谈连接“原点”与“未来”的教学设计

陈 懿

好的教育，始于今日之启蒙，成于未来之创造。化学，作为一门以实验为基础的现代自然科学和中心科学，其对人类社会发展的巨大意义已远远超越了学科本身。南京外国语学校的化学教育，在STEM 教育的视域下，立足教学原点，培育核心素养，以优质的化学启蒙和生长教育为进路，彰显“让原点与未来对话”的教学主张。这里所谓“原点”，即学生的前认知状态，这一状态是随着学习的发生和发展而不断前移的。所谓“未来”，即知识创新和学生的终身发展，是教学的终极目标。“原点”与“未来”的有效联结则必须通过相应的教学设计及其行为——“对话”才能得以实现。

一、强调知识的生长

知识及其联结是教学设计的基线。夯实基础知识并使其具有简明的结构，完成由静态知识的积累到动态知识结构的生长，是学习化学的基本功，也是化学教学的初始任务。教科书的旧知虽然相对陈旧固化，但却给我们提供了知识的雏形和原型，这种雏形和原型是学生进入科学之门的基石。尽管现代科学的发展一日千里，但初始认知的启蒙对于学习的意义仍旧十分重大。从知识教学设计的视角来看，这里的“原点”，一般可以理解为学生在教科书中已经学过的知识。上化学课，至关重要的一点是必须把握好学生的化学知识是如何发生的，立足原点，弄清知识的来龙去脉。“让原点与未来对话”，其首要的前提就是以教学评的一致性为路径，立足课程标准和教科书，守好教学基线，追求核心素养。

以人教版高中化学教材必修1“物质的量”教学为例，原有摩尔概念是以碳-12 的相对原子质量为基础定义的，化学教科书中沿用至今。但由于该定义又受到千克定义的制约，第26 届国际计量大会通过决议，将摩尔的定义改由常数定义，重新定义为：摩尔，符号mol，SI 的物质的量单位。1mol 精确包含6.022 140 76×1023个基本粒子。在新的摩尔定义下，摩尔质量与相对原子质量（相对分子质量）在数值上不再完全相等，知识的边界正在发生变更，教师原有的惯性教学思维将发生变化，对未来的教学将产生深远的影响。面对知识的生长，不仅今后使用的新教材的知识框架会做相应的调整，我们当下的教学设计也必须发生改变，更好地适应未来知识的创新。

此外，“大概念”（big idea）在教学设计中也可以成为知识生长的原点。例如，教材《化学反应原理》中的“水溶液中的离子平衡”单元包括了弱电解质的电离、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等，教学时将其视为“化学平衡”情境衍生的平衡状态，不仅可降低知识的陌生度，也非常有利于新知识的生长。

二、注重方法的生长

化学知识的生长关键是两个方面：一是认识和描述化学事实，二是学会用相关的理论（假说）解释事实。科学知识生长的过程伴随着科学方法的生长，学习化学知识的过程也是不断学习和运用化学方法的过程。从初三到高中必修、选修三个阶段的“元素周期表”教学中，以具体元素知识的积累为起点，经历逐步系统化的归纳，形成假说，获得规律，从而达到理论的演绎，从而形成比较完整的“归纳—演绎”逻辑方法体系。因此，教学设计中，科学方法教育的设计至关重要。

化学问题的解决依赖科学方法，除了数理方法之外，实验方法是化学最具有学科特质、最重要的方法。化学实验方法在本质上是技术的，现代化学的每一次重大发现几乎都与技术进步对实验方法的推动密切相关。实验教学是化学教学的基石，也是化学教学的捷径，而实验方法的优化正是我们团队化学教学优化的重要支点。基于STEM 的化学教学，使得现代实验技术与传统的中学化学实验教学有机结合，由表及里，探究本质。在这里，空气的组成、铁生锈、酸碱中和、次氯酸的分解……这些看似简单的传统实验得到了现代技术的支撑，实现了知识本质的阐释，传统实验教学的直观与现代实验技术的升华实现了交相辉映。

