基于学科理解的高中化学教师“原电池”教学表现研究

王伟

关键词：学科理解;原电池;教学表现;素养为本

学科理解是化学教师对化学知识和化学思维方式的一种本原性、结构化的认识，增进教师学科理解是2017年新版课标提出的重要教学与评价建议，教师学科理解能力是化学教师核心素养的四大能力之一，教师学科理解既有宏观层面对学科本身的整体理解，也有较为微观的对具体学科知识和思维方式的理解。

作为化学教师，其与公众、科学家、学生的学科理解不同，其理解要体现学科特质，体现在课堂教学中，基础是理解学科知识，挖掘学科知识背后的价值、方法、学科特质等，这样才有可能形成高质量的学科知识结构，进而改进自身课堂教学。目前有关学科理解的整体研究质量较高、但数量较少，微观层面的研究（如教学设计、化学概念教学研究等）数量较少，尚缺乏化学教师的教学表现研究。“原电池”是高中化学教学的重难点内容，也是研究热点，研究以此为例，分析教师基于学科理解的课堂教学表现，分析并提出相应建议，进而为“素养为本”的化学教学提供参考。

1研究过程设计

1.1研究工具

基于学科理解的高中化学教师教学表现，首先需要构建相关标准，对其某一主题教学进行课堂观察，分析其水平和具体表现形式。因此，研究通过对8位专家进行开放式访谈，并结合CVI效度检验法，对另外10位专家进行内容效度咨询，最终得到5个维度、15个一级指标、25个二级指标的学科理解标准，将其作为本研究的工具，如图1所示。（由于篇幅限制，三級指标将在具体内容中呈现，此处未列出）。

其次通过分析课程标准、教科书、大学《物理化学》、相关高考题等有关原电池的内容，得出“原电池”学科理解25个指标上的具体表述，如表1所示。

如表1所示，在指标的构建中，以课程标准和使用的教材相关要求为构建起点，以大学《物理化学》和化学研究前沿内容作为生长点，以能否体现和如何体现作为体现形式来构建指标。例如，在“正面价值”指标中，将课程标准中涉及的电池种类、应用作为构建起点（合格水平），将其在各材料中体现电池种类和应用的数量和体现形式作为构建的依据（最高水平），以此形成涵盖这25个指标的高中化学教师学科理解表现水平工具。

1.2研究对象

根据相关宏观调查结论，中级职称、青年、女性教师的化学学科理解水平较低，因此研究选择某中部A省H市的5所高中10位高二化学教师的“原电池”新授课作为研究对象，其中青年教师9位，女性教师8位，9位教师为中级职称，这样选取的教师群体比较有代表性，研究这个群体的教师，其结论具有一定的推广性。

1.3研究流程

对10位教师的研究基本流程如图2所示，首先对其教案进行文本考察，考察其教案是否有教学反思、能表现出哪些学科理解（如有没有化学史等）。

其次，主要是对10位教师人教版选修4第四章“原电池”的新授课（共29课时）进行录像观摩，观摩时重点对各个指标相应的教师言语进行内容分析、挖掘，梳理其能体现出的学科理解，表2呈现的是对N1教师课堂观摩的部分文本记录表。

最后对其课堂教学表现和部分指标通过访谈形式进行确认（是否与录像观摩的结果一致）。访谈过程中进行录音，以便对原始数据进行反复研究。

研究将教师学科理解的三级指标分为5、4、3、2、1五个水平，分别表示“非常符合”“较多符合”“比较符合”“较少符合”“不符合”。例如在“正面价值”指标中，教师如能忠实地体现人教版教材中有关电池的种类（一次、二次以及典型代表）和相关应用（储电供电、防腐蚀），则为3水平，只体现教材中的部分电池及其应用则为1-2水平，能在教材的基础上适当增加其他电池的种类和应用则为4-5水平。在数据处理过程中，由包括研究者在内的两名成员独立对材料进行编码，统计每个指标的频数和水平，经过多轮交流，使其在95%的指标水平上保持一致，对判定不同水平的指标，通过辩论达成一致，以保证研究信度。

2研究结论

通过对10位教师“原电池”教案、课堂教学观摩，以及相应访谈进行编码，得出他们的各指标水平，统计各维度指标的层次水平频数比例，如图3所示。

如图3所示，研究将1-2水平定为低水平，3水平定为中水平，4-5定义为高水平，因此总体上这10位教师基于学科理解的“原电池”教学表现水平还不够高，结合水平及具体指标呈现，最终得出以下结论。

2.1教师教学能关注知识的社会价值，对育人价值和学科价值的表现不足

在社会价值方面，教师能重点体现其“正面价值”指标，具体是关注在生活中的常见应用，但也都局限在教材和考点范围内，缺少对工业生产、研究等方面应用的关注;与之相比，“负面影响”体现不够，往往只对电池污染、回收利用等寥寥数语带过，缺乏数据证据呈现。

