课程统整视域下的高中化学课堂教学设计

郭金花 鞠东胜 薛义荣

摘要：在课程统整理论指导下开展高中化学课堂教学实践。主要分析了课程统整的内涵，课程统整理论对高中化学课堂教学的启示。基于课程统整理论提出了“创设真实情境，重视核心价值引领；参与师生合作，共同解决复杂问题；整合前沿知识，拓宽学生科学视野；注重课堂评价，促进素养目标达成”的课堂教学理念，并实施教学，旨在实现提升学生化学综合素质的目标。

关键词：课程统整；化学课堂；教学设计；化学综合素质

文章编号：1008-0546（2022）11-0035-05

中图分类号：G632.41

文献标识码：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.11.008

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中明确指出：要“重视以学科大概念为核心，使课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落实。”“有机融人社会主义核心价值观”“努力呈现时代发展的新成就、新成果，充实丰富培养学生社会责任感、创新精神、实践能力相关内容。”[1]因此，作为落实培养学生核心素养的课堂教学需要围绕学科大概念将相关内容进行统整。另一方面，由于化学这门学科有其自身鲜明的特点：化学是一门中心科学（central science），[2]它与物理学、数学、医学、生物学、工程学、环境科学、地质学等都有密切的联系。因此，为展现化学学科这一特点，可以在“课程统整”相关理论指导下开发和设计高中化学课堂教学内容。通过课程整合，形成学生对化学问题的整体认识，提升学生化学科学与人文素养、自主发展能力、沟通合作能力和终身学习能力等综合素质。

一、课程统整的内涵

“课程统整”（curriculum integration）的概念来自于西方，“统整”的英文单词为integrate。《牛津现代高级英汉双解词典》对integrate的解释其中有一种为：“连接（各部分）使成一整体；使完全；使成完整之物；结合成一体”。[3]“统整”的同义词是“整合”。在本文，它们表示同一个意思。

“课程统整”起始于19世纪末德国教育学家赫尔巴特提出的统觉论，即认为“统觉过程是把许多感觉散片结成整体”。但课程统整的发展和兴起却在美国，其中，詹姆斯·比恩（James Beane）是课程统整研究领域的重要代表人物之一，其专著《课程统整》阐述了如何用现代民主理念改造课程统整，从而开辟了一条通往民主的课程之路。[4]比恩认为，“课程统整”是“一种课程设计，乃是在不受制于学科界限的情况下，由教育者和年轻人合作认定重要的问题和议题，进而环绕着这些主题来形成课程组织，以增强人和社会统整的可能性。[5]

雅克布斯（ H.H.Jacobs）是美国与比恩同时期研究课程统整的另一位杰出代表人物。他于1989年编辑出版了《跨学科课程：设计与实施》一书，该书对课程统整的实践起到了重要的指导作用。虽然雅克布斯没有提出明确的课程统整的概念，但她提出了对跨学科课程整合的认识：“跨学科（interdisciplinary）即是将超过一学科的方法论和语言有意识地应用于对一个中心主题、议题、问题、话题或经历的调查之中。”她的论述阐明了课程统整就是将不同学科的知识围绕一个共同的问题展开。雅克布斯课程整合思想试图超越分科与整合的二元对立，提出实现“分”与“整”相统一的课程整合观，她不排斥学科之间的整合，且认为课程整合是一个循序渐进的过程。[6]

不同学者对课程统整的内涵都有自己的理解，根据取向不同，主要可以分为两个方面，一是以比恩为代表的“儿童与社会中心取向”的课程统整，二是以雅克布斯为代表的“学科中心取向”的课程统整。比恩对“学科中心取向”的课程统整持怀疑甚至批判的态度，他认为学科界限的存在即是背离整合的初衷。而雅克布斯虽然也反对过度分化的学科课程，但她并不彻底否定分科课程的价值，相反，她允许分科课程的存在，主张“课程整合是学科知识的实用性使用”，[7]甚至认为学生“只有在获得各个学科的坚实基础之后再在跨学科项目中将其建立联系，才能从跨学科项目中获益。”[7]纵观两种不同的课程统整思想，雅克布斯的课程统整观更适用于国内现阶段中小学课程统整的实践，而比恩的完全突破学科界限，以构建民主社会为导向，按照“民主”的方式进行课程统整实践可能是全球教育未来要实现的“美好愿景”。

