化学单元学习进阶模型的构建研究

王春阳 王后雄

摘要： 学科核心素养的有效落实依赖于课程内容的精心选取，也依赖于课堂教学路径的精准刻画。化学单元学习进阶模型是在学习进阶假设的基础上由一系列从简单到复杂、浅层到深层的单元学习内容、活动、评价等组织起来的系列规划，既包括基于层级及其衔接的理论模型，又包括课堂教学实践路径的规划，是连接学科核心素养和深度学习的纽带，对当前素养化课堂教学改革具有指导价值和示范意义。

关键词： 单元学习; 学习进阶; 模型构建

文章编号： 10056629（2022）07001905

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

2017年版新课程标准的颁布和实施，以正确价值观为引领，以必备品格和关键能力为抓手，推动着高中化学教师的思维方式、行为方式以及课堂教学生态的改变。学科核心素养的落实要求摒弃碎片化、孤立的知识学习，进而转向系统化、结构化、整体性的知识学习。本文以学习进阶为工具，以单元学习为载体，尝试构建中观层面促使学科核心素养有效发生的理论模型和实践路径。

1 单元学习进阶模型的意涵

单元学习不同于教材的章单元和课时单元，它以完整的大任务为驱动，围绕目标、内容、实施以及评价构成完整的学习事件，是由核心概念统领的基本的学习单位[1]。首先，单元学习可以有效荷载学科核心素养。单元知识具有系统性、完整性，是学科核心素养发生的载体。其次，单元学习有助于学科核心素养不同要素之間的衔接。一方面，单元学习可以促进学科核心素养不同方面之间的关联，如氧化还原反应学习单元蕴含着宏观现象→微观本质→模型认知→实践创新→科学态度与社会责任的递进性关联过程，其中也包含着科学探究方法这一暗线。另一方面，单元学习可以有效呈现学科核心素养认识路径的进阶关系，如原电池就蕴含着氧化还原反应模型认知到原电池模型认知，再到化学问题解决模型认知的认识进阶过程，三者缺一不可，如缺少问题解决模型认知就会使原电池模型认知失去学科核心素养的功能意义。其三，单元学习可以实现不同学科核心素养之间的功能转化。一方面化学学科核心素养五个方面涉及本体论、认识论、方法论和价值论等功能，其终极的功能定位是科学态度与社会责任，之前必须有其他的学科核心素养铺垫。另一方面单元学习可以实现学科核心素养不同方面之间的转化。必备品格（如求实、严谨等）和关键能力（如证据推理能力、科学探究能力等）都必须在正确价值观的引领下去培养。如社会主义核心价值观引领下，利用个人关键能力回应、解释、解决我国当前面临的科学发展问题、绿水青山问题。所以，作为中观层面的主题式学习，单元学习是一个独立的微课程学习单位，由主题、目标、活动、评价等要素按照某种需求和规则构成的结构序列。

2005年，美国国家研究委员会承担的“幼儿园至高中科学成就测验的设计”中首次提出学习进阶的概念及其在课程、教学、评价等方面的应用前景[2]。郭玉英及其团队研究构建了物理核心概念学习进阶与科学论证整合的教学理论框架[3]。郑长龙及其团队研究素养化教学设计时提出学科课时内容与学习进阶融合的教学设计理念[4]。科学研究显示学习进阶是对学生在一段时间内或某一单元主题的思维方式及过程由简单到复杂、由浅层到深层的连续且有层级的发展路径的刻画[5]。学科核心素养境域中的深度学习需要进行串联式、系统式、整体式的学习，学习进阶理论可以提供理论框架。学习进阶理论就是考虑进阶层级的选取、组装、衔接的过程，可以和深度学习过程有效融合。首先，学习进阶可以为深度学习思路进行拓展。学习进阶变量可以是知识和能力，也可以是单元、学习模块甚至一门或几门学科，以大组块（如大单元、大概念）联动学习必然要以学习进阶为工具进行规划。其次，学习进阶可以为深度学习方式进行有意义的切换。深度学习主要由自主式、启发式、互动式、探究式等触及高阶思维和具身行为的活动构成，“短平快”的接受式学习很难达到深度学习的效果。其三，学习进阶可以为深度学习过程进行合理的规划。深度学习之深不是各个学习组块随意组合，而是根据学习进阶科学地进行组装，保证学习序列环环相扣、层层加深。

