學(xué)科大概念：化學(xué)教學(xué)的新原點(diǎn)

吳克勇 蔡子華

摘要：《普通高中課程方案（2017年版）》在“修訂的主要內(nèi)容和變化”中指出，“進(jìn)一步精選了學(xué)科內(nèi)容，重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)”。學(xué)科大概念是認(rèn)識(shí)世界的思維方式，是研究科學(xué)世界的組織工具，承擔(dān)著引發(fā)學(xué)生思考、重塑學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的功能。尋找學(xué)科大概念并圍繞其進(jìn)行教學(xué)成為重塑教與學(xué)的新原點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：學(xué)科大概念核心素養(yǎng)單元教學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)

《普通高中課程方案（2017年版）》在“修訂的主要內(nèi)容和變化”中指出，“進(jìn)一步精選了學(xué)科內(nèi)容，重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)”?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》以及其他各科的課程標(biāo)準(zhǔn)中都有同樣的文字。這充分彰顯了學(xué)科大概念在落實(shí)核心素養(yǎng)方面的地位和作用。

一、大概念及學(xué)科大概念

大概念對(duì)應(yīng)的英文詞語(yǔ)為big idea，原意為大創(chuàng)意，是指將品牌的核心價(jià)值以最能打動(dòng)消費(fèi)者的角度闡述出來(lái)的一個(gè)想法;后引申為那些能夠?qū)⒎稚⒌氖聦?shí)、經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和技能聯(lián)結(jié)成為整體，并且賦予它們意義的概念、原則或理論，并被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

科學(xué)大概念是大概念在科學(xué)領(lǐng)域中的特定表現(xiàn)形式，其提出源自2009年10月的一場(chǎng)探討中小學(xué)科學(xué)教育不足的國(guó)際研討會(huì)?？茖W(xué)大概念具有豐富的層次性：第一層次是科學(xué)認(rèn)識(shí)論，楊振寧說(shuō)過(guò)“科學(xué)發(fā)展的終點(diǎn)是哲學(xué)”，哲學(xué)為我們認(rèn)識(shí)世界提供方法論基礎(chǔ)，所以辯證唯物主義哲學(xué)的基本原理是最具解釋力的大概念;第二層次是通用概念，涉及模式，原因與結(jié)果（機(jī)制與解釋?zhuān)?，尺度、比例和?shù)量，系統(tǒng)和系統(tǒng)模型，能量和物質(zhì)（流動(dòng)、循環(huán)和守恒），結(jié)構(gòu)和功能，穩(wěn)定與變化等方面（參考美國(guó)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)）;第三層次是學(xué)科大概念，是指那些能反映學(xué)科本質(zhì)，居于學(xué)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(xué)科大概念的主要特征為：（1）能反映學(xué)科的主要觀點(diǎn)和思維方式，對(duì)學(xué)科知識(shí)起組織作用，如通過(guò)氧化還原反應(yīng)可以將金屬及其化合物、非金屬及其化合物有機(jī)地聯(lián)系起來(lái);（2）能統(tǒng)攝或包含大量的學(xué)科知識(shí)，具有普遍性和廣泛的解釋力，如“物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的”這一學(xué)科大概念，既可以解釋為什么人們會(huì)聞到花香，也可以解釋為什么金屬可以拉成絲，還可以解釋為什么不能用濕的手觸摸電器;（3）能提供解決復(fù)雜問(wèn)題的分析框架，可運(yùn)用于新的情境，具有持久的可遷移應(yīng)用價(jià)值，如“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一學(xué)科大概念，揭示了不同物質(zhì)具有不同性質(zhì)或相似性質(zhì)的根本原因，是理解物質(zhì)性質(zhì)的思維框架，為研究物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化提供了認(rèn)識(shí)角度和思維方法。

二、學(xué)科大概念在落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)方面的作用

（一）核心素養(yǎng)本身就蘊(yùn)含著學(xué)科大概念

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”五個(gè)維度。上述素養(yǎng)將化學(xué)知識(shí)與技能的學(xué)習(xí)、化學(xué)觀念與思想的建構(gòu)、科學(xué)探究與解決問(wèn)題能力的發(fā)展、創(chuàng)新意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感的形成等方面的要求融為一體，形成完整的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)體系?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)陳述中包含的“變化”“平衡”“模型”都是重要的學(xué)科大概念。

