化学学科核心素养的发展机制及教学逻辑

杨玉琴 王彦卿

关键词：化学学科核心素養- 发展机制- 教学逻辑- 问题情境- 学科观念

围绕学科核心素养的发展重建学科教育范式，是当前深化教学改革的重要课题。作为对三维目标的凝聚和整合、传承与超越的学科核心素养，如何落实到日常课堂教学实践中是迫切需要解决的问题。教学逻辑是对教学目标、内容、活动及评价等内在关系和基本规律的客观认识，是教学理性的集中体现，能够引导教学系统从不规范到规范、从随意向高度自觉发展。这就需要深入探讨化学学科核心素养的基本属性及其发展机制，在此基础上把握基本的教学逻辑。

1化学学科核心素养的基本属性

素养是从学生学习结果的角度来回答未来社会需要的人才是怎样的。欧盟认为，“素养是适用于特定情境的知识、技能和态度的综合，是可迁移和多功能的。所有个体达成自我实现和发展、成为主动的公民、融入社会及胜任工作所必需的那些素养即核心素养”。化学学科核心素养则是学生在化学学习中逐步形成的，在未来的学习、生活或工作中能够调用的关键能力、必备品格和正确态度价值观，具体体现为“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”“科学态度与社会责任”5个方面。从内涵分析，化学学科核心素养具有如下基本属性。

1.1整合性

化学学科核心索养并非具体的化学知识、方法、能力或态度，而是它们的聚合体。整合性一方面表现为单个的学科核心素养具有统摄性，能统整一类学科大观念（big ideas）等;另一方面体现在5个学科核心素养实为一个整体，在学生的化学学习中协同发展并协同发挥作用。

如“变化观念与平衡思想”这一学科核心素养即整合了诸多学科观念（见图1）：物质是变化的、物质变化受条件的影响（如，条件影响反应的发生、反应的产物、反应的速率及反应的限度等）、化学变化遵循一定的规律（如质量守恒、元素守恒、能量守恒等）、化学变化的本质（化学键的断裂与生成）、化学变化伴随能量转化（化学能与热能、电能等的转化等）、化学变化快慢及其影响因素、化学变化具有限度并受条件影响（简称化学平衡）和研究化学变化的价值（简称转化利用）等要素组成。学生在掌握诸多要素的基础之上，逐渐形成化学变化与平衡相统一的思维视角及多角度分析并解决与实际生产、生活相关的化学变化问题的能力。

体现在教学中，以高二“水溶液中的离子平衡及反应”单元复习课为例，教师选取“人体代谢性酸中毒治疗方案的设计”问题，通过“病因诊断：人体酸中毒的原因”“对症下药：治疗方案的设计”等环节，在真实情境中进行问题探究和解决，建构起溶液体系中微粒相互作用与变化、性质和应用之间的整体分析思路（见图2），体现了“变化观念与平衡思想”的整合性。

另一方面，化学学科核心素养是由各个成分构成的有机整体。为了认识整体，人们往往会用分析方法将其分解为一些要素。在培养初期，也需对某些成分进行侧重训练，由简单到复杂，循序渐进逐渐整合成学科核心素养。但这并不意味着组成化学学科核心素养的5个要素可以截然分开、逐个培养。各种学科素养要素都会在一定程度上同时作用于学生学科核心素养发展的不同方面，且学科核心素养的发展不仅有赖于各种具体学科素养成分的发展，还取决于各种学科素养成分的整合程度。在化学学科认知活动或问题解决活动中也不可能只有其中的某个要素起作用，往往是多个要素的协同作用。

仍以前述复习课为例，如图3教师引导学生分析“人体酸中毒原因”时，学生调用的不仅是“变化观念与平衡思想”这一学科素养，其中也包含着“宏观辨识与微观探析”（血液呈碱性的宏观现象与溶液中微粒的相互作用关系）、“证据推理与模型认知”（用电离、水解等微粒相互作用的模型进行推理）。而在“确定诊疗方案”阶段，学生在按照自己预设实验方案配制透析液的过程中发现“异常现象”——生成白色沉淀和气体，与原有认知中Ca和HC03能够在水中共存产生了冲突，引起进一步探究的欲望，再分析白色沉淀可能是哪些物质，找寻NaHCO，的替代物质、探寻新的实验方案等，则体现了科学探究与创新意识、科学态度与社会责任等学科核心素养。

