基于学习进阶的化学概念教学内容整合研究

符吉霞 占小红

摘要： 化学概念教学内容整合是指教学过程中依据学科的认识发展的逻辑线索并结合教师和学生的教与学的方式整合化学概念的过程。概念是化学教学中发展学生核心素养的重要载体，而概念整合能够促进概念的教与学，对化学概念教学内容进行整合具有重要意义。“学习进阶”能够促成概念教学内容的整合，以“元素周期律和周期表”为例，运用学习进阶工具从四个方面对概念教学内容进行整合： 从宏观层面规划教学内容，确立学习进阶点;从微观层面组织具体教学，厘清概念理解发展要求;从因果层面分析“阶”的产生，发现影响概念学习的因素;从应用层面诊断教学水平，反馈并调整课堂教学内容。

关键词： 化学概念教学; 教学内容整合; 学习进阶; 元素周期律和周期表

文章編号： 10056629（2020）06003806  中图分类号： G633.8  文献标识码： B

1 引言

国外对科学教育实践的调查发现化学学习存在广而浅、知识点庞杂、零散且缺乏关联性的现状。为促进学生的深度学习，“少而精”的学科核心概念整合成为当前的教育研究热点[1]。在全球呼吁培养学生核心素养的大背景下，化学作为科学教育中的重要学科之一，其学科概念知识在教学中应当进行系统整合，逐步实现学习的进阶，以有效促进学生的深度学习，帮助学生认识学科本质，发展学科核心素养。

化学概念教学内容整合是指教学过程中按化学学科的认识发展的逻辑线索并结合教师和学生的教与学的方式整合化学概念的过程。张玉峰[2]指出，科学概念教学内容的整合是指从较长的时间范围（一个学年或一个学期等）对核心概念所涉及的相关概念教学内容进行分析、从较短的时间范围（某一节课）细致地对每一个具体的概念内容进行教学分析，分析可能阻碍和影响学生对核心概念学习的因素，并通过一定的课程评价手段反馈核心概念的掌握水平的过程。从教师教的角度而言，化学概念教学内容整合能够帮助教师把握核心概念的教学体系，明确核心概念教学的定位，构建概念间的教学联系;从学生学的角度而言，能够帮助他们厘清概念之间的联系与区别，使化学概念知识能够得到一定的梳理，促进学生的认知发展，落实核心素养的培养。

学习进阶（Learning Progression）是“对学生在一个时间跨度内学习和探究某一主题时，依次进阶、逐级深化的思维方式的描述”[3]。利用学习进阶可以对核心概念教学内容整合提供一定的思路和认知依据[4]。

元素周期律和周期表是元素及化合物知识的规律性总结，是学生系统学习无机化学知识体系的有力依托。而其现有的教学设计多为单课时设计，概念教学知识内容零散，教师与学生难以系统地对概念内容进行教与学。如何基于学习进阶整合元素周期律和周期表的概念知识，帮助学生掌握化学概念就成为极具意义的研究课题。本文试图以学习进阶为工具，以化学核心概念中的“元素周期律和周期表”为例，剖析基于学习进阶实现化学概念教学内容整合的思路。

2 学习进阶的分析框架

利用学习进阶对化学概念教学内容进行整合应从不同的分析层次进行剖析，形成对核心概念教学内容整合的可操作性分析框架。此外，在与概念理解相关的分析层次中可以依据一定的科学概念理解发展层级模型分析学生对概念的掌握情况。

2.1 科学概念理解发展层级

郭玉英等[5]基于学习进阶的理论提出科学概念理解发展层级，指出学生对概念的理解存在“经验、映射、关联、系统、整合”五个发展水平，各概念发展水平具体描述见表1。

在对核心概念的教学内容整合过程中可以利用科学概念理解发展层级分析核心概念以及与核心概念相关的具体概念的掌握水平，并针对各个概念理解层级的发展水平逐步整合设计科学概念教学内容进阶的路径。

2.2 学习进阶分析框架

利用学习进阶整合核心概念教学内容，分析概念教学的发生路径并建立以核心概念为中心的概念教学内容，可以改变化学课程学习内容的零散现状。依据张玉峰对科学概念教学内容整合过程的分析，运用学习进阶促进化学概念教学内容整合的分析框架主要包括四个层次，如图1所示。其中，科学概念理解发展层级能够在微观层面和应用层面分析具体概念与核心概念的学习表现，帮助实现相应层面的学习进阶的发展。

