大概念統領下的教科書編寫思路及教學應對策略
——以蘇教版(2019年)必修專題1、2為例

江合佩

(福建省廈門市教育科學研究院)

一、研究的緣起

大概念是指反映學科本質的概念、觀念或論題,具有高度的統攝性、概括性、抽象性和廣泛的遷移性。大概念反映專家思維、倡導復雜交往。專家的知識往往是鑲嵌在具體應用的真實情境之中,利用具體與抽象的協同思維形成大概念,即不斷在演繹與歸納的轉換中實現知識的高通路遷移?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準》(2017年版2020年修訂)中明確指出“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”。在必修課程階段,為了突出化學大概念的統領作用,選取“化學科學與實驗探究” “常見的無機物及其應用” “物質結構基礎與化學反應規律” “簡單的有機化合物及其應用” “化學與社會發展”5個主題,充分發揮大概念對實現知識的結構化和素養化的功能價值。蘇教版(2019年)《普通高中教科書·化學》(必修)依據課程標準,融合了化學發展的學科線索、社會的應用價值和高中生的認知特點,揭示了化學的基礎知識和重要的思想觀念。基礎知識和思想觀念往往是外顯的,但是大概念往往是內隱的,隱藏在一個個具體的小概念之下,因此從大概念的視角挖掘教科書的整體設計及編寫的思路,外顯其“抽象→具體” “歸納→演繹”等協同的大概念的設計方式,降低教學的難度,有利于一線教師將這些理念落實到具體的教學中。

二、基于大概念統領的教科書編寫思路

(一)基于大概念統領的2019年蘇教版(必修)第一冊的編寫思路

在探討專題1、2的編寫思路之前,首先有必要將蘇教版(必修)第一冊的整體編寫思路勾勒出來,否則很容易造成認知上的以偏概全。專題1以“物質的分類及計量”大概念進行統攝,將氧化還原反應的概念及特征有效嵌入其中,發展學生從定性進階到定量、從代表物進階到一類物質、從反應的形式(四大基本反應、氧化還原反應)進階到反應的特征、從宏觀現象進階到微觀本質,培育分類觀、定量觀、變化觀、微粒觀等化學基本觀念。專題2以“研究物質的基本方法”大概念進行統攝,發展學生從初中零散的實驗方法進階到系統的科學探究、從對溶液理想的定量表征(溶質的質量分數)進階到實際的定量表征(物質的量濃度)、從對原子結構的感性認識進階到系統理性的認識。通過專題1和專題2的學習,系統地幫助學生建構起了“類—價”二維的變化觀、宏微結合的定量觀、“分離→提純→檢驗→探究”的實驗觀。

有了這些“抽象”的研究工具以后,專題3和專題4分別以“從海水中獲得的化學物質” “硫與環境保護”作為“具體”的演繹,將《課程標準》中要求的Cl、Na、S三種元素及其化合物的性質作為載體,將氧化還原反應的本質、氧化還原方程式的配平、離子反應等難點的學習嵌入其中,應用專題1、專題2的認知視角解決真實情境中的問題。專題5又從專題3、4的“具體”進一步抽提認知視角,形成更高的“抽象”,利用元素周期律“位—構—性”幫助學生從單一、孤立、熟悉的元素及其化合物的轉化,遷移類比至復雜、系統、陌生元素及其化合物的轉化。

前面4個專題對化學反應的認識主要是從物質轉化的視角展開的,專題5則進一步完善了認知視角,從初中的“化學反應過程中分子的種類發生變化、原子的種類及數目不變”的單一視角進階到化學反應的實質是“舊鍵的斷裂、新鍵的生成”,因此除了有物質轉化外,必然還有能量的轉化。整冊教材以“抽象→具體→抽象”的呈現形式,體現了“歸納→演繹→歸納”的邏輯,外顯了大概念的“具體→抽象”的協同思維。2019年蘇教版(必修)第一冊的整體編寫思路如圖1所示。

圖1 基于大概念統領的蘇教版(2019年)必修第一冊整體設計思路

(二)基于大概念統領的2019年蘇教版(必修)第一冊專題1的編寫思路

專題1以“物質的分類及計量”大概念為統領,首先從“靜態”的物質分類入手,將氧化物進一步細化為酸性氧化物和堿性氧化物,為“動態”的物質轉化提供物質的類屬通性的抓手,同時進一步完善初中學習的物質的分類,形成系統的認知思路和認識角度。物質的轉化則針對學生已有的認知,設計產生認知沖突,進而從化合價變化的新視角認識物質的轉化,發展了學生將認識從形式進階到本質的能力。如何將認識從定性進階到定量?如何有效地將宏觀質量與微觀粒子數進行聯結?“物質的化學計量”單元便應運而生。通過提出“物質的量”概念,有效地發展了學生從宏觀質量進階到微觀粒子數的認識,培養學生宏觀辨識與微觀探析的學科核心素養。如何從簡單的體系進階到復雜的體系?如何從宏觀的現象進階到微觀“尺度”即從粒子直徑的視角認識混合物?“物質的分散系”單元便應運而生。整個專題注重初高中銜接,注重幫助學生建立“類—價”二維的統攝性認識,體現了認知的螺旋上升及“歸納→演繹”的認知方式。專題1的整體編寫思路如圖2所示。