模型建构就是在分析所面临问题的基础上，追问事物或事件的运演机理，吸纳主要因素，摒弃非主要因素，抽象概括出事物或事件的运作图画[6]。其过程是对事物或者事件的发现、解释、预判和推测，模型代表一类事物或者事件的共同本质特征，具有很好的迁移功能。首先，模型具有示范引领意义。每次课程改革都不缺少高大上的思想理论，鲜少有来自一线而且指导一线实践的理论，缺乏模式范例的实践引导。单元学习进阶理论模型是直指实践导向，对当下学生学习有效发生有深刻的指导意义。其次，模型具有纽带连接作用。基于一个或几个松散的知识点无法有效培养学科核心素养，需要构建知识点或核心概念可迁移的逻辑关系，单元学习进阶模型既可保证学科核心素养的有效生成，又可有效诠释深度学习的当代要义，对于新课程理念落地生根具有工具性意义。其三，对教师的教学设计具有指导意义。新课标（2017版）规定和指明了学科核心素养为本的教学改革方向，教师的教和学生的学似乎明确了，学什么和为什么学也似乎明确了，但怎么学和学得怎么样还有待研究，当然也是高中教育最难啃的骨头[7]。

2 化学单元学习进阶模型的构建

2.1 从宏观层面规划单元学习内容，形成层级进阶发展体系

与新手相比，专家解决问题往往不是依靠琐碎零散的知识、方法，而是围绕需要解决的实际问题，利用核心概念背后隐含的核心思想观念、优质的问题解决方法，快速准确地回应真实问题，并构建新的问题解决模型[8]。化学观念是化学概念和规律等在头脑中的提炼和升华，是基于大量现象、事实、原理并指导这些现象、事实、原理运行的核心思想观念。离子观在学生头脑中一旦建立，电离方程式、离子方程式、离子共存等有关离子反应的问题就可以迎刃而解。在规划学生学习时，要从课标、教材、学生经验出发，系统规划单元主题内容、方法、思想观念，以此为基础挖掘知识背后的学科核心素养，输出个体价值观、品格引领下的关键能力。比如氧化还原反应单元学习进阶建构如图1。

单元内各层级之间不是孤立的，而是相互铺垫和联系的。首先，基于学生认知规律构建由简到繁、由浅到深的阶梯层级序列，如氧化还原反应从感受、理解、设计与评价呈现认知发展进阶关系，体现完整的学习单元。其次，各层级之间必须有实质性的衔接。图1中进阶1和进阶2连接的纽带是化合价或电子，进阶2和进阶3连接的纽带是氧化还原反应理论模型。明线是知识学习、观念的形成，暗线是学科核心素养的输出。其三，需要从系统论角度对层级的排序和衔接进行调试和重装，让单元学习内容在进阶的基础上形成一个完整的学习主题，诸如现象学要素分析、理论层要素分析、实践领域的可迁移性分析，使学习单元外形上打不烂，内部结构上井然有序，学生一旦深入透彻掌握就可成为该单元的行家能手。

2.2 从微观层面组织层级内容，厘清学生学习的主线

依据学生认知逻辑和单元内容逻辑，结合郭玉英及其团队的研究成果，从发展因素和学习因素两个侧面构建单元学习过程的路径，诊断阶点上学习的困惑。首先，根据层级模型构建化学单元层级模型，结合氧化还原反应学习单元的特征，具体包括： （1）结合课标、教材和学生经验分析氧化还原反应的内涵、外延和单元具体特点，确定单元进阶层级;（2）以层级模型为框架初步拟出氧化还原反应的发展层级;（3）依据教师自身教学经验和教研活动拟定氧化还原反应的发展层级描述，并不断修正和完善，如表1[9]。

