基于大概念與科學(xué)實(shí)踐的連貫課程設(shè)計(jì)

周玉芝

關(guān)鍵詞：連貫課程;大概念;科學(xué)實(shí)踐;AP化學(xué)

美國大學(xué)先修課程（Advanced Placement Course，以下簡稱AP）是由美國大學(xué)理事會主持開發(fā)的面向?qū)W有余力的優(yōu)秀高中生提供的大學(xué)先修課程。該課程可以幫助高中生提前學(xué)到大學(xué)課程（一般為大學(xué)一年級的水平），并有機(jī)會獲得大學(xué)的學(xué)分。研究表明，在美國AP考試中取得3分或更高成績的學(xué)生通常會在大學(xué)里獲得更大的學(xué)業(yè)成功，這種成效的取得與其課程不斷吸收先進(jìn)的教育教學(xué)理念來優(yōu)化課程內(nèi)容和課程結(jié)構(gòu)具有一定關(guān)系。美國AP化學(xué)課程以學(xué)科大概念為課程組織框架、強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識與科學(xué)實(shí)踐進(jìn)行統(tǒng)整等特色已引起我國專家和學(xué)者的關(guān)注。2019年秋季，美國大學(xué)理事會又一次修訂了AP化學(xué)、物理、生物等課程和考試說明（course and exam description），這是繼2014年頒布的課程和考試說明后的再次修訂。新修訂的科學(xué)類AP課程不僅確定了新的學(xué)科大概念，而且基于大概念和科學(xué)實(shí)踐為課程的組織要素，構(gòu)建了外顯的連貫性課程設(shè)計(jì)。

我國教育部在2018年發(fā)布的《普通高中課程方案（2017年版）》強(qiáng)調(diào)要形成以學(xué)科大概念為核心的結(jié)構(gòu)化課程內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)。研究美國AP化學(xué)課程基于大概念和科學(xué)實(shí)踐的課程設(shè)計(jì)方法對一線教師開展學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)為導(dǎo)向的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)具有參考和借鑒價(jià)值。

1美國AP化學(xué)課程設(shè)計(jì)方法及其分析

1.1構(gòu)建以大概念為統(tǒng)領(lǐng)的學(xué)科知識內(nèi)容結(jié)構(gòu)

隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，新的科學(xué)知識與技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如何平衡課程內(nèi)容廣度和理解深度就成為課程設(shè)計(jì)中不得不面對的現(xiàn)實(shí)問題。對專家和新手的知識結(jié)構(gòu)研究表明，專家具有圍繞本領(lǐng)域內(nèi)主要的組織原則和基本概念原理組織起來的高度關(guān)聯(lián)的知識結(jié)構(gòu)，這種知識結(jié)構(gòu)可以幫助他們辨別問題的本質(zhì)，并在提取和運(yùn)用知識時(shí)更為快捷有效。因此，很多研究主張通過具有遷移價(jià)值和統(tǒng)攝價(jià)值的大概念來幫助學(xué)生構(gòu)建合理的知識結(jié)構(gòu)，使他們能夠把所學(xué)知識進(jìn)行舉一反三和遷移應(yīng)用，從而達(dá)到以少勝多的目的。

美國《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)科學(xué)課程要圍繞一系列有限的大概念來組織展開，給學(xué)生足夠的機(jī)會和時(shí)間去理解和實(shí)踐，以幫助學(xué)生建立對科學(xué)更為深入、連貫、系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)。我國《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》亦指出：重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化;化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的組織，應(yīng)有利于促進(jìn)學(xué)生從化學(xué)學(xué)科知識向化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化，而內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化則是實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。

美國AP化學(xué)課程構(gòu)建了以大概念為統(tǒng)領(lǐng)的學(xué)科知識內(nèi)容結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)如圖1所示。

最上位起到統(tǒng)領(lǐng)作用的是大概念，下一層級是對大概念展開所形成的多個(gè)重要概念（也稱為持久理解），每一持久理解的下一層級為支持該持久理解形成所必需的基本知識。構(gòu)建以上學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的好處是不必讓學(xué)生去記憶大量的事實(shí)性知識，只需要選擇最基本的支持大概念和持久理解的基本知識即可，教學(xué)重點(diǎn)更加聚焦于具有遷移價(jià)值的大概念及其持久理解。下面分別闡述大概念、持久理解和基本知識的確定。

