对“宏观辨识与微观探析”维度核心素养培育的思考与探索

2020-04-02邹国华童文昭

化学教学 2020年3期

关键词：学科核心素养核心素养

邹国华　童文昭

摘要： “宏观辨识与微观探析”素养是化学核心素养的组成之一，深入分析“宏观辨识与微观探析”的内涵及新課标对其的进阶建构，研究学科核心素养的发展模型，探索“宏观辨识与微观探析”的培育策略，为“宏观辨识与微观探析”在课堂中落地提供参考。

关键词：宏观辨识与微观探析; 核心素养; 学科核心素养

文章编号： 1005-6629（2020）03-0024-05

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

高中化学核心素养是学生发展核心素养的重要组成部分，是化学学科育人价值的集中体现，是学生学习化学课程所形成的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的综合表现，是学生通过学科学习逐步形成的必备品格和关键能力。高中化学核心素养既是新的课程目标，也是一种新的课程理念，它包含了“宏观辨识与微观探析”在内的五个方面的素养。化学是一门研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科[1]，其中组成和结构是微观本质，性质和转化规律是宏观表现，因此，学生所具备的“宏观辨识与微观探析”素养对其在化学领域的发展深造具有重要的意义。“宏观辨识与微观探析”是化学学科特有的学科观念，也是化学学科解决问题的重要的思维视角，高中化学大部分知识都渗透着这种思维特点，要培育学生该维度的核心素养，首先要明悉其内涵。

1 “宏观辨识与微观探析”的内涵

对于化学学科而言，“宏观”指的是物质的性质及存在状态、转化规律及现象，物质的这些宏观表现有些可以肉眼观察，而有些则需要通过实验或仪器才能展现。宏观辨识就是指通过观察或借助实验、仪器等手段，对物质的性质及存在状态、转化规律及现象的辨认和识别。

化学“微观”粒子是指分子、原子、电子等极微小的基本粒子，微观探析是指从分子、原子、电子等领域探究和分析物质的组成、结构、性质。

人类对物质世界的研究不仅仅停留在对物质宏观层面的辨识，还深入探析了物质变化规律的本质原因，并通过文字、图表和化学符号对物质的宏观、微观及其相互联系进行描述。要理解“宏观辨识与微观探析”的内涵，不能把“与”理解为二者的简单加和，它们是相互联系的统一体，存在内涵和外延上的交叠。“宏观辨识与微观探析”既是化学学科观念，又是化学特征的思维视角和方式[2]，该维度素养注重将化学研究从宏观现象深入到微观本质，又能从微观结构推测宏观性质。《普通高中化学课程标准（2017年版）》首次将化学核心素养纳入其中，并对五方面的素养进行了详细的阐述，通过分析研究，笔者将“宏观辨识与微观探析”的要素总结为三点：（1）从宏观、微观不同视角对物质及其变化进行分类和表征;（2）研究宏观物质和微观粒子之间的联系，进行宏观和微观之间的相互解释，并形成“结构决定性质”的观念;（3）运用宏微结合的思维分析、解决问题。

2 “宏观辨识与微观探析”的进阶分析

新课标引入学习进阶理论对学业质量水平进行界定，对化学学科核心素养水平进行划分，将化学学业质量水平和化学学科核心素养的水平划分为4级，1级到4级能力水平逐渐递增，每个学习阶段的学生需要达到相对应的学业质量和学科核心素养水平[3]。新课标对“宏观辨识与微观探析”素养的学习进阶建构与布鲁姆认知领域的教学目标相对比联系，1级属于识记层次，2级属于理解层次，3级属于应用层次，4级属于评价层次;借助SOLO分类理论，对各水平所涉及的知识、方法的数量及创新程度（知识维度），问题结构的复杂程度进行刻画[4，5]，整理出结论（见表1）。

表1 对“宏观辨识与微观探析”素养的进阶分析

高中必修化学学习阶段针对的是全体高中学生，所涉及的化学知识广而浅，该阶段要求学生理解物质的分类与化学反应的类型，能对常见元素及其化合物的性质进行宏观特征上的辨识，能够用电子、原子、离子的微观角度辨识、说明与宏观物质的性质及其反应类型之间的联系，提高学生宏微结合的化学意识[6]。

