刍议化学大概念的提炼

2023-09-08邓峰窦炳新

化学教学 2023年8期

邓峰　窦炳新

摘要：开展单元整体教学首先需要提炼化学大概念。但目前学界关于化学大概念的定义以及如何提炼化学大概念尚未达成共识。基于已有研究对化学大概念进行界定，明确化学大概念的性质与表述，并在此基础上结合具体案例提出化学大概念的四种提炼策略，为化学教师提炼化学大概念提供相应方法论依据和参考。

关键词：大概念；学科大概念；大概念教学

文章编号： 10056629（2023）08000708中图分类号： G633.8文献标识码： B

1 问题的提出

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“高中课标”）中提出，要求以学科大概念为核心推动课程内容结构化，促进学科核心素养的落实［1］。而在《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称“初中课标”）中，首次对“大概念”进行了集中阐述，要求通过大概念统领化学课程内容，基于大概念整体设计和实施单元教学［2］。由此可见大概念对于学生化学学科核心素养发展的重要性。要开展基于大概念的单元教学，首先需要提炼大概念。在此之前，需要对本文“化学大概念”进行界定。

2 化學大概念的定义

大概念是处于更高层次、居于中心地位和藏于更深层次，具备认识论、方法论和价值论三重意义因而能广泛迁移的活性观念［3］，是具有生活价值的、反映专家思维的概念、观念或论题［4］。目前研究者对大概念的理解主要从“性质”和“表述”两个角度进行阐述。

从性质的角度看，研究者主要聚焦大概念的中心性、统摄性、持久性和迁移性。大概念的中心性，表现为它居于学科［5］的中心位置并反映学科本质［6， 7］。这种“中心性”并不是在某一平面上位置的“中心”，而是在价值层面上的“核心”。因此，大概念与具体知识、基本概念相比，应当居于更高位并起到统摄性作用。它不仅统摄了核心知识，还包括思路与方法、应用与态度以及实践活动［8］。大概念的统摄性决定其具备持久性和迁移性，持久性表现在大概念具有较为广泛的适用性和解释力［9］，而迁移性表现在大概念能用于解释和预测较大范围内的物体与现象［10］。

从表述的角度看，研究者主要聚焦大概念的概念、观念和论题［11］三种表述。大概念（Big Ideas）作为一种“idea”，它可以是学科领域中的概念［12～13］，也可以是学习者头脑中的观念［14～17］。就“概念”“观念”本身而言，人脑对客观事物抽象化的结果是形成概念甚至观念，而观念对客观事物存在预测、指导和改造的强大反作用力［18］。因此当人们对“概念”和“观念”在现实世界中进行具体的阐述和表达时，它们则是以“论题”的形式表现出来，成为大概念的第三种表述，这也正对应着格兰特·威金斯（Grant Wiggins）对大概念的理解中所包含的“辩论、悖论、问题、理论或原则”［19］。

大概念是有层级关系的，依据适用范围的不同，大概念有跨学科大概念和学科大概念之分。学科大概念是反映学科本质，居于学科中心地位，具有较为广泛的适用性和解释力的原理、思想和方法。“学科”二字表明，大概念若要真正被教师与学生所接受，需要将大概念学科化，进而提供理解知识、解决问题的思想方法和关键工具［20］。但此处的“学科”泛指物理、化学、生物等科学学科，未能聚焦到具体学科领域中的关键问题。

随着素养时代的来临，大概念被赋予更加深刻的学科内涵与价值，并出现“化学大概念”。化学大概念在原有“学科大概念”的基础上，被赋予了“反映化学学科本质”的本体论价值［21～23］，这不仅确立了化学大概念的学科核心地位，更表明大概念的素养发展功能来源于其生活价值，这体现在真实问题解决上，而真实问题解决需要将真实问题向学科问题转化，在转化的过程中逐渐聚焦于学科本身［24］。

基于此，本文的“大概念”属于学科专属型大概念，即“化学大概念”。化学大概念是反映化学学科本质，能够用于解释和预测一系列化学现象、超越课堂之外的具有中心性、统摄性、持久性和迁移性价值的概念、观念或论题。化学大概念立足于化学学科真实问题解决，以下将结合具体案例阐述化学大概念的提炼策略。