1.2高阶性

布卢姆教学目标分类学（修订版）将认知过程分为记忆、理解、应用、分析、评价和创造6个水平。在“记忆、理解”层次，所涉及的是机械记忆、简单提取、浅层理解等低阶思维活动，在“应用、分析、评价、创造”等层次，涉及的大多是问题解决、元认知、批判性思维等高阶思维活动。化学学科核心素养强调宏微联系、证据推理、模型认知、科学探究等，这些具有学科特质的思维或方法凸显了化学科学认识物质世界的基本视角，即不仅要通过科学探究，在宏观上对物质的性质与变化进行观察描述，更重要的是从微观上运用模型方法加以解释，以深刻把握物质变化的本质规律，解决与人类生存、发展相关的化学问题，很显然具有高阶性。

如前述“水溶液中的离子平衡”复习教学中，学生在完成任务“模拟100mL 5倍血液浓度透析液的配制”过程中，首先根据“变化与平衡”思想分析所需溶质并制定实验方案，对方案进行点评、优化，确立最终方案;而当实验中遇到“异常现象”时，则需从微观角度分析原因，再讨论出新的方案。其中所涉及的是应用、分析、评价和创造等高阶思维。

1.3情境性

素养的各种典型定义中，“情境”是共同的关键词，包括个人情境、社会情境和职业情境等。素养是知识、技能和态度等整合而成的复杂心理结构，具有内隐性，在特定的情境中形成和发展，若不与具体的情境关联则无从表现。对于化学学科核心素养亦如此，一方面需要在真实情境下才能表现出来，另一方面也只有在分析和解决情境问题的过程中才能得以培养和发展。

如，学生在解决“人体代谢性酸中毒治疗方案的设计”问题这一真实情境中，不仅通过查阅资料、实验观察等方法获取、表征有关信息，还通过理论分析、实验探究等寻找证据，对证据进行评价利用等。在情境所衍生的系列问题解决中，学生自主建构起复杂溶液体系中离子平衡及反应的基本认知模型，并将其应用于透析液配制过程中“异常现象”的分析与解决，学科核心素养得以发展。

1.4迁移性

对素养的各种界定中，皆强调其能够运用于新的情境。在某一情境下所获得的知识技能等能被应用于另一情境中解决问题，即为迁移。学科核心素养一旦形成，则对学生的后续学习甚至终身发展具有持续而深远的影响力。如学生的化学学科核心素养一旦形成，则在未来的学习、工作或生活情境中遇到具体问题时，能够透过现象看本质（宏观辨识与微观探析）、不盲从（证据推理、科学态度），遇到问题时会理性分析且采取恰当的方法去解决（科学探究），具有高度的社会责任感（社会责任）等等。“为迁移而教”正是发展学生学科核心素养的应有之义。

2化学学科核心素养发展的机制

在认知心理学看来，后天习得的能力都是以知识和技能的习得为基础，经过巩固、应用等过程转化为个体的心理结构，才能够在新的情境中被提取与应用，从而形成稳固的素养。化学学科核心素养的整合性、高阶性、情境性和迁移性等基本属性，决定了其必须依赖于一定的问题情境场域，通过解决问题的深度学习，在结构化学科知识、方法、态度和价值观等基础之上发展而来。学科核心素养发展机制如图4所示。