进入选择性必修阶段，要求进一步提升，与必修阶段的广而浅不同，选择性必修阶段所涉及的知识在必修的基础上进一步精而深地学习，选择性必修更注重宏微结合思维的培养，要求更加精准地从微观结构上去学习、把握物质的性质及其应用，宏微结合思维的深度与发散性都有极大的提升。选择性必修模块的知识处处渗透着宏微结合的化学思维，是培养“宏观辨识与微观探析”维度核心素养的重要知识载体[7]。

3 对“宏观辨识与微观探析”培育的探索

3.1 学科核心素养的发展模型

核心素养是在面对真实情境和任务时，整合化学学科的知识与技能，调用化学特有学科观念、思维视角、认识角度和探究方式，解决问题中产生和发展的。与知识技能的掌握不同，核心素养的每个水平都指向现实问题或任务的解决，越是复杂陌生的情境，越没有认识角度的提示，越需要学生能够自觉主动地调用认识角度，而这就越需要知识的结构化、观念化和经验的图示化[8]，越能发展高水平的核心素养。杨向东教授[9]结合Debiock（1972）整合的四维度学习视角，构建了如图1所示的学科核心素养的发展模型。

图1 学科核心素养的发展模型

第一维度指向知识与技能，强调从事实入手，通过让学生与源于现实世界的真实情境互动，实质性地形成概念和掌握原理，并在此基础上形成结构化的知识和技能;第二维度指向过程与方法，依然强调从事实入手，让学生在解决情境化任务过程中潜移默化地形成方法，发展思维;第三维度指向教育目标进程，从简单情境中提炼特征，形成概念，复杂开放的情境则需要整合相关概念和原理，灵活运用理论或方法才能深刻理解，通过经历不同的现实情境或主题，个体逐渐从运用概念分析和理解情境，逐渐过渡到能够整合不同的学科知识、方法和观念，解释和论证复杂开放的现实情境;第四维度指向情境与任务，即从简单相似的情境到复杂开放的情境，再到跨学科的、整合性的现实生活情境，学生逐渐发展了灵活有效的问题解决策略[10]。由此可见帮助学生形成结构化、观念化的学科知识技能，发展学生学科思维、形成科学观念，在真实情境的问题解决中运用学科观念和学科思维，是培育核心素养的路径。“宏观辨识与微观探析”为化学学科核心素养的要素之一，其发展路径可以从学科核心素养发展模型中获得启发。

3.2 发展“宏观辨识与微观探析”素养的路径探索

3.2.1 促进相关组块知识的結构化

化学概念、原理等核心学科知识孤立、分散地存储在学生的头脑中，会给学生的记忆、提取、迁移、运用带来极大的困难，但如果学生头脑中的化学知识组织有序、系统良好、层次分明，在适当的刺激下就能被激活，需要时就会成功被提取或检索，在问题解决的过程中，在同化与顺应的作用下，完成知识组织的扩展和深化[11]。与“宏观辨识与微观探析”素养关联的知识组块有物质组成、性质及分类、化学用语及结构模型[12]，在教学中要引导学生厘清这部分知识之间的共同特征及联系。物质的组成、结构与性质之间有着紧密的联系，物质的组成与性质决定分类，而物质的分类亦可推测物质的组成与性质。在教学中，应引导学生归类、比较、总结，通过绘制概念图、思维导图等形式，及时将所学知识整理内化，形成良好的知识结构。例如，在分子的空间结构、晶体和聚集状态教学后应及时引导学生从不同角度观察、分析金刚石的空间立体网状结构和晶胞，总结晶胞中每个碳原子的位置特点、网状结构与晶胞间的空间关系，归纳金刚石、晶体硅、二氧化硅、硫化锌、氟化钙等晶胞的空间关系，最终得出表2所示模型分析[13]，优化学生的知识结构。