（二）學(xué)科大概念有利于高階思維的培養(yǎng)

圍繞學(xué)科大概念的教學(xué)可以幫助學(xué)生建立知識(shí)體系，將新信息納入自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)中。學(xué)生通過(guò)提問(wèn)、回答、交流、碰撞，探求隱藏于知識(shí)背后的本質(zhì)與思想，理解曾經(jīng)發(fā)生的事情的意義，從而培養(yǎng)演繹、歸納等邏輯思維以及分析、綜合評(píng)價(jià)和創(chuàng)造等高階思維。

（三）學(xué)科大概念能提升知識(shí)遷移的能力

學(xué)科大概念是學(xué)科的中心概念，最能代表學(xué)科本質(zhì)和基本結(jié)構(gòu)。學(xué)科大概念突破了知識(shí)的瑣碎、零散，促進(jìn)了知識(shí)橫向聯(lián)結(jié)的發(fā)生。學(xué)生習(xí)得學(xué)科大概念，就能夠在新的情境中依據(jù)不同的事物進(jìn)行適應(yīng)性遷移、轉(zhuǎn)化，解決問(wèn)題。同時(shí)，這種遷移與轉(zhuǎn)化的機(jī)制也利于學(xué)科大概念的自我完善和知識(shí)的迭代。這樣一個(gè)螺旋上升的過(guò)程，帶來(lái)的就是學(xué)生的核心素養(yǎng)的顯著發(fā)展。

三、學(xué)科大概念在化學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用

（一）提煉學(xué)科大概念

學(xué)科大概念是對(duì)客觀事物整體考察而獲得領(lǐng)悟的結(jié)果，具有模糊性和廣泛性，可以反映客觀事物的內(nèi)在聯(lián)系。它的表現(xiàn)形式多種多樣：一個(gè)詞或一組詞匯（如“平衡”“靜電作用”）、主題（如“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”）、模型（如“電離”）、定義（如“原子是變化中的最小微?！保?、假說(shuō)（如“碰撞理論”“過(guò)渡態(tài)理論”）、原理（如“元素周期律”）。

據(jù)此，我們可以通過(guò)以下一些途徑提煉學(xué)科大概念：

1.從課程標(biāo)準(zhǔn)中反復(fù)出現(xiàn)的名詞中尋找。如：《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中，“平衡”出現(xiàn)了72次，而“平衡”是一個(gè)很重要的化學(xué)學(xué)科大概念。

2.從化學(xué)發(fā)展史中獲得?；瘜W(xué)發(fā)展史就是一部學(xué)科概念體系的演變史。那些給化學(xué)帶來(lái)飛躍發(fā)展的學(xué)說(shuō)和模型都是極具解釋力的學(xué)科大概念，如“原子論”“分子論”“碳的四價(jià)學(xué)說(shuō)”“反應(yīng)碰撞理論”等。

3.梳理多個(gè)概念之間的關(guān)系。如：過(guò)濾、萃取、蒸餾、結(jié)晶等是化學(xué)中常用的實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離與提純的實(shí)驗(yàn)方法，其原理各不相同。它們的共同之處在于“利用混合物中各組分性質(zhì)的差異來(lái)分離和提純物質(zhì)”，這是關(guān)于物質(zhì)分離和提純的更為本質(zhì)的思想方法，是過(guò)濾、萃取、蒸餾、結(jié)晶等具體概念背后的學(xué)科大概念。與具體的過(guò)濾、萃取等操作相比，這一學(xué)科大概念具有更為廣泛的適用性，能夠解釋較大范圍內(nèi)的相關(guān)現(xiàn)象。