在宏观层面，分析核心概念教学的进阶点。从宏观层面整合较长时间跨度的教学内容，能够将相关的概念进行关联，整合核心概念教学内容。但核心概念的教学内容较为广泛，直接应用科学概念发展层级对核心概念进行描述难以具体分析核心概念与相关的具体概念间的联系。因此，对核心概念教学内容的整合首先应明确学生在核心概念学习中存在的“阶”，这些“阶”是学生对核心概念学习中存在的困难点，也是核心概念学习的“坎”[6]。明确核心概念的“阶”需要结合学科课程标准（以下简称“课标”）中相应的要求以及教学实践的分析，形成二者之间的内在逻辑联系，从而形成对概念体系的宏观学习进阶假设，指导教师在整体的教学过程中把握对该概念教学的引导方向。

在微观层面，分析具体概念的概念理解发展层级表现。核心概念并不是孤立的，而是与一个个具体概念连接在一起的[7]。从宏观层面厘清核心概念的学习进阶点之后，应从微观层面对核心概念相关的具体概念进行分析，构建具体概念与核心概念之间的联系。为判断学生对具体概念的理解程度，可以运用基于学习进阶理论的科学概念理解发展层级来剖析该概念学习过程中学生对具体概念的理解程度，以帮助教师把握具体概念与核心概念学习之间的联系，形成相应的教学目标。在此过程中，教师首先需要厘清与核心概念相关的具体概念的联系，然后结合课标要求以及科学概念理解发展层级表现分析具体概念与核心概念在教学目标之间的联系，针对学生在概念学习中的表现，分析学生对具体概念的理解水平。

在因果层面，分析影响核心概念各“阶”产生的原因。在厘清核心概念的进阶点以及具体概念的概念发展层级表现后，教师应结合学生的认知发展规律弄清学习进阶中“阶”产生的原因，进而针对这些问题组织合适的教学内容，进行合理的教学设计，去克服在宏观层面和微观层面可能存在的教学问题。

在应用层面，分析不同“阶”的核心概念理解发展层级表现。概念学习是一个由浅入深的过程，学生对概念的理解是内隐的，而其具体表现却是外显的[8]。在分析核心概念教学中的进阶点、具体概念的理解发展层级表现以及“阶”产生的原因等基础上，细化学生在核心概念不同阶层中的科学概念理解发展层级的具体表现，形成具有一定可操作性的核心概念理解发展层级表现的评估工具。首先，教师应在学习进阶假设的基础上，分析学生在不同的阶层在不同的概念理解发展层级的表现，形成核心概念理解发展的进阶表现评估框架;其次，针对学生学习情况的诊断分析学生的概念理解水平;最后，依据诊断结果的反馈及时调整教学。

基于学习进阶对核心概念教学内容进行整合，能够有效形成以核心概念为中心的相关概念内容的联系，有效促成化学课程的教与学，落实学科核心素养培养目标。

3 “元素周期律和周期表”的教学内容整合设计

以“元素周期律和周期表”为例，从学习进阶的四个层次具体分析核心概念的教学内容整合思路。

3.1 从宏观层面规划教学内容，确立核心概念进阶点

对课标中与“元素周期律与周期表”核心概念的相关内容进行分析，并结合相关的教学实践，综合形成相应的学习进阶假设。

从课标的相关知识内容要求来看，原子结构与元素周期律和周期表一同出现，二者的结合体现了宏观与微观的交融。必修阶段主要通过对比分析一定的实验事实来认识元素周期律，了解原子结构与元素性质之间的关系，对原子结构的要求仅属于描述性水平，学生仅需初步了解原子结构决定元素性质，认识同周期元素和主族元素性质的递变规律;选择性必修阶段则对核外电子运动状态的认识进一步深化，要求学生能够对元素性质的认识，从电离能、电负性等角度理解原子得失电子能力与元素性质的本质联系，对元素周期律和周期表的认识能够从定性深化到定量。综上，“原子结构决定元素性质”这一知识点确立为元素周期律和周期表概念学习的第1个进阶点。

从课标在元素周期律和周期表的应用方面的要求来看，必修阶段对于元素周期律的应用是在知道元素的位置以及原子结构的基础上去分析预测元素及其化合物的性质，此时学生对于元素周期律和周期表的应用是基于一定的事实基础的，对元素位置、原子结构和元素性质不要求能够系统进行整合应用;选择性必修的学业要求则体现出元素周期律和周期表教学对“位构性”系统模型的要求，在认识原子结构决定元素性质等基础上要求学生能系统形成对模型的认识，能论证证据和模型建立及其发展之间的关系[9]。学生要能够运用模型去概括推理，而不是仅依赖于一定的事实经验。此外，能够从元素的“位构性”角度去认识物质的“构成性质用途”，厘清元素性质与物质性质的区别与联系。因此，在原子结构决定元素性质的基础上，构建“位构性”模型是元素周期律与周期表概念学习的第2个进阶点。