2.1学科核心素养发展的场域：问题情境

传统教学中学生习得了许多知识，但这些知识并未能转化为素养，追根溯源，学习中的“知”与“境”分离、“知”与“思”分离及“知”与“行”分离是重要原因。学科知识的原初形态是人们运用某（些）方法解决特定背景下的实践或理论问题所获得的暂时性回答，如“原子结构模型”的建立即源于科學家对物质宏观现象的本质探究。但当这些暂时性回答被编入课程时，其产生的特定情境被简化或删去，成为静态、客观或中立的知识。而教师教学时，往往就知识讲知识，不深究来龙去脉，这就导致了“知”与“境”分离。学生学习知识，但不知知识为解决何种问题而来，对知识是否掌握的评价也只是检验其能否复述或在作业、考试中再现，而非解决真实问题，从而导致了一定程度的死记硬背、机械训练，不能够灵活迁移。

情境为基于一定目标与主题而展开的学科学习故事的发生提供了特定的场域。科学教育中的“情境”是“连接一个核心实体（focal entity）或是围绕在核心实体周围的实体（entities），作用是让整体的意义更加明了”，核心实体指科学课程要求学生掌握的科学概念、技能、态度、方法等，而围绕在周围的实体则是科学知识产生的背景、环境或者学生熟悉的场景等。通过个体与情境的相互作用，形成一个发展学科核心素养的教学生态系统，使学生有可能在真实的、逼真的问题解决活动中，通过观察分析、实验探究、深度思考等，将“知”与“思”及“知”与“行”有机结合起来，从而形成科学家看待世界的方式和发展解决问题的能力，保证知识向真实情境的迁移，实现知识向素养的转化。

2.2学科核心素养发展的基石：整合的知识

素养不是知识，但没有知识，素养就是无源之水、无本之木，关键是知识以何种形式习得及以何种形式存在才能够发生迁移。碎片化的、互不关联的知识无法发生迁移。Deblock（ 1972）曾将学习概括为如下四个维度的整合：（1）从事实到概念，到关系，再到结构。即从事实人手，让学生与真实情境互动，实质性地掌握概念和原理，进一步形成结构化知识和技能;（2）从事实到方法，到学科方法论，再到学科本质观。即从事实人手，让学生在完成情境化任务中理解和掌握学科思维方式和探究方法，进而领悟学科观念及本质，反思学科价值或不足;（3）从知道到理解，到应用，再到综合。即在掌握基础知识和基本技能解决简单问题的基础上，运用高阶思维整合运用知识、方法和观念等分析和解决复杂问题;（4）从有限迁移，到中等程度迁移，再到全面迁移。指从简单相似的情境到复杂开放情境，再到跨学科的、综合性的现实情境，学生逐渐发展和运用灵活有效的问题解决策略。学生在经历各种真实情境问题解决中，学科知识和技能不断结构化，学科思维方式、探究方法和价值观念逐渐发展，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探究活动，灵活地迁移到各种复杂现实任务或情境时，就表现出了高水平的素养。

2.3学科核心素养发展的路径：深度学习

浅层学习以记住、掌握知识为目的，力图能完整准确地再现知识内容，缺乏对所学知识的深度理解及其意义体验，学习的结果为“保持”;而深度学习重视对新知识的批判性吸收，将它们与已有知识建立关联，建立对概念的理解和长期保留，以便应用到新情境中解决问题，涉及的大多是劣构问题解决、元认知和批判性思维等高阶思维活动，学习的结果是对知识的深层理解和迁移应用。作为可迁移的知识、技能和态度综合体的学科核心素养，其习得与发展依赖于深度学习过程，而核心素养一旦形成又会有力支持深度学习，两者是相互加强的互动循环关系。

如果说各种具体学科素养成分（特别是知识、技能、规则等）在短时间内便可以获得，且能够呈直线式上升，那么，学科核心素养则需要学生的持续的深度学习建构，且为螺旋式上升。在此过程中学科核心素养中的相关成分及各种成分的数量和质量不断得到扩展，当扩展到一定程度時，就会导致学科核心素养在结构和质态上的实质性改变。

3发展学科核心素养的教学逻辑

当课程目标由“三维目标”演进为“学科核心素养”时，一线教师需要洞察发展学生学科核心素养的教学逻辑，在头脑中勾画出教学图景，才能将学科核心素养真正落实到课堂教学中。教学逻辑是教师对教学设计和实施过程中客观规律的把握及形式化的结果，体现在教学中是知识逻辑与学生认知发展逻辑之间的动态转换与相互运演，具体表现为教师对教学目标、内容、活动与评价等的合理构想。

