談連接“原點(diǎn)”與“未來”的教學(xué)設(shè)計(jì)

陳 懿

好的教育，始于今日之啟蒙，成于未來之創(chuàng)造。化學(xué)，作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代自然科學(xué)和中心科學(xué)，其對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的巨大意義已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了學(xué)科本身。南京外國語學(xué)校的化學(xué)教育，在STEM 教育的視域下，立足教學(xué)原點(diǎn)，培育核心素養(yǎng)，以優(yōu)質(zhì)的化學(xué)啟蒙和生長教育為進(jìn)路，彰顯“讓原點(diǎn)與未來對(duì)話”的教學(xué)主張。這里所謂“原點(diǎn)”，即學(xué)生的前認(rèn)知狀態(tài)，這一狀態(tài)是隨著學(xué)習(xí)的發(fā)生和發(fā)展而不斷前移的。所謂“未來”，即知識(shí)創(chuàng)新和學(xué)生的終身發(fā)展，是教學(xué)的終極目標(biāo)?！霸c(diǎn)”與“未來”的有效聯(lián)結(jié)則必須通過相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)及其行為——“對(duì)話”才能得以實(shí)現(xiàn)。

一、強(qiáng)調(diào)知識(shí)的生長

知識(shí)及其聯(lián)結(jié)是教學(xué)設(shè)計(jì)的基線。夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)并使其具有簡明的結(jié)構(gòu)，完成由靜態(tài)知識(shí)的積累到動(dòng)態(tài)知識(shí)結(jié)構(gòu)的生長，是學(xué)習(xí)化學(xué)的基本功，也是化學(xué)教學(xué)的初始任務(wù)。教科書的舊知雖然相對(duì)陳舊固化，但卻給我們提供了知識(shí)的雛形和原型，這種雛形和原型是學(xué)生進(jìn)入科學(xué)之門的基石。盡管現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展一日千里，但初始認(rèn)知的啟蒙對(duì)于學(xué)習(xí)的意義仍舊十分重大。從知識(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)的視角來看，這里的“原點(diǎn)”，一般可以理解為學(xué)生在教科書中已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)。上化學(xué)課，至關(guān)重要的一點(diǎn)是必須把握好學(xué)生的化學(xué)知識(shí)是如何發(fā)生的，立足原點(diǎn)，弄清知識(shí)的來龍去脈。“讓原點(diǎn)與未來對(duì)話”，其首要的前提就是以教學(xué)評(píng)的一致性為路徑，立足課程標(biāo)準(zhǔn)和教科書，守好教學(xué)基線，追求核心素養(yǎng)。

以人教版高中化學(xué)教材必修1“物質(zhì)的量”教學(xué)為例，原有摩爾概念是以碳-12 的相對(duì)原子質(zhì)量為基礎(chǔ)定義的，化學(xué)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(jì)量大會(huì)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(hào)mol，SI 的物質(zhì)的量單位。1mol 精確包含6.022 140 76×1023個(gè)基本粒子。在新的摩爾定義下，摩爾質(zhì)量與相對(duì)原子質(zhì)量（相對(duì)分子質(zhì)量）在數(shù)值上不再完全相等，知識(shí)的邊界正在發(fā)生變更，教師原有的慣性教學(xué)思維將發(fā)生變化，對(duì)未來的教學(xué)將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。面對(duì)知識(shí)的生長，不僅今后使用的新教材的知識(shí)框架會(huì)做相應(yīng)的調(diào)整，我們當(dāng)下的教學(xué)設(shè)計(jì)也必須發(fā)生改變，更好地適應(yīng)未來知識(shí)的創(chuàng)新。

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

二、注重方法的生長

化學(xué)知識(shí)的生長關(guān)鍵是兩個(gè)方面：一是認(rèn)識(shí)和描述化學(xué)事實(shí)，二是學(xué)會(huì)用相關(guān)的理論（假說）解釋事實(shí)?？茖W(xué)知識(shí)生長的過程伴隨著科學(xué)方法的生長，學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的過程也是不斷學(xué)習(xí)和運(yùn)用化學(xué)方法的過程。從初三到高中必修、選修三個(gè)階段的“元素周期表”教學(xué)中，以具體元素知識(shí)的積累為起點(diǎn)，經(jīng)歷逐步系統(tǒng)化的歸納，形成假說，獲得規(guī)律，從而達(dá)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(xué)設(shè)計(jì)中，科學(xué)方法教育的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

化學(xué)問題的解決依賴科學(xué)方法，除了數(shù)理方法之外，實(shí)驗(yàn)方法是化學(xué)最具有學(xué)科特質(zhì)、最重要的方法。化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法在本質(zhì)上是技術(shù)的，現(xiàn)代化學(xué)的每一次重大發(fā)現(xiàn)幾乎都與技術(shù)進(jìn)步對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的推動(dòng)密切相關(guān)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化學(xué)教學(xué)的基石，也是化學(xué)教學(xué)的捷徑，而實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)化正是我們團(tuán)隊(duì)化學(xué)教學(xué)優(yōu)化的重要支點(diǎn)?；赟TEM 的化學(xué)教學(xué)，使得現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)與傳統(tǒng)的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，由表及里，探究本質(zhì)。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(shí)驗(yàn)得到了現(xiàn)代技術(shù)的支撐，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)本質(zhì)的闡釋，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的直觀與現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)的升華實(shí)現(xiàn)了交相輝映。

