芻議化學大概念的提煉

鄧峰　竇炳新

摘要： 開展單元整體教學首先需要提煉化學大概念。但目前學界關于化學大概念的定義以及如何提煉化學大概念尚未達成共識。基于已有研究對化學大概念進行界定，明確化學大概念的性質與表述，并在此基礎上結合具體案例提出化學大概念的四種提煉策略，為化學教師提煉化學大概念提供相應方法論依據和參考。

關鍵詞： 大概念； 學科大概念； 大概念教學

文章編號： 10056629（2023）08000708中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

1 問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“高中課標”）中提出，要求以學科大概念為核心推動課程內容結構化，促進學科核心素養的落實［1］。而在《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“初中課標”）中，首次對“大概念”進行了集中闡述，要求通過大概念統領化學課程內容，基于大概念整體設計和實施單元教學［2］。由此可見大概念對于學生化學學科核心素養發展的重要性。要開展基于大概念的單元教學，首先需要提煉大概念。在此之前，需要對本文“化學大概念”進行界定。

2 化學大概念的定義

大概念是處于更高層次、居于中心地位和藏于更深層次，具備認識論、方法論和價值論三重意義因而能廣泛遷移的活性觀念［3］，是具有生活價值的、反映專家思維的概念、觀念或論題［4］。目前研究者對大概念的理解主要從“性質”和“表述”兩個角度進行闡述。

從性質的角度看，研究者主要聚焦大概念的中心性、統攝性、持久性和遷移性。大概念的中心性，表現為它居于學科［5］的中心位置并反映學科本質［6， 7］。這種“中心性”并不是在某一平面上位置的“中心”，而是在價值層面上的“核心”。因此，大概念與具體知識、基本概念相比，應當居于更高位并起到統攝性作用。它不僅統攝了核心知識，還包括思路與方法、應用與態度以及實踐活動［8］。大概念的統攝性決定其具備持久性和遷移性，持久性表現在大概念具有較為廣泛的適用性和解釋力［9］，而遷移性表現在大概念能用于解釋和預測較大范圍內的物體與現象［10］。

從表述的角度看，研究者主要聚焦大概念的概念、觀念和論題［11］三種表述。大概念（Big Ideas）作為一種“idea”，它可以是學科領域中的概念［12～13］，也可以是學習者頭腦中的觀念［14～17］。就“概念”“觀念”本身而言，人腦對客觀事物抽象化的結果是形成概念甚至觀念，而觀念對客觀事物存在預測、指導和改造的強大反作用力［18］。因此當人們對“概念”和“觀念”在現實世界中進行具體的闡述和表達時，它們則是以“論題”的形式表現出來，成為大概念的第三種表述，這也正對應著格蘭特·威金斯（Grant Wiggins）對大概念的理解中所包含的“辯論、悖論、問題、理論或原則”［19］。

大概念是有層級關系的，依據適用范圍的不同，大概念有跨學科大概念和學科大概念之分。學科大概念是反映學科本質，居于學科中心地位，具有較為廣泛的適用性和解釋力的原理、思想和方法。“學科”二字表明，大概念若要真正被教師與學生所接受，需要將大概念學科化，進而提供理解知識、解決問題的思想方法和關鍵工具［20］。但此處的“學科”泛指物理、化學、生物等科學學科，未能聚焦到具體學科領域中的關鍵問題。

隨著素養時代的來臨，大概念被賦予更加深刻的學科內涵與價值，并出現“化學大概念”。化學大概念在原有“學科大概念”的基礎上，被賦予了“反映化學學科本質”的本體論價值［21～23］，這不僅確立了化學大概念的學科核心地位，更表明大概念的素養發展功能來源于其生活價值，這體現在真實問題解決上，而真實問題解決需要將真實問題向學科問題轉化，在轉化的過程中逐漸聚焦于學科本身［24］。

基于此，本文的“大概念”屬于學科專屬型大概念，即“化學大概念”。化學大概念是反映化學學科本質，能夠用于解釋和預測一系列化學現象、超越課堂之外的具有中心性、統攝性、持久性和遷移性價值的概念、觀念或論題。化學大概念立足于化學學科真實問題解決，以下將結合具體案例闡述化學大概念的提煉策略。

3 化學大概念的提煉策略

3.1 基于已有化學大概念提煉

化學大概念具有統攝性，表現為高層級化學大概念統攝低層級化學大概念，而其遷移性使得化學大概念能通過“歸納”和“演繹”實現不同層級的轉換，因此我們可以基于已有化學大概念，通過遷移提煉新的化學大概念。化學大概念的遷移主要分為直接遷移和解構遷移兩類。