4.運(yùn)用思維可視化工具。思維可視化工具包括思維導(dǎo)圖、概念圖、表格等。如圖1所示的思維導(dǎo)圖，描述了“化學(xué)鍵”各相關(guān)概念的關(guān)系。教師可以從中進(jìn)一步進(jìn)行提煉：靜電作用是具有解釋力的學(xué)科大概念，它不但可以解釋化學(xué)鍵的成因、強(qiáng)弱，也可以解釋鍵的極性。

（二）依托學(xué)科大概念進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)

以課時(shí)為單位的教學(xué)容易導(dǎo)致知識(shí)碎片化，難以給學(xué)生提供足夠的思考與交流空間。學(xué)科大概念引領(lǐng)下的單元教學(xué)，重在促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科大概念的理解，使學(xué)生能形成以學(xué)科大概念為統(tǒng)攝的結(jié)構(gòu)化的學(xué)科知識(shí)，并能將之轉(zhuǎn)化為解決具體問(wèn)題的思路與方法。

例如，無(wú)論元素（無(wú)機(jī)）化合物知識(shí)的學(xué)習(xí)，還是有機(jī)化合物知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們都是從分類(lèi)的角度，選擇代表物進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后通過(guò)類(lèi)比的方式，了解同族或同類(lèi)物質(zhì)的性質(zhì)。這實(shí)質(zhì)上就是從學(xué)科大概念層面展開(kāi)的學(xué)習(xí)。

再如，對(duì)于元素化合物知識(shí)的學(xué)習(xí)，人教版高中化學(xué)教材指導(dǎo)學(xué)生按照“氫化物—單質(zhì)—氧化物—酸（堿）—鹽”的思路進(jìn)行思考;北京師范大學(xué)王磊教授開(kāi)發(fā)了“類(lèi)別—價(jià)態(tài)”二維圖框架（如圖2所示為硫的二維圖），指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。這兩種學(xué)習(xí)工具都是具有方法論意義的學(xué)科大概念。

從學(xué)科大概念視角分析單元教學(xué)內(nèi)容，首先要立足學(xué)科整體視角，從具體內(nèi)容中挖掘知識(shí)背后的學(xué)科大概念，反過(guò)來(lái)再運(yùn)用學(xué)科大概念梳理相關(guān)內(nèi)容，使知識(shí)結(jié)構(gòu)化;其次要根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平，明確學(xué)科大概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階及其重要節(jié)點(diǎn);再次要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，確定學(xué)科大概念的解構(gòu)程度和單元教學(xué)的重點(diǎn)和程序。

例如，《電離平衡》單元內(nèi)容包括四節(jié)：弱電解質(zhì)的電離、水的電離和溶液的酸堿性、鹽類(lèi)的水解、難溶電解質(zhì)的溶解平衡。雖然討論的是不同的問(wèn)題，但是它們都涵蓋在“平衡”這一學(xué)科大概念之下。這樣，就可以把四節(jié)課的內(nèi)容看成是化學(xué)平衡在不同情境中的應(yīng)用，電離平衡常數(shù)、水的離子積、水解平衡常數(shù)、溶度積也都可以由平衡常數(shù)推得，學(xué)習(xí)的陌生感、難度都會(huì)隨之下降。

立足對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生持續(xù)影響的學(xué)科大概念進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)，要明確學(xué)科大概念的習(xí)得是一個(gè)緩慢的過(guò)程，要多給學(xué)生提供從課內(nèi)走向課外、從校內(nèi)走向校外的遷移機(jī)會(huì)。這種遷移既包括具有特定知識(shí)與技能指向的特殊遷移，也包括原理和態(tài)度的遷移，也就是學(xué)科觀念的遷移。這種遷移帶有持續(xù)性和廣泛的適應(yīng)性，是對(duì)新問(wèn)題的審視和改造。

（三）運(yùn)用學(xué)科大概念組織復(fù)習(xí)

學(xué)科大概念是基于已有學(xué)科知識(shí)，對(duì)學(xué)科特征的深刻理解，是深入思考和體驗(yàn)的結(jié)果，影響著學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的價(jià)值取向和行為方式。學(xué)生學(xué)習(xí)的具體知識(shí)不同，形成的學(xué)科大概念的內(nèi)涵的豐富程度也就不同。因此，應(yīng)用學(xué)科大概念組織復(fù)習(xí)，能升華學(xué)生的認(rèn)識(shí)，減少記憶量，提高知識(shí)遷移的能力。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐與思考，筆者認(rèn)為“競(jìng)爭(zhēng)”可以囊括大部分高中化學(xué)知識(shí)，具體如下：