3.1目标达成逻辑：基于学科观念的持续建构

如前所述，学科核心素养的形成与发展基于学科知识到学科结构、本质、方法及科学精神、态度和价值观等（统称学科大观念）的持续建构和转化。学科观念是基于化学学科事实性知识而提炼出来的对化学学科的概括性认识，内容涵盖化学学科本质特征、基本规律以及化学与自然、人类社会的关系等，具体表现为个体主动运用学科知识和学科思想、方法考察周围的事物和处理问题的自觉意识或思维习惯，具有超越事实的持久价值和迁移价值。学科观念是一个横向延展、纵向深入的多层次多维度的复合概念。在达成学科核心素养目标中起“中介”作用的学科观念需以具有内在逻辑关联的单元为教学基本单位，深入挖掘隐在显性学科知识背后的对发展学生的学科核心素养更富“营养”价值的学科本质、方法、价值观等来设计单元目标，再把单元目标有机分解到每个课时中。通过每个课时、每个单元教学目标的逐步落实、持续建构、螺旋上升最终实现学科核心素养目标的达成。目标达成逻辑如图5所示。

如，在必修阶段，促进“宏观辨识与微观探析”素养发展的核心观念包括价类二维元素观、基于电离和离子的微粒观、基于化学键的微粒作用观等。价类二维元素观的发展内涵又包括：“认识元素可以组成不同种类的物质，根据物质的组成和性质可对物质进行分类;同类物质具有相似的性质，一定条件下各类物质可以相互转化;认识元素在物质中可以具有不同价态，可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质的相互转化”等，这些观念需要经由“氧化还原反应”单元教学及“氯、硫、氮、钠、铁等元素及其化合物”等单元教学的持续建构而形成。当然，在元素及其化合物教学单元中，建构的不仅是元素观，还包括变化观及与“科学探究与创新意识”“证据推理与模型认知”相关的方法类观念及与“科学态度与社会责任”相关的价值类观念等，所以在图5中用“+n”或“n+”表示;再如，“变化观念与平衡思想”素养所含的大概念包括氧化还原反应、离子反应、化学反应与能量转化、化学反应限度和速率等。必修阶段“化学反应的限度”单元重点初步构建化学反应的“平衡观”，选择性必修阶段则“从条件对化学反应速率和平衡的影响角度，认识二者的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用”，从而深化“平衡观”，彰显学科价值。

3.2内容组织逻辑：基于观念统整的单元构建

学科核心素养目标的达成需要较长的累积效应。这一特点决定了学习内容必须通过“连续性”“顺序性”和“整合性”这三项准则加以组织。连续性是指在学习经验中反复加强这些特定的效应要素，如价类二维元素观通过不同元素及其化合物的教学持续强化;顺序性是指不断地增加学习内容的广度和认识深度，如“平衡观”的建构;整合性则是指基于学科观念构建教学单元，对单元内知识、技能、方法和态度等发挥统摄作用。单元教学以观念的建构为中心目标，上承课程目标，下接课时目标，各个课时之间相互联系形成合力为观念建构服务。一个单元就是一个指向素养的、相对独立的、体现完整教学过程的课程细胞，有助于教师连贯地理解目标，灵活地整合教材，突出教学的结构性和方向性。

如依据《普通高中教科书·化学（必修上册）》（苏教版）的编写意图，在“专题3从海水中获得的化学物质”中，适当调整教材的顺序，建构“氯、溴、碘及其化合物”教学单元，如图6。该单元指向“通过化学反应实现物质转化，综合利用海水资源，合理使用化学品”的观念建构。虽然2017年版课标中对“溴、碘”相关内容没有明确要求，将它们与“氯”置于同一单元下，重点并不在于增加关于“溴、碘”的知识，而是以“海水中非金属元素的转化与利用”为线索，强化通过氧化还原反应可以将海水中的元素进行转化，为人类的生存与发展做出贡献，指向变化观念、科学探究、证据推理及社会责任等学科核心素养的培养，同时为元素周期律的学习做好知识铺垫。