3.1.1 直接遷移

高層級的化學大概念具備更強的統攝性，這類化學大概念可以通過直接遷移，實現不同學段的持久性指導作用。例如，美國《新一代科學教育標準（Next Generation Science Standards） 》舉出了7個“跨學科概念（Crosscutting Concepts）”［25］，我們可以將其轉化為化學大概念并進行直接遷移。以“原因與結果”為例，通過賦予其化學學科特征，將跨學科概念轉化為化學大概念，并以論題表述為“可基于證據對實驗結果進行推理與解釋”。該化學大概念主要體現證據推理的學科思維，從初中課標和高中課標對于化學學科核心素養的內涵解讀中可知，證據推理在義務教育階段的“科學思維”、在高中階段的“證據推理與模型認知”均有體現，因此我們可以將該化學大概念進行直接遷移，貫穿于初中和高中的化學實驗教學中。

3.1.2 解構遷移

并不是所有化學大概念都適合直接遷移。從縱向上看，學生學段不同，其素養水平存在差異，對于較低學段的學生，我們需要依據學生的素養水平對較高層級、抽象的大概念進行樹狀解構和逐級分解，提煉出較低學段學生應該建構的化學大概念。而從橫向上看，對于同一學段而言，課程與教學設計的對象不同，所需要的化學大概念的抽象程度也不盡相同。從課程整體設計到單元教學設計，再到課時教學設計，起到統攝性作用的化學大概念也需要進一步具體化，以解決真實情境中的具體問題。基于此，我們可以對已有的化學大概念進行樹狀解構、逐級分解，從而提煉化學大概念。

例如對于“物質結構決定物質性質”這一以論題表述的化學大概念，以“物質性質”為解構對象，并進一步解構“物理性質”“化學性質”，可得到更低層級化學大概念（見圖1）。化學大概念解構遷移的結果會隨選取的解構對象的不同而發生變化，因此還可以選取“物質結構”為解構對象，進一步解構“原子結構”“分子結構”和“晶體結構”，提煉化學大概念（見圖2）。

3.2 基于化學學科本質提煉

化學大概念具有中心性，是對化學學科本質的反映，因此化學大概念也可以由化學學科本質提煉而來。高中課標凝練了化學學科本質，可以視為較高層級、抽象的化學大概念，若要將該化學大概念用于指導實際問題解決，需要將其具體化，生成較低層級、具體的化學大概念。

從化學學科本體視角上看，高中課標對化學學科本質的闡述指明了化學學科的“研究層次”“研究方法”“研究對象”和“研究目的”［26］，這四大要素之間的關系是化學學科本質在現實層面的體現。而化學基本觀念作為以學生認識發展為主體指向的化學大概念，是學生頭腦中自主建構的有關化學學科的總括性認識［27］，是化學學科本質在觀念層面的體現。從現實以及觀念層面出發，我們可以基于化學學科本體視角和化學基本觀念提煉化學大概念。

3.2.1 基于化學學科本體視角提煉

化學學科本體視角是化學學科本質在現實層面的體現，包括“研究層次”“研究方法”“研究對象”和“研究目的”。通過這4個化學學科本體視角之間的關系，可以整合提煉出以論題表述的化學大概念。例如“在宏觀層面上通過分類的方法認識物質”“在微觀層面上通過模型建構的方法認識化學反應，以創造新物質”等（見圖3）。

3.2.2 基于化學基本觀念提煉

化學基本觀念是化學學科本質在觀念層面的體現，它反映了化學學科最基本的思想和原理——化學大概念［28］。以“分類觀”為例，分類觀是學生對于“分類”這一化學學科研究方法的總觀性認識，可以視為以觀念表述的化學大概念。相對抽象的觀念表述可以轉換為論題或概念表述。例如分類觀的內涵［29］包括四個部分，它們各自可以作為下一層級化學大概念的論題表述，同時對于這四種表述進行整合，“分類觀的內涵”也可以作為“分類觀”化學大概念的概念表述（見圖4）。

3.3 基于學科認識提煉

化學大概念是居于學科中心的，統攝了核心知識、思路方法、應用態度與實踐活動等要素。對于核心知識和思路方法而言，它們具備一定認識功能而具有素養發展價值，但前提是需要將知識結論轉變為相應的認識方式、方法［30］，進而建構化學大概念。因此可以基于化學認識方式、方法提煉化學大概念。