3 化学大概念的提炼策略

3.1 基于已有化学大概念提炼

化学大概念具有统摄性，表现为高层级化学大概念统摄低层级化学大概念，而其迁移性使得化学大概念能通过“归纳”和“演绎”实现不同层级的转换，因此我们可以基于已有化学大概念，通过迁移提炼新的化学大概念。化学大概念的迁移主要分为直接迁移和解构迁移两类。

3.1.1 直接迁移

高层级的化学大概念具备更强的统摄性，这类化学大概念可以通过直接迁移，实现不同学段的持久性指导作用。例如，美国《新一代科学教育标准（Next Generation Science Standards）》举出了7个“跨学科概念（Crosscutting Concepts）”［25］，我们可以将其转化为化学大概念并进行直接迁移。以“原因与结果”为例，通过赋予其化学学科特征，将跨学科概念转化为化学大概念，并以论题表述为“可基于证据对实验结果进行推理与解释”。该化学大概念主要体现证据推理的学科思维，从初中课标和高中课标对于化学学科核心素养的内涵解读中可知，证据推理在义务教育阶段的“科学思维”、在高中阶段的“证据推理与模型认知”均有体现，因此我们可以将该化学大概念进行直接迁移，贯穿于初中和高中的化学实验教学中。

3.1.2 解构迁移

并不是所有化学大概念都适合直接迁移。从纵向上看，学生学段不同，其素养水平存在差异，对于较低学段的学生，我们需要依据学生的素养水平对较高层级、抽象的大概念进行树状解构和逐级分解，提炼出较低学段学生应该建构的化学大概念。而从横向上看，对于同一学段而言，课程与教学设计的对象不同，所需要的化学大概念的抽象程度也不尽相同。从课程整体设计到单元教学设计，再到课时教学设计，起到统摄性作用的化学大概念也需要进一步具体化，以解决真实情境中的具体问题。基于此，我们可以对已有的化学大概念进行树状解构、逐级分解，从而提炼化学大概念。

例如对于“物质结构决定物质性质”这一以论题表述的化学大概念，以“物质性质”为解构对象，并进一步解构“物理性质”“化学性质”，可得到更低层级化学大概念（见图1）。化学大概念解构迁移的结果会随选取的解构对象的不同而发生变化，因此还可以选取“物质结构”为解构对象，进一步解构“原子结构”“分子结构”和“晶体结构”，提炼化学大概念（见图2）。

3.2 基于化学学科本质提炼

化学大概念具有中心性，是对化学学科本质的反映，因此化学大概念也可以由化学学科本质提炼而来。高中课标凝练了化学学科本质，可以视为较高层级、抽象的化学大概念，若要将该化学大概念用于指导实际问题解决，需要将其具体化，生成较低层级、具体的化学大概念。

从化学学科本体视角上看，高中课标对化学学科本质的阐述指明了化学学科的“研究层次”“研究方法”“研究对象”和“研究目的”［26］，这四大要素之间的关系是化学学科本质在现实层面的体现。而化学基本观念作为以学生认识发展为主体指向的化学大概念，是学生头脑中自主建构的有关化学学科的总括性认识［27］，是化学学科本质在观念层面的体现。从现实以及观念层面出发，我们可以基于化学学科本体视角和化学基本观念提炼化学大概念。

3.2.1 基于化学学科本体视角提炼

化学学科本体视角是化学学科本质在现实层面的体现，包括“研究层次”“研究方法”“研究对象”和“研究目的”。通过这4个化学学科本体视角之间的关系，可以整合提炼出以论题表述的化学大概念。例如“在宏观层面上通过分类的方法认识物质”“在微观层面上通过模型建构的方法认识化学反应，以创造新物质”等（见图3）。

3.2.2 基于化学基本观念提炼

化学基本观念是化学学科本质在观念层面的体现，它反映了化学学科最基本的思想和原理——化学大概念［28］。以“分类观”为例，分类观是学生对于“分类”这一化学学科研究方法的总观性认识，可以视为以观念表述的化学大概念。相对抽象的观念表述可以转换为论题或概念表述。例如分类观的内涵［29］包括四个部分，它们各自可以作为下一层级化学大概念的论题表述，同时对于这四种表述进行整合，“分类观的内涵”也可以作为“分类观”化学大概念的概念表述（见图4）。

3.3 基于学科认识提炼

化学大概念是居于学科中心的，统摄了核心知识、思路方法、应用态度与实践活动等要素。对于核心知识和思路方法而言，它们具备一定认识功能而具有素养发展价值，但前提是需要将知识结论转变为相应的认识方式、方法［30］，进而建构化学大概念。因此可以基于化学认识方式、方法提炼化学大概念。

