融入学科大概念的化学课程及教学探讨

摘要：美国新泽西州基于《新一代科学标准》开发了全美首个科学示范课程框架，该课程框架为如何将科学学科大概念融入课程体系建立了范式。分析表明，该课程框架具备的主要特征包括“概念理解与实践能力进阶发展”“问题链式引导单元知识与应用整合”“形成性评价与课堂表现性评价融合”三大方面，为我国探索在化学教学中如何有效落实课程标准、如何设置融入学科大概念的化学课程起到一定的示范作用，也为促进化学学科核心素养的教育改革提供了借鉴意义。

关键词： 学科大概念; 化学课程; 课程框架; 核心素养

文章编号： 1005-6629（2022）03-0094-04

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

时下，将学科大概念充分融入课程与教学设计已成为当前科学教育的发展趋势和热点问题[1～3]。我国教育部在2018年发布的《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称“化学课程标准”）强调要形成以学科大概念为核心的结构化课程内容，以促进学科核心素养的落实。因此，这就要求教师在组织教学内容时应高度重视化学知识的结构化设计，有目的、有计划地进行认识思路和核心观念的结构化设计[4]。研究美国新泽西州基于大概念和科学实践的化学课程设计方法对我们开展学科核心素养为导向的化学教学具有参考与借鉴意义。

1 对学科大概念的内涵分析

什么是大概念？美国《新一代科学标准》（The Next Generation Science Standards，简称NGSS）对大概念（Core ideas）的界定为：“大概念是具有解释力的概念，可以帮助学习者认识自然界的各个重要方面，且大概念可以为新知识的获取提供组织结构”[5]。根据林恩·埃里克森（H.Lynn Erickson）的说法，大概念就是居于学科中心，具有超越课堂之外的持久价值和迁移价值的关键性概念、原理或方法，具有极大的迁移价值，随着时间的推移能够被应用于许多其他的探究和问题以及学校以外的情境[6]。美国学者威金斯（Wiggins）和麦克泰格（McTighe）也曾把大概念比作车辆中的“车辖”，车辖的主要功能是将车轮等零部件有机地组装在一起，故大概念的作用就是能够牢牢地“吸附”与其相关的基础知识以及基本技能和方法[7]。因此，学科大概念并非指学科中某一具体的概念或定理、法则，而是学科思想和理论的载体，是学科知识的精华所在，具有较为广泛的普适性和解释力，是深度研究和解决问题的重要工具[8]。

2 新泽西州科学示范课程框架的内容概述

2.1 科学课程框架的出台背景

美国2013年提出的《新一代科学标准》（NGSS），是引领各州科学教育变革的重要文件[9]，该科学课程标准的目标设定是将“学科核心概念”“跨学科概念”和“科学与工程实践”三维学习目标加以融合，以此实现“学科大概念”的课程教学理念。被誉为“科技发明州”的新泽西州[10]基于国家课程标准，率先提出了根据NGSS所设计的示范课程框架，成为NGSS课程实施路上的先行者。其课程框架汇聚了众多研究成果与多方教育专家的力量，具有较高的理论价值和实践指导意义[11]。课程横向以“学科核心概念”“科学与工程实践”和“跨学科概念”三维度为主轴建立课程结构;纵向则以“学习进阶”为暗线将上述三个维度贯穿于学前到高中（K-12）的各年级学段[12]。科学学科分成“物理、化学（合称物质科学）”“生物科学”“地球与空间科学”四大分支学科[13]。

2.2 科学课程框架的主要内容概述

新泽西州的科学示范课程框架为教师制定更详细的地方课程提供了思路。以高中化学学科为例，高中化学示范课程分为“第1单元物质的结构和性质”“第2单元非生物系统的化学”“第3单元键合和化学反应”“第4单元生命系统中的物质与能量”“第5单元核化学”和“第6单元人类影响： 可持续发展的化学”六个教学单元[14]。其中每个单元都精简概述学习要求，包括科学知识、思维方法和应用实践，且均明确规定教学时长（如图1所示）。