3.3.1 基于化學認識方式提煉

認識方式是個體對客觀事物能動反映的方式，包括認識角度、認識思路和認識方式類別三個普遍聯系、相互轉化的內容要素［31］。基于三者之間的關系可以提煉化學大概念。

例如“類別”“化合價”是一級認識角度“物質”下的二級角度，通過認識角度之間的關系，結合學科核心活動經驗和學科能力活動表現，可以提煉出“基于物質類別與元素價態視角分析與設計物質的轉化、制備、分離與檢驗”的認識思路，作為以論題表述的化學大概念。該認識思路可以歸納出“宏觀微觀”“定性定量”兩種認識方式類別，在此基礎上再次整合認識角度，可以提煉出兩條更高層級的化學大概念“從宏觀與微觀相結合的視角認識物質的分類及其變化”“從定性與定量相結合的視角認識物質的分類及其變化”。

3.3.2 基于化學認識方法提煉

科學方法是化學教學中學生科學的認識方法，是人在認識和改造客觀世界的實踐活動中形成的有效的規則、方式、手段、途徑和模式［32］。本文對“認識方法”的理解借鑒自“科學方法”，化學認識方法是學生在化學學習與實踐活動中形成的有效的規則、方式、手段、途徑或模式，是化學理論與實踐經驗的升華、程序化、規范化、強化的結果。人教版高中化學教科書（2019年版）的“方法導引”作為教材化學認識方法的“顯性表征”，著力外顯提升學生認識和思維水平的方法和途徑［33］。因此通過對“方法導引”欄目內容的總結和概括，可以提煉化學大概念。

例如基于必修第二冊第五章第一節“方法導引”中的“化學實驗設計”可以總結提煉出“化學實驗系統思維”這一以概念表述的化學大概念，涵蓋了從“實驗目的”到“評價優化”的7個實驗要素及其推理關系（見圖5）。

3.4 基于教學材料提煉

相比于千變萬化的事實性知識而言，化學大概念是居于學科中心、具備持久遷移價值的，這對于一線教學的重要性不言而喻。課程標準和教科書承載了化學核心知識、概念，是化學大概念的重要來源。

3.4.1 基于課程標準提煉

雖然研究者們對課程標準內容主題與化學大概念的關系持有不同看法，但都關注到了課程標準內容要求與化學大概念的密切關系，基于課程標準內容要求可以提煉化學大概念。

初中課標明確了每個學習主題下的第一個二級標題是大概念。如“1.1 化學科學本質”“2.1 物質的多樣性”“3.1 物質的組成”“4.1 物質的變化與轉化”“5.1 化學與可持續發展”［34］。由于化學大概念具備遷移性和統攝性，這些化學大概念統領了該學習主題下更低層級的化學大概念。通過對相應化學大概念在課標內容要求的內涵解構，可以提煉出低層級的化學大概念。例如，“2.3 認識物質性質的思路與方法”是“2.1 物質的多樣性”的下一層級化學大概念，通過對內容要求的內涵解構，可以提煉出以論題表述的四條化學大概念（見圖6）。

3.4.2 基于教科書內容提煉

課程標準是教材編寫的重要依據，化學大概念在教科書中也會有所體現。以下主要論述基于“章引言”“整理與提升”和內容知識提煉化學大概念。

基于教科書“章引言”可以提煉化學大概念。“章引言”作為每一章的“先行組織者”，對于單元教學內容起到提綱挈領的作用。作為教科書科學方法的“隱性表征”，“章引言”提煉了本章的重要化學概念、化學觀念和學科核心知識［35］。以人教版高中化學必修第二冊第五章“章引言”為例，可直接提煉出“從物質類別和元素價態的視角認識元素及其化合物的性質、用途和轉化關系”“工業上通過控制反應條件可以利用物質間的轉化關系制備化工產品”“遵循生態文明思想，實現環境保護和資源利用的和諧統一”三條以論題表述的化學大概念。

基于教科書“整理與提升”可以提煉化學大概念。“整理與提升”處于每一章的末尾，多以概念圖的形式著力實現知識關聯、認識思路和核心觀念的結構化。以人教版高中化學必修第二冊第六章“整理與提升”為例，其一級標題“從能量變化的視角認識化學反應”“從化學反應速率和限度的視角認識化學反應”可以作為以論題表述的化學大概念；對其下的二級標題和概念圖進行總結概括，可提煉出“化學反應中化學鍵的斷裂和形成導致化學能轉化為熱能”“原電池可將化學能轉化為電能”“通過控制反應條件影響速率和平衡，進而認識和調控化學反應”三條低層級以論題表述的化學大概念。

