單媛媛,鄭長龍
《義務(wù)教育化學(xué)課程標準(2022 年版)》(以下簡稱“新課標”)指出,義務(wù)教育化學(xué)課程有利于學(xué)生形成物質(zhì)及其變化等基本化學(xué)觀念,發(fā)展科學(xué)思維、創(chuàng)新精神與實踐能力,養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任,為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)?!靶抡n標”基于“少而精”的原則,結(jié)合學(xué)習(xí)主題特點,明確了5 條大概念及其具體內(nèi)涵,并倡導(dǎo)基于大概念的建構(gòu),整體設(shè)計和合理實施單元教學(xué)[1]。如何抽提凝練主題大概念,并結(jié)構(gòu)化地進行單元教學(xué)設(shè)計,是實施大概念單元整體教學(xué)的關(guān)鍵。為此,在探討基本路徑和設(shè)計理念的基礎(chǔ)上,結(jié)合九年級“溶液”主題,進一步呈現(xiàn)大概念單元教學(xué)的實踐樣態(tài)。
“新課標”明確了大概念反映學(xué)科本質(zhì),具有高度概括性、統(tǒng)攝性和遷移應(yīng)用價值,單元形式承載素養(yǎng)為本教學(xué)的要求,基于整體設(shè)計目標直指學(xué)生的理解和遷移,因此基于大概念的單元教學(xué)是推動素養(yǎng)為本教學(xué)落地的有效路徑。
大概念的使用萌芽于教育家杜威,之后作為學(xué)術(shù)概念在教育領(lǐng)域提出并受到關(guān)注,目的是解決學(xué)生所學(xué)知識“多而散”的問題[2]。對于大概念的價值和意義,目前國內(nèi)外研究者已經(jīng)達成普遍共識,大概念具有能夠切實發(fā)展學(xué)生化學(xué)觀念、結(jié)構(gòu)化統(tǒng)整化學(xué)學(xué)科知識、有效解決真實情境問題的價值,其本身兼具認識論、方法論和價值論的功能,并具有廣泛遷移能力的意義結(jié)構(gòu),獨特的結(jié)構(gòu)性決定了它對學(xué)生學(xué)習(xí)及發(fā)展的整合作用[3][4]。大概念并非追求體量大、外延廣,而是在本質(zhì)上指向整體思考和系統(tǒng)思維,注重學(xué)生的深度理解和遷移應(yīng)用[5]。
能夠準確聚焦特定主題的大概念是素養(yǎng)為本教學(xué)的根本保障和前提。目前較多研究聚焦于探討大概念的意義和價值,對于聚焦特定主題的大概念的關(guān)注和研究相對較少,基于化學(xué)學(xué)科特點提出明確的大概念抽提路徑,結(jié)合具體主題聚焦大概念切實聯(lián)系教學(xué)實踐,是保證素養(yǎng)為本教學(xué)理論研究和實踐落地的關(guān)鍵。
核心素養(yǎng)的培養(yǎng)和發(fā)展具有綜合性和整體性,不能僅依靠某一知識點或某一節(jié)課的學(xué)習(xí)來實現(xiàn)[6]。素養(yǎng)為本的教學(xué)需要從知識點的內(nèi)容整合,轉(zhuǎn)變?yōu)榛趯W(xué)生深度認識理解和問題解決遷移的多重整合。需摒棄以知識點或單一課時為單位的碎片化設(shè)計,走向以整體和完整為原則的有序化學(xué)習(xí)歷程設(shè)計。學(xué)生在學(xué)習(xí)中經(jīng)歷認識、理解、遷移和反思的全過程,實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式有效變革,凸顯素養(yǎng)導(dǎo)向教學(xué)的真實性和整合性的內(nèi)涵特征。單元教學(xué)作為實施素養(yǎng)為本教學(xué)的有效方式,其順應(yīng)了素養(yǎng)為本教學(xué)的需求,打破教材順序下的學(xué)科自然單元,將問題、任務(wù)、評價等教學(xué)要素緊密圍繞單元學(xué)習(xí)目標進行關(guān)聯(lián)整合和組織,引導(dǎo)跨學(xué)科內(nèi)容的連接和實踐,突出了教學(xué)的邏輯性和系統(tǒng)性。由此可見,單元教學(xué)是實現(xiàn)核心素養(yǎng)教學(xué)的必然選擇[7]。