另外，研究表明，知识的表征也会影响知识的结构化程度。知识在输入大脑后被转化成了有意义的符号，对各种化学概念、原理通过图像、符号等形式进行表征，即建立抽象知识与具体表象之间的联系，形成对化学知识的多重编码，有利于深刻理解知识，促进知识的结构化。基于物质组成、性质及分类、结构模型等知识组块的内容特点，应重视该组块知识的多重表征形式及各种表征之间相互联系的教学。目前研究较成熟的是关于“宏观—微观—符号”的三重表征和“宏观—微观—符号—曲线”的四重表征，教师应先提高自己的多重表征教学意识，在化学教学中提高学生规范的化学表征习惯和表征水平。教师在备课和授课这两个环节中要贯穿多重表征思维，备课时创造性地使用教材，挖掘教材中概念和知识点的多重表征价值;在课堂教学中，创设促进学生多重表征转化的问题情境，引导学生从多重表征水平思考问题[14]，促进知识的结构化。例如在必修阶段离子反应教学中，可通过手持技术绘制Ba（OH）2逐滴加入稀硫酸中电导率变化曲线，引导学生通过观察实验现象和曲线变化，理解微观层面的变化，并鼓励学生通过文字、化学符号将变化过程表征出来，实现该反应多重表征转化。

3.2.2 形成化学学科观念，发展化学学科思维

化学学科基本观念分为知识类观念、方法类观念和情意类观念3个维度，继而又分为元素观、微粒观、变化观、实验观、分类观和化学价值观6个方面[15]。化学学科思维是学生通过化学学习后在头脑中建立起来的概括性认识，也就是在深入理解化学学科特征的基础上所获得的对化学的总括性认识[16]。学生自觉调用化学学科观念、思维进行新的探索和问题解决，深化对化学知识价值的理解，能提升学生的核心素养。“宏观辨识与微观探析”相关的组块知识——物质组成、性质及分类、化学用语及结构模型中蕴含微粒观、变化观、分类观、元素观等化学学科基本观念。微粒观的形成能帮助学生理解组成物质的分子、离子、原子等微粒与物质性质之间的相互联系，有助于学生从物质的微观结构分析同类物质存在共性、不同类物质性质存在差异的原因;分类观的形成有利于学生从物质类属角度归纳物质共性及差异，预测物质的性质和在一定条件下可能发生的化学变化;变化观的形成能帮助学生分析物质变化和伴随发生的能量转化，深度理解“物质组成、结构、性质和变化”之间的紧密联系;元素观的形成能帮助学生对物质、反应进行分类和表征，理解物质的组成和性质规律，并进行元素含量及守恒计算。引导学生运用化学观念、方法认识或处理身边的问题，帮助学生提升化学思维，发展“宏观辨识与微观探析”素养。如何有效形成化学学科观念？陆军老师认为可通过分析物质的构成，让学生从微观层面理解物质的性质;通过探究多样的转化反应，让学生在实验中发现物质的性质;通过分析物质的归类，让学生在比较中认识物质的性质;通过将学科知识联系社会生活，让学生真实感受化学学科的价值等途径[17]。对于化学学科思维，李玲认为可以借助化学实验、化学语言和可视化模型等工具进行发展提升[18]。不难发现，形成化学学科观念、发展学科思维二者有着共通之处，主要途径为：重视开展实验探究，在实验探究中学习物质性质、分析变化规律;借助实物模型、多媒体设备、3D技术等帮助学生理解微观结构，建立微观结构与宏观性质之间的联系，并能熟练运用化学用语进行多重表征;通过分类比较、归纳整合等方式，整理同类物质的共性、不同类物质性质的差异及原因，解释同类的不同物质性质变化的规律;在真实情境中运用化学知识、方法解决问题，在问题解决中体会化学学科的价值，运用和提升化学观念、思维。这些途径有助于形成化学学科观念，发展学科思维，教学中可灵活运用，例如轨道杂化抽象难懂，教学中可先借助甲烷实物模型，分析甲烷的空间结构和键角并引出轨道杂化理论，再借助动画演示sp3杂化过程，用气球充当杂化后的轨道，引导学生从稳定性的角度分析sp3杂化轨道的空间分布，有了这些铺垫之后，再从基态碳原子的价电子排布入手，引导学生认识基态价电子经激发、杂化后形成新的四个等性轨道的过程（），借助化学语言、可视化模型提升学生的化学思维，进而以相似的思维，解释BF3、 BeCl2的形成过程。

