美国AP化学课程框架分析与启示

方圆圆 王磊

摘要： AP化学课程是国外化学“大学先修课程”的典型代表。对其新修订的课程与考试说明进行分析后发现，其围绕六个大概念组织课程框架，强调基础知识和科学实践的统整，关注高阶化学学科能力的发展，特别是结合美国《K12科学教育框架》的对比分析能看到其清晰的进阶脉络。其设计方案对我国普通高中选修课程和CAP等相关大学先修课程的课程设计和教学有一定的参考价值。

关键词： 大学先修课程; AP化学课程; 课程改革

文章编号： 10056629（2019）4009305中图分类号： G633.8文献标识码： B

21世纪是人才、物资和信息交流空前密切的时代，随着我国经济、社会的发展以及教育国际化的进程，美国“大学先修课程”（Advanced Placement course，以下简称AP课程）已经以多种形式走进我国。本文聚焦于AP课程中的化学课程，介绍并分析AP化学课程的整体框架与核心要点，以期为我国普通高中选修课程和CAP等相关大学先修课程的课程设计和教学提供参考。

1 AP课程概述

美国AP课程是由美国大学理事会（The College Board）主持开发的面向具有潜力、追求卓越、期望发展其个性和兴趣的高中生设置的大学先修课程[1]。其课程和考试由大学教师及资深AP教师组成的委员会设计，以确保其准确反映课程对高中学生达到大学（一般为大学一年级）水平的期望。学生在高中选修AP课程，并通过统一的AP考试后，能在申请大学时获得优势，并可抵扣大学学分，有利于学生从中学教育过渡到大学教育并获得学业成功。

该课程由福特基金会在1951年启动，1955年由美国大学理事会接手管理。经过半个多世纪的不断发展和完善，如今AP课程已形成包括英语、数学、物理、化学等23个学科领域，38门科目在内的课程体系，并设置了与之配套的考试评价系统。据不完全统计，在美国约25000所公、私立高中里，已经有60%的高中开设了AP课程，包括哈佛大学、耶鲁大学等著名高等学府在内的22个国家的3388所大学承认AP课程学分。放眼全球，AP课程及相关考试也已在包括我国在内的80多个国家开展。

就我国基础教育发展自身而言，随着我国基础教育课程改革的不断深化，特别是新修订的高中课程方案和课程标准的颁布，高中课程设置的多元性和发展性，以及与大学课程的有机衔接已成为高中课程改革的核心关切点。而以“追求卓越”为目标的AP课程正是重视个性化发展、充分发挥学生潜能的优质课程的典型代表。在美国，AP课程的开设数目以及学生人数已成为评价一所高中办学质量的一项重要指标[2]。随着我国一些重点中学（如北京师范大学附属实验学校、华东师范大学第二附属中学等）和大学（如北京大学、上海交通大学等）对先修课程的关注，特别是2014年联合国内多所知名大学和优质高中试点的“中国大学先修课程（CAP）”项目[3]，标志着以AP课程为代表的大学先修课程已登上基础教育的舞台，这同时也呼吁着，教育研究对国内外相关课程研究的跟进。

2 AP化学课程分析

在2006年，美国大学理事会发起了对AP物理、化学和生物学课程的重新设计，旨在平衡课程内容的广度与深度，并进一步加强科学实践，即特定学科内容下的批判性思维、探究、推理和沟通能力[4]。此次对课程的重新设计首先体现在对课程标准的修订上。修订后的AP化学课程标准，即《AP化学课程与考试说明》（AP Chemistry Course and Exam Description，以下简称《课程说明》）共五章，分别对AP课程、AP化学课程框架、实验探究、课程审核和考试评价进行了说明。本文基于对此文本的分析，分层次介绍课程标准中的学习目标，特别是对其中的大概念、科学实践等核心要素的内涵以及相互间的关系进行讨论。

2.1 课程框架

为体现科学的内在统一性，帮助学生建构整合的概念认知，许多国家均尝试通过“共通概念”或“核心概念”等大概念（Big Ideas）来整合课程内容。如2012年，美国国家研究委员会（NRC）颁布《幼儿园到12年级科学教育框架》，提出科学课程的三个维度——实践、共通概念和核心概念[5]。《科学教育的原则与大概念》一书介绍了大概念的内涵及其进阶发展对科学教育的重要意义：“……这些核心观念及其进阶过程能帮助学生理解其生活中的事件和现象，并在其结束学业、迈入社会后，持续发生影响。[6]”这种课程组织方式得到了各国学者的广泛认同，修订后的AP化学课程也是顺承这一理念的典型代表。

