学科大概念：化学教学的新原点

吴克勇 蔡子华

摘要：《普通高中课程方案（2017年版）》在“修订的主要内容和变化”中指出，“进一步精选了学科内容，重视以学科大概念为核心，使课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落实”。学科大概念是认识世界的思维方式，是研究科学世界的组织工具，承担着引发学生思考、重塑学生科学素养的功能。寻找学科大概念并围绕其进行教学成为重塑教与学的新原点。

关键词：学科大概念核心素养单元教学复习教学

《普通高中课程方案（2017年版）》在“修订的主要内容和变化”中指出，“进一步精选了学科内容，重视以学科大概念为核心，使課程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落实”。《普通高中化学课程标准（2017年版）》以及其他各科的课程标准中都有同样的文字。这充分彰显了学科大概念在落实核心素养方面的地位和作用。

一、大概念及学科大概念

大概念对应的英文词语为big idea，原意为大创意，是指将品牌的核心价值以最能打动消费者的角度阐述出来的一个想法;后引申为那些能够将分散的事实、经验、知识和技能联结成为整体，并且赋予它们意义的概念、原则或理论，并被广泛应用于各个领域。

科学大概念是大概念在科学领域中的特定表现形式，其提出源自2009年10月的一场探讨中小学科学教育不足的国际研讨会。科学大概念具有丰富的层次性：第一层次是科学认识论，杨振宁说过“科学发展的终点是哲学”，哲学为我们认识世界提供方法论基础，所以辩证唯物主义哲学的基本原理是最具解释力的大概念;第二层次是通用概念，涉及模式，原因与结果（机制与解释），尺度、比例和数量，系统和系统模型，能量和物质（流动、循环和守恒），结构和功能，稳定与变化等方面（参考美国科学课程标准）;第三层次是学科大概念，是指那些能反映学科本质，居于学科中心地位，具有较为广泛的适用性和解释力的原理、思想和方法。

学科大概念的主要特征为：（1）能反映学科的主要观点和思维方式，对学科知识起组织作用，如通过氧化还原反应可以将金属及其化合物、非金属及其化合物有机地联系起来;（2）能统摄或包含大量的学科知识，具有普遍性和广泛的解释力，如“物质是由微粒构成的”这一学科大概念，既可以解释为什么人们会闻到花香，也可以解释为什么金属可以拉成丝，还可以解释为什么不能用湿的手触摸电器;（3）能提供解决复杂问题的分析框架，可运用于新的情境，具有持久的可迁移应用价值，如“结构决定性质”这一学科大概念，揭示了不同物质具有不同性质或相似性质的根本原因，是理解物质性质的思维框架，为研究物质及其转化提供了认识角度和思维方法。

二、学科大概念在落实化学学科核心素养方面的作用

（一）核心素养本身就蕴含着学科大概念

化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”五个维度。上述素养将化学知识与技能的学习、化学观念与思想的建构、科学探究与解决问题能力的发展、创新意识和社会责任感的形成等方面的要求融为一体，形成完整的化学学科核心素养体系。化学学科核心素养陈述中包含的“变化”“平衡”“模型”都是重要的学科大概念。

（二）学科大概念有利于高阶思维的培养

围绕学科大概念的教学可以帮助学生建立知识体系，将新信息纳入自己的知识结构中。学生通过提问、回答、交流、碰撞，探求隐藏于知识背后的本质与思想，理解曾经发生的事情的意义，从而培养演绎、归纳等逻辑思维以及分析、综合评价和创造等高阶思维。

（三）学科大概念能提升知识迁移的能力

学科大概念是学科的中心概念，最能代表学科本质和基本结构。学科大概念突破了知识的琐碎、零散，促进了知识横向联结的发生。学生习得学科大概念，就能够在新的情境中依据不同的事物进行适应性迁移、转化，解决问题。同时，这种迁移与转化的机制也利于学科大概念的自我完善和知识的迭代。这样一个螺旋上升的过程，带来的就是学生的核心素养的显著发展。

三、学科大概念在化学教学中的运用

（一）提炼学科大概念

学科大概念是对客观事物整体考察而获得领悟的结果，具有模糊性和广泛性，可以反映客观事物的内在联系。它的表现形式多种多样：一个词或一组词汇（如“平衡”“静电作用”）、主题（如“结构决定性质”）、模型（如“电离”）、定义（如“原子是变化中的最小微粒”）、假说（如“碰撞理论”“过渡态理论”）、原理（如“元素周期律”）。

据此，我们可以通过以下一些途径提炼学科大概念：

1.从课程标准中反复出现的名词中寻找。如：《普通高中化学课程标准（2017年版）》中，“平衡”出现了72次，而“平衡”是一个很重要的化学学科大概念。

2.从化学发展史中获得。化学发展史就是一部学科概念体系的演变史。那些给化学带来飞跃发展的学说和模型都是极具解释力的学科大概念，如“原子论”“分子论”“碳的四价学说”“反应碰撞理论”等。

3.梳理多个概念之间的关系。如：过滤、萃取、蒸馏、结晶等是化学中常用的实现物质分离与提纯的实验方法，其原理各不相同。它们的共同之处在于“利用混合物中各组分性质的差异来分离和提纯物质”，这是关于物质分离和提纯的更为本质的思想方法，是过滤、萃取、蒸馏、结晶等具体概念背后的学科大概念。与具体的过滤、萃取等操作相比，这一学科大概念具有更为广泛的适用性，能够解释较大范围内的相关现象。