从概念学习的学科核心价值来看，学生需要在构建“位构性”模型的基础上，灵活调用所学的相关知识，发挥元素周期表和周期律的“位构性”模型的概括关联、比较说明、推论预测等功能，从微观走向宏观，探测未知元素的性质。对元素周期律和周期表的应用不再局限于已知的信息，而是由知识的架构分析元素可能的性质，进而推测未知的物质及其性质。这不仅仅是简单的推断预测，而是基于模型工具的抽象思维认识做出的推理运用，更是该核心概念所蕴含的育人价值，有助于提升学生的学科核心素养。因此，预测未知元素的性质并作出解释应作为元素周期律和周期表概念学习的第3个进阶点。

基于以上分析，设计的从必修阶段和选择性必修阶段关于元素周期律和周期表的概念学习进阶假设如图2所示。

值得注意的是，学习进阶假设是从元素周期表与周期律概念教学总体发展情况的关键点进行划分的，每一步的学习进阶假设下还有不同水平的概念学习要求。每一“阶”的具体内容都有不同的科学概念理解的发展水平，各阶层下的水平表现也是相互交错的。

3.2 从微观层面组织具体教学内容，厘清概念理解发展要求

要从微观层面组织具体教学内容，首先要厘清与“元素周期律和周期表”相关的具体概念的联系，其所呈现的核心知识是原子内部结构与元素性质的关系[10]，如图3所示。接着，结合课标要求并利用科学概念理解发展层级整合形成与核心概念相关的具体概念的学习要求。

以具体概念“电负性”的教学为例，选择性必修阶段“原子结构与元素性质”主题学业要求中提到，学生要能理解电离能、电负性的含义，能说明主族元素电负性变化的一般规律，以及电负性大小与原子在化合物中吸引电子能力的关系，并能利用电负性判断元素的金属性、非金属性强弱等[11]。原子结构与元素周期律和周期表是紧密相连的，而电负性与元素周期律和周期表有何聯系、为何能用电负性表征原子得失电子能力的强弱、电子得失能力的强弱与元素周期律和周期表又有何关系？如果这些问题学生没有真正弄懂，则对于电负性等概念的理解将较为模糊且无法从微观层面深刻认识元素周期律的本质。

学生通过必修阶段到选择性必修阶段的学习，对元素周期表的认识开始从定性研究进入定量研究阶段。在电负性等概念的教学中，基于学生对原子结构与元素性质认识的基础，在学习中逐步引导学生由定性的感性认识上升到运用具体的数据分析形成对电负性的定量认识。在教学中可以通过向学生提供原子半径、第一电离能和电负性等数据，引导学生自主发现规律，构建元素周期律的认知模型。电负性的科学概念发展层级表现如表2所示。

教师可以运用“电负性”概念理解发展层级的表现，厘清该教学的主线，梳理具体概念与核心概念在教学内容中的联系。此外，教师应继续分析与核心概念相关的其他具体概念的概念理解发展层级表现，构建核心概念与具体概念学习的联系。

3.3 从因果层面分析“阶”的产生，了解影响概念学习的因素

结合相关文献分析，发现学生在元素周期律和周期表的学习中通常存在3个问题： 一是对原子结构与元素性质的推理关系模糊不清;二是对“位构性”框架关系理解不透，难以利用元素周期律和周期表进行实际应用;三是对元素性质和物质性质两个概念的长期混淆。具体来说，造成元素周期律与周期表概念学习各阶产生的主要问题的原因包括以下几点。

（1） 知识本身的复杂程度。从必修到选择性必修，元素周期律和周期表的学习要求进一步提高，许多抽象概念如电离能、电负性等出现。此外，学生要综合运用“位构性”模型，从定性认识转化为定量认识，了解单元素性质上升为了解多元素的性质等，使元素周期律与周期表概念的学习本身存在一定的难度。

（2） 原有知识经验匮乏。化学概念的学习是一个不断发展的过程，很多新的概念知识都是在已学过的具体概念的基础上形成的。学生对概念的学习是从具体的事实经验开始的，日常生活中与学习相关的现象、基于现象获得的体验以及化学实验等都属于学生的事实经验基础。元素周期律和周期表是中学生对元素及物质的发展认识的一个总结，其概念学习是一个不断递进的过程。学生如果对元素相关知识掌握不足，则容易在“元素周期律和周期表”的核心概念学习中产生许多迷思概念，从而产生学习的困惑。

