談連接“原點”與“未來”的教學設計

陳 懿

好的教育，始于今日之啟蒙，成于未來之創(chuàng)造。化學，作為一門以實驗為基礎的現(xiàn)代自然科學和中心科學，其對人類社會發(fā)展的巨大意義已遠遠超越了學科本身。南京外國語學校的化學教育，在STEM 教育的視域下，立足教學原點，培育核心素養(yǎng)，以優(yōu)質的化學啟蒙和生長教育為進路，彰顯“讓原點與未來對話”的教學主張。這里所謂“原點”，即學生的前認知狀態(tài)，這一狀態(tài)是隨著學習的發(fā)生和發(fā)展而不斷前移的。所謂“未來”，即知識創(chuàng)新和學生的終身發(fā)展，是教學的終極目標?！霸c”與“未來”的有效聯(lián)結則必須通過相應的教學設計及其行為——“對話”才能得以實現(xiàn)。

一、強調知識的生長

知識及其聯(lián)結是教學設計的基線。夯實基礎知識并使其具有簡明的結構，完成由靜態(tài)知識的積累到動態(tài)知識結構的生長，是學習化學的基本功，也是化學教學的初始任務。教科書的舊知雖然相對陳舊固化，但卻給我們提供了知識的雛形和原型，這種雛形和原型是學生進入科學之門的基石。盡管現(xiàn)代科學的發(fā)展一日千里，但初始認知的啟蒙對于學習的意義仍舊十分重大。從知識教學設計的視角來看，這里的“原點”，一般可以理解為學生在教科書中已經(jīng)學過的知識。上化學課，至關重要的一點是必須把握好學生的化學知識是如何發(fā)生的，立足原點，弄清知識的來龍去脈?！白屧c與未來對話”，其首要的前提就是以教學評的一致性為路徑，立足課程標準和教科書，守好教學基線，追求核心素養(yǎng)。

以人教版高中化學教材必修1“物質的量”教學為例，原有摩爾概念是以碳-12 的相對原子質量為基礎定義的，化學教科書中沿用至今。但由于該定義又受到千克定義的制約，第26 屆國際計量大會通過決議，將摩爾的定義改由常數(shù)定義，重新定義為：摩爾，符號mol，SI 的物質的量單位。1mol 精確包含6.022 140 76×1023個基本粒子。在新的摩爾定義下，摩爾質量與相對原子質量（相對分子質量）在數(shù)值上不再完全相等，知識的邊界正在發(fā)生變更，教師原有的慣性教學思維將發(fā)生變化，對未來的教學將產生深遠的影響。面對知識的生長，不僅今后使用的新教材的知識框架會做相應的調整，我們當下的教學設計也必須發(fā)生改變，更好地適應未來知識的創(chuàng)新。

此外，“大概念”（big idea）在教學設計中也可以成為知識生長的原點。例如，教材《化學反應原理》中的“水溶液中的離子平衡”單元包括了弱電解質的電離、水的電離和溶液的酸堿性、鹽類的水解、難溶電解質的溶解平衡等，教學時將其視為“化學平衡”情境衍生的平衡狀態(tài)，不僅可降低知識的陌生度，也非常有利于新知識的生長。

二、注重方法的生長

化學知識的生長關鍵是兩個方面：一是認識和描述化學事實，二是學會用相關的理論（假說）解釋事實。科學知識生長的過程伴隨著科學方法的生長，學習化學知識的過程也是不斷學習和運用化學方法的過程。從初三到高中必修、選修三個階段的“元素周期表”教學中，以具體元素知識的積累為起點，經(jīng)歷逐步系統(tǒng)化的歸納，形成假說，獲得規(guī)律，從而達到理論的演繹，從而形成比較完整的“歸納—演繹”邏輯方法體系。因此，教學設計中，科學方法教育的設計至關重要。

化學問題的解決依賴科學方法，除了數(shù)理方法之外，實驗方法是化學最具有學科特質、最重要的方法?；瘜W實驗方法在本質上是技術的，現(xiàn)代化學的每一次重大發(fā)現(xiàn)幾乎都與技術進步對實驗方法的推動密切相關。實驗教學是化學教學的基石，也是化學教學的捷徑，而實驗方法的優(yōu)化正是我們團隊化學教學優(yōu)化的重要支點?；赟TEM 的化學教學，使得現(xiàn)代實驗技術與傳統(tǒng)的中學化學實驗教學有機結合，由表及里，探究本質。在這里，空氣的組成、鐵生銹、酸堿中和、次氯酸的分解……這些看似簡單的傳統(tǒng)實驗得到了現(xiàn)代技術的支撐，實現(xiàn)了知識本質的闡釋，傳統(tǒng)實驗教學的直觀與現(xiàn)代實驗技術的升華實現(xiàn)了交相輝映。