基于大概念實施單元教學(xué),對于素養(yǎng)教學(xué)視域下的理論研究和教學(xué)實踐具有重要價值,但其落地的關(guān)鍵一方面在于能夠準確聚焦特定主題的大概念,另一方面在于能夠提出結(jié)構(gòu)化設(shè)計路徑。
系統(tǒng)抽提體現(xiàn)在遵循“基于學(xué)科理解探尋大概念、基于學(xué)習(xí)進階明確大概念、基于單元整體落實大概念”的實踐路徑,不斷深入凝練明確特定主題的大概念,并在“學(xué)科”“學(xué)生”“教學(xué)”三個視角的深入和轉(zhuǎn)換間,逐步聚焦至與學(xué)生各學(xué)段素養(yǎng)發(fā)展相適切的主題大概念。
學(xué)科理解,是指教師對于化學(xué)學(xué)科知識及其思維方式和方法的一種本原化、結(jié)構(gòu)化的認識?;趯W(xué)科理解,能夠有效抽提學(xué)科主題的素養(yǎng)功能價值[8],對于教師從本原理解主題的學(xué)科功能價值,在頂層進行單元整體設(shè)計具有指導(dǎo)意義。
“對于化學(xué),最有意義的宏觀系統(tǒng)是混合物,更準確地說,是溶液”,彭笑剛在《物理化學(xué)講義》中指出,“如果沒有溶液,化學(xué)將無法在科學(xué)世界里擁有一級學(xué)科的地位?;瘜W(xué)過程中最重要、最常見的過程都與溶液有關(guān)”[9]291。通過對溶液主題學(xué)科本體內(nèi)容進行學(xué)科理解,可以從溶液作為混合物的狀態(tài)表征、平衡特性和分離純化三方面,凝練出3 個主要的具有主題特質(zhì)的大概念,分別為“通過構(gòu)建修正理想模型定量表征物質(zhì)的狀態(tài)”“溶液作為混合物的獨特性通過相平衡體現(xiàn)”“以溶液相平衡為基礎(chǔ)實現(xiàn)混合物分離提純”。
1.通過構(gòu)建修正理想模型定量表征物質(zhì)的狀態(tài)
空氣和溶液作為人類最早接觸的氣態(tài)和液態(tài)混合物,除描述物質(zhì)的比例關(guān)系外,構(gòu)建并修正理想模型是化學(xué)學(xué)科定量表征其組成與性質(zhì)的重要手段。例如對于氣體物質(zhì),通過對氣體特性的經(jīng)驗認識,構(gòu)建了理想氣體理論模型,即假設(shè)“具有確定單元結(jié)構(gòu)的分子不斷運動,其尺寸遠小于它們之間平均距離,忽略分子間相互作用,所有碰撞都是彈性碰撞”,運用理想氣體狀態(tài)方程“PV=nRT”對其進行定量表征,通過對方程的修正可實現(xiàn)對實際氣體組成與性質(zhì)的描述。熱力學(xué)視角的引入進一步實現(xiàn)了通過化學(xué)勢(μi)對理想氣體混合模型的建立,即多種理想氣體形成混合物時,過程自發(fā),混合內(nèi)能變化(Δ混U)和混合焓變(Δ混H)總是等于零,混合的唯一動因是系統(tǒng)內(nèi)部的熵(Δ混S)增加。