3.3.1 基于化学认识方式提炼

认识方式是个体对客观事物能动反映的方式，包括认识角度、认识思路和认识方式类别三个普遍联系、相互转化的内容要素［31］。基于三者之间的关系可以提炼化学大概念。

例如“类别”“化合价”是一级认识角度“物质”下的二级角度，通过认识角度之间的关系，结合学科核心活动经验和学科能力活动表现，可以提炼出“基于物质类别与元素价态视角分析与设计物质的转化、制备、分离与检验”的认识思路，作为以论题表述的化学大概念。该认识思路可以归纳出“宏观微观”“定性定量”两种认识方式类别，在此基础上再次整合认识角度，可以提炼出两条更高层级的化学大概念“从宏观与微观相结合的视角认识物质的分类及其变化”“从定性与定量相结合的视角认识物质的分类及其变化”。

3.3.2 基于化学认识方法提炼

科学方法是化学教学中学生科学的认识方法，是人在认识和改造客观世界的实践活动中形成的有效的规则、方式、手段、途径和模式［32］。本文对“认识方法”的理解借鉴自“科学方法”，化学认识方法是学生在化学学习与实践活动中形成的有效的规则、方式、手段、途径或模式，是化学理论与实践经验的升华、程序化、规范化、强化的结果。人教版高中化学教科书（2019年版）的“方法导引”作为教材化学认识方法的“显性表征”，着力外显提升学生认识和思维水平的方法和途径［33］。因此通过对“方法导引”栏目内容的总结和概括，可以提炼化学大概念。

例如基于必修第二册第五章第一节“方法导引”中的“化学实验设计”可以总结提炼出“化学实验系统思维”这一以概念表述的化学大概念，涵盖了从“实验目的”到“评价优化”的7个实验要素及其推理关系（见图5）。

3.4 基于教学材料提炼

相比于千变万化的事实性知识而言，化学大概念是居于学科中心、具备持久迁移价值的，这对于一线教学的重要性不言而喻。课程标准和教科书承载了化学核心知识、概念，是化学大概念的重要来源。

3.4.1 基于课程标准提炼

虽然研究者们对课程标准内容主题与化学大概念的关系持有不同看法，但都关注到了课程标准内容要求与化学大概念的密切关系，基于课程标准内容要求可以提炼化学大概念。

初中课标明确了每个学习主题下的第一个二级标题是大概念。如“1.1 化学科学本质”“2.1 物质的多样性”“3.1 物质的组成”“4.1 物质的变化与转化”“5.1 化学与可持续发展”［34］。由于化学大概念具备迁移性和统摄性，这些化学大概念统领了该学习主题下更低层级的化学大概念。通过对相应化学大概念在课标内容要求的内涵解构，可以提炼出低層级的化学大概念。例如，“2.3 认识物质性质的思路与方法”是“2.1 物质的多样性”的下一层级化学大概念，通过对内容要求的内涵解构，可以提炼出以论题表述的四条化学大概念（见图6）。

3.4.2 基于教科书内容提炼

课程标准是教材编写的重要依据，化学大概念在教科书中也会有所体现。以下主要论述基于“章引言”“整理与提升”和内容知识提炼化学大概念。

基于教科书“章引言”可以提炼化学大概念。“章引言”作为每一章的“先行组织者”，对于单元教学内容起到提纲挈领的作用。作为教科书科学方法的“隐性表征”，“章引言”提炼了本章的重要化学概念、化学观念和学科核心知识［35］。以人教版高中化学必修第二册第五章“章引言”为例，可直接提炼出“从物质类别和元素价态的视角认识元素及其化合物的性质、用途和转化关系”“工业上通过控制反应条件可以利用物质间的转化关系制备化工产品”“遵循生态文明思想，实现环境保护和资源利用的和谐统一”三条以论题表述的化学大概念。

基于教科书“整理与提升”可以提炼化学大概念。“整理与提升”处于每一章的末尾，多以概念图的形式着力实现知识关联、认识思路和核心观念的结构化。以人教版高中化学必修第二册第六章“整理与提升”为例，其一级标题“从能量变化的视角认识化学反应”“从化学反应速率和限度的视角认识化学反应”可以作为以论题表述的化学大概念；对其下的二级标题和概念图进行总结概括，可提炼出“化学反应中化学键的断裂和形成导致化学能转化为热能”“原电池可将化学能转化为电能”“通过控制反应条件影响速率和平衡，进而认识和调控化学反应”三条低层级以论题表述的化学大概念。