二、课程统整理论对高中化学课堂教学启示

1．化学课堂教学应以培养学生的化学综合素质为目标

人们对于世界的认识原本就是整体性的，“孤立的、破碎的、与生活经验没有关系”的课程不能使学生有完整的视野和全息的学习观。[8]学生将来所要面对的工作与社会不会像学校课程这样泾渭分明地呈现出学科的边界，他们在解决实际问题的过程中通常需要白发调动各个领域的知识。而当时学校中的分科课程无法为学生创设其会遇到的真实情境，学生无从得知为何要学习某一学科，又该如何在生活中单独运用某一学科的学习内容。[9]因此，课程统整的目的就是希望学生能够“在陌生环境中自定航向”，找到應对不确定性和复杂问题解决的正确办法，实现“自身、社会和全球的福祉”[10]。这就启示化学课程应该要创设真实的问题情境，拓展化学学科知识，整合跨学科知识解决真实的综合性问题，让学生经历真实的问题解决过程，获得高级情感体验，树立正确的世界观、价值观和人生观，提升学生的化学综合素质。

2．化学课堂教学应以化学问题为组织中心

根据我国目前学校课程发展的现状，以雅克布斯为代表的“学科中心取向”的课程整合观更适合当下的化学课堂教学。以“学科中心取向”的课程特点往往是以组织中心如主题、议题、问题、概念、基本学习内容、技能或课程标准的要求来连接不同学科，目的在于使学生能够从多重视角整合处理与组织中心相关的信息和观点，以便更全面、客观地理解知识和解决问题。[9]课程整合的这一特点启示化学课堂教学应该以化学问题为组织中心整合教学内容，即围绕化学主题、问题、议题设计一系列的多学科融合性问题，制定教学目标和评价目标，开展具体可行的教学活动等。这个过程强调学生能从不同学科视角来思考化学问题这个组织中心，通过组织中心的统领建立起不同学习领域之间的联系，从而形成对化学真实问题的全面和深度认识。

3．化学课堂教学应以多方合作为组织形式

比恩认为统整课程的重要问题或议题应该由“教育者和年轻人”合作认定。雅克布斯也认为师生是真正的“课程共同创造者”。这种新的师生角色关系中，教师从作为知识的持有者变为如何学习的模范，学生也成为真正的课程创造者，他们可以“从一个困扰他们的问题开始，进而在教师的协助下进行他们的跨学科探究。”“另一方面，基于课程统整视域下的化学课堂教学内容的复杂性和整合性的特点，仅凭化学教师往往是无法有效完成教学设计的，必须协同其他学科教师共同开发设计。例如：化学教师一般会认为共价晶体之金刚石不导电，而事实上金刚石不仅可以做半导体材料，而且可能是未来最有发展前景的半导体材料。像这样的跨学科问题，化学教师必须请教物理教师甚至大学物理学专家才能解决。因此，高质量的化学统整课程是多方合作的结果。

三、基于课程统整理念的化学课堂教学设计

下面以苏教版选修3“共价晶体”的教学为例，具体阐述教学主题、目标、规划和教学设计理念等。

1．主题概述

本课在金刚石的来历、科学研究历史、用途等真实情境下展开对共价晶体的结构、性质和用途的主题性学习。统整内容包含化学学科内统整和跨学科统整。学科内统整体现在围绕共价晶体的结构和性质，将晶胞、物质熔点的大小比较、胶体、相似相溶原理等化学知识进行整合，并用这些知识解决真实的问题。跨学科统整体现在围绕金刚石的结构和用途，利用数学排列组合的知识解决金刚石中“每个碳原子经过多少个六元环”的问题，利用数学立体几何、解析几何的知识解决金刚石晶胞的有关计算问题，利用半导体物理知识解释金刚石为什么可以做半导体材料的问题，利用生物知识解释金刚石与人体的生物相容性问题，利用化学知识解释金刚石为什么可以做顶级电子封装材料，利用魏振芳发现中国最大天然金刚石的故事渗透拾金不昧、无私奉献的思想品德教育，利用世界名钻及其背后的故事渗透审美教育。无论是学科内整合还是跨学科整合都是围绕“物质结构决定性质”和“性质决定用途”的化学核心观念展开的。