氣態(tài)理想混合物的研究思想指導(dǎo)著液態(tài)混合物(溶液)的研究,而液態(tài)物質(zhì)與氣態(tài)物質(zhì)最重要的區(qū)別在于凝聚態(tài)分子之間的相互作用是時時存在、不可忽略的,因此我們假設(shè)“如果各個液態(tài)組分分子相互作用、分子形貌(大小及構(gòu)型等)幾乎不可區(qū)分,且混合后各種分子之間相互作用及堆積方式與各自純態(tài)保持不變,那么該液態(tài)混合物為理想溶液”,目的是在規(guī)定Δ混V=0 的前提下,保證與理想混合氣體一樣Δ混U 和Δ混H 等于零的假設(shè)。雖然實際情況是絕大多數(shù)的溶液并非理想液態(tài)混合物,如兩種液體混合前后體積會發(fā)生變化,固體不能無限溶解于水中都有一定的溶解度等,但是同樣,我們可以通過進一步修正理想液態(tài)混合物的模型(增加活度和活度系數(shù)作為參數(shù))來表征實際溶液的狀態(tài)。從熵到吉布斯自由能、到化學(xué)勢、到熱力學(xué)濃度、再到活度與活度系數(shù),形成了理解和表征溶液化學(xué)的邏輯鏈條。
2.溶液作為混合物的獨特性通過相平衡體現(xiàn)
對于溶液相,不同于氣相和固相混合物,其本身不大可能獨立存在,更多的是與它的飽和蒸氣、溶質(zhì)固體、或者另一個溶液相共存。因此,要真正理解溶液,必須綜合考慮這些相關(guān)的相以及它們與被研究溶液相的關(guān)系?!捌胶狻笔腔瘜W(xué)學(xué)科的重要概念,我們常利用平衡概念來研究和表征化學(xué)系統(tǒng)。通過不同的強度性質(zhì)可以表征熱平衡、力平衡、相平衡、化學(xué)平衡,進而有效地反映系統(tǒng)內(nèi)、外之間的變化趨勢。例如,通過溫度(T)衡量熱平衡、壓強(P)衡量力平衡,二者可以確定系統(tǒng)與環(huán)境之間的平衡,即外平衡。相平衡作為系統(tǒng)的內(nèi)平衡,我們可以運用化學(xué)勢(μi)作為其衡量的參數(shù)[9]350-351,而化學(xué)勢又與熱力學(xué)濃度密切相關(guān)。
基于熱力學(xué)第二定律我們知道,任何過程發(fā)生的決定因素是系統(tǒng)熵和系統(tǒng)焓(即環(huán)境熵)的變化趨勢,而對于理想溶液形成過程,在假定系統(tǒng)焓變?yōu)榱愕那疤嵯拢ㄒ粵Q定因素就是系統(tǒng)熵,而這個關(guān)鍵因素是通過濃度(摩爾分數(shù))體現(xiàn)的,其在本質(zhì)上代表著均相混合系統(tǒng)的理想位置熵變,從而決定了體系的化學(xué)勢。因此濃度(摩爾分數(shù))作為系統(tǒng)的內(nèi)平衡參數(shù),與溫度、壓強一起構(gòu)成了研究平衡狀態(tài)下溶液系統(tǒng)(更廣義地,混合系統(tǒng))的基本坐標。也許對于化學(xué)初學(xué)者來說,濃度只是一種物質(zhì)量的計量單位,但其實濃度在化學(xué)學(xué)科中的核心位置并不是作為計量單位而存在,而是作為溶液理想系統(tǒng)熵、內(nèi)平衡的代表量度,這一量度在實際溶液中通過活度和活度系數(shù)體現(xiàn)[10]。
3.以溶液相平衡為基礎(chǔ)實現(xiàn)混合物分離提純
萃取、結(jié)晶、蒸餾是色譜方法發(fā)明以前三種最常用而有效的純化和分離手段。這三種實驗操作方法有一個共同的特征:都是以相平衡為基礎(chǔ)的。其中蒸餾以氣-液平衡為基礎(chǔ),萃取則以液-液平衡為基礎(chǔ),結(jié)晶以固-液平衡為基礎(chǔ)。三種分離提純方法的建立,反映了人們對三種平衡特性的深刻理解。
對于平衡狀態(tài)下溶液的研究,通常蘊含著體系處于“飽和”“極限”的狀態(tài),對于固-液平衡的結(jié)晶過程,溶解度是重要的概念,溶解度的存在見證著與溶液相關(guān)的豐富相平衡現(xiàn)象。從熱力學(xué)視角,溶解度的存在,實際是溶液相平衡的體現(xiàn),以濃度(摩爾分數(shù))為基礎(chǔ)可定義溶解度為:“在給定溫度和壓強下,一種物質(zhì)在某個溶液的溶解度等于溶液其他組分物質(zhì)的量數(shù)不變條件下該物質(zhì)在溶液中的最大摩爾分數(shù)”[9]365。通過濃度(活度)、溫度、壓強勾勒出溶液相關(guān)平衡系統(tǒng),并以相圖的形式表征呈現(xiàn),這就成為了我們改變條件進行化學(xué)實驗分離純化操作的根本原理和理論基礎(chǔ)。
