指向深度学习的知识结构化水平诊测的探索

2023-09-08杨梓生邓锦松

化学教学 2023年8期

杨梓生　邓锦松

摘要：深度学习旨在促进知识结构化，实现知识向素养转化。评价学生知识结构化水平的达成情况，是“素养导向”教学应解决的问题。基于深度学习重视内容逻辑关联、认识思路建构、情感价值体悟、核心观念统整的教学追求，提出知识关联、认识思路、核心观念等结构化水平的诊测构想。以义务教育化学课程“燃烧与灭火”单元为例，对三种结构化的内涵及诊测实施进行了阐述。

关键词：深度学习；知识结构化；教学评价；义务教育化学课程；燃烧与灭火

文章编号： 10056629（2023）08004504中图分类号： G633.8文献标识码： B

根据学科核心素养的属性，研究者提出“以问题情境为场域、以整合的知识为基石、以深度学习为路径”的素养发展机制，强调教学应以核心观念统整学科内容、情景任务驱动深度学习，从而提升知识结构化水平、促进核心素养的发展［1］。因此，为促进学生核心素养的发展，诊断学生的深度学习是否有效发生，成为“教、学、评一体化”中“评”的重要环节。立足学习结果看，评估学生深度学习是否有效发生，关键在于诊测学生的知识结构化水平。日常教学开展学生知识结构化水平的测评，需要理解深度学习的知识结构化教学追求，进而建立相应的行动策略。本文以义务教育化学课程“燃烧与灭火”单元为例来作阐释。

1 深度学习的结构化追求

深度学习强调优化教学情境任务，驱动学生在学科实践活动中自主发现知识、实现知识的意义建构，同时强调学习者秉持特定价值观念、立足特定视角思路、以知识为工具分析与解决问题，实现知识的系统掌握与知识的迁移应用的转化共生［2］，从而发展与完善认知、提升知识结构化水平。因此，深度学习的知识结构化追求，不仅指向学科内容逻辑关联的一般意义上的知识结构化，而且强调学生结合知识的发生发展过程抽提认识思路以拓展知识结构，同时还强调在学科实践活动过程中获得情感价值体悟，最终建构核心观念以实现学科内容、认识思维、情意价值的高度融合［3］。具体来说，深度学习知识结构化的教学追求主要包含如下四个方面。

1.1 注重内容逻辑关联

学科内容（知识点）间具有特定的内在逻辑联系。深度学习的知识结构化建构，首要任务是解决知识点之间的逻辑关联问题。无疑，理解知识点间的逻辑关联，有效建立化学事实性知识、概念原理性知识等的联系并形成特定的知识结构，有利于减轻学生的认知负荷，有利于知识的记忆提取与迁移应用。因此，深度学习十分关注知识的逻辑关联，为实现学习“减负提质增效”、发展学科核心素养奠基。如“燃烧与灭火”学习单元，强调学生建立“燃烧的本质与条件完全燃烧与不完全燃烧、爆炸灭火的方法与原理”等内容的关联。当然，知识点间的逻辑关联是低层次的知识结构化，学习时加以准确把握虽然很有必要，但不足以有效提升学生的思维水平、发展学科核心素养。

1.2 关注认识思路建构

立足知识点间的关联结构，虽然一定程度上体现知识的逻辑关系，但因与情境脱离、没能转化为分析解决问题的视角与思路，总体上还是属于静态的、惰性的学科知识，难以在陌生情境下有效调用，故对素养发展贡献不大。因此，促进素养发展的深度学习，需要实现“惰性知识”向有利于真实复杂情境中应用的“有活力的知识”转化［4］。实现这一转化的关键，在于学生结合学习过程和知识发生发展过程，抽提问题解决的认识视角与思路，提升学科思维水平。如“燃烧与灭火”单元，基于前述内容逻辑关联的理解与建构，应进一步抽提建立审视化学变化的能量与条件等认识视角，立足于能量变化与反应条件分析化学反应的认识思路，建立学科内容、认识视角与认识思路的内在关联。