2．教学目标

（1）通过对金刚石的来历和研究历史的学习，了解科学研究的进程。

（2）通过搭建金刚石、碳化硅结构模型，理解共价晶体的结构特征，并能预测共价晶体的物理性质。

（3）通过从金刚石结构中寻找金刚石晶胞的实践活动，深度理解金刚石的结构，并学会利用原子坐标参数巧解晶胞的有关计算，培养学生创新思维的能力。

（4）通过对金刚石前沿应用中一些真实问题的解决，领会物质结构、性质和用途之间的关系，激发学生的学习兴趣，培养学生的综合素质。

3．课前准备

（1）分10个小组，确定组长。准备10个模型盒子（14个黑色小球、10个蓝色小球，均为4孔、18个白色小棍）。

（2）准备金刚石晶胞模型、金刚石结构模型（不规则和正四面体）、二氧化硅模型、一根红绳。

（3）课前学生任务：搜索世界名钻及背后的故事。

（4）本课需设计两个课时（90分钟）。

4．教学内容思维导图（见图1）

5．教学设计理念

（1）创设真实情境，重视核心价值引领

真实的情境，尤其是故事情境可以带领学生感同身受，感动于故事中的人物精神，突出核心价值的引领功能。在“共价晶体”一课中，创设的“魏振芳和常林钻石的故事”情境如下：

20世纪70年代，在山东临沭县常林村有个21岁的姑娘，她叫魏振芳。有一天她扛着锄头下地干活，结果一锄头下去，蹦出来一块鸡蛋黄大小的东西，她捡起来一看，发现亮晶晶的，黄灿灿的，非常漂亮，猜测一定是个好东西，就捡回家了。父亲一看，断定这是块钻石，于是全家人商量后决定上缴国家。后经中国科学院鉴定：这颗钻石重158克拉，是我国现存最大的一颗天然金刚石。据专家估计这颗钻石的价值达上亿元。为了表彰魏振芳拾金不昧的精神，国家要给些物质奖励，但她只要了一台拖拉机，但不是给她自己，而是给村里的。故事讲到这儿，大家是不是觉得这位姑娘的心灵和钻石一样闪耀呢？

这样一个真实的事件一定会激起学生心中的波澜：在当时那个物资匮乏的年代，魏振芳居然毫不犹豫将这颗美丽的、价值连城的钻石上缴给了国家；当国家要给她奖励时，她自己居然什么都没要，一心只想着集体……。经过如此“心灵跌宕与洗礼”后，学生的品德修养必然会得到提升。

（2）参与师生合作，共同解决复杂问题

针对课堂上出现的一些比较复杂的问题，教师除了点拨，也应适时参与其中，将学生引向成功。例如：“在金刚石模型中寻找金刚石晶胞”的教学片断如下：

【师】经过前面的学习，我们知道金刚石晶胞是立方晶胞，你能从我手上的这块金刚石结构模型中找到这个立方体吗？

【生】（学生纷纷摇頭，有学生小声嘀咕“怎么可能”？）

【师】大胆地尝试一下吧！为了能看出这个立方体，我请一个小组合作用一根红线将这个立方体晶胞的12条棱拉出来。

【生】（学生拿着模型端详了半天却无从下手）

【师】要是我们能找出这个立方体的一个面，就好办了。这个面一定是个正方形吧，正方形的特点是四条边相等，那你们能从这个模型中找到等距且在一个面上的四个原子吗？

【生】（学生尝试了很久仍未成功。）

【师】这样吧，老师先帮你们拉出一个面（见图2），好吗？

【生】老师拉出一个正方形的面后，学生迅速拉出了剩下的5个面（见图3、图4），看着这个“不可思议”的立方体，其他学生给予了热烈的掌声。

课前，教师自己在寻找这个立方体晶胞时，花了将近3～4个小时。因此，当学生拿到金刚石的球棍模型时，他们感觉“眼花缭乱”，商量与尝试了半天也看不出其中隐藏的立方体。在点拨无果的情况下，鉴于课堂时间的限制和问题的难度，这时候需要老师参与学生活动，给学生找到问题的突破口，让学生顺利解决问题，获得成功的喜悦。

（3）整合前沿知识，拓宽学生科学视野

新课标中指出“根据经济社会发展新变化，科学技术进步新成果，及时更新教学内容”。因此在教学过程中可根据内容需要整合科学前沿知识，拓宽学生的科学视野。例如：“终极半导体材料——金刚石”的教学片断如下：

【师】我们都知道，硅可以做半导体材料，但是在硅晶体中，每个硅原子周围都有8个电子，都形成了稳定的共价键，为什么晶体硅还能导电呢？

【视频】大致内容：纯净的硅晶体是不导电的，因为每个硅原子周围都形成了8电子稳定结构。但是在硅晶体中掺杂进磷原子或硼原子就会形成“多子”或“空穴”，即形成N型半导体（见图5）或P型半导体（见图6）。如果让两种半导体接触，N区中的“多子”会扩散进P区中的“空穴”（见图7），这时候就展现出了晶体硅的单向导电性。

【师】科学实验证明每100万个硅原子中，掺进一个杂质原子（如P），则在室温下其电阻率由214 000Ωcm下降到0.2 Ωcm（摘自西安电子科技大学柴常春教授教学视频）。而此时硅的纯度是多少？