圖2 基于大概念統領的專題1——物質的分類及計量編寫思路

(三)基于大概念統領的2019年蘇教版(必修)第一冊專題2的編寫思路

專題2以“研究物質的基本方法”大概念為統領,首先將初中分散在各個章節的關于實驗的知識進行整體性的架構,幫助學生分別從“實驗安全與基本規范” “物質的分離提純” “物質的檢驗” “物質的性質和變化的探究”四個模塊循序漸進地進行學習,形成對研究物質的實驗方法的統攝性認識。第二單元——溶液組成的定量研究則進一步發展學生對實驗的認識從定性進階到定量,引入了高中階段第一個定量實驗“配制一定物質的量濃度的溶液”,同時與專題1“物質的化學計量”進行有效銜接,分散難點,從簡單體系(分子)進階到復雜體系(溶液)、從物質進階到物質間的化學反應,螺旋上升發展學生對定量觀的認識水平和認識層級。從“研究物質的實驗方法”到“溶液組成的定量研究”實際上也體現了“抽象→具體”的大概念的協同思維。如何發展學生對物質的理解從宏觀進階到微觀、從實踐進階到理論建模?“人類對原子結構的認識”單元便應運而生。本單元也是遵循著“歸納→演繹”的思路,先從化學史勾勒出人類認識原子結構的歷程,然后分別研究原子內部的原子核與原子核外電子排布,外顯了證據推理與模型認知的學科核心素養。專題2的整體編寫思路如圖3所示。

三、教學應對策略

(一)注重與生活經驗的關聯,發展學生“具體→抽象”的協同思維

大概念注重聯結學校教育與生活經驗,注重將惰性的專家結論活化為“活潑”的專家思維,這就要求我們日常的教學中要善于聯系生活,從生活中挖掘教學素材,實現生活邏輯與知識邏輯雙線并行,形成新的學習邏輯。福清一中陳誠老師設計的課程《物質的分散系——一杯豆漿引發的故事……》從真實的日常生活情境出發,挖掘其中蘊含的化學知識與思維,整節課的設計思路如圖4所示。

圖4 生活經驗視角下的《物質的分散系——一杯豆漿引發的故事……》設計思路

整節課從生活中的豆漿這個真實情境入手,挖掘其中蘊含的分散系、膠體、丁達爾效應、滲析、聚沉、電泳等必備知識,有效將必備知識融入情境素材,呈現形式多樣,既有動態的視頻,又有靜態的圖片;既有關注提升學生國際理解的“音樂水果”素材,又有體現中華民族優秀傳統文化的《舌尖上的中國——制豆腐》素材。值得稱道的是,該課程在每個學習任務活動中,都將探究實踐巧妙融入其中,以豆漿作為主線,將過濾、膠體制備、丁達爾效應、滲析等必做實驗逐一落實,同時關注化學與日常生活和勞動實踐,將知識和思維遷移至生活,實現了知識的高通路遷移。本節課因為聯結了生活經驗,外顯了“尺度” “探究”等大概念,以生活之美,啟化學之光,獲得了2018年中國教育學會優質課“示范課”的獎項。

(二)利用化學史挖掘科學思維,培養學生像科學家一樣思考

大概念倡導專家思維,即像化學家一樣思考,那化學家是如何思考問題的呢?專家是將一個個結論鑲嵌在真實情境之中。對于化學學科來說,也就是結合生活經驗和實驗事實,進行證據推理,建構思維模型,整個過程體現了“具體→抽象”的大概念的思維方式?！叭祟悓υ咏Y構的認識”可以挖掘其中蘊含的豐富的化學史知識,其教學設計思路如圖5所示。

圖5 基于化學史的“人類對原子結構的認識”教學設計思路

本節課從化學史入手,遴選歷史上推動人類對原子結構認識的5位具有典型代表性的科學家,設計不斷進階的驅動性的問題,還原科學家當時基于的實驗事實或生活經驗,幫助學生進行證據推理,模型建構,培養學生證據推理與模型認知的化學學科核心素養。特別值得一提的是,在具體的教學實施過程中,將教材中的了解型學習任務進階為分析論證型學習任務,有效拆解實驗事實或生活經驗細節,發展了學生的高階思維及深度學習的能力。

(三)整體把握教材編寫體系,進行大概念統領的單元教學設計

學生由初中剛剛升入高中,抽象、定量等思維方式相對薄弱,蘇教版教材為了降低學習難度,將氧化還原反應、物質的量、離子反應等難點問題有效分散在不同的專題和單元中。其中氧化還原反應在教材中的編排如圖6所示。

圖6 基于大概念統領的“氧化還原反應”教材編寫思路

由圖6分析可知,如果還是按照以往課時設計的思路進行教學,勢必導致知識的碎片化,缺乏結構化的知識很難具有遷移的功能,因此由課時設計走向單元整體教學設計勢在必行。基于大概念,整合大單元。以大概念為統領,整合課程目標、內容、實施和評價,使之成為一個完整的學習事件?！把趸€原反應”屬于非連續的自然單元,可以將“氧化還原反應”作為學科大概念,遴選單元大情境,轉化為單元大問題,然后將其拆解為課時情境和課時問題,其教學設計思路如圖7所示。

圖7 基于大概念統領的“氧化還原反應”單元教學設計思路