1.3 重视情感价值体悟

指向素养培育的深度学习，强调“重建知识教学的实践意义”，指引学生开展真实情境下的实践活动，强化学习过程的反思性思维，从而领悟知识价值、涵养必备品格、建立正确价值观念［5］。显然，重视情感价值体悟，体现了深度学习“注重培育对学生整体生活以意义乃至终身幸福至关重要的品质与价值”的内在特质与目标追求［6］。这既是核心素养培育的需求，更是驱动学生持续深度学习的关键所在。如“燃烧与灭火”单元，不仅要帮助学生掌握燃烧条件与灭火原理等内容及其关联、建立立足能量变化与反应条件分析审视燃烧反应的视角与思路，更应让学生认识燃烧在生产生活中的重要应用，欣赏化学反应造福人类的独特价值，领悟合理利用与调控化学反应的重要性等［7］。

1.4 强化整合水平提升

促进素养发展的深度学习，强调将知识习得过程转化为素养发展过程，从而在深刻理解学科知识的基础上，将学科知识内化为正确的价值观念、必备品格和关键能力等，實现对学科知识、认识思路和价值观念一体性的整合理解［8］。这正是《义务教育化学课程标准（2022年版）》强调“大概念引领的课堂教学”的追求所在［9］。如“燃烧与灭火”的单元学习，强调以燃烧反应为载体建构“物质的变化与转化”主题大概念，以此关联统摄燃烧与灭火等学科内容、审视化学反应的思路与方法、化学反应的应用价值以及合理调控的意义等方面，达成“反应需要条件→条件对反应影响→根据需要调控反应条件→促进社会可持续发展”等整合性理解，促进知识的高度结构化。

2 知识结构化测评的构想

前面所述的深度学习的教学追求，折射出深度学习强调在学科内容逻辑联系、认识思路关联结构、核心观念整合统摄三个方面达成知识结构化的要求，它们即为《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》所强调的知识关联结构化、认识思路结构化、核心观念结构化［10］。认真分析它们的内涵逻辑，可以发现三者对应的结构化水平是逐步提升的，前者为后者的建构奠定基础，而后者是对前者的抽提概括。从深度学习目标追求和学科核心素养发展来看，核心观念结构化最为关键。如何根据三种关联结构的内涵及要求，科学测评学生知识结构化水平？基于文献研究和实践探索，提出如下三种知识结构化水平测评的行动构想。

2.1 内容关联结构化测评

内容关联结构化水平，反映了学习者对学习内容（主要为学科事实性知识和概念原理性知识）内在逻辑联系的理解程度。因此，这一水平的测评，需要综合考量学习所包含的学科内容、学科内容的内涵要求以及不同内容之间的逻辑关联等。如何开展内容逻辑关联结构化水平测评？可采取的一种路径是让受测者绘制学科内容网状结构图［11］（如思维导图、概念结构图、反应流程图等）。如“燃烧与灭火”单元，可让学生绘制燃烧的本质与条件、完全（不完全）燃烧、爆炸、灭火的方法与原理等相关内容的网状结构图，并根据所绘制的网状结构图，立足图中的“点”（知识点）“线”（知识点与知识点之间的联系）和“连接词”（连线两端知识点的关联中介）三者的科学性、丰富性、层次性、逻辑性等方面来评估。教学实践与实证研究证明，学生绘制的反应图等内容网状结构图是评估学生知识结构化水平的有效工具［12］。

2.2 认识思路结构化测评

“从哪儿想”“怎么想”是化学学科思维方式的两个重要方面。“从哪儿想”反映认识角度（如微观、定量、平衡等），对应为认识物质及其变化等的侧面、角度或切入点；“怎么想”则为认识思路，其内核是指对物质及其变化研究的程序、线路或框架［13］。为此，认识思路结构化水平的测评，应考量学生面临具体的化学问题时，立足怎样的视角、按照怎样的程序去分析问题并能否合理调用知识解决问题。这正是“燃烧与灭火”所在主题的“能基于真实的问题情境，多角度分析与解决生产生活中有关的化学变化的简单问题”的“学业要求”的体现［14］。测评时，可设置包含真实情境任务的简答（解答）或设计类学科书面作业，根据学生的作答过程与设计结果（包括情境任务的识别与转化、分析解决的角度与思路、作答结果的要素与逻辑等）进行认识思路结构化水平的评价。