3.3活动开展逻辑：基于问题情境的深度学习

核心素养本质上是解决复杂问题的能力，并不能直接由教师教出来，需在真实的问题情境中、具有挑战性的任务中借助问题解决的探究活动逐渐培育起来。化学学科核心素养中诸如证据推理与模型认知、科学探究与创新意识等高阶能力的形成源于“积极的思考、主动的探究”等深度学习行为。教学情境中蕴含着学科知识发现的过程、应用的条件以及学科知识在生活中的意义与价值等，不仅能够激发学生的认知兴趣，其衍生的问题还可引发学生认知冲突、产生不平衡的心理状态，为寻求认知平衡主动投入到解决问题的学习任务中，在完成任务的高阶思维活动和实验探究活动中实现知识、观念等的建构。这种学生的认知从平衡到不平衡再到平衡的发展过程，既是深度学习的过程，也是学科素养得以形成和发展的过程。情境与活动之间的逻辑如图7所示。

表1是“氯、溴、碘及其化合物”單元中情境与问题的设计。以“海水中的元素含量图”作为大情境，提出本单元解决的大问题“哪堂元素及其化合物与我们的生活密切相关？如何从海水中获取它们？”该问题的解决指向本单元核心观念的建构。再将单元问题转化为一个个具有逻辑关联的课时内容“问题”，从单元问题到内容问题再到每个课时中的子问题，紧扣单元目标，形成具有内在逻辑结构、清晰的问题线索。这些问题转化为学习任务，有些要求学生重组信息来形成答案，有些需用逻辑推理来支持答案，有些则要通过探究活动来获取答案，涉及应用、分析、综合和推理等高阶认知过程。

3.4评价利用逻辑：基于目标达成证据的逆向设计

传统教学中，评价通常发生在教学之后，主要是为了总结学生在一定阶段所学到的知识和掌握的技能，对教师的教学效果和学生的学习结果做出判断。这种静态的结果性评价，不能为教师教学和学生学习提供即时有效的决策信息，对改进教学或促进学习没有直接的意义，在某种程度上导致了应付考试的机械学习和浅层学习。

指向学科核心素养发展的评价则将传统评价进行“翻转”，即当预期的学习结果——教学目标确定后，首先思考：什么可以用来证明学习目标的达成？此即评价先行的“逆向设计”，即根据目标所要求或暗含的表现性行为来设计学习任务与活动，以能够证明学生理解和掌握程度的评估证据来设计单元教学，而不是根据要讲的内容或是学习活动来设计。这种评价不再是游离于教学过程之外的一个孤立环节，持续且实时地镶嵌于过程之中，以各种正式与非正式的方法收集关于学生理解与表现的证据，用来判断学习任务与活动是否在为达成目标服务，达到目标的程度如何及如何最有效地实现目标等。这是一种动态的形成性评价，“评”与“教、学”呈一体化状态，形成合力为达成目标、改进学习服务，其逻辑关系如图8所示。

如表2所示，以“氯、溴、碘及其化合物”单元第2课时为例，根据课时目标确定合适的评估证据，从而设计相应的学习任务。根据学生完成任务中的表现判断学习目标的达成情况，以评估教学的有效性，及时调整教与学的策略或进程。

学科核心素养的发展是当前课程改革的主旋律，但采纳新的课程并不一定会提高学生的学习表现。“对于学生而言，坏的课程好的教法胜过好的课程坏的教法，教学法胜过课程”。除非是致力于发展教师引出深度学习的教学方法，否则学生的学业成就还是会低于标准要求。遵循学科核心素养发展的教学逻辑，将知识与真实的情境连接起来，通过真实问题解决任务进行“身心投入”的深度学习，让每一节课、每一个单元的学习都成为通向学科核心素养目标的阶梯，由此知识得以创生，素养获得发展。