學(xué)習(xí)進階,是指在一段時期內(nèi),學(xué)生學(xué)習(xí)或探究某主題時,其思維方式可能連續(xù)且不斷地精致化發(fā)展的描述[11]。《普通高中化學(xué)課程標準(2017年版)》中也明確指出,“學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展是一個持續(xù)進步的過程”[12],具有連貫性、階段性和發(fā)展性。學(xué)習(xí)進階為主題核心素養(yǎng)發(fā)展的系統(tǒng)規(guī)劃、各學(xué)段主題單元教學(xué)目標的明確、基于表現(xiàn)預(yù)期的學(xué)生評價提供了科學(xué)的理論依據(jù)。
課程標準是梳理和設(shè)計學(xué)習(xí)進階的重要依據(jù)之一。因此,首先對義務(wù)階段和高中階段關(guān)于溶液主題的內(nèi)容要求進行了整理匯總;其次,基于內(nèi)容要求抽提出不同學(xué)段該主題學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展的認識進階;最后,結(jié)構(gòu)化地呈現(xiàn)學(xué)生認識進階與學(xué)科大概念之間的關(guān)系,從而明確主題要發(fā)展學(xué)生的學(xué)科大概念(如圖1 所示)。
圖1 “溶液”主題學(xué)生認識進階與學(xué)科大概念的關(guān)系
通過對圖1 分析可以看出,在“溶液”這一主題下,從小學(xué)到高中選擇性必修階段,學(xué)生的認識對象經(jīng)歷了從生活向化學(xué),從單一物質(zhì)到反應(yīng)體系的發(fā)展;認識過程從溶解這一物理現(xiàn)象,深入至化學(xué)反應(yīng),同時伴隨著從定性到定量的思維發(fā)展。進一步抽提可以發(fā)現(xiàn),對于這兩個過程的認識,均是基于“限度”“能量”“條件”這三個基本的學(xué)科視角,并最終指向了“物質(zhì)組成”和“反應(yīng)限度”兩個學(xué)科大概念。
構(gòu)建符合學(xué)段素養(yǎng)發(fā)展要求的主題大概念層級,并確定單元教學(xué)課時總目標序列及邏輯關(guān)系,是落實大概念教學(xué)的重要環(huán)節(jié)[13]。
基于學(xué)科理解和學(xué)習(xí)進階的分析,在九年級溶液主題的學(xué)習(xí)中,最終確立“物質(zhì)組成”“能量變化”“溶解限度”“條件調(diào)控”4 個主題大概念,結(jié)合課程標準內(nèi)容要求以及教科書內(nèi)容,最終繪制了學(xué)科大概念——主題大概念——主題核心概念——主題基本概念的4 級概念層級圖(如圖2所示)。主題大概念既是學(xué)科大概念在該主題的具化,也是對主題核心概念、主題基本概念的概括和統(tǒng)攝,主題核心概念是單元教學(xué)的核心,而主題基本概念則是各概念層級建構(gòu)的知識內(nèi)容基礎(chǔ)。
圖2 “溶液”主題概念層級圖
基于上述分析,對溶液主題最終共設(shè)計了5個課時進行教學(xué),并對課時之間的邏輯關(guān)系進行了呈現(xiàn)(如圖3 所示)。課時1 聚焦于“物質(zhì)組成”大概念,課時2、3、4 分別從“能量變化”“溶解限度”“條件調(diào)控”深入學(xué)習(xí)物質(zhì)的溶解過程,最后課時5 從“遷移應(yīng)用”的角度進一步整合發(fā)展學(xué)生“定性定量”結(jié)合視角解決真實問題的素養(yǎng)。
圖3 “溶液”主題單元教學(xué)課時總目標及邏輯關(guān)系
在明確了特定主題單元教學(xué)的各個課時總目標后,需要進一步將課時總目標拆解為課時學(xué)習(xí)目標,并在此基礎(chǔ)上形成課時學(xué)習(xí)任務(wù)序列,并構(gòu)建指向?qū)W習(xí)目標的多樣化持續(xù)性的學(xué)習(xí)評價。