2.3 核心观念结构化测评

核心观念（大概念）具有整合学科知识、学科思维和情感价值等功能。核心观念的建构与理解程度，决定了个体面对真实复杂情境任务时，基于特定价值观念指引、立足特定视角思路并以学科知识为工具分析、解决问题的思维过程及结果表现。因此，核心观念结构化水平的测评，需要设置情境任务较为复杂、考查要求较为综合隐蔽的学科实践性作业，以此评估学生在学科实践活动过程中表现出的“所知”“所能”“理解”“所成”等的理解整合水平［15］。如检测学生对“燃烧与灭火”单元“物质的变化与转化”核心观念的建构理解水平，需结合情景任务重点评估学生在问题解决过程中能否有效调用单元知识进行科学决策与实践应用、理解通过调控条件和合理利用化学反应的重要性以及感悟化学反应对生产生活及社会可持续发展的重要性等。

除了绘制知识网状结构图、学科书面作业以及学科实践活动外，还可采用座谈、访谈等方式来测评。具体操作为：基于先行拟定的问题（话题），如“请谈谈对本单元学习内容之间逻辑关联的理解”（测评内容逻辑关联水平）、“基于本单元的学习，如何利用相关知识分析与解决相关问题”（测评认识思路结构水平）、“请结合具体案例，谈谈对调控反应条件与合理利用化学反应及其重要性的理解”（测评核心观念结构水平）等，组织开展谈话活动，并对谈话结果进行加工分析。当然，若能结合前面三类测评结果再辅以座谈、访谈的方式进行评价（访谈前，基于学生测评任务情况及所体现的知识结构化水平的初步研判，确定访谈目标需要进而拟定访谈问题或话题），必能得到更准确的测评结果。

3 “燃烧与灭火”单元测评题例

为增进教师对前述相关方面的理解并掌握好测评实践的操作，下面提供“燃烧与灭火”单元知识结构化水平测评的三个参考题例，对如何开展测评活动作进一步分析说明。

例1 本单元学习了燃烧与灭火的相关知识，请用概念图等形式呈现相关内容及其联系。如有必要，可在所绘制的图示下方备注必要的文字说明，阐述为什么画出这样的概念图。对于无法在图示中表述的其他内容，也可一并补充说明。

本题例旨在测评学生对本单元内容的逻辑关联结构化水平。对于概念图，不同学生必将采用不同方式加以呈现。由于良好的内容关联结构化水平能够对所学的核心内容建立起富有层次的逻辑关联，评价时应结合学生呈现的概念图，重点关注如下两个方面：一是是否包含了燃烧的本质与条件、完全燃烧与不完全燃烧、缓慢燃烧与燃烧引起的爆炸、灭火的方法与原理、不完全燃烧带来的能源环境问题、爆炸的危害与利用等核心知识（体现内容结构的深广度水平）；二是能够准确反映上述方面的逻辑关系（体现内容结构的精准度水平）。知识结构的深广度与精准度（包括内隐的关联度和层次性）越好，则内容关联结构化水平越高。

例2 媒体常有“酷暑期间，行驶在高速公路上的长途运输重型汽车轮胎发生自燃”的新闻报道。汽车轮胎为何会自燃？若有司机向你请教如何避免重型汽车长途运输过程中轮胎自燃，你将给出怎样的建议？