在育人价值的“科学精神”指标上，一般只实事求是地体现了单液原电池的缺点，对适合表现的批判质疑（如电极和盐桥等材料的选择）、不懈探索（电池的发展）等其他科学精神缺乏体现;在“科学决策”指标上，能或多或少体现对单液原电池缺点、盐桥作用、电极材料和电解液选择等问题的决策，但决策品质不高，基本以自话自说为主，没有足够的证据和时间来让学生通过证据推理进行决策，一半教师缺乏对单液原电池缺点、设计原电池、盐桥作用等关键问题的决策。

在学科价值的“学科地位”指标上，多数教师能通过电池特点、用途被动地体现学科地位，只有Q3教师能通过语言（不管是火箭上，汽车上……燃料有其不可替代的优势……）和图片（酵母燃料电池、活体燃料电池、微生物电池等）来明显地体现学科地位;在“职业规划”上，只有一半教师提到了原电池与2019年化学诺贝尔奖，且多数只是言语提及，未将这一事实进行升华，缺少其与职业规划的关联意识，也没有使用其他方面的素材（如电池的发展前沿与问题呈现）。

2.2教师教学能体现基本的知识结构，但结构的横向纵向关联还有待加强

在化学知识结构的“类目结构”和“实质结构”上，多數教师能分门别类地从原电池的构成条件等角度介绍不同种类电池的特点，能从原电池定义、构成条件、工作原理等角度建立起这几类知识之间的实质联系，但只有Q3、L1能从变化与平衡角度初步提及其与离子反应等外部知识的联系。多数教师在“编排顺序”“知识地位”等方面体现较好，能基本遵循教材中的编排顺序进行教学，教学中也通过语言、图片等较多地体现“原电池”的应用，展现了良好的“知识地位”。

另外，教师教学在原电池知识“与初中联系”“与大学联系”“课程交叉”“学科间”等方面的表现均存在遗漏。具体而言，教师遗漏与初中学段的联系（如电解水、金属活动性顺序、物质的溶解度等），课堂教学中已有的为零星体现（以前我们讲硫酸盐难溶……现在加上一个，硫酸铅也是难溶）;师生对双液原电池和盐桥的理解，往往需要借助大学《物理化学》中的相关知识，而已有的联系（如电势差、迁移速率）往往体现不深不透，是用一个概念来解释另一概念，未达到本原性理解的程度;在与其他学科的联系上，通常是被动地表现与物理学科的零星联系（如电流、电势），缺少与生物、材料学等其他学科的主动联系;在课程交叉上，缺少对“原电池”中真实问题的挖掘，缺少跨学科角度提出与解决问题的内容表现。

2.3教师的学科知识体现以教材为主，缺乏对学科历史和学科前沿的表现

在化学知识获取方面，教师能体现基于教材编排顺序的“认识思路”，对关键知识的讲解基本准确（但也有9位教师在语言上或多或少表达不够准确），体现较好的“可信度”。能在电极判断、电极是否与电解液反应等方面体现较好的“暂定性与稳定性”，但是在其他指标上均有遗漏。如缺少相关的“化学史和化学家”;在“来源途径”上，其知识表现缺少化学前沿、扩展知识。另外，虽然“原电池”内容可以体现能量观（化学能与电能转化）、变化观（正负极化学变化与规律）、分类观（电池分类等），但教师没有明显表现出这些化学观念的引领作用;对原电池素材（如从单液到双液原电池）使用的“批判性认识”也不足，对提升学科价值与威望不够自信（多为模糊的言语表达，如简单带过锂电池和诺贝尔化学奖）。教师的学科理解，需要教师在教学后进行自我反思，而在“自我反思”指标上，表现为缺少书面反思、缺少针对学科理解的反思标准和相应改进行为。

2.4教师教学能体现一定的学科方法，但在广度和深度上均存在缺失

在化学学科方法方面，教师在三个指标上均有所遗漏，如图4所示。

结合图4发现，教师在方法“广度”指标上虽然得分较高，能体现讲授、练习、归纳、分类、讨论、比较法等一般学科方法（每位教师的体现均不够全面），但对一些重要的学科方法上还是有所遗漏，如缺少高阶思维、科学探究（仅3位体现）、实验（6位均为“视频”实验）等方法;在方法“深度”上，能通过体现重要的学科方法（仅1位体现）、组合使用多种方法等手段展示方法深度的教师还较少;在方法“关联度”上，缺乏思维与实践方法的关联，未能建立起科学家研究方法与教师一般教学方法的联系（如历史上科学家们是怎么研究原电池的）。

2.5教师教学缺乏明显学科特质体现，缺失学科本原性视角的问题引领

在化学知识本质上，教师缺乏从微观、本原角度来解释原电池中关键问题的教学表现，在“宏观与微观”指标上，10位教师均能从宏观层面进行原电池相应知识的教学，但缺少微观层面对原电池模型的建构（只有1位体现），对“为什么氧化和还原反应能够分别在两极发生;为什么原电池能加快化学反应速率;为什么在锌铜稀硫酸单液原电池中，其外电路电流不稳定，锌棒表面也有气泡;盐桥到底起什么作用;判断原电池正负极及其反应的根本方法是什么”等关键问题的教学中，有的教师对部分问题没有涉及，有的是通过打比方等方式搪塞过去。在教学表达上，同时也缺乏通过实验、数字化仪器等手段来表现化学反应及现象的微观机理。