基于教科書內容知識可以提煉化學大概念。化學大概念統攝了核心知識，因此，可以通過“自下而上”的歸納法提煉化學大概念。例如對于混合物體系“食鹽泥沙”“碘水CCl4”等混合物分離的事實性知識，通過抽提這些事實性知識中具備遷移價值的核心知識并加以歸納，可以提煉出“物質的分離與提純”這一以概念表述的化學大概念（見圖7）。

4 建議

本文圍繞性質、表述和形式對化學大概念進行界定，并拋磚引玉為教師提供化學大概念的提煉策略。開展以化學大概念統領的單元整體教學呼喚化學大概念的到來，在提煉出化學大概念后，如何圍繞化學大概念進行單元教學設計是一個具有挑戰性的研究課題。以下將基于上述提煉策略和化學大概念教學的相關研究成果，提出實施建議。

4.1 靈活運用策略，提煉化學大概念

化學大概念的提煉是靈活的。教師需要深入理解化學大概念，并選取一種或多種策略，對提煉出的化學大概念進行論證或處理。

4.1.1 通過多種策略提煉化學大概念

化學大概念的提煉策略之間是存在相互印證關系的，有時可以通過多種策略提煉同一化學大概念，進一步論證該化學大概念的合理性。例如，首先可以基于必修第一冊第一章第一節“方法導引”欄目提煉出以論題表述的化學大概念“基于分類方法認識、預測物質的性質及其變化”。其次，基于化學學科本體視角可以提出與之相似的以論題表述的化學大概念“在宏觀層面通過分類的方法認識物質”。這兩個以論題表述的化學大概念本質上也反映了“分類觀”這一以觀念表述的化學大概念。

4.1.2 通過多步策略提煉化學大概念

化學大概念的提煉可以通過多種策略進一步論證，也可以通過多步策略的加工，提煉出所需要的化學大概念。例如基于必修第二冊第五章章引言提煉出以論題表述的化學大概念“從物質類別和元素價態的視角認識元素及其化合物的性質、用途和轉化關系”后，可以運用基于已有大概念的解構遷移策略，進一步解構其“物質類別”“元素價態”的認識視角或“性質”“用途”“轉化關系”的認識對象，可以提煉出更低層級的化學大概念。

4.2 運用“歸納”“演繹”思維，設計化學大概念教學

本文從不同理論視角闡述的四大提煉策略具有共同的思維起點——“歸納”與“演繹”。這兩種思維不僅可以用于提煉化學大概念，還可以指導教師開展化學大概念單元整體設計，建構“化學大概念重要理解（或核心概念）基礎概念（或具體知識）”的單元整體教學結構。總體而言，分為“自上而下”的演繹式設計和“自下而上”的歸納式設計。

4.2.1 “自上而下”的演繹式設計

基于“演繹”的思維，教師可以“自上而下”建構單元整體教學結構，即在已有化學大概念的基礎上，整合單元內容提出若干化學大概念在該主題下的重要理解，進而統攝基礎概念和其下的事實性知識。例如，在初中“溶液”單元整體教學［36］中，教師首先以《新一代科學教育標準》中的跨學科概念“尺度、比例和數量”“結構與性質”作為最頂層的化學大概念，接著基于化學大概念整合“物質構成的奧秘”“溶液”單元內容，提出5條關于化學大概念的重要理解，進而統攝基礎概念和具體知識，搭建單元整體教學結構，并基于此進行教學目標、教學過程和教學評價設計。

4.2.2 “自下而上”的歸納式設計

基于“歸納”的思維，教師可以“自下而上”建構單元整體教學結構，即在課程標準或教科書的基礎上，歸納核心知識、思路方法、應用態度與實踐活動等要素，向上生成化學大概念。例如，在高中“水溶液中的離子反應與平衡”單元整體教學［37］中，教師首先基于人教版選擇性必修第一冊第三章的教科書內容知識提煉“電解質在水溶液中的行為”“電離平衡”等5個核心概念，其次通過教材分析，選取其中4個核心概念進一步提煉頂層的化學大概念“可溶電解質在水溶液中的平衡”，搭建單元整體教學結構，并基于此進行教學目標、教學過程和教學評價設計。

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*廣東省2022年學位與研究生教育改革研究項目；廣東省2021年一流本科課程建設項目；華南師范大學2019年課程思政教學改革項目研究成果。