引发轮胎自燃的诱因是多方面的，如轮胎内部或与地面的摩擦使轮胎热量累积而不断升温引发自燃，制动系统故障或非正常使用导致摩擦增强、发热增大而使轮胎温度过高引发自燃。对于九年级学生，虽然对轮胎自燃的多方面诱因不可能全面了解、轮胎自燃的详细机理不可能认识到位，但轮胎自燃涉及的核心知识——摩擦力做功生热、燃烧的条件，是可以结合自身经验和课程学习而理解与掌握的，这也正是评价任务所期望考查的。即评价任务要求学生立足燃烧反应的因果关系，根据自燃的“果”分析自燃的“因”（摩擦力做功生热导致轮胎热量积累使温度升高并达到着火点）、根据自燃的“因”提出预防轮胎自燃的建议（如何减少摩擦以避免轮胎热量积累）。无疑，对于本问题任务的解决，仅记住燃烧条件、灭火方法等知识是不够的，需要从反应条件的角度、立足燃烧的“因”与“果”的关系进行推论预测，从而很好地评价学生的认识思路结构化水平。评价的关键在于学生能否准确识别情境任务并转化为燃烧条件性问题、能否立足燃烧条件的视角和燃烧“因”与“果”的关联分析思路，准确推测轮胎自燃的原因、提出預防轮胎自燃的相应措施。由于认识思路对应为学科思维的问题，故通过问题任务的分析解决以评价学生认识思路的结构化水平，需要关注学生情境识别与任务转化、问题分析与解决过程中思维的敏捷性、缜密性和解答结果的完整性。思维越敏锐、缜密，答案越严谨，认识思路结构化水平就越高。

例3 请独立或以小组协作的方式，制订预防学校家属楼（或小区建筑物）火灾的方案（包括万一发生火灾应采取的措施），并以“致学校教职工家属（或小区业主）做好预防火灾工作的一封信”的形式加以呈现［16］。

系统掌握燃烧与灭火等相关学科内容、学会从燃烧反应条件控制的视角分析并解决问题、增进对“合理利用与调控化学反应重要性”的认识、促进“物质的变化与转化”的大概念理解与运用是本单元学习的核心追求，也是单元知识结构化水平最高层次的表现。本测评任务要求学生基于调查实践，在了解建筑物结构、家用燃料（能源）使用、物品存放特点等基础上，立足燃烧反应条件控制的视角并调用燃烧与灭火相关知识，综合解决如何做好真实生活中预防火灾的复杂问题。这样的实践任务，能较好地测评学生核心观念结构化水平。评价的关注点在于学生问题解决过程中的表现与结果，尤其是结果（信件）能否准确反映建筑物、燃料及相关物品存放的主要特点，能否提出多样化的预防火灾的意见建议，以及两者间是否存在逻辑自洽性。与火灾或防火有关的建筑物等特点概括越全面，与建筑物等特点相关的防火意见建议越多样、关联越紧密，则学生核心观念的结构化水平越高。

深度学习强调学生对学科知识的深度加工，达成知识结构化的建构，从而实现知识向素养的转化。因此，如何准确评估学生知识结构化达成水平以确定学生深度学习是否真实有效发生，是“素养导向”教学应深入研究的问题。前面已围绕深度学习的教学追求、知识结构化水平的类型及其评价等方面进行了阐释与探讨，并结合具体案例对知识结构化水平测评进行了分析，期望能助力教师的教学研究与测评实践。当然，知识结构化测评是一项复杂的工作，其深入开展还需综合考虑课程内容特点、学习进阶要求等，这些方面有待更为深入的理论研究与实践探索。

参考文献：

［1］杨玉琴，王彦卿. 化学学科核心素养的发展机制及教学逻辑［J］. 化学教学， 2021，（6）： 3～9， 15.

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［4］［5］张良. 论素养本位的知识教学——从“惰性知识”到“有活力的知识”［J］. 课程·教材·教法， 2018，（3）： 50～55.

［6］吳勇军. 关于深度学习的再认识［J］. 课程·教材·教法， 2019，（2）： 51～58， 36.

［7］［9］［14］中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准（2022年版）［S］. 北京：北京师范大学出版社， 2022： 27～28， 44， 28.

［8］杨梓生. 2022年版化学课标背景下“素养导向”教学特征的理解［J］. 教育评论， 2022，（10）： 139～143.

［10］中华人民共和国教育部制定. 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： 70～71.

［11］张沿沿，冯友梅，顾建军. 从知识结构与思维结构看思维评价——基于皮亚杰发生认识论知识观的演绎［J］. 电化教育研究， 2020，（6）： 33～38.

［12］麦裕华，李景宁. 使用反应图评价高师学生有机物转化知识结构［J］. 大学化学， 2013，（10）： 28～33.

［13］房喻，徐瑞钧. 普通高中化学课程标准（2017年版）解读［M］. 北京：高等教育出版社， 2018： 193～194.