3.2.3 在真实情境问题解决中运用化学学科观念和学科思维

学生在经历各种真实情境问题的解决过程中，学科知识和技能不断结构化，学科思维方式、探究模式和价值观念逐渐得以形成，并在应对和解决各种复杂开放的陌生任务时不断得到整合和运用。当学生能够整合已有的结构化知识和技能，运用学科思维和观念开展严谨的探究活动，灵活地、创造性地解决或应对各种复杂现实任务或情境时，就表现出了高水平的素养[19]。由此可见，化学观念、思维在真实情境中的具体运用才能发展核心素养，情境提供了联接现实生活与学科领域的桥梁，为核心素养的培育提供了载体，情境的复杂、开放程度会影响培育的核心素养的水平等级。与“宏观辨识与微观探析”相关的化学观念及思维也需要在真实情境中自觉提取运用，才能发展“宏观辨识与微观探析”素养。简单的、结构良好的情境，学生直接提取大脑中的化学方法、观念就能解决，发展的是较低等级水平的素养;复杂、开放的结构不良情境，蕴含较多的干扰因素，学生需要创造性地整合知识、技能、观念和思维才能解决，发展的是高水平的核心素养。“宏观辨识与微观探析”的培育贯穿整个高中教学，是一个连续的、不断深入的进阶过程，要认真研究教材的编排逻辑，制定跨学段培育计划，对应学段应选择复杂、开放程度合适的真实情境作为培育的载体。就离子反应而言，其贯穿整个高中教学，应宏观把握每个阶段的教学要求和教学进程[20]，必修1阶段，要求掌握复分解型离子反应发生的条件，会书写酸碱盐之间的离子反应式，属于对宏观现象进行微观层面的解释和表征，对应的“宏观辨识与微观探析”素养目标确定为水平2，宜选择简单、结构良好的真实情境为载体，如“硫酸工业废气中含有SO2，直接排放到空气中会引起酸雨，可用哪些方法除废气中的SO2？请写出对应的方程式”;在选择性必修阶段，对离子反应的认识提升为“离子反应具有热效应，还有一定的反应速率和限度，会计算离子反应的速率，知道能用吉布斯自由能和平衡常数判断离子反应方向和限度;离子反应存在动态平衡，从平衡移动角度认识离子反应，理解离子反应的本质;将离子平衡应用于盐类水解、沉淀转化等领域，会结合平衡常数溶度积计算离子浓度”[21]，对应的“宏观辨识与微观探析”素养目标确定为水平3到4，可选择复杂、陌生、结构不良情境为载体，如“K2FeO4是比高锰酸盐更强的氧化剂，也是一种“绿色环保高效”净水剂，目前国内外制备K2FeO4的方法主要有三种：干法、湿法、电解法。干法：将固态铁的化合物与氧化剂及其他反应物混合并加热共融制得，如将Fe2O3、 KNO3、 KOH共融制得K2FeO4，请写出对应反应的方程式。湿法：在强碱性溶液中，用KClO和FeCl3反应制得K2FeO4，请写出对应反应的离子方程式。电解法：以铁做阳极电解强碱溶液制得K2FeO4，请写出阳极反应式。

以上培育路径是相互补充、相互渗透的，擁有了结构化的相关知识与技能，理解和把握了学科观念和学科思维，不等于就具备了“宏观辨识与微观探析”素养，核心素养更多地指向学生在面对不确定的情境时能否做出恰当的反应[22];而仅仅创设了真实恰当的问题情境，没有知识、技能、观念、思维的支撑，核心素养的培育也就成了无源之水、无本之木，只有将以上几条路径综合把握，打好组合拳，才能让“宏观辨识与微观探析”素养的培育落地生根。

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