1.1.1確定學(xué)科大概念

什么是大概念呢？美國下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)對大概念（core ideas）是這樣界定的：大概念是具有解釋力的概念，可以幫助學(xué)習(xí)者認(rèn)識自然界的各個(gè)重要方面，而且大概念可以為新知識的獲取提供組織結(jié)構(gòu)。確定大概念的標(biāo)準(zhǔn)為：對于多個(gè)學(xué)科來說都是非常重要的或者是某一學(xué)科的關(guān)鍵性原理;為理解和研究更為復(fù)雜的概念和解決問題提供重要工具;與學(xué)生的興趣和生活經(jīng)驗(yàn)相關(guān)，或者關(guān)系到社會和個(gè)人的需要利用科學(xué)或技術(shù)知識來理解的利害關(guān)系;在各個(gè)年級都可以進(jìn)行不同水平的教與學(xué)，概念的深度和復(fù)雜度隨著年級的增長也日趨增長。

我國《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：大概念是處于學(xué)科中心位置、對學(xué)生學(xué)習(xí)具有引領(lǐng)作用的基礎(chǔ)知識。在生物學(xué)課程中，大概念包括了對原理、理論等的理解和解釋，是生物學(xué)科知識的主干部分。

對于一個(gè)學(xué)科而言，確定哪些概念是學(xué)科大概念并非易事。2014年的美國《AP化學(xué)課程與考試說明》首次提出了AP化學(xué)課程的6個(gè)化學(xué)大概念（見表1）。這6個(gè)大概念涉及了物質(zhì)的組成與構(gòu)成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、物質(zhì)的變化、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)鍵和分子問作用力等知識內(nèi)容。

但在2019年美國AP化學(xué)課程中，化學(xué)大概念變?yōu)榱?個(gè)，分別為“尺度、比例和數(shù)量”“結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”“轉(zhuǎn)化”和“能量”（見表1）。不僅新增了“尺度、比例和數(shù)量”和“能量”兩個(gè)大概念，而且2019年美國AP化學(xué)課程中“轉(zhuǎn)化”大概念的含義也與2014年美國AP化學(xué)課程中的“物質(zhì)的變化包括原子的重排以及電子的轉(zhuǎn)移”以及“化學(xué)反應(yīng)速率由分子如何碰撞所決定”兩個(gè)大概念的含義有所不同。

在2019年美國AP化學(xué)課程中，一些與數(shù)量、尺度相關(guān)的知識被組織到“尺度、比例和數(shù)量”這一大概念下，而在2014年美國AP化學(xué)課程中這些知識分別統(tǒng)攝在物質(zhì)的組成和構(gòu)成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等大概念下。2019年美國AP化學(xué)課程還把動力學(xué)、熱力學(xué)等主題中與能量相關(guān)的知識關(guān)聯(lián)到了“能量”這一大概念下。例如，動力學(xué)主題中有關(guān)催化劑的知識放在了大概念“能量”下，而反應(yīng)速率和粒子碰撞的頻率之間有關(guān)系等知識則放在了大概念“轉(zhuǎn)化”下。

通過美國AP化學(xué)課程大概念的變化可知，一門課程的學(xué)科大概念不是固定不變的。相比于2014年美國AP化學(xué)課程所提出的6個(gè)大概念，2019年美國AP化學(xué)課程所選定的大概念更加概括，也更傾向于跨學(xué)科，是從定量、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)化和能量四個(gè)視角構(gòu)建學(xué)科知識結(jié)構(gòu)。這種變化意味著對定量研究意識的強(qiáng)調(diào)和希望學(xué)生具有更加橫向貫通的知識結(jié)構(gòu)。

1.1.2確定大概念為統(tǒng)領(lǐng)的重要概念

在美國AP化學(xué)課程中，確定了學(xué)科大概念后，進(jìn)而確定出一些相關(guān)的重要概念，這些重要概念被稱為“持久理解”（enduring understanding），相當(dāng)于是從不同角度和不同層面對大概念的理解。以“尺度、比例和數(shù)量”這一化學(xué)學(xué)科大概念為例，該大概念下有5個(gè)持久理解，見表2。