【生】99.9999%。

【师】以上就是硅晶体能导电的原理，请问金刚石可以做半导体材料吗？

【生】可以。首先金刚石与晶体硅的结构很相似。然后我们可以仿造硅那样掺杂其他原子，形成“多子”和“空穴”，就可以导电了。

【师】很好，这位同学还关注到了这两者结构的相似性。请大家继续讨论：金刚石半导体与硅半导体相比有哪些优越的性能？

【生】碳原子的半径比硅原子小，且质量也小，这样在集成电路上可容纳的元器件的数目会大大增加，电子产品的性能就会大大提高。

【生】如果这样的话，将来在手机体积不变的情况下，要是换成金刚石芯片的话，其内存将会比现在大很多。

【师】同学们说得太好了！金刚石除了大家说的优越性能外，还具有高硬度，超宽带隙，优异的载流子迁移率和出色的导热性能。因此，未来金刚石将会成为取代硅的最佳材料之一，甚至被业界称为“终极半导体材料”。

这段教学内容整合了高中结构化学与大学物理半导体的相关知识，围绕科学前沿话题“终极半导体材料”展开讨论，激发学生深度思维。学生讨论热烈，兴趣盎然，从“金刚石怎么可能会导电”到“金刚石居然可以成为未来终极半导体材料”，完全颠覆了学生原有的认知，拓宽了学生的科学视野，激发了学生探索未知的欲望。

（4）注重课堂评价，促进素养目标达成

课堂评价是检验素养目标是否达成的重要手段。下面通过学生反馈的“课堂小结与反思”来评价这节课目标达成情况。

“课堂从对金刚石的初步了解到对其结构的研究，再到拓展金刚石在现代社会的应用，引导我们按照一般的科学进程对金刚石进行全面认识，激发了我们对化学学科浓厚的兴趣”。

“我第一次参与讨论科学研究的历程：从应用开始提出问题，做出假设，科学证明，形成理论，再去深入了解物质、应用物质和创造物质。这种方法对我个人学习和未来可能从事的科学研究有着一定的影响。”

“在这节课中，我认识到学习一种新知识，不必死学，被动接受知识点，而可以从各个角度去了解，去探索，去展望我将学习的新事物。比如这次学习金刚石等共价晶体的性质，若只是一步步讲结构、性质、例题，难免枯燥无味，但此次上课中将知识点融人金刚石的发现、利用、前沿科技应用等过程，还综合运用物理、数学、生物等知识解决一些问题，很好地培养了我们解决综合问题的能力。”

从学生的评价与反馈来看，这节课很好地达到了预期的教学目标，教学效果较好，还有一位学生写道“课堂生动有趣，沉迷课堂无法自拔”。当然也有一些同学提出了建议，如“增加高考题的训练”“让所有的学生都能参与活动”等。根据学生的评价尤其是合理的建议，教师将对课程的内容、教学方式等做适当的改进，从而促进素养目标更好地达成。

一节统整课并不是将搜索的资料简单罗列，而是要思考它们之间的逻辑关系，思考这些真实的资料中蕴藏的科学知识和人文价值，我们要把符合国家课程标准、符合学生身心发展规律、提高学生核心素养的有用知识挖掘出来，然后整合起来。这个过程需要教师付出艰辛的劳动，需要老师们跟不同学科的老师、学生甚至网络合作，利用一切可以利用的人力、物力資源，整合课程，只为向学生呈现真实的知识、解决复杂的，没有现成方案的，去结构化的真实问题、使学生在未来真实世界中能更好地生活。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部．普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[s]．北京：人民教育出版社，2020：4-5．

[2]张祖德．无机化学[M]．北京：中国科学技术出版社，2011：1

[3]（英）郝恩贝（A.S．Hornby）．牛津现代高级英汉双解词典[Z]．北京：商务印书馆，1984：603．

[4]刘登辉．詹姆斯·比恩课程统整思想研究[J]．全球教育展望，2017（4）：30-39．

[5]美James Beane著，单文经，等译．课程统整[M]．上海：华东师范大学出版社，2003：56-57．

[6]徐晨盈，雅克布斯跨学科课程整合思想研究[D]．上海：华东师范大学，2019：23．

[7]Brandt R.On Interdisciplinary Cumculum：A Conversationwith Heidi Hayes Jacobs[J]. Educational Leadership，1991，49（21）：24-26.

[8]康红兵，学习场域实践建构中课程统整策略的研究[D].南京：南京师范大学，2017：25．

[9]韩雪，课程整合的理论基础与模式述评[J]．比较教育研究．2002（4）：33-37．

[10]舒悦，盛群力．聚焦核心素养创造幸福生活-OECD学习框架2030研究述要[J]．中国电化教育，2019（3）：9-15．

[11][美]jacobs H H，AlCock M H.Bold Moves for Schools：HowWe Create Remarkable Learning Environments[M].Alexan-dria， VA：Association for Supervision and Curriculum Devel-opment，2017：112-114.

*本文系国家社会科学基金教育学一般课题“基于核心素养的高中课程统整研究”（BHA160152）的阶段性研究成果。