化学学科实践的本质意蕴与实施路径

摘要：  学科实践是核心素养时代育人方式的新范式。经历知识创生过程，变革教学方式；强化实验探究，凸显学科育人价值是化学学科实践的价值。基于化学的学科特质，化学学科实践教学实施路径包括基于学生经验，激发认知冲突；学科问题驱动，实现思维进阶；基于真实情境，迁移解决问题。作为学习方式的新方向，学科实践对教师提出了转变育人观念、提升学科理解能力和开展形成性评价的新要求。

关键词：  学科实践； 高中化学； 学习方式

文章编号： 1005-6629（2024）07-0003-05 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

《义务教育课程方案（2022年版）》提出要“变革育人方式，突出实践”“强化学科实践”［1］。《基础教育课程教学改革深化行动方案》要求聚焦核心素养导向的教学设计、学科实践（实验教学）、跨学科主题学习等教学改革重点难点问题，探索有效推进教学改革的实践模式［2］。学科实践是学科育人方式变革的新取向［3］，课堂教学是教学改革的主阵地。作为以实验为基础的自然学科，化学蕴含丰富的学科实践价值。由是，厘清化学学科实践的本质意蕴，探寻实施路径就显得尤为迫切。

1 化学学科实践的本质意蕴

1.1 学科实践是科学探究的迭代升级

梳理科学探究的来龙去脉，有助于对学科实践的认识。本世纪初倡导的科学探究一直是自然科学类课程变革传统课堂的基本路径［4］。但由于教师对探究理念的“来源”和“去向”不清楚，同时缺少先进理念与具体学科关联的策略和方法，这就导致实际教学中合作探究活动还浮在表面，虚、假探究普遍存在［5］。教师教的是科学探究的“形”，学生缺少的是科学探究经历的“实”，探究活动被僵化成固定有序、按部就班的“照葫芦画瓢”的步骤［6］。针对探究教条化的问题，以美国《K-12科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》出台为标志，国际科学教育核心理念从“探究”转向“实践”［7］。作为本土应对的措施之一，我国新修订的义务教育课程方案和各学科新课标都强调学科育人、实践育人，探索与课程核心素养深度耦合的学科典型学习方式，推进以学科实践为标志的育人方式变革［8］。如初中化学新课标将“科学探究与实践”作为课程核心素养之一，强化实验教学，注重真实情境的问题解决等。

学科实践不是取代探究，而是为科学探究正名。主要体现在两个方面：一是学科实践强调真实情境下的问题解决，填充了从科学家的探究活动到一种学习方式的理论空白，使学生像科学家一样探究、思考和实践成为可能。二是学科实践更有“学科味”。学科实践强调用学科的方式做学科事［9］，避免各学科探究活动“千人一面”的尴尬。

1.2 化学学科实践的内涵

学科实践是由我国课程专家创生的本土化概念［10］，虽然当前学界对学科实践的认识不尽相同［11～14］，但都指向了学科实践的主体是谁、对象是谁、为什么和如何进行。如崔允漷教授认为，学科实践是具有学科意蕴的典型实践，即学科专业共同体怀着共享的愿景与价值观，运用该学科的概念、思想与工具，整合心理过程与操控技能，解决真实情境中的问题的一套典型做法。基于此，我们认为化学学科实践是学生在教师的引导和支持下，以化学关键知识学习为基础，运用化学的视角、思维与语言方式，解决真实情境中的问题的一系列具有化学学科特质的实践学习活动，旨在培养学生的学科核心素养。简单来说，化学学科实践基于化学学科（知识、观念和思维），通过实践（真实问题解决），发展学科核心素养（像化学家一样思考和实践）。

化学学科实践的实质是学生像化学家一样思考和解决问题。宏观与微观相联系是当代化学学科核心的思维方式［15］，基于结构、作用和变化提出问题、分析问题、解决问题是化学家的看家本领［16］。理性与实证是科学的特征，化学学科发展史是基于实验的实证与理性的思辨不断互动、相互促进的过程。因此，浸透化学思维的实验和化学概念、方法、原理等知识的发展史是化学学科实践的重要内容。在实验中嵌入化学思维、在经历知识的发展史中建构观念是化学学科实践的主要类型。