由表2可見，大概念“尺度、比例和數(shù)量”的持久理解涉及物質(zhì)的量、化學(xué)式、物質(zhì)的溶解度、質(zhì)量守恒定律、溶液pH等知識，指導(dǎo)學(xué)生建立定量化研究與表征化學(xué)的觀念。

1.1.3確定支持大概念持久理解學(xué)習(xí)的基本知識

在每個(gè)持久理解下還有若干支持其學(xué)習(xí)與理解的基本知識（essential knowledge）。例如，支持表2中的持久理解“Ideal.1摩爾使不同的單位能夠進(jìn)行比較”的基本知識有以下5項(xiàng)，見表3。

對比表2和表3，可以看到相比于大概念的持久理解，基本知識則更加具體，比較貼近教科書上的具體知識要點(diǎn)，由這些基本知識支持學(xué)生理解更具統(tǒng)攝性的持久理解。例如，學(xué)生通過認(rèn)識物質(zhì)的量、摩爾、阿伏伽德羅常數(shù)、摩爾質(zhì)量以及相對原子質(zhì)量的含義等來理解摩爾使不同的單位能夠進(jìn)行比較。

1.2從學(xué)科知識結(jié)構(gòu)到教學(xué)組織結(jié)構(gòu)

雖然依據(jù)學(xué)科大概念組織的知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行教學(xué)有利于學(xué)生構(gòu)建基于學(xué)科大概念為聯(lián)結(jié)的知識結(jié)構(gòu)，但還要考慮知識的難度以及單一主題的持續(xù)學(xué)習(xí)對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣可能引起的負(fù)面影響。2019年美國AP化學(xué)課程設(shè)置了原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、分子和離子化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、分子問作用力與性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)動力學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)平衡、酸和堿、化學(xué)熱力學(xué)應(yīng)用9個(gè)教學(xué)單元（unit）。這9個(gè)教學(xué)單元的內(nèi)部是這樣組織的：

（1）一個(gè)教學(xué)單元一般包含7～14個(gè)教學(xué)主題（topic），每一個(gè)主題的教學(xué)聚焦于一個(gè)大概念的持久理解。圖2為這九個(gè)教學(xué)單元的主題所聚焦的大概念的持久理解。

（2）在每一教學(xué)單元的每一主題的教學(xué)聚焦于1個(gè)大概念的持久理解的同時(shí)，每一大概念的持久理解一般是經(jīng)歷2～3個(gè)教學(xué)主題的教學(xué)。如圖2所示，單元1中的大概念的持久理解“Ideal.1摩爾使不同的單位能夠進(jìn)行比較”分別是主題1和主題2教學(xué)所聚焦的核心。這樣設(shè)計(jì)的目的是既保證每一教學(xué)主題的知識內(nèi)容是以學(xué)科大概念為主線的，又保證給予大概念的持久理解以充足的學(xué)習(xí)時(shí)間，讓學(xué)生能夠基于不同主題情境來發(fā)展對學(xué)科大概念的深入理解。

（3）每一單元的各個(gè)主題所聚焦的大概念相對比較集中。如圖2所示，單元2的7個(gè)主題都是圍繞大概念2的持久理解，單元3中13個(gè)主題里有10個(gè)主題是圍繞大概念2的持久理解而進(jìn)行教學(xué)。

另一方面，并不是一個(gè)大概念的所有持久理解均安排在一個(gè)教學(xué)單元中，而是進(jìn)行了一定的切割。例如，大概念2的10項(xiàng)持久理解分割在單元1、單元2、單元3和單元8的教學(xué)中，這樣安排的目的是為了使一個(gè)單元的教學(xué)時(shí)間不至于過于冗長，防止引起學(xué)生的認(rèn)知疲勞，或?yàn)榱私档蛯W(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知難度。

從整體來看，美國AP化學(xué)課程的組織要素是學(xué)科大概念的持久理解，構(gòu)建了由主題到主題以及由單元到單元的基于大概念持久理解而形成的連貫學(xué)習(xí)序列。沿著學(xué)習(xí)進(jìn)程的推進(jìn)，大概念的持久理解也隨之逐漸發(fā)展。如圖2所示，從單元1到單元3，大概念的持久理解從Idea2.1進(jìn)展到Idea2.8，到第8單元，再發(fā)展到Idea2.10。