例如，筆者在“離子反應(yīng)”專題復(fù)習(xí)課中設(shè)計(jì)了“碳酸鋇和硫酸鋇能否相互轉(zhuǎn)化？”這一問題討論環(huán)節(jié)，利用手持技術(shù)，對(duì)“1mol 硫酸鈉中加碳酸鋇”“蒸餾水中加碳酸鋇”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較，并在此基礎(chǔ)上討論能否通過理論計(jì)算預(yù)測反應(yīng)的可能性，從而揭示知識(shí)和問題的本質(zhì)，“變化觀念與平衡思想”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”等學(xué)科核心素養(yǎng)要求得以落實(shí)。正是因?yàn)榉椒ǖ纳L，才有了對(duì)知識(shí)的深層理解，從而使深度學(xué)習(xí)真正發(fā)生。同時(shí)，深度學(xué)習(xí)則促進(jìn)了新知識(shí)、新方法的生長。

三、優(yōu)化思維的生長

科學(xué)思維是以探索和發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)及其規(guī)律為目標(biāo)的認(rèn)知性思維，其成果通常以科學(xué)概念、科學(xué)理論、科學(xué)定律、科學(xué)規(guī)律等方式體現(xiàn)。科學(xué)思維的基礎(chǔ)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(xué)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(dú)立的質(zhì)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?yàn)樘卣鞯膭?chuàng)造性思維，思維的生長與化學(xué)的深度學(xué)習(xí)總是相伴相生，形影不離。

以“氯化鈉的組成與結(jié)構(gòu)”教學(xué)為例，從九年級(jí)化學(xué)的“氯化鈉由鈉離子和氯離子構(gòu)成”到高一必修的“鈉離子和氯離子通過離子鍵構(gòu)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(nèi)容的“氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)”，隨著各學(xué)段新授課的推進(jìn)，從離子到離子鍵再到離子晶體（晶胞），知識(shí)層次不斷提升，科學(xué)思維不斷生長，深度學(xué)習(xí)不斷發(fā)生，核心素養(yǎng)不斷發(fā)展。到了高考復(fù)習(xí)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(jì)算，結(jié)構(gòu)分析和符號(hào)表征，科學(xué)思維的品質(zhì)進(jìn)一步得以彰顯。通過從微觀層面理解物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，并能預(yù)測類似物質(zhì)可能的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，分析相關(guān)證據(jù)，逐步建立模型，從而使“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等核心素養(yǎng)有效積淀。每一階段的教學(xué)設(shè)計(jì)，都不能忽視科學(xué)思維的教學(xué)指向，看似簡單的知識(shí)點(diǎn)教學(xué)，其背后是看不見的科學(xué)思維的深刻。從教學(xué)的原點(diǎn)到未來的創(chuàng)造，見證思維生長的力量。

四、激勵(lì)主體的生長

學(xué)生是教育的主體。促進(jìn)學(xué)生的終身發(fā)展是學(xué)校教育的“未來”使命?；瘜W(xué)教學(xué)的目的就是要讓學(xué)生從生活走進(jìn)化學(xué)，具備化學(xué)的核心素養(yǎng)，進(jìn)而從化學(xué)走向社會(huì)，走向世界，走向未來。教學(xué)的“原點(diǎn)”是基礎(chǔ)課程的支點(diǎn)，是知識(shí)啟蒙的支點(diǎn)，更是學(xué)生身心成長的出發(fā)點(diǎn)。一節(jié)課，每一點(diǎn)知識(shí)積累，每一次問題解決，每一個(gè)探究活動(dòng)，“原點(diǎn)”與“未來”的“對(duì)話”無處不在。教學(xué)的“未來”是為每一個(gè)學(xué)生積蓄創(chuàng)造的力量，仰望遙遠(yuǎn)的星空，成就生命的光輝。未來的科技人才不僅要會(huì)理論上學(xué)出來，更要會(huì)在物化的層面做出來。

筆者的團(tuán)隊(duì)組織學(xué)生成立了STEM+化學(xué)學(xué)習(xí)小組，以兩個(gè)“PBL”（基于問題的學(xué)習(xí)Problem-Based Learning 和基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)Project-Based Learning）學(xué)習(xí)方式為教學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)在各種不同的學(xué)習(xí)情境下的體驗(yàn)式、多形式的學(xué)習(xí)活動(dòng)，十分有利于深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。PBL 學(xué)習(xí)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(shí)踐過程，STEM 的多學(xué)科、多視角“問題群”，必然使學(xué)習(xí)過程更富有探索性和創(chuàng)造性。尤其是STEM 學(xué)習(xí)有了物化空間的承載，而物化的學(xué)習(xí)則為技術(shù)素養(yǎng)和工程素養(yǎng)的形成提供了保障。在STEM 的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)生可以像科學(xué)家一樣去研究、去發(fā)現(xiàn)；像工程師一樣去設(shè)計(jì)、去創(chuàng)造。當(dāng)STEM 學(xué)習(xí)進(jìn)入“物化”層面后，一個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施，更需要團(tuán)隊(duì)合作和許多實(shí)際發(fā)生的實(shí)踐過程才能實(shí)現(xiàn)，真實(shí)而又豐富多元。

例如，化學(xué)學(xué)習(xí)小組的學(xué)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(biāo)準(zhǔn)曲線”等實(shí)驗(yàn)研究學(xué)習(xí)，體現(xiàn)了“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”學(xué)科核心素養(yǎng)。

當(dāng)今化學(xué)及其教學(xué)，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(xí)慣的思維去固化教學(xué)，而應(yīng)以創(chuàng)新的視角去活化教學(xué)。簡單的知識(shí)與高難的創(chuàng)造之間似乎遙不可及，教學(xué)原點(diǎn)與創(chuàng)造未來之間顯然存在著“最遙遠(yuǎn)的距離”。然而，“讓原點(diǎn)與未來對(duì)話”卻可以縮短這一遙遠(yuǎn)的距離。