以第1单元“物质的结构和性质”为例（见图2），统领该单元的学科大概念为“物质的微观结构决定其宏观性质”这一化学学科思想方法。

新泽西州科学课程框架将“学科大概念”一以贯之地体现在课程框架的各个部分。其主要构建思路是： （1）选择一个具有统摄性的学科大概念作为单元主题知识整合架构的支撑点，整合零碎的课时知识内容、建构学科主题单元知识脉络，每个主题下对应一个单元核心问题;（2）进一步分解学科大概念，深化单元教学主题，确定学习目标、学习任务，并构建单元内部小节问题链;（3）结合学科大概念与NGSS要求，确定与学习目标相匹配的形成性评价与表现性评价，使评价更为聚焦，增强教、学、评一致性，以促进大概念的有效落实。

3 新泽西州化学示范课程框架的特征剖析

科学示范课程框架的开发，提供了高质量的学科课程与每个单元的具体示例，且为如何将学科大概念融入课程体系建立了范式。分析后发现，该框架主要通过“螺旋式凸显科学概念理解与实践能力进阶发展”“问题链式引导单元知识与应用整合”和“形成性评价与课堂表现性评价融合”三方面的特征将“学科大概念”的思想融入其中。

3.1 螺旋式凸显年级间学科概念与实践的进阶

课程框架中的学科内容，谨遵课标宗旨与纲领，凸显出年级间概念与实践的进阶。依然以示范课程框架中“第1单元物质的结构和性质”为例，重点关注学生认知“物质”过程中的学习目标与学习内容（如图3所示），发现其着重聚焦于“科学核心概念的理解进阶”和“科学实践的能力进阶”两个方面。

这也正体现了大概念就犹如“车辖”将车轮等零部件有机组装在一起那样，它将与其相关的基础知识概念、基本技能和思想方法牢牢结合在一起，帮助学生逐步地、进阶式地获得对居于学科中心且超越课堂、具有持久价值和迁移价值的关键性概念、原理和方法的深刻理解和科学实践。

3.2 问题链式引导单元知识与应用的整合

根据学科大概念视角下的学习单元教学整体设计规划，表1是新泽西州高中化学示范课程框架的六大单元主题及其对应的单元核心问题[15]。

新泽西州科学示范课程标准采用“单元式”进行课程规划。首先，各单元主题根据“物质的结构与性质→无机化学→化学反应的宏观微观过程→有机化学→核化学→地球化学与人类”进行编排，以解决核心问题为主要任务。之后，将“引导性问题”进一步展开，确定该单元主题下的具体学习目标和学习任务，建构每一单元内部的具体教学计划，设置从Part A→Part B→Part C→Part D的“小节问题链”，通过对每小节问题的解决为线索串联、整合起零碎的课时知识。进一步分析可得，课程中的每个具体单元都较好地体现了“知识与应用整合”的思想。在“单元1”中，要求学生在掌握“原子结构、物质性质和元素周期表”知识，理解“结构和功能、模式、能量和物质”等跨学科概念后，再通过解决真实问题深入感悟“物质分子水平的结构对设计材料功能的重要性”这一学科核心思想。大小问题链所组织的单元课程设计能够使学生学习的核心概念与知识具有更大的应用与迁移价值，使大概念真正拥有“用武之地”。

3.3 融合式强调形成性与表现性评价的使用

“形成性评价”的学习目标指向具体而明确，主要用于衡量在每个阶段内的学生学习效果与教学目标的一致性程度，且主要偏向于评价的是知识领域和动作技能领域的目标，方便教师及时地调控教育教学活动，提高教与学的质量。新泽西州科学示范课程框架亦设置了详细的基于大概念的“学生课堂表现”，学科大概念强调的是对概念原理的应用，而非对细枝末节知识的记忆，因此该部分的课堂表现主要描述学生在开展学习任务过程中所表现出的各项能力，如模型建构、科学探究、策略设计、实际应用等能力。“形成性”与“表现性”评价相辅相成，帮助教师更好地以学科大概念为抓手，对学生的概念认知与科学实践能力发展进行连贯的表现性评估，实现对学生学习成果更为全面、更具科学性的评价，体现了该课程框架采取目标与过程、知识与能力并重的评价取向。