拆解課時總目標時需要思考和明確如下問題:如何能夠有效地對總目標進行拆解?拆解的邏輯類型有哪些?通過理論研究和教學(xué)實踐的分析,總結(jié)梳理出并列驗證、遞進驗證、并列組合、直接遞進、沖突遞進、遷移遞進6 種常見的課時總目標拆解邏輯類型,具體類型與示例如表1 所示。
表1 課時總目標拆解類型與示例
基于上述課時總目標的拆解邏輯類型以及“溶液”主題單元教學(xué)課時總目標,對“溶液”主題的課時總目標進行拆解,最終確定了每個課時的具體學(xué)習(xí)目標,如表2 所示。
表2 “溶液”主題各課時具體學(xué)習(xí)目標
在確定了課時具體學(xué)習(xí)目標的基礎(chǔ)上,接下來需要思考什么樣的學(xué)習(xí)任務(wù)能夠達到預(yù)期學(xué)習(xí)目標?學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計和實施應(yīng)具有挑戰(zhàn)性,兼具培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科特質(zhì)性思維和一般性思維,圍繞本原性問題設(shè)計和驅(qū)動學(xué)習(xí)任務(wù)具有重要的價值。在科學(xué)實踐中,科學(xué)問題是科學(xué)研究的起點;在學(xué)科理解中,本原性問題是知識深化組織的起點;在課堂教學(xué)中,真實適切的本原性的問題能夠有效開始學(xué)習(xí)任務(wù),促進學(xué)生的深刻思考,啟發(fā)學(xué)生的高階思維[8]。問題具有組織、定向、激勵、評價等功能,是課堂教學(xué)的重要要素,同時屬于認識論和方法論范疇,因此問題既是知識載體,同時對問題解決和探索的過程,即學(xué)習(xí)任務(wù)的完成,又是學(xué)生認識思路與方法獲得的過程。
課堂中本原性問題的提出既要與學(xué)習(xí)目標相一致,又要與學(xué)生認識視角與思路建構(gòu)相一致,進而使學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展與課程標準要求相一致。本原性問題可分為認識性和實踐性兩大類,認識性問題以學(xué)科主題核心概念的建構(gòu)為主要線索組織學(xué)習(xí)任務(wù),在明確學(xué)生已有知識的基礎(chǔ)上,發(fā)展學(xué)生對主題核心問題的深入理解和認識視角的轉(zhuǎn)變,核心在于指出和解決學(xué)生的認知沖突進而發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。實踐性問題以真實情境問題的解決為主要線索組織學(xué)習(xí)任務(wù),在生產(chǎn)生活實踐和課程標準素材中尋找合適的教學(xué)問題,基于學(xué)科視角和跨學(xué)科視角解讀問題情境中的關(guān)鍵信息,將實際問題與學(xué)科問題建立關(guān)聯(lián),確定問題解決的研究域,在選擇的特定視角下對實際問題進行拆解和分析,提出和選擇合理的解決問題模型或方案,并對其進行論證和實施,在此過程中盡量保證明線問題解決邏輯和暗線核心概念建構(gòu)邏輯的一致性,核心在于教學(xué)素材的真實性和連貫性。