其次，对每一层级的内容进行具体分析和排序，使每一层级的内容符合学生认知发展特点。例如进阶2，理解氧化还原反应本质的学习层级如表2。

最后，对具体单元内容进行适度的拓展，为后续学习打下坚实的基础。每一个学习单元既是独立的整体又存在普遍的联系。例如，学完氧化还原反应后，可以让学生思考氧化还原反应与离子反应分析的视角有什么不同？它们之间的关系如何？为什么把氧化还原反应和离子反应学习单元置于必修一的同一章中？如何对化学反应进行分类？等等。

2.3 从联系角度分析“阶”产生的原因，诊断影响学生学习的相关因素

单元学习进阶中的“阶”是学生认识发展路径上的关键节点，“阶”的学习困难成因是多方面因素造成的，只有分析清楚这些成因，才会使学生的认识发展顺利进行。首先，来自学生自身的原有知识和经验的不足。学生自身的知识或经验是客观知识主观化的结果，带有鲜明个性化的特点，如电子守恒观中还原剂失去N个电子，氧化剂得到N个电子，问氧化还原反应中转移多少个电子？不少学生会回答2N个电子（正确是N个电子），但是如果类比甲同学给2个乒乓球，乙同学接受2个乒乓球，问甲乙两同学之间传递几个乒乓球？学生会很快回答2个乒乓球。因此学生的迷惑多数时候需要联系生活中学生的亲身经历，通过类比使学生的主观知识逐步客观化，就会使所谓的“阶”迎刃而解。其次，科学知识背后隐含的科学思维方法、科学观念没有显性化，也是造成“阶”学习困难的重要原因。学生头脑中没有形成物质分类观、价态观、同一元素的价态稳定观，就很难分析未知领域的氧化还原反应。如NaClO3作为氧化剂一般生成Cl-而不是Cl2，很多学生在书写时没有弄明白是怎么回事，只有在问题情景告知时才会书写。其三，学生跨学科概念缺乏、解决问题的习惯不精细、缺乏反思能力等都会影响“阶”的学习。很多学生总是事后诸葛亮，一看就明白一做就错的现象屡屡发生，或者当时不懂事后懂，学生只是草草地反思，以后还会出现同样的错误。经验丰富的教师会在“阶”的关键点上设置变式训练或者进行追问，不放过任何一个“阶”的螺丝钉，不断打磨“阶”的任何一个细微之处，俗话说细微之处更显真功夫。

2.4 从系统层面设置学习过程，凸显单元学习进阶的課堂生态

首先，系统规划知识逻辑与学生的认知逻辑，促使学生认知结构化。皮亚杰同化和顺应理论表明，结构化、网络化程度大的认知结构有利于学生知识的迁移和化学问题的解决。单元学习进阶本身就是一个个具体的概念、原理等构成的层级，不但层级之间需要科学的衔接，而且层级内的小概念、规律也需要合理的安排，以使学习进阶大梯度中的小梯度呈现科学递增。传统要素主义学习设计只注重知识点的学习，缺乏概念、观念的统领，只见树木不见森林，学生只会在琐碎的知识、技巧中转悠，无法实现学习“质”的飞跃。把学习进阶层级、层级衔接、知识内容置于学生认知逻辑中进行考量，设置学生思路的整体路径，必然会生成大概念、大单元等板块状的大知识，进而孕育学科核心素养。其次，系统规划学生学习的思维发展，把陈述性知识向程序性、策略性知识方向发展，提升学生解决实际问题的能力。化学学科具体的知识、概念、规律的学习不但要使学生形成可迁移的核心概念体系，而且要在学习过程中形成问题解决的一般化思路。要超越具体的问题解决方法与技巧，凸显学科知识背后的核心观念和关键技能，实现学生认识方式和科学探究思维能力一般意义的生成[10]。其三，基于关键节点系统设计学生的学习方式，突出单元学习进阶模型的学科核心素养功能。关键节点包括重点难点，也包括学生自身形成的疑难点，即学生二次生成的经验性障碍点。学生学习过程中生成的经验性障碍点可以称为经验性学习目标，即杜威所说的生成性学习目标。汽车尾气的综合治理，教师千万不可代替学生进行设计和评价汽车尾气的综合治理，而是采用合作式、探究式学习方式，让学生在不断尝试中体验学科核心素养的功能，进而为后续实实在在地发展个性化的思维和价值模式奠定坚实的基础。杜威说：“经历和体验中生长经验。[11]”做中学历经教学实践的洗礼而备受推崇，说明合作、探究、反思具有强大的生命力。