《课程说明》第二章“AP化学课程框架”对该课程框架进行了结构化的说明（见图1）。修订后的AP化学课程围绕着六个大概念组织课程内容。每一个大概念下包含若干“基本理解”（Enduring Understandings），其对大概念中的多个核心概念做了进一步阐释。基本理解的实现包含基础知识（Essential Knowledge）和科学实践（Sciences Practices）两方面内容，二者共同作用， 得到每个基本理解在学习后所要达到的学习目标（Learning Objectives）。

2.2 大概念、基本理解和基础知识

此轮AP化学课程修订最重要的变化之一是首次提出了六个化学课程的“大概念”，用以将零散的知识点进行整合。化学中有许多概念需要理解，有许多事实性知识需要记忆。将概念进行整合，利于帮助学生更好地理解概念的内涵和外延以及概念之间的关系，利于学生将各概念纳入化学学科的知识体系，还利于促进学生应用概念分析解决問题。AP化学课程中提炼出了6个大概念，分别关于物质的原子本质（BI1）、结构与作用力决定性质（BI2）、化学变化的本质（BI3）、化学动力学（BI4）、化学热力学（BI5）与化学平衡（BI6），其基本内涵如图2所示。

大概念1中给出了化学学科研究物质的两个重要观念： 元素观与微粒观。大概念2将物质的性质，即能够发生转变的原因统一归结为作用力。大概念3揭示了化学反应的本质——原子的重排或重组，同时包含电子的转移。大概念4关于化学反应动力学，主要体现在对反应速率和反应机理的理解上。大概念5围绕热力学定律描述了能量在化学反应中重要性。大概念6介绍了化学平衡这一核心概念及其基本要点。

各大概念又包含若干基本理解，以大概念1为例： 尽管大概念中强调“所有物质由原子构成”（EU1.A），原子代表化学反应中最基本的微粒，“在任何化学和物理变化中，原子守恒”（EU1.E），但化学性质的体现是在分子水平层面的，由原子构成的分子体现出来。元素的意义，一方面可以将原子按其所“具有的独特原子结构”分类（EU1.B），另一方面在于“许多化学性质和物理性质通过原子序数能够显示出可预测的周期律”（EU1.C）。为了研究无法直接观察的原子，人们建构了“原子模型以解释原子的集合产生的宏观现象”（EU1.D）。

各基本理解下包含有若干基础知识点，以“大概念”1中的基本理解1.A为例，其包含3个基本知识点，如表1所示。对于每一个基本知识点，框架中还给出了学生理解的具体内容与程度： 例如基础知识点1.A.1包含以下内容： a.对于给定的元素，任意数量该种原子的平均质量总是相同的;b.纯净物仅含一种特定的原子或分子的粒子（或基本单位）;混合物包含多种特定的原子或分子的粒子（或基本单位）;c.由于某一特定化合物的分子总是由特定比例的几种原子组合而成，所以任意该化合物的纯样品的组成元素的质量比总是相同的。

2.3 科学实践

除了概念理解外，AP化学课程也十分注重科学实践，且基础知识的落实被整合在科学实践中。科学实践在教学过程中能为学生提供感性认识，从而使学生对基础知识能够有更深入的理解，同时，以某些科学实践的结果为素材，又能够进一步提高学生解释现象和预测现象的能力。科学实践是AP化学课程中重要的组成部分，也是学生在AP化学课程中取得成功的重要基础。AP化学课程要求的7项科学实践见图3。

修订后的AP化学课程分7个要素解构了科学实践活动： 科学实践1（SP1）体现对于表征与建模的要求，科学实践2（SP2）要求学生具备数学推导能力，科学实践3（SP3）期望学生能提出科学问题，并据此开展研究，科学实践4（SP4）和科学实践5（SP5）则要求学生能够针对科学问题收集数据并进行分析，科学实践6（SP6）期望学生将科学理论应用于科学解释中，科学实践7（SP7）要求学生能够将不同学科间的概念进行关联，发展对学科更深刻的认识。