萃?。狠腿┡c溶劑對(duì)溶質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng);

蒸餾：蒸發(fā)與冷凝的競(jìng)爭(zhēng);

氧化還原反應(yīng)：氧化劑與還原劑對(duì)電子的競(jìng)爭(zhēng);

復(fù)分解反應(yīng)：離子之間的競(jìng)爭(zhēng);

元素性質(zhì)的遞變：核電荷與原子半徑影響的競(jìng)爭(zhēng);

化學(xué)鍵：吸引與排斥的競(jìng)爭(zhēng);

化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)：吸熱過(guò)程（斷鍵）與放熱過(guò)程（成鍵）的競(jìng)爭(zhēng);

化學(xué)平衡：正反應(yīng)與逆反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)，外界條件與反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng);

電離平衡：離子化與分子化的競(jìng)爭(zhēng);

鹽類(lèi)的水解：金屬離子與氫離子競(jìng)爭(zhēng)氫氧根，酸根與氫氧根競(jìng)爭(zhēng)氫離子;

分步沉淀：離子對(duì)沉淀劑的競(jìng)爭(zhēng);

原電池：金屬離子沉積和進(jìn)入溶液的競(jìng)爭(zhēng)（解釋銅鋅電池的正負(fù)極）;

電解池：陽(yáng)極物質(zhì)失電子的競(jìng)爭(zhēng)，陰極物質(zhì)得電子的競(jìng)爭(zhēng);

犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法：金屬之間失電子的競(jìng)爭(zhēng);

取代反應(yīng)：原子或原子團(tuán)之間的競(jìng)爭(zhēng);

加成反應(yīng)：氫原子加在哪個(gè)碳上表現(xiàn)出的競(jìng)爭(zhēng)（馬氏規(guī)則）;

消去反應(yīng)：消去哪個(gè)氫原子表現(xiàn)出的競(jìng)爭(zhēng)（扎依采夫規(guī)則）。

通過(guò)“競(jìng)爭(zhēng)”這個(gè)學(xué)科大概念，把看似無(wú)關(guān)的、凌亂的化學(xué)知識(shí)有效地組織起來(lái)，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)隱藏在這些知識(shí)背后的新的意義世界，從而使理解更清晰、記憶更牢固，極大地提高復(fù)習(xí)效果。

學(xué)科大概念不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的詞語(yǔ)，它背后還潛藏著一個(gè)意義的世界;它超出了一個(gè)普通概念的應(yīng)有內(nèi)涵與外延，是學(xué)科思想和理論及其體系的載體。學(xué)科大概念是認(rèn)識(shí)世界的思維方式，是研究科學(xué)世界的組織工具，承擔(dān)著引發(fā)學(xué)生思考、重塑學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的功能。尋找學(xué)科大概念并圍繞學(xué)科大概念進(jìn)行教學(xué)應(yīng)成為我們重塑教與學(xué)的新原點(diǎn)。

*本文系黑龍江省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度重點(diǎn)課題“依托‘研課、上課、聽(tīng)課、解課’四位一體的磨課模式提升教師專(zhuān)業(yè)能力的實(shí)踐研究”（批準(zhǔn)號(hào)：JJB1318015）的階段性研究成果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李剛，呂玉杰.科學(xué)教育中的大概念：指向?qū)W生科學(xué)觀念的獲得[J].自然辯證法研究，2019（9）.

[2] 何彩霞.學(xué)科大概念與化學(xué)實(shí)驗(yàn)單元教學(xué)[J].基礎(chǔ)教育課程，2019（9）.

[3] 〔美〕Richard A.Duschl.第二維度：跨領(lǐng)域概念——解讀《K12科學(xué)教育框架》[J].葉兆寧，譯.中國(guó)科技教育，2012（4）