學(xué)習(xí)任務(wù)的完成過程是對問題的回應(yīng)和解決,既是理解與解構(gòu)的過程,也是決策與選擇的過程,同時也是思維運演與行為操作的過程,進而促進學(xué)生經(jīng)歷深度思考和實踐探究?;诒驹詥栴}的解決過程,可以將學(xué)習(xí)任務(wù)分成解析性、建構(gòu)性、驗證性、拓展性4 類。解析性學(xué)習(xí)任務(wù)指向培養(yǎng)學(xué)生界定、分解、確定目標的能力以及分析性和批判性等思維;建構(gòu)性學(xué)習(xí)任務(wù)指向培養(yǎng)學(xué)生提出假設(shè)、建構(gòu)模型的能力以及發(fā)散性、類比、模型等思維;驗證性學(xué)習(xí)任務(wù)指向培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計方案驗證、邏輯論證的能力以及邏輯性和收斂性等思維;拓展性學(xué)習(xí)任務(wù)指向培養(yǎng)學(xué)生拓展遷移、深化應(yīng)用以及拓展性和系統(tǒng)化等思維。表3 舉例呈現(xiàn)了“溶液”主題課時3、課時5 的本原性問題和學(xué)習(xí)任務(wù)。
表3 “溶液”主題課時3、課時5 本原性問題和學(xué)習(xí)任務(wù)
大概念單元教學(xué)的學(xué)習(xí)評價應(yīng)遵循“教—學(xué)—評”的一體化、一致性、層次性和多樣性,一方面,將評價鑲嵌于教與學(xué)的互動過程之中,即教學(xué)、學(xué)習(xí)與評價三位一體共同指向目標,充分發(fā)揮評價的診斷、改進、調(diào)節(jié)、激勵的功能[15];另一方面,開發(fā)細致化多樣性的評價工具進行持續(xù)性評價,特別強調(diào)“為了學(xué)習(xí)的評價”與“作為學(xué)習(xí)的評價”,最終實現(xiàn)“以評促教、以評促學(xué)”的效果。
基于表現(xiàn)預(yù)期的課堂評價。學(xué)生完成挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)過程中,可通過指向?qū)W習(xí)目標的具體表現(xiàn)期望,明確劃分不同水平進階,發(fā)揮評價的診斷功能(如表4 所示)。之后教師可以通過不斷追問和正向激勵的方式,顯性化引導(dǎo)學(xué)生在任務(wù)實踐過程中,進行自我反思性評價,不斷改進和調(diào)節(jié)。
表4 指向?qū)W習(xí)任務(wù)的課堂表現(xiàn)評價
基于單元學(xué)習(xí)的總體評價。首先,需要構(gòu)建與單元整體學(xué)習(xí)目標一致的總體評價標準,對學(xué)生的表現(xiàn)程度進行細化,明確各水平的行為表現(xiàn)特征(如表5 所示);其次,基于評價標準可以開發(fā)多樣化的評價工具,如課后作業(yè)、紙筆測試、觀察量表、作品展示、檔案袋評價等,定性定量相結(jié)合地對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和結(jié)果進行持續(xù)性的評價;最終,基于綜合性的評價結(jié)果對學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展提出適切性和針對性的建議,從而幫助培養(yǎng)學(xué)生自我反思習(xí)慣,提高自我監(jiān)督、自我提升的能力。
表5 “溶液”單元學(xué)習(xí)總體評價
本研究以學(xué)科知識認識發(fā)展為基礎(chǔ),以各學(xué)段課程標準為依據(jù),以學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展為目標,逐步聚焦特定主題的大概念,基于表現(xiàn)預(yù)期的課堂評價與基于單元學(xué)習(xí)的總體評價,相輔相成,系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)化地構(gòu)建了大概念單元教學(xué)設(shè)計過程,從而實現(xiàn)了核心素養(yǎng)落地從設(shè)計向?qū)嵺`的轉(zhuǎn)化。在新課程改革的背景下,基于化學(xué)核心素養(yǎng)的大概念單元教學(xué)設(shè)計對于教師和研究者均提出了重大挑戰(zhàn),深入而持續(xù)地探索與研究任重而道遠。