（3） 学科思想方法和思维工具的不足。化学与方法论具有天然的联系，蕴含着丰富的学科思想与研究方法等方法类的思维工具。类比、推理、比较和分类等思维方法在元素周期律和周期表的学习中具有重要的作用。例如以上所述的“电负性”概念教学，实际上由电负性去认识元素周期性变化的教学折射出了化学学科的本质思想。人们借由原子结构去认识元素性质再去解释物质性质，其实是为了回答宏观层面上化学所关注的物质结构与性质，因此需要筛选参数进行解释，而“电负性”恰好就是能够进行解释的参数。这样一个思路折射出的是一种“学科思想”，即人们总是在不断寻求可解释的缘由去解释一定的客观事实，这也是科学发展思想脉络所在。

3.4 从应用层面诊断教学水平，反馈并调整课堂教学内容

为对“元素周期律和周期表”核心概念的教学效果进行一定的评估反馈，结合元素周期律和周期表的学习进阶假设以及具体概念与核心概念学习的联系，分析每一步进阶过程中相应的科学概念理解发展层级表现，形成不同“阶”层的核心概念理解发展层级表现评估工具（见表3）。将核心概念理解发展层级表现进一步细化，让核心概念进阶表现的评估框架更加具有可操作性，教师便能够分析学生在不同“阶”层对核心概念的掌握程度。

值得注意的是，学生在不同的学习阶层对概念理解层级可能并不一定按照阶层的既有顺序。如学生可能在L2阶层中达到“映射”的概念发展层级，能够对元素位置、结构和性质产生一定的映射，但此时学生并不一定能够达成L1阶层中的“系统”层级表现。

不同的阶层在不同的概念理解层级中具有不同的表现，教师可以根据学生的具体表現，判断学生在不同阶层中的掌握水平，把握学生对元素周期表和周期律概念理解的程度，对学生的学习进行一定的诊断。另外，在教学实践过程中，教师可以依据学生在各“阶”的概念学习表现中可能存在的不平衡现象及时地调整课堂教学内容，对教学内容做出补充或是删减。

4 小结

对元素周期律和周期表化学概念知识进行不同层面的整合，可以帮助分析概念体系在教学中的发展和学习表现。具体来说，对化学概念知识内容的整合可以厘清化学概念教学内容进阶，把握教学的深广度。现行的化学课程内容和教学时段的安排大多依据经验和观察积累而成。利用学习进阶，对必修和选择性必修教学内容的相关整合，可以衔接形成连贯一致的化学教学体系。教师常常会感到课标要求过于宽泛，难以对某个具体概念或内容的深广度进行把控，而对教学内容的进阶整合能够让教师知道教学现处于哪个水平，即将往什么水平发展，即教师知道“现在在何处，应去往何方”，

帮助教师把握教学的深广度，增强课堂教学效益。

此外，化学概念知识内容的整合还可以明确化学概念知识发展水平，反馈教学信息。随着课程改革的不断推进，教育评价问题突显，成为备受关注和争议的热点。发展构建与新课程改革目标相匹配的课程标准评价体系至关重要，如何依据学生的认知规律合理设定不同阶段的评价标准是关键。运用学习进阶整合教学内容能够清晰地看出学生的发展水平，针对各个发展水平也有相应的要求，依据学生的外显表现能够合理进行及时性的教学反馈，较强的可操作性也为教育评价标准的制定提供了一定的参考思路。

参考文献：

[1] Tom Corcoran， Frederic A.， Mosher & Aaron Roga. Learning Progressions in Science： An EvidenceBased Approach to Reform [R]. Philadelphia， PA： the Consortium for Policy Research in Education， 2009.

[2] 张玉峰. 基于学习进阶的科学概念教学内容整合[J]. 课程？教材？教法， 2019， 39（1）： 99～105.

[3] National Research Council. Taking Science to School [M]. Washington， D. C. ： National Academies Press， 2007.

[4] 张颖之. 理科课程设计新理念：“学习进阶”的本质、 要素与理论溯源[J]. 课程？教材？教法， 2016， 36（6）： 115～120.

[5] 郭玉英， 姚建欣. 基于核心素养学习进阶的科学教学设计[J]. 课程？教材？教法， 2016， 36（11）： 64～70.

[6] 张玉峰， 郭玉英. 围绕学科核心概念建构物理概念的若干思考[J]. 课程？教材？教法， 2015， 35（5）： 99～102，75.

[7] 韦钰. 以大概念的理念进行科学教育[J]. 人民教育， 2016，（1）： 41～45.

[8] 林静， 赵红艳. 基于学习科学的科学概念教与学[J]. 教育科学， 2015， 31（5）： 25～28.

[9][11] 中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 37～39.

[10] 童文昭， 邹国华， 杨季冬. 基于学习进阶视角的化学核心概念的界定——以“物质结构”为例[J]. 化学教学， 2019，（2）： 3～7.