3 化学单元学习进阶模型的实践路径

3.1 问题驱动贯穿着单元学习进阶的整个历程

单元学习一般围绕主题、内容、活动和评价完成，单元学习主题环节围绕为什么、是什么、怎么办等问题展开，如为什么选择氧化还原反应作为单元学习主题？氧化还原反应内容包括哪些进阶变量？如何使这些进阶变量落实到学习活动中去？最终学习的效果怎么样？这些都是学习活动进行前必须考虑的教学设计，规划是单元学习进阶有序的开始。

首先，问题的设计要符合学生进阶整体框架，每个层级可以提出一个核心问题，形成一个核心问题串。对每一核心问题再根据需要设置小问题或追问，保证学生思维发展的连续性和有效性。其次，问题的提出要基于精心挑选的情境，既联系主题内容又联系学生已有的知识和经验，可以有效引起学生类比与比较、归纳与演绎、联想与猜想等科学思维过程，激发学生科学探究、科学论证的欲望，进而做出科学假设，建立可迁移的理论模型。其三，要充分利用启发、追问的适时性，保证学生思维过程不会出现长时间的断层，同时也要保证学生思维不断深入。

3.2 进阶梯度规划着单元学习进阶的深度发生

单元学习进阶的层级是有梯度的，体现学生认知发展由浅入深，由简单到复杂的逻辑发展顺序。层级和层级之间是有关联的，体现着知识与思维发展的内隐逻辑。在学习理解中不断进行一些关键点及其前后（即不同层级）之间的调节，关键点就是层级之间的衔接。深度学习的发生是基于证据的精准获取和诊断，主要包括层级内容分析、基于层级学习目标的诊断性测试数据、教师长期观察和积累的教学经验。层级测评的诊断性数据决定该层级内容的学习效果和下一层级内容经验性学习目标的删减与扩充，预设的进阶层级和实际的进阶层级学习任务有时未必完全重叠，实际导向是以学生的真实经验层级为依据，通过分析、综合和评价诱发学生思维。如果学生某一经验层级没有掌握好，那么就需要在经验层级上重新再设置微层级和微节点。笔者在教学实践中，遇到相当一部分学生对于氧化还原反应中元素的化合价就没有弄明白，只会背一些化合价的顺口溜而没有真正理解什么是化合价、为什么要引入化合价，怎么根据已知化合价标定未知化合价，有些学生把SO2-4整体化合价标定为-2，这时学习进阶经验层级就要重新对化合价设定微层级和微节点，重新规划进阶梯度确保深度学习的有效发生。

3.3 学科核心素养彰显着单元学习进阶的核心价值

基于进阶的单元学习要关注学生认识方式和思路的培养，发展学生认识事物的一般性能力。如让学生清晰认识化学学科区别于其他学科的本质特征，形成宏观微观符号三重表征认识思路。学科核心素养本身就有空间和时间属性，与单元学习进阶有着高度的拟合，单元学习进阶的终极导向就是学科核心素养的培养和发生。