4.运用思维可视化工具。思维可视化工具包括思维导图、概念图、表格等。如图1所示的思维导图，描述了“化学键”各相关概念的关系。教师可以从中进一步进行提炼：静电作用是具有解释力的学科大概念，它不但可以解释化学键的成因、强弱，也可以解释键的极性。

（二）依托学科大概念进行单元教学设计

以课时为单位的教学容易导致知识碎片化，难以给学生提供足够的思考与交流空间。学科大概念引领下的单元教学，重在促进学生对学科大概念的理解，使学生能形成以学科大概念为统摄的结构化的学科知识，并能将之转化为解决具体问题的思路与方法。

例如，无论元素（无机）化合物知识的学习，还是有机化合物知识的学习，我们都是从分类的角度，选择代表物进行学习，然后通过类比的方式，了解同族或同类物质的性质。这实质上就是从学科大概念层面展开的学习。

再如，对于元素化合物知識的学习，人教版高中化学教材指导学生按照“氢化物—单质—氧化物—酸（碱）—盐”的思路进行思考;北京师范大学王磊教授开发了“类别—价态”二维图框架（如图2所示为硫的二维图），指导学生学习。这两种学习工具都是具有方法论意义的学科大概念。

从学科大概念视角分析单元教学内容，首先要立足学科整体视角，从具体内容中挖掘知识背后的学科大概念，反过来再运用学科大概念梳理相关内容，使知识结构化;其次要根据课程标准的要求和学生的认知发展水平，明确学科大概念的学习进阶及其重要节点;再次要根据教学内容的特点，确定学科大概念的解构程度和单元教学的重点和程序。

例如，《电离平衡》单元内容包括四节：弱电解质的电离、水的电离和溶液的酸碱性、盐类的水解、难溶电解质的溶解平衡。虽然讨论的是不同的问题，但是它们都涵盖在“平衡”这一学科大概念之下。这样，就可以把四节课的内容看成是化学平衡在不同情境中的应用，电离平衡常数、水的离子积、水解平衡常数、溶度积也都可以由平衡常数推得，学习的陌生感、难度都会随之下降。

立足对学习产生持续影响的学科大概念进行单元教学设计，要明确学科大概念的习得是一个缓慢的过程，要多给学生提供从课内走向课外、从校内走向校外的迁移机会。这种迁移既包括具有特定知识与技能指向的特殊迁移，也包括原理和态度的迁移，也就是学科观念的迁移。这种迁移带有持续性和广泛的适应性，是对新问题的审视和改造。

（三）运用学科大概念组织复习

学科大概念是基于已有学科知识，对学科特征的深刻理解，是深入思考和体验的结果，影响着学生分析和解决实际问题的价值取向和行为方式。学生学习的具体知识不同，形成的学科大概念的内涵的丰富程度也就不同。因此，应用学科大概念组织复习，能升华学生的认识，减少记忆量，提高知识迁移的能力。

经过长期的教学实践与思考，笔者认为“竞争”可以囊括大部分高中化学知识，具体如下：

萃取：萃取剂与溶剂对溶质的竞争;

蒸馏：蒸发与冷凝的竞争;

氧化还原反应：氧化剂与还原剂对电子的竞争;

复分解反应：离子之间的竞争;

元素性质的递变：核电荷与原子半径影响的竞争;

化学键：吸引与排斥的竞争;

化学反应的热效应：吸热过程（断键）与放热过程（成键）的竞争;

化学平衡：正反应与逆反应的竞争，外界条件与反应的竞争;

电离平衡：离子化与分子化的竞争;

盐类的水解：金属离子与氢离子竞争氢氧根，酸根与氢氧根竞争氢离子;

分步沉淀：离子对沉淀剂的竞争;

原电池：金属离子沉积和进入溶液的竞争（解释铜锌电池的正负极）;

电解池：阳极物质失电子的竞争，阴极物质得电子的竞争;

牺牲阳极的阴极保护法：金属之间失电子的竞争;

取代反应：原子或原子团之间的竞争;

加成反应：氢原子加在哪个碳上表现出的竞争（马氏规则）;

消去反应：消去哪个氢原子表现出的竞争（扎依采夫规则）。

通过“竞争”这个学科大概念，把看似无关的、凌乱的化学知识有效地组织起来，帮助学生发现隐藏在这些知识背后的新的意义世界，从而使理解更清晰、记忆更牢固，极大地提高复习效果。

学科大概念不仅仅是一个简单的词语，它背后还潜藏着一个意义的世界;它超出了一个普通概念的应有内涵与外延，是学科思想和理论及其体系的载体。学科大概念是认识世界的思维方式，是研究科学世界的组织工具，承担着引发学生思考、重塑学生科学素养的功能。寻找学科大概念并围绕学科大概念进行教学应成为我们重塑教与学的新原点。

*本文系黑龙江省教育科学“十三五”规划2018年度重点课题“依托‘研课、上课、听课、解课’四位一体的磨课模式提升教师专业能力的实践研究”（批准号：JJB1318015）的阶段性研究成果。

参考文献：

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[2] 何彩霞.学科大概念与化学实验单元教学[J].基础教育课程，2019（9）.

[3] 〔美〕Richard A.Duschl.第二维度：跨领域概念——解读《K12科学教育框架》[J].叶兆宁，译.中国科技教育，2012（4）