每一类科学实践活动下，对应若干的活动亚类。例如： 培养学生应用科学理论进行科学解释的能力是科学类AP课程的重要目标，科学实践6（SP6）体现了这一目标，并将科学解释能力拆分为5个不同的能力要素： 能够通过证据论证（SP 6.1），例如基于化合价论证某一反应为氧化还原反应;根据证据来构建解释（SP 6.2），例如构建符合反应速率定律的反应机理;阐明理论是如何被改进或替代的（SP 6.3），例如引用证据阐释原子理论逐步被完善的过程;使用模型和理论提出预测或论点（SP 6.4），如使用VSEPR理论来预测分子的结构;评估多种解释的可能性（SP 6.5），如使用证据在多种可能中确定某一化学反应的机理。

对比其他标准文件对科学实践的解构，AP化学课程中的科学实践展现出更强的综合性和问题解决指向性。例如，对比AP化学课程中对于科学实践的要求与美国《K12科学教育框架》[6]的科学与工程实践（见表2），在看到两者一致性的同时，还可以清晰地看到AP化学课程中的科学实践更指向实际问题的解决，而且其每项要素均可视作《K12科学教育框架》中几条要素的综合。考虑到AP化学课程是在中小学科学课程基础上的拓展和延伸，这种综合性和问题解决指向性体现了AP课程开发者对高阶课程的特别设计。

2.4 学习目标： 理解与实践的整合

在AP化学课程中，所有的大概念、基本理解、基础知识、科学实践都是为学生达到相应的学习目标而服务的。学习目标是对所有学习者提出的共同基本要求，具有普遍性和共通性，对整个教学系统起着不可替代的指导作用[7]。学习目标一方面能够指导教师，使其选择的教学内容和教学活动符合课程标准的基本要求，另一方面使学生更加明确课程的学习范围与基本要求，有利于学生的课程选择与自主学习。《课程说明》第二章末的《附录： AP化学概念一览》中，完整列出了六个大概念下的117个学习目标，将每一个学习目标的实现，都逐一与具体的基础知识和科学实践相对应，有些学习目标结合了两个或两个以上的科学实践。表3从大概念1、大概念2和大概念3中各選取了一项学习目标，说明其如何由所对应的基础知识和科学实践融合而成。AP化学课程标准对学习目标所对应的基本理解和科学实践的说明，既使得教师在设计每一知识内容下的学生活动时，能够获得实践活动类型的建议，又使得学生在课程学习过程中，其科学实践能力能够获得全要素的发展。

大概念学习目标（LO）对应基础知识（EK）对应科学实践（SP）

1LO1.1 学生能够基于原子分子理论，论证某种化合物的任意纯样品的组成元素的质量比总是相同的。EK1.A.1 分子由原子的特定排列组合构成;不同元素或相同元素按照不同数量比例能够组合成不同的分子。SP6.1 学生能够使用证据为提出的论点辩护。

2LO2.3 学生能够使用微粒模型的各个方面（微粒间距、微粒运动、微粒间的吸引力），解释固相与液相以及固体材料与液体材料之间的差异。EK2.A.1 固体和液体的不同性质可以用它们结构上的差异来解释，无论是在微粒水平还是在超分子水平上。SP6.4 学生能够根据科学理论与模型对自然现象进行解释和预测。

SP7.1 学生能够跨越时间与空间的尺度联系现象和模型。

3LO3.3 学生能够使用计算结果来预测在实验室进行的反应结果或分析偏离预期的结果。EK3.A.2 利用配平的化学方程式中的摩尔比进行化学计算可以得出许多定量信息。化学计量不仅仅是化学家的工作，其在现实世界中也有着重要应用。SP2.2 学生能够应用数学方法描述自然现象中的数量关系。

SP5.1 学生能够分析数据，并确定数据的特征或关系。

3 对我国相关课程设计的启示

化学教育的内容丰富多元且相互之间关联紧密，其课程设计也应顺应当前“整合发展”的科学课程改革趋势[8]，以大概念为核心进行多维整合，为化学教育多方面的知识内容与实践要素建构有意义的联系[9]。修订后的AP化学课程践行了上述理念，通过大概念的引领和设立学习目标时知识与实践的融合，在课程中力图还原化学中科学概念、知识、理论和方法相互联系的本质。