单元学习主题是具有共同学科属性的一类知识的整体，具有相对完整性，是全面发展学科核心素养的基本结构单元。如铁及其化合物主题可以从物质类别和元素价态两个视角进行学习进阶设计： （1）铁及其化合物的性质（物质类别视角），导向是宏观辨识;（2）铁及其化合物之间的转化（元素价态视角），导向是证据推理与模型认知;（3）感受铁及其化合物在生活、生产中的绿色化应用（实践视角），导向是科学态度与社会责任。所以，单元学习进阶的刻画过程必须导向学科核心素养，其活动灵魂是学科核心素养。

3.4 丰富的活动承载着单元学习进阶的素养生成

首先，活动是源于现实生产、生活或者科学研究而且能够支撑单元学习主题整体框架的情境活动。真实的学习情境蕴含着学生可以感知和理解的相关信息，产生学生各种活动体验，既可以实现化学宏观微观符号三重表征功能，又可以实现三重表征后的科学功能、社会功能以及美育价值功能。学生既可以理解知识的迁移价值，又可以体验知识价值带给个人的愉悦、和谐的精神世界。汽车尾气的综合治理要求学生利用氧化还原反应理论模型进行设计和评价，既除去有害气体又不能再生成新的有害气体。其次，学习活动的导向必须指向有意义的社会实践。单元学习进阶活动不但要考虑活动自身逻辑、活动与真实情境的逻辑关系，而且要考虑学习活动的实践意义，如综合实践活动、项目式学习活动等，让学生在社会的大舞台中进行体验、反思，培养学生高阶思维能力。其三，要综合考虑活动方式的多样性和活动过程的进阶性。化学学习活动是师生共同参与下有目的地实施一系列学习方式和步骤，如铁及其化合物单元主题学习，教师可以引导学生自主、合作、探究（学习活动），运用设计、分析、比较、类比、评价、归纳、演绎（思维活动）等学习活动方式，理解铁及其化合物的物质类属特征和元素化合价转化特征。

3.5 多样的评价监测单元学习进阶的运行质态

单元学习进阶模型在运行实践中，教师和学生共同参与学习过程和学习效果评价，特别是学生自我评价，形成多元评价主体，充分发挥诊断性、形成性、发展性等过程性评价方式，保证学习过程的真实性。采用测验、问卷访谈、观察、表现等多样化的评价方式，让学生思路历程可见，构建多元评价监测体系，保证单元学习进阶的素养化功能由隐性到显性[12]。让思维可见，让素养可测。

终结性评价要淡化评价的等级标签功能，突出学生的反思、改进等发展性功能，以评促学，用真实性的评价保证学生学习的科学意义、文化意义、社会意义以及实践价值，如知识的表征形式（符号、背景、本质）、逻辑形式（方式方法）、意义系统（思想观念），还要保證评价量规的可操作性，如评价要素、评价指标、评价层级的描述，让学生在学习过程中的思想和行为可以对号入座，精准决策后继学习方向。

崔允漷教授指出： 单元主题的有效设计，对于改变当前部分“高分低能、有分无德、唯分是图”的育人结果，改变“知识点、习题项、活动控”为标志的课堂教学，改变师生“忙得要死却碌碌无为”的现状，具有重要的理论价值与现实指导意义[13]。知识是精神的种子，学科知识和学科方法是学科核心素养赖以生存的根基，合理有效的设计学科知识和方法实施路径永远是教育理论工作者和实践工作者研究的热点，单元学习进阶模型或许能给大家一点借鉴。

参考文献：

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[2]Duncan R G， Hmelo-Silver C E. Learning Progressions： Aligning Curriculum， Instruction， and Assessment [J]. Journal of Research in Science Teaching， 2009， （2）： 606～609.

[3]弭乐， 郭玉英. 渗透式导向的两种科学论证教学模式述评[J]. 全球教育展望， 2017， （6）： 60～69.

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[12]孟凡龙， 薛松， 崔鸿. 生物学学科核心素养语境下的单元学习： 系统设计与实践路径[J]. 课程·教材·教法， 2020， （3）： 58～64.