在“变化与平衡”指标上，所有教师均能从总反应、电极反应式、粒子移动方向等角度去分门别类地讲解各类电池中的化学变化，这与考试对“原电池”内容的要求是一致的，但同时还缺少对原电池中化学和物理变化的动态表述，缺失从平衡角度理解“原电池”内容，例如只有2-3位教师的教学表达涉及“为什么盐桥具有平衡电荷作用、盐桥为什么常选择用饱和KCI溶液、原电池为什么能加快氧化还原反应的速率、盐桥与膜的认识转化”问题。

3研究建议

基于以上对高中化学教师原电池学科理解的教学表现结果分析，研究提出如下的改进建议。

3.1通过专题培训增进化学教师学科理解

以上调查结果表明，教师对学科知识的理解的多少、理解的水平，对学科价值了解的广度与深度，对学科知识获取过程的自我监测，对学科方法的广度、深度、关联度的理解，对学科知识本质这种学科特质的把握等，都或多或少存在问题，因此应通过专题培训提升教师对学科理解的认识。首先，通过培训让教师感知学科理解相关指标，使其有意识地在这些方面增进理解。若缺乏感知，要么其教学中没有体现这个指标，要么是无意识地体现，前者会造成其学科理解的缺失，后者会造成其教学表现水平的不可控。其次在培训的内容上，可特别注重对学科理解薄弱指标的培养，例如体现在化学知识获取、化学学科方法等维度，体现在化学史，化学前沿等多个指标上。这样通过培训，有针对性地增强自身在相应方面的储备。最后，由于化学教师的学科理解指标包含范围较为全面，因此适宜以单元、主题为基元进行整体学科理解解读和设计，根据化学内容特点，单独的一节课重点体现的是一些适切的指标，而无需体现所有的指标。

3.2通过立标杆促进化学教师的日常反思

以上通过两轮专家咨询确立了一种化学教师学科理解标准，通过标准对“原电池”具体教学进行了诊断，介绍了过程中的相关注意事项，这样一来，就为教师针对自身的学科理解反思提供了可参考、可借鉴的标杆。例如，通过以上对10位教师的“原电池”教学表现研究发现，教师可能需要对所教知识、所用素材能体现出的科学精神、科学决策进行理解，需要纵向贯通其与初中、大学化学相关知识的联系，需要横向打通其与其他学科的关联，需要前后了解其相关的化学史和化学前沿知识，需要深度上从“宏观与微观”、“变化与平衡”角度挖掘所教知识的本原性问题等。

教师在日常反思的基础上，可能需要通过以下途径来增进自身的学科理解，例如师徒帮带、同伴互助、查阅互联网资源、相关教材和著作等形式。而对于青年教师而言，可以通过观摩师傅、有经验教师课堂形式快速增加自身的学科理解储备;通过查阅较新的期刊论文、新闻等（如我国钠离子电池已经实现了量产）形式了解具体知识相关应用的发展前沿;通过查阅专著、期刊论文、权威媒体等形式了解具体知识相关化学史（如锂离子电池的“前世今生”）;通过查阅相关论文了解具体知识紧密相关的化学观念（如原电池与变化观、平衡观等）等。

3.3将学科理解作为教研活动的重要主题

以上研究显示，教师基于学科理解的教学水平和问题既有共性也有特性。共性与特性共存，对有针对性地提升其教学水平提出挑战。作为教育部门和学校、教研组等组织，在专题培训化学学科理解的基础上，可通过以项目、主题为载体形式培养、建立教师学科理解的研究和教学案例，提高教学指导与教学研究的延续性。可以根据具体实际，灵活地采用各种教研方式。如邀请相关专家开展线下集中学习，教研组长或学科带头人开展线下领学;邀请相关专家录制相关学科理解视频（包括相应的拓展资源），开展基于学科理解的教学设计范例等，这样方便全体教师通过集中和分散学习，有利于减少培训学习中的信息损耗。在此基础上，教师可以通过线下集体备课等形式交流、分享经验，进一步巩固线上学习的结果。

本研究从总体上提供了一种基于学科理解研究化学教学表现的案例。增进化学教师学科理解，不仅需要教師的自身转变，也需要教师在职前和职后培养过程中的相关方的参与。高校应开通学科理解相关课程，跨越化学专业课程和化学教育类课程之间的鸿沟;教育管理部门和教研组等与高中化学教师密切相关的外界环境支持者，也应千方百计地通过线上与线下教研相结合、集中教学与分散学习相结合、规范解读与个性化解读相结合的形式开展基于学科理解的教研活动。