1.3 化学学科实践的价值

1.3.1 经历知识创生过程，变革教学方式

学科实践有助于促进教学方式从坐而论道转向知行合一。坐而论道是传统教学的一个显著特点，认为知识是可以从教师传递给学生，这就造成教学内容是静态的概念、结论等惰性知识，学习的方式主要是简单模仿、机械记忆、重复训练等静态的方式。以“过滤”为例，一些教师将教学的重点放在实验装置和操作注意事项，还总结出“一贴两低三靠”的口诀帮助学生记忆。正是这样的教学方式导致学生耗费大量时间精力仅仅掌握了难以在现实生活中迁移应用的惰性知识，不能活学活用。从强调知识传授掌握的坐而论道转向知识的运用、建构与创造的知行合一，是核心素养导向下教学方式变革的必然要求。

学科实践强调在真实的学科情境中，建立学科知识与学生生活经验、生活实际的联系，引导学生做中学、用中学，在解决真实问题的活动体验中获得真知。基于学科实践的“过滤”教学中，从学生的视角，引导学生关注到周围世界主要是混合物，感受混合物分离的价值，明白为什么学。通过实验感受不同孔径滤纸的分离效果，体会化学家利用物质颗粒度大小不同的性质差异，设计物质分离的方法的思维过程。引导学生感受分离提纯的价值，体会到过滤——一种高效的固、液物质分离方法是“过滤”教学的意义。

1.3.2 强化实验探究，凸显学科育人价值

学科实践有助于发挥实验探究的教学功能，凸显化学学科独特的育人价值。学科的思维方法、思想观念和精神文化是学科育人价值的集中体现［17］。挖掘具体知识中蕴含的学科思维方式、科学方法是设计学科实践活动的基础。化学学科实践依托实验创设学科情境，通过问题链追问引发学生思考，基于证据验证假设，展示实验的思维过程，有助于展现内隐于实验探究的学科育人价值。

实验是化学探究最好的载体，但教学中，学生实验往往变成教师指挥下的“照方抓药”，欠缺思维活动。用不科学的方式学习科学，失去了化学实验的价值。以钠与水的反应为例，通常是教师演示钠与水的反应，结合学生的回答，总结出“浮、游、熔、响、红”的反应现象，以实验的形式让学生总结钠的相关性质。教师布置实验活动后，学生很短时间就有了答案，这样的实验显然没有意义。

学科实践强调真实情境下的问题解决，化学实验是展示化学反应本质的载体和手段。教师精心设计的化学实验让化学反应“看得见”，可以激发学生的好奇心和认知冲突，进而调动学生通过分析、想象、推理等思维活动认识微观过程，达到对事物的理性认识［18］。基于学科实践的“钠与水的反应”教学中，从学生熟悉的氯化钠开始，由学生列举已知的含钠的化合物。通过对比，学生很快意识到生活中钠单质很少见，说明钠的性质比较活泼。通过资料卡的形式，提供有关钠的保存及使用的资料，引导学生推测钠可能的性质。最后通过实验探究钠的性质。钠熔成小球，就是很好的探究素材。追问钠为什么变成小球，是因为钠被水均匀消耗（补充不同形状的钠块与水反应的实验）吗？想一想生活中有没有小球一样的物质（水滴、露珠）？通过资料卡的形式提供钠的熔点数据，引导学生进行基于证据的推理。

2 化学学科实践的实施路径

化学学科核心素养是解决化学问题的本事，其特质是创新，实质是化学认识视角和认识思路［19］。基于学科，通过实践，解决问题是学科实践的核心要素。基于此，化学学科实践实施路径包括三个方面：一是基于学生经验，激发认知冲突；二是学科问题驱动，实现思维进阶；三是基于真实情境，迁移解决问题。下面以电解质概念教学为例说明。