4 教学策略及建议

我国当前大力推进“化学学科核心素养”导向的课程与教学实践，亦可从新泽西州科学示范课程框架中得到诸多的启示。

4.1 结合学科大概念和问题链实施单元整合式教学

大概念支撑了学科课程内容体系，是学科核心素养的重要载体。在实施学科核心素养的教学之前，必须先研究大概念的结构，梳理大概念所关联的各类知识和相对应的素养目标，依据教材的知识序列，精心设计素养发展的目标;再依据核心素养的不同水平，设置问题链，以此调控课堂教学的方向和思维水平。“问题链”创设的学习进阶式课程框架，更能帮助学生关联知识、激发思考、引导探究，注重其问题解决的学习体验，也为教师设计从一般任务到高阶任务提供有力的支撑点。

着眼当前我国“化学学科核心素养”视域下的教学转型，为适应课程标准的变化，教师应能够在整体把握课程内容的基础上聚焦单元内容，进行单元整体教学设计，以相关主题、思想方法“串联”单元教学，并能够分析知识与素养之间的关联，将单元教学设计进一步转化为更为具体的课时教学设计。学生核心素养的发展不是仅仅通过一两节课或者某几个知识点的学习就能实现的，而是必须要通过一个持续的渐进式的过程。实践表明，“课时主义”往往会导致教学内容碎片化、处理知识点时缺乏全局性把握，易使教学流于低层次的知识技能训练。单元整合式教学能促使教师在深入解读课标、教材及其他教学指导性资源的基础上，分析教材内容之间的内在逻辑关系，根据对教学内容的理解及结合学生实际情况，重组教学内容，形成新的教学结构。这有助于教师高屋建瓴地思考教学内容，亦使其在以核心概念为主轴、立足于学科教学目标和学科逻辑的同时，关注学生的认知规律，引导学生持续渐进式学习，充分发展学科核心素养。

4.2 形成性与表现性评价匹配推进素养目标的达成

“新泽西州科学示范课程框架”是结合形成性评价和表现性评价的科学课程的典范。两种评价都在课程和教学的过程中进行，但从评价实施过程来看，形成性评价总的来说偏属目标取向，其目标指向具体且明确;而表现性评价更强调学习过程的价值，认为学习过程中的感知、探究及其多元表现对学生学习品质的养成具有重要意义[16]。因此，教师若能在课程实施中借鉴“形成性评价”和“课堂表现性评价”相结合的教学评价策略，可在极大程度上对学生的学习过程给予更为全面的评价。

具体来说，形成性评价帮助教师更注重学生在达到阶段性与最终学习目标中的点滴进步，教师可通过持续的形成性评价和学习反馈以不断调整与改善教学方法和策略，帮助掉队学生及时回归，提升教学质量。与此同时，在课程中适当嵌入课堂表现性评价，可提供学生真实的问题情境，展现大概念视角下的学生综合应用概念原理、运用高层次思维分析和解决复杂问题的真实能力，由此学生自己也可从每一步的学习路径中获益，自主地将学习任务、活动和评价建立联系，从而帮助自身达成核心素养目标。因此，两种评价方式的匹配使用，能更好地落实课程的核心素养目标，在完成不同类型的学习任务或活动中展现学生的多种能力，帮助教师更好地以学科大概念为抓手，对学生的概念认知与科学实践能力发展进行更全面、更具科学性的评价，实现教、学、评的一致性。

4.3 在整体考察课程框架基础上实施结构化教学

结构化教学是依赖结构化意识、思路和方法，促使学生思维结构层次不断提升、思维能力有效发展的教学[17]。化学课程标准强调要形成以学科大概念为核心的结构化课程内容，以促进学科核心素养的落实。因此，这就要求教师在组织教学内容时应高度重视化学知识的结构化设计，尤其是有目的、有计划地进行“认知思路”和“核心观念”的结构化设计，以此逐步提升学生的化学知识结构化水平，发展其化学学科核心素养。结构化教学中的“结构”又该如何体现呢？借鉴新泽西州科学示范课程框架特征，发现其十分重视学生的“科学概念理解与实践能力的进阶式发展”及“科学知识与实际应用的整合”，充分关注知识的迁移价值，融合三维学习目标，以实现“学科大概念”的课程教学理念。