1.3基于大概念和科學(xué)實(shí)踐雙主線的課程設(shè)計(jì)

除學(xué)科知識內(nèi)容外，美國AP化學(xué)課程的另一基本組成要素為科學(xué)實(shí)踐。美國AP化學(xué)課程要求發(fā)展以下6項(xiàng)科學(xué)實(shí)踐：（1）確定科學(xué)問題和探究方法;（2）描述模型或表征;（3）分析和解釋模型;（4）創(chuàng)立表征或模型;（5）運(yùn)用數(shù)學(xué)方法;（6）科學(xué)論證。

對于每一項(xiàng)科學(xué)實(shí)踐，美國AP化學(xué)課程與考試說明中均給出了細(xì)化的能力要求。例如，對于確定科學(xué)問題和探究方法這一科學(xué)實(shí)踐，美國AP化學(xué)課程提出了以下能力要求：1.1根據(jù)觀察、數(shù)據(jù)或模型確定可測試的科學(xué)問題;1.2提出假設(shè)或預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果;1.3確定針對探究問題的實(shí)驗(yàn)程序;1.4在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行觀察或收集數(shù)據(jù)，同時(shí)注意實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精密度;1.5識別或描述實(shí)驗(yàn)誤差的潛在來源;1.6解釋對實(shí)驗(yàn)程序的修改將如何改變結(jié)果。

美國AP化學(xué)課程的每一單元的每一主題的教學(xué)除了聚焦于一項(xiàng)持久理解外，還會有一項(xiàng)需要著重培養(yǎng)的科學(xué)實(shí)踐能力。在每一單元的起始，均有一張關(guān)于本單元主題教學(xué)所聚焦的持久理解和科學(xué)實(shí)踐能力培養(yǎng)的明細(xì)表（見表4）。

由表4可見，第1教學(xué)單元的每一主題除了聚焦于一項(xiàng)大概念的持久理解外，還聚焦一項(xiàng)科學(xué)實(shí)踐能力培養(yǎng)。這樣設(shè)計(jì)的目的是讓每一教學(xué)主題重點(diǎn)發(fā)展一項(xiàng)細(xì)化的科學(xué)實(shí)踐能力，從而避免簡單地教科學(xué)探究程序的問題。

如果我們把美國AP化學(xué)課程中6項(xiàng)科學(xué)實(shí)踐在各個(gè)單元的培養(yǎng)分布制作一張圖（見圖3），可以看到每一單元涉及不同的科學(xué)實(shí)踐，但每一科學(xué)實(shí)踐會在不同單元教學(xué)中反復(fù)出現(xiàn)，這就使學(xué)生能夠基于不同的教學(xué)內(nèi)容和不同的學(xué)習(xí)情境來反復(fù)練習(xí)科學(xué)實(shí)踐技能，實(shí)現(xiàn)科學(xué)實(shí)踐能力的螺旋式發(fā)展。

綜上所述，美國AP化學(xué)課程是基于大概念和科學(xué)實(shí)踐雙主線的連貫課程設(shè)計(jì)（見圖4），這種課程設(shè)計(jì)在有利于學(xué)生構(gòu)建以大概念為統(tǒng)領(lǐng)的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的同時(shí)，系統(tǒng)發(fā)展其科學(xué)實(shí)踐能力。

2對核心素養(yǎng)導(dǎo)向教學(xué)設(shè)計(jì)的啟示

2.1整體把握基于大概念的課程內(nèi)容體系

美國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會“2061”計(jì)劃委員會指出：連貫性是高質(zhì)量的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、課程安排、教學(xué)指導(dǎo)和評價(jià)體系的基本要求。連貫的課程為學(xué)生創(chuàng)造了這樣一種可能：隨著學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)的進(jìn)步，他們可以用更高的水準(zhǔn)來理解概念，從而發(fā)展他們對周圍世界的認(rèn)知能力。以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)更是需要通過連貫性的教學(xué)來促進(jìn)關(guān)鍵能力和學(xué)科核心素養(yǎng)循序漸進(jìn)地發(fā)展。美國AP化學(xué)課程提供了一種基于學(xué)科大概念進(jìn)行整體課程設(shè)計(jì)的樣例，建議一線教師在分析我國國家課程標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，從大概念視角對本學(xué)科知識的結(jié)構(gòu)進(jìn)行梳理，把握學(xué)科知識結(jié)構(gòu);據(jù)此結(jié)合學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ)整體規(guī)劃各個(gè)學(xué)年的教學(xué)單元和主題，通過聚焦于大概念及其理解的連貫教學(xué)來避免淺顯地覆蓋大量的主題，使學(xué)生能夠有充分的時(shí)間進(jìn)行探究與深度學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生形成專家型的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，發(fā)展綜合思維能力和問題解決能力。