基于教科书内容知识可以提炼化学大概念。化学大概念统摄了核心知识，因此，可以通过“自下而上”的归纳法提炼化学大概念。例如对于混合物体系“食盐泥沙”“碘水CCl4”等混合物分离的事实性知识，通过抽提这些事实性知识中具备迁移价值的核心知识并加以归纳，可以提炼出“物质的分离与提纯”这一以概念表述的化学大概念（见图7）。

4 建议

本文围绕性质、表述和形式对化学大概念进行界定，并抛砖引玉为教师提供化学大概念的提炼策略。开展以化学大概念统领的单元整体教学呼唤化学大概念的到来，在提炼出化学大概念后，如何围绕化学大概念进行单元教学设计是一个具有挑战性的研究课题。以下将基于上述提炼策略和化学大概念教学的相关研究成果，提出实施建议。

4.1 灵活运用策略，提炼化学大概念

化学大概念的提炼是灵活的。教师需要深入理解化学大概念，并选取一种或多种策略，对提炼出的化学大概念进行论证或处理。

4.1.1 通过多种策略提炼化学大概念

化学大概念的提炼策略之间是存在相互印证关系的，有时可以通过多种策略提炼同一化学大概念，进一步论证该化学大概念的合理性。例如，首先可以基于必修第一册第一章第一节“方法导引”栏目提炼出以论题表述的化学大概念“基于分类方法认识、预测物质的性质及其变化”。其次，基于化学学科本体视角可以提出与之相似的以论题表述的化学大概念“在宏观层面通过分类的方法认识物质”。这两个以论题表述的化学大概念本质上也反映了“分类观”这一以观念表述的化学大概念。

4.1.2 通过多步策略提炼化学大概念

化学大概念的提炼可以通过多种策略进一步论证，也可以通过多步策略的加工，提炼出所需要的化学大概念。例如基于必修第二册第五章章引言提炼出以论题表述的化学大概念“从物质类别和元素价态的视角认识元素及其化合物的性质、用途和转化关系”后，可以运用基于已有大概念的解构迁移策略，进一步解构其“物质类别”“元素价态”的认识视角或“性质”“用途”“转化关系”的认识对象，可以提炼出更低层级的化学大概念。

4.2 运用“归纳”“演绎”思维，设计化学大概念教学

本文从不同理论视角阐述的四大提炼策略具有共同的思维起点——“归纳”与“演绎”。这两种思维不仅可以用于提炼化学大概念，还可以指导教师开展化学大概念单元整体设计，建构“化学大概念重要理解（或核心概念）基础概念（或具体知识）”的单元整体教学结构。总体而言，分为“自上而下”的演绎式设计和“自下而上”的归纳式设计。

4.2.1 “自上而下”的演绎式设计

基于“演绎”的思维，教师可以“自上而下”建构单元整体教学结构，即在已有化学大概念的基础上，整合单元内容提出若干化学大概念在该主题下的重要理解，进而统摄基础概念和其下的事实性知识。例如，在初中“溶液”单元整体教学［36］中，教师首先以《新一代科学教育标准》中的跨学科概念“尺度、比例和数量”“结构与性质”作为最顶层的化学大概念，接着基于化学大概念整合“物质构成的奥秘”“溶液”单元内容，提出5条关于化学大概念的重要理解，进而统摄基础概念和具体知识，搭建单元整体教学结构，并基于此进行教学目标、教学过程和教学评价设计。

4.2.2 “自下而上”的归纳式设计

基于“归纳”的思维，教师可以“自下而上”建构单元整体教学结构，即在课程标准或教科书的基础上，归纳核心知识、思路方法、应用态度与实践活动等要素，向上生成化学大概念。例如，在高中“水溶液中的离子反应与平衡”单元整体教学［37］中，教师首先基于人教版选择性必修第一册第三章的教科书内容知识提炼“电解质在水溶液中的行为”“电离平衡”等5个核心概念，其次通过教材分析，选取其中4个核心概念进一步提炼顶层的化学大概念“可溶电解质在水溶液中的平衡”，搭建单元整体教学结构，并基于此进行教学目标、教学过程和教学评价设计。

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