例如，筆者在“離子反應”專題復習課中設計了“碳酸鋇和硫酸鋇能否相互轉化？”這一問題討論環(huán)節(jié)，利用手持技術，對“1mol 硫酸鈉中加碳酸鋇”“蒸餾水中加碳酸鋇”進行實驗比較，并在此基礎上討論能否通過理論計算預測反應的可能性，從而揭示知識和問題的本質，“變化觀念與平衡思想”“科學探究與創(chuàng)新意識”等學科核心素養(yǎng)要求得以落實。正是因為方法的生長，才有了對知識的深層理解，從而使深度學習真正發(fā)生。同時，深度學習則促進了新知識、新方法的生長。

三、優(yōu)化思維的生長

科學思維是以探索和發(fā)現(xiàn)事物的本質及其規(guī)律為目標的認知性思維，其成果通常以科學概念、科學理論、科學定律、科學規(guī)律等方式體現(xiàn)?？茖W思維的基礎是邏輯思維，創(chuàng)造性思維則是形象思維、抽象思維和直覺思維的綜合體，是科學思維發(fā)展的最高階段。從比較與分類、歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括等常規(guī)的邏輯思維到獨立的質疑、求證、判斷和反思的批判性思維，再到以好奇、想象、靈感和頓悟為特征的創(chuàng)造性思維，思維的生長與化學的深度學習總是相伴相生，形影不離。

以“氯化鈉的組成與結構”教學為例，從九年級化學的“氯化鈉由鈉離子和氯離子構成”到高一必修的“鈉離子和氯離子通過離子鍵構成氯化鈉”（堿金屬與鹵素形成化合物的一般規(guī)律），再到高二選修內容的“氯化鈉晶體結構”，隨著各學段新授課的推進，從離子到離子鍵再到離子晶體（晶胞），知識層次不斷提升，科學思維不斷生長，深度學習不斷發(fā)生，核心素養(yǎng)不斷發(fā)展。到了高考復習課層面，遷移解決新情境下類似氯化鈉型體心晶胞的一類問題，空間想象和微觀計算，結構分析和符號表征，科學思維的品質進一步得以彰顯。通過從微觀層面理解物質的組成、結構和性質的關系，并能預測類似物質可能的結構與性質，分析相關證據(jù)，逐步建立模型，從而使“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認知”等核心素養(yǎng)有效積淀。每一階段的教學設計，都不能忽視科學思維的教學指向，看似簡單的知識點教學，其背后是看不見的科學思維的深刻。從教學的原點到未來的創(chuàng)造，見證思維生長的力量。

四、激勵主體的生長

學生是教育的主體。促進學生的終身發(fā)展是學校教育的“未來”使命。化學教學的目的就是要讓學生從生活走進化學，具備化學的核心素養(yǎng)，進而從化學走向社會，走向世界，走向未來。教學的“原點”是基礎課程的支點，是知識啟蒙的支點，更是學生身心成長的出發(fā)點。一節(jié)課，每一點知識積累，每一次問題解決，每一個探究活動，“原點”與“未來”的“對話”無處不在。教學的“未來”是為每一個學生積蓄創(chuàng)造的力量，仰望遙遠的星空，成就生命的光輝。未來的科技人才不僅要會理論上學出來，更要會在物化的層面做出來。

筆者的團隊組織學生成立了STEM+化學學習小組，以兩個“PBL”（基于問題的學習Problem-Based Learning 和基于項目的學習Project-Based Learning）學習方式為教學設計的基礎，設計在各種不同的學習情境下的體驗式、多形式的學習活動，十分有利于深度學習的發(fā)生。PBL 學習不是空泛地提出問題、分析問題和解決問題，而是一種系統(tǒng)思維和實踐過程，STEM 的多學科、多視角“問題群”，必然使學習過程更富有探索性和創(chuàng)造性。尤其是STEM 學習有了物化空間的承載，而物化的學習則為技術素養(yǎng)和工程素養(yǎng)的形成提供了保障。在STEM 的學習活動中，學生可以像科學家一樣去研究、去發(fā)現(xiàn)；像工程師一樣去設計、去創(chuàng)造。當STEM 學習進入“物化”層面后，一個項目的實施，更需要團隊合作和許多實際發(fā)生的實踐過程才能實現(xiàn)，真實而又豐富多元。

例如，化學學習小組的學生用紫外分光光度法開展“測定鹽水鴨中亞硝酸鹽的含量”“測定火腿腸中亞硝酸鹽的含量”“探究隔夜菜是否可以食用——繪制標準曲線”等實驗研究學習，體現(xiàn)了“科學探究與創(chuàng)新意識”“科學精神與社會責任”學科核心素養(yǎng)。

當今化學及其教學，有的是已知的已知（即舊知），有的是已知的未知（即新知），還有的是未知的未知。我們不能只用習慣的思維去固化教學，而應以創(chuàng)新的視角去活化教學。簡單的知識與高難的創(chuàng)造之間似乎遙不可及，教學原點與創(chuàng)造未來之間顯然存在著“最遙遠的距離”。然而，“讓原點與未來對話”卻可以縮短這一遙遠的距離。