2.2通過系統(tǒng)化設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)

依據(jù)普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版），化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析”“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”“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”5個(gè)方面，涉及證據(jù)推理、科學(xué)探究等重要學(xué)科能力的培養(yǎng)。學(xué)科能力和學(xué)科核心素養(yǎng)都需要循序漸進(jìn)地進(jìn)行培養(yǎng)，短期和缺乏系統(tǒng)性的學(xué)科能力培養(yǎng)活動勢必?zé)o法真正促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展。例如，很多教師將科學(xué)探究的教學(xué)目標(biāo)定為初步體驗(yàn)或掌握科學(xué)探究的基本過程與程序，探究能力培養(yǎng)的教學(xué)成了教“探究流程”的教學(xué)，學(xué)生沒有時(shí)問與機(jī)會進(jìn)行深入的探究、思考、體驗(yàn)與發(fā)現(xiàn)，因而學(xué)生的實(shí)際獲得較少。我們知道，即便學(xué)生掌握了科學(xué)探究的一般程序，但這并不意味他們具有諸如開發(fā)或使用多種類型的模型來預(yù)測現(xiàn)象、說明機(jī)理等進(jìn)行真正科學(xué)探究所需要的能力，因此為學(xué)生提供真正的發(fā)展其科學(xué)探究能力的鍛煉機(jī)會，有計(jì)劃、有目的地培養(yǎng)其科學(xué)實(shí)踐能力就變得十分必要。

美國AP化學(xué)課程在系統(tǒng)化設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)踐能力培養(yǎng)方面的三項(xiàng)做法值得參考：首先是細(xì)化科學(xué)實(shí)踐能力發(fā)展要求;第二是每一主題的教學(xué)聚焦于一項(xiàng)科學(xué)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，從而避免簡單地教科學(xué)探究程序的問題;第三是設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)踐能力的培養(yǎng)規(guī)劃，即雖然每一主題僅聚焦一項(xiàng)科學(xué)實(shí)踐能力培養(yǎng)，但會規(guī)劃在不同單元教學(xué)中來逐步培養(yǎng)這一科學(xué)實(shí)踐能力，使學(xué)生基于不同的教學(xué)內(nèi)容和不同的學(xué)習(xí)情境來反復(fù)練習(xí)這些科學(xué)實(shí)踐技能，實(shí)現(xiàn)科學(xué)實(shí)踐能力的螺旋式發(fā)展。

2.3以發(fā)展的眼光看學(xué)科大概念

如前所述，2014年美國AP化學(xué)課程確定的是6個(gè)學(xué)科大概念，而2019年的美國AP化學(xué)課程的學(xué)科大概念修改為4個(gè)。相比于2014年美國AP化學(xué)課程所提出的6個(gè)大概念，2019年美國AP化學(xué)課程所選定的大概念更加概括，也更傾向于跨學(xué)科，是從定量、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)化和能量四個(gè)視角構(gòu)建學(xué)科知識結(jié)構(gòu)。美國AP化學(xué)課程的學(xué)科大概念的變化啟示我們，學(xué)科大概念的確定以及相應(yīng)的課程內(nèi)容的組織是學(xué)科課程專家對學(xué)科課程內(nèi)容以及學(xué)科教育期望研究的結(jié)果，并非一成不變。我們要以發(fā)展的眼光看學(xué)科大概念以及相應(yīng)的知識體系，并通過對學(xué)科知識結(jié)構(gòu)和學(xué)科課程培養(yǎng)目標(biāo)的深入理解來不斷審慎地優(yōu)化學(xué)科大概念，確定有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的大概念知識體系。