些都是學習活動進行前必須考慮的教學設計，規劃是單元學習進階有序的開始。

首先，問題的設計要符合學生進階整體框架，每個層級可以提出一個核心問題，形成一個核心問題串。對每一核心問題再根據需要設置小問題或追問，保證學生思維發展的連續性和有效性。其次，問題的提出要基于精心挑選的情境，既聯系主題內容又聯系學生已有的知識和經驗，可以有效引起學生類比與比較、歸納與演繹、聯想與猜想等科學思維過程，激發學生科學探究、科學論證的欲望，進而做出科學假設，建立可遷移的理論模型。其三，要充分利用啟發、追問的適時性，保證學生思維過程不會出現長時間的斷層，同時也要保證學生思維不斷深入。

3.2 進階梯度規劃著單元學習進階的深度發生

單元學習進階的層級是有梯度的，體現學生認知發展由淺入深，由簡單到復雜的邏輯發展順序。層級和層級之間是有關聯的，體現著知識與思維發展的內隱邏輯。在學習理解中不斷進行一些關鍵點及其前后（即不同層級）之間的調節，關鍵點就是層級之間的銜接。深度學習的發生是基于證據的精準獲取和診斷，主要包括層級內容分析、基于層級學習目標的診斷性測試數據、教師長期觀察和積累的教學經驗。層級測評的診斷性數據決定該層級內容的學習效果和下一層級內容經驗性學習目標的刪減與擴充，預設的進階層級和實際的進階層級學習任務有時未必完全重疊，實際導向是以學生的真實經驗層級為依據，通過分析、綜合和評價誘發學生思維。如果學生某一經驗層級沒有掌握好，那么就需要在經驗層級上重新再設置微層級和微節點。筆者在教學實踐中，遇到相當一部分學生對于氧化還原反應中元素的化合價就沒有弄明白，只會背一些化合價的順口溜而沒有真正理解什么是化合價、為什么要引入化合價，怎么根據已知化合價標定未知化合價，有些學生把SO2-4整體化合價標定為-2，這時學習進階經驗層級就要重新對化合價設定微層級和微節點，重新規劃進階梯度確保深度學習的有效發生。

3.3 學科核心素養彰顯著單元學習進階的核心價值

基于進階的單元學習要關注學生認識方式和思路的培養，發展學生認識事物的一般性能力。如讓學生清晰認識化學學科區別于其他學科的本質特征，形成宏觀微觀符號三重表征認識思路。學科核心素養本身就有空間和時間屬性，與單元學習進階有著高度的擬合，單元學習進階的終極導向就是學科核心素養的培養和發生。

單元學習主題是具有共同學科屬性的一類知識的整體，具有相對完整性，是全面發展學科核心素養的基本結構單元。如鐵及其化合物主題可以從物質類別和元素價態兩個視角進行學習進階設計： （1）鐵及其化合物的性質（物質類別視角），導向是宏觀辨識;（2）鐵及其化合物之間的轉化（元素價態視角），導向是證據推理與模型認知;（3）感受鐵及其化合物在生活、生產中的綠色化應用（實踐視角），導向是科學態度與社會責任。所以，單元學習進階的刻畫過程必須導向學科核心素養，其活動靈魂是學科核心素養。

3.4 豐富的活動承載著單元學習進階的素養生成

首先，活動是源于現實生產、生活或者科學研究而且能夠支撐單元學習主題整體框架的情境活動。真實的學習情境蘊含著學生可以感知和理解的相關信息，產生學生各種活動體驗，既可以實現化學宏觀微觀符號三重表征功能，又可以實現三重表征后的科學功能、社會功能以及美育價值功能。學生既可以理解知識的遷移價值，又可以體驗知識價值帶給個人的愉悅、和諧的精神世界。汽車尾氣的綜合治理要求學生利用氧化還原反應理論模型進行設計和評價，既除去有害氣體又不能再生成新的有害氣體。其次，學習活動的導向必須指向有意義的社會實踐。單元學習進階活動不但要考慮活動自身邏輯、活動與真實情境的邏輯關系，而且要考慮學習活動的實踐意義，如綜合實踐活動、項目式學習活動等，讓學生在社會的大舞臺中進行體驗、反思，培養學生高階思維能力。其三，要綜合考慮活動方式的多樣性和活動過程的進階性。化學學習活動是師生共同參與下有目的地實施一系列學習方式和步驟，如鐵及其化合物單元主題學習，教師可以引導學生自主、合作、探究（學習活動），運用設計、分析、比較、類比、評價、歸納、演繹（思維活動）等學習活動方式，理解鐵及其化合物的物質類屬特征和元素化合價轉化特征。

3.5 多樣的評價監測單元學習進階的運行質態

單元學習進階模型在運行實踐中，教師和學生共同參與學習過程和學習效果評價，特別是學生自我評價，形成多元評價主體，充分發揮診斷性、形成性、發展性等過程性評價方式，保證學習過程的真實性。采用測驗、問卷訪談、觀察、表現等多樣化的評價方式，讓學生思路歷程可見，構建多元評價監測體系，保證單元學習進階的素養化功能由隱性到顯性[12]。讓思維可見，讓素養可測。

終結性評價要淡化評價的等級標簽功能，突出學生的反思、改進等發展性功能，以評促學，用真實性的評價保證學生學習的科學意義、文化意義、社會意義以及實踐價值，如知識的表征形式（符號、背景、本質）、邏輯形式（方式方法）、意義系統（思想觀念），還要保證評價量規的可操作性，如評價要素、評價指標、評價層級的描述，讓學生在學習過程中的思想和行為可以對號入座，精準決策后繼學習方向。

崔允漷教授指出： 單元主題的有效設計，對于改變當前部分“高分低能、有分無德、唯分是圖”的育人結果，改變“知識點、習題項、活動控”為標志的課堂教學，改變師生“忙得要死卻碌碌無為”的現狀，具有重要的理論價值與現實指導意義[13]。知識是精神的種子，學科知識和學科方法是學科核心素養賴以生存的根基，合理有效的設計學科知識和方法實施路徑永遠是教育理論工作者和實踐工作者研究的熱點，單元學習進階模型或許能給大家一點借鑒。

參考文獻：

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