AP化学课程围绕6个大概念组织课程内容，这6个大概念涵盖了物质结构与性质（BI1和BI2）、化学变化（BI3）及化学反应原理（BI4、 BI5、 BI6）等化学学科最核心的议题，实现对课程内容的深化整合。这与当前科学教育的发展理念高度吻合，反映了信息时代对重构科学课程的要求。其实质上还原了化学知识之间的广泛联系和交互影响，对于教学而言，能在一定程度上更好地促进教师和学生认识到课程内容之间的关联，利于学生在更上位建构对知识体系的认识，在更深层次实现对概念原理的理解。

在此基础上，修订后的AP化学课程还格外关注了对概念理解和科学实践的整合。在分析时我们发现，AP化学课程每一个学习目标都是由具体基础知识点与某项具体科学实践共同构成的。通过细化实践的具体目标与要素，学生能够避免对事实性知识的机械记忆，而是通过与概念相关的实践发展推理的必要技能。同时，课程为科学实践提供的示例，给了教师各种可供选择的教学素材，使每一个学习目标能落到实处。

此外，AP化学课程对如何在中学阶段促进化学核心素养的进阶提供了参考。在美国，AP化学课程通常开设在11或12年级，选修该课程的先修条件是已完成基础化学课程以及代数课程，因此AP化学课程对于学生在各核心概念的理解上有着更高的要求。以物质概念为例，对比其与《K12科学教育框架》中初中段和高中段的要求（见表4），可以看到AP化学课程对物质的原子本质的强调，并能从中理出一条清晰的进阶脉络。

物质是由微粒（类似空心球体，不区分原子分子）组成的，微粒极小但处于永不停息的运动中。每一种元素因原子内部结构的不同而具有不同的反应性质，不同元素的原子会相互结合形成化学键，这种结合要遵循一定的规则。原子以一定的方式结合成分子，分子之间或者原子之间可以形成简单分子、网络结构。物质由原子构成，原子的种类是有限的，不同种类的原子被定义为不同的元素。每种元素的原子都具有独特的结构，由电子和原子核之间的相互作用产生。

随着我国《普通高中化学课程标准（2017年版）》的颁布，如何规划并开设选修阶段课程成为新课程实施的关注点。部分地区和学校“一刀切”强制学生选择的模式是不符合课程改革精神的。但是在哪些类型的学校、为哪些水平的学生提供最适宜的课程，仍需要研究的支撑和实践的尝试。AP化学课程的理念和内容设置无疑是当前科学教育改革趋势的体现，这也正是为什么其中的许多理念已经在我国此轮课程标准修订中被吸纳发展。但如本文一开篇所述，这里介绍的AP化学课程所代表的模式适用于有着强烈高阶发展需要的学生。故在借鉴此类课程并进行课程本土化时，首先要注意其适用对象。对于具有其他需要的学生，则应在整合发展的理念下，审慎地选择处于学生最近发展区的课程内容，对课程进行合理改造。

参考文献：

[1]The College Board. AP Program Guide [EB/OL]. http：//counselorworkshops.collegeboard.org/pdf/. [201684].

[2]李玲玲. 进阶先修课程： 美国衔接中学与中学后教育的策略[J]. 比较教育研究， 2015， 37（1）： 47～52.

[3]新华网. 中国大学先修课程试点项目启动[EB/OL]. http：//news.xinhuanet.com/edu/2014-03-20/. [2014318].

[4]Yaron D.J. Reflections on the Curriculum Framework Underpinning the Redesigned Advanced Placement Chemistry Course [J]. Journal of Chemical Education， 2014， 91（9）： 1276～1279.

[5]National Research Council. Framework for K12 science education： Practices， cross-cutting concepts， and core ideas [M]. Washington， DC： National Academies Press， 2012.

[6]溫·哈伦编著， 韦钰译. 科学教育的原则和大概念[M]. 北京： 科学普及出版社， 2011.

[7]吴刚平. 学习目标的多重依据及其关系[J]. 全球教育展望， 2013， 42（3）： 11～16.

[8]郭玉英， 姚建欣， 张静. 整合与发展——科学课程中概念体系的建构及其学习进阶[J]. 课程·教材·教法， 2013， （2）： 44～49.

[9]王磊， 黄鸣春， 王维臻等. 从国际比较的视角来看高中化学课程标准的稳定性和趋势性[J]. 全球教育展望， 2013， 42（11）： 98～109.