电解质的电离包含电解质溶液导电性、电离本质的微观辨析以及电离方程式表示电离过程的三重表征，是体现化学思维特质的载体，具有重要的发展学生学科核心素养的价值。同时，电离学说是化学发展史上具有里程碑意义的突破，电离理论使人们对溶液的认识有了正确的方向，它是溶液化学、电化学及物理化学最重要的理论基础［20］。包括门捷列夫、克莱夫、克劳修斯、魏德曼等反驳方和由阿伦尼乌斯、奥斯特瓦尔德、范托夫等组成的支持方之间围绕电离学说的论战在化学发展史上留有浓墨重彩的一页。电解质概念教学是化学学科实践的重要素材。

2.1 基于学生经验，激发认知冲突

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）强调“教师在教学中应重视STSE内容主题的选择和组织，紧密联系生产、生活实际，使学生能够综合运用所学知识解释和解决有关的STSE问题，使学生充分认识化学科学的价值”［21］。当前学生缺乏学习内驱力的一个重要原因是，学生不知道知识的价值，缺少问题解决的场景，缺少与思维的结合，感受不到知识与思维结合的力量。因此，结合教材中诸如化学键、离子反应、化学平衡等体现宏微结合这一化学学科思维的结论性知识，教师通过真实问题引导学生参与化学学科实践是教师教学设计的首要问题。

学科实践强调学科知识要联系学生的经验和生活实际，要把学科知识置于学科真实的情境中，学以致用、以用促学。电解质教学中，结合学生生活中熟知的泡腾片和湿手不能操作电器的生活情境，激发学生利用化学知识解释生活现象的兴趣。

［链接生活］1.展示干燥的泡腾片和置于水中后的泡腾片；2.展示禁止湿手操作电器的图片。

［认知冲突］为什么固体泡腾片本身不产生气体，放入水中就会立刻释放出气体？这其中发生了什么变化？湿手操作电器容易发生触电事故，为什么？

设计意图：从学生熟悉的生活情境切入，引发学生的思考，学生感受到知识的价值是学习的开始。

2.2 学科问题驱动，实现思维进阶

新课标强调“关注化学理论的历史演进过程，结合理论模型发展中的重要事实和科学家的推理论证过程，引导学生认识化学理论的建立过程和思想方法，发展学生的高级思维能力及其对科学本质的认识”［22］。化学史蕴含丰富的学科核心素养培育价值，浸透着化学知识、科学方法、科学思维与科学精神的形成、发展及演变过程［23］。概念是从显性事实中抽象出来的对事物的本质属性的认识。每一个概念都是大量科学工作者长期探索的结晶，概念的发展和完善过程，就是从证据出发，不断证实和证伪的过程。

基于化学发展史的学科实践活动设计，要符合从简单到复杂、从感性到理性的认知规律，结合人类思维发展的脉络，创造性地重演知识获得的实践方式和认知过程，引导学生像科学家一样思考。教师的作用就是结合知识的创生过程，创设一系列真实的问题情境，设计引发学生思考的系列问题，引导学生在实践中体验人类认识科学问题的过程，经历认知、思维、意义和文化等多维体验，体味知识背后的逻辑与理性、真理与方法、美德与智慧、历史与文化等，实现人-知互动，在真实性问题解决中转识成智［24］。

电解质教学中，结合电离学说的论战史实，通过重现历史上争论的焦点——通电与电离谁在先——创设符合学科认知的真实情境，实现学科知识与学习情境的深度关联。

［化学史料］（1）法拉第与他提出的电解质、阳离子、阴离子；（2）阿伦尼乌斯与他提出的电离学说。

［认知冲突］通电与电离，谁先谁后？

［实验探究］氯化钠溶液中是否存在自由移动的离子？

提出假设：氯化钠溶于水后是否能自由移动？实验验证：固体氯化钠、水、氯化钠溶液的导电实验。得出结论：氯化钠溶于水后解离成自由移动的离子［25］。

［问题驱动］水的作用是什么？

［化学史料］电离学说引发的论战。

［问题引导］（1）反驳方提出的“怎么可能有带大量正负电荷的离子同时存在！在没有外加电场的条件下，怎么克服原来的作用力离解？”的说法，你如何看？（2）支持方发现电解质溶液的蒸汽压降低、沸点升高、凝固点下降、渗透压变化时，实验测定值都比理论值高出很多（这些数据都与溶液中的微粒数有关）［26］，你怎么理解？