例如，笔者在“离子反应”专题复习课中设计了“碳酸钡和硫酸钡能否相互转化？”这一问题讨论环节，利用手持技术，对“1mol 硫酸钠中加碳酸钡”“蒸馏水中加碳酸钡”进行实验比较，并在此基础上讨论能否通过理论计算预测反应的可能性，从而揭示知识和问题的本质，“变化观念与平衡思想”“科学探究与创新意识”等学科核心素养要求得以落实。正是因为方法的生长，才有了对知识的深层理解，从而使深度学习真正发生。同时，深度学习则促进了新知识、新方法的生长。

三、优化思维的生长

科学思维是以探索和发现事物的本质及其规律为目标的认知性思维，其成果通常以科学概念、科学理论、科学定律、科学规律等方式体现。科学思维的基础是逻辑思维，创造性思维则是形象思维、抽象思维和直觉思维的综合体，是科学思维发展的最高阶段。从比较与分类、归纳与演绎、分析与综合、抽象与概括等常规的逻辑思维到独立的质疑、求证、判断和反思的批判性思维，再到以好奇、想象、灵感和顿悟为特征的创造性思维，思维的生长与化学的深度学习总是相伴相生，形影不离。

以“氯化钠的组成与结构”教学为例，从九年级化学的“氯化钠由钠离子和氯离子构成”到高一必修的“钠离子和氯离子通过离子键构成氯化钠”（碱金属与卤素形成化合物的一般规律），再到高二选修内容的“氯化钠晶体结构”，随着各学段新授课的推进，从离子到离子键再到离子晶体（晶胞），知识层次不断提升，科学思维不断生长，深度学习不断发生，核心素养不断发展。到了高考复习课层面，迁移解决新情境下类似氯化钠型体心晶胞的一类问题，空间想象和微观计算，结构分析和符号表征，科学思维的品质进一步得以彰显。通过从微观层面理解物质的组成、结构和性质的关系，并能预测类似物质可能的结构与性质，分析相关证据，逐步建立模型，从而使“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”等核心素养有效积淀。每一阶段的教学设计，都不能忽视科学思维的教学指向，看似简单的知识点教学，其背后是看不见的科学思维的深刻。从教学的原点到未来的创造，见证思维生长的力量。

四、激励主体的生长

学生是教育的主体。促进学生的终身发展是学校教育的“未来”使命。化学教学的目的就是要让学生从生活走进化学，具备化学的核心素养，进而从化学走向社会，走向世界，走向未来。教学的“原点”是基础课程的支点，是知识启蒙的支点，更是学生身心成长的出发点。一节课，每一点知识积累，每一次问题解决，每一个探究活动，“原点”与“未来”的“对话”无处不在。教学的“未来”是为每一个学生积蓄创造的力量，仰望遥远的星空，成就生命的光辉。未来的科技人才不仅要会理论上学出来，更要会在物化的层面做出来。

笔者的团队组织学生成立了STEM+化学学习小组，以两个“PBL”（基于问题的学习Problem-Based Learning 和基于项目的学习Project-Based Learning）学习方式为教学设计的基础，设计在各种不同的学习情境下的体验式、多形式的学习活动，十分有利于深度学习的发生。PBL 学习不是空泛地提出问题、分析问题和解决问题，而是一种系统思维和实践过程，STEM 的多学科、多视角“问题群”，必然使学习过程更富有探索性和创造性。尤其是STEM 学习有了物化空间的承载，而物化的学习则为技术素养和工程素养的形成提供了保障。在STEM 的学习活动中，学生可以像科学家一样去研究、去发现；像工程师一样去设计、去创造。当STEM 学习进入“物化”层面后，一个项目的实施，更需要团队合作和许多实际发生的实践过程才能实现，真实而又丰富多元。

例如，化学学习小组的学生用紫外分光光度法开展“测定盐水鸭中亚硝酸盐的含量”“测定火腿肠中亚硝酸盐的含量”“探究隔夜菜是否可以食用——绘制标准曲线”等实验研究学习，体现了“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”学科核心素养。

当今化学及其教学，有的是已知的已知（即旧知），有的是已知的未知（即新知），还有的是未知的未知。我们不能只用习惯的思维去固化教学，而应以创新的视角去活化教学。简单的知识与高难的创造之间似乎遥不可及，教学原点与创造未来之间显然存在着“最遥远的距离”。然而，“让原点与未来对话”却可以缩短这一遥远的距离。