核心素养视域下的结构化教学实践

沈伟艺 罗炳杰

【作者简介】沈伟艺，高级教师，主要研究方向为中学化学教学；罗炳杰，高级教师，特级教师，主要研究方向为中学化学教学。

【基金项目】福建省教育科学“十四五”规划2022年度立项课题“初中化学课堂教学增值评价的实践研究”（FJJKZX22-465）；厦门市思明区第一届特级教师工作室专项课题“基于化学学科核心素养的结构化教学实践研究”（GZSZX2023T003）

【课堂聚焦·教学设计】

【摘 要】结构化教学能够促进学生“知识→认识→核心素养”的转化。研究者在分析结构化教学内涵、意义的基础上，构建了以核心素养为导向的结构化教学实施路径，并以“从黄铜渣中提取有价产品”化学项目教学为例，具体实施结构化教学。

【关键词】结构化教学；大概念；项目教学；核心素养；化学教学

如何合理组织化学教学内容？《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称《课标（2017版）》）明确指出，化学教学内容的组织，应有利于促进学生从化学学科知识向化学学科核心素养的转化，而内容的结构化则是实现这种转化的关键。［1］70《义务教育化学课程标准（2022年版）》则倡导构建大概念统领的化学课程内容体系，充分发挥大概念对实现知识的结构化和素养化的功能价值。［2］可见，结构化教学成为课程标准修订的亮点之一。那么，何为结構化教学？为何要将教学内容结构化？如何实现教学内容结构化？针对这些问题，笔者探讨了教学内容结构化的内涵、意义和实施路径，并以“从黄铜渣中提取有价产品”化学项目教学为例，具体实施结构化教学。

一、结构化教学的内涵

结构一词在不同的学科领域具有不同的内涵，其共同特征在于注重事物之间、整体与部分之间的关联，而结构化可以看成实现这一目的的过程。［3］教学是指教师的教和学生的学的一切活动。教师在理解教材内容和课程标准的基础上，依据学生特点和实际资源，对内容进行选择和组织，呈现给学生的各种与学习有关的经验就成为教学内容。《课标（2017版）》提出化学教学内容的结构化主要有三种形式，即基于知识关联的结构化（知识结构化）、基于认识思路的结构化（认识结构化）、基于核心观念的结构化（观念结构化）［1］70-71。知识结构化是对具有逻辑关系的化学学科知识进行组织，呈现出具有层次性的知识结构。认识结构化包括认识视角、认识思路等基本要素。由于每种认识对象都具有独特的认识视角（角度）和认识思路（路径），因此，认识结构化解决了认识方式中“从哪里想”“怎么想”两个核心问题。观念结构化进一步抽象物质及其变化本质和认识过程，反映了核心素养的学科特质。在目前教学实践中，教师比较习惯知识结构化，而忽视了认识结构化和观念结构化。虽然知识结构化体现知识间的逻辑关系，但知识的素养功能难以发挥。而以大概念引领知识、认识和观念，实现教学内容结构化，能有效促进知识向素养的转变。因此，结构化教学是教师基于大概念统领的具有层级结构的有机整体的教学。

二、结构化教学的意义

结构化教学能够促进学生学科能力素养的发展。王磊教授提出从知识到能力和素养的发展进阶，即学习理解（辨识记忆、概括关联、说明论证）→应用实践（分析解释、推论预测、简单设计）→迁移创新（复杂推理、系统探究、创新思维）［4］。在结构化教学中，首先，教师可以通过知识结构图或思维导图等方式，基于一定的逻辑关系，将零散的、碎片化的化学知识关联起来，帮助学生厘清基本概念之间的有机联系，使学生顺利进行知识和经验的加工和输入活动，即增进学生的学习理解。其次，教师可以利用核心概念的素养发展功能，引导学生进行知识经验的简单输出活动，应用学科核心知识分析和解决实际问题，提炼认识角度和思路，实现知识结构化到认识结构化的转变，促进学生应用实践能力的发展。最后，教师可以基于大概念，引导学生调用学科核心知识及活动经验等，创新性解决新情境问题，实现大概念的迁移和应用，不断建构化学学科观念。因此，结构化教学对学生能力素养的发展具有重要意义，教师要有目的、有计划地实施认识结构化和观念结构化，逐步提升学生的化学知识结构化水平。

三、结构化教学的实施路径

从“教什么”的层面看，结构化教学要求构建大概念统领的教学内容体系，即基于大概念建构概念的层级结构。郑长龙教授提出，根据概念的概括程度可以把化学教学中的概念划分为大概念、核心概念和基本概念，其中基本概念是核心概念形成的基础，核心概念是大概念建构的基础，大概念对核心概念和基本概念的认识具有引领作用。［5］大概念有高度的概括性。在教学设计时，教师可以把大概念解构成凸显学科认识角度和认识思路的核心概念，再将核心概念拆解为基本概念，并与具体知识相匹配。在教学实践中，教师可以通过创设真实且富有启发性的学习情境，引导学生主动思考，帮助学生建构核心概念和大概念，形成化学学科的思维方式和方法。从“怎么教”的层面看，结构化教学要求重视创设真实情境解决问题，倡导开展“做中学”“用中学”“创中学”的实践活动，不断提升学生的知识结构化水平。从“教到什么程度”的层面看，结构化教学倡导实施发展性评价，加强过程性评价，通过设置不同能力水平（学习理解→应用实践→迁移创新）的活动任务，根据学生在做任务中的表现，诊断其化学知识结构化水平。因此，笔者根据“教—学—评”一致性，构建了结构化教学的实施路径（如图1）。

四、结构化教学的具体实施

（一）课前结构化设计

1.分析学习主题

核心素养导向的结构化教学，注重基于主题整合教学内容。主题是指能集合一系列化学知识，并且蕴含着学科思想观念的学习单元。在分析学习主题时，教师应明确学习主题要发展学生的学科核心素养、大概念、核心知识等，然后围绕大概念建构知识结构。这样，有利于学生获得整体有序的学习内容，促进知识结构化。如“从黄铜渣中提取有价产品”项目是针对物质及其变化的复习设计的，属于化学与资源环境领域的实践活动，要求学生利用物质性质及其变化实现物质的转化。学生在真实情境驱动性问题中开展实践活动、检验想法并解决问题，通过项目作品展示交流和过程性评价，提高认识思路及化学学科观念结构化水平。

本项目选择“变化观念”核心素养作为主要培育点，遴选“物质的变化与转化”作为大概念进行统摄，根据物质、变化、转化等视角将其解构为物质性质、化学变化、混合物分离、质量守恒定律等具有学科认识和思维方式的核心概念，再将核心概念进一步分解成基本概念，寻找相应的具体知识进行匹配。这样，就形成了“从黄铜渣中提取有价产品”的大概念知识结构化（如图2）。该项目主要承载了初中化学金属和酸的相关内容，包括金属、金属氧化物的性质，以及金属与酸和盐的反应、混合物的分离、化学计算等核心知识，帮助学生初步建立认识物质性质的基本思路和方法，发展学生的变化观、转化观、定量观及实验观。另外，从黄铜渣中提取有价产品不仅可以减少废物的排放，还实现了废旧金属的回收利用，符合绿色化学理念。

2.制订教学目标

教学目标是学生通过学习所获得的学科核心素养全面发展的具体表现。教师应依据学习主题的内容要求、学业要求和学业质量标准，结合学生实际情况，制订化学知识结构化水平持续进阶的教学目标。基于此，“从黄铜渣中提取有价产品”项目的教学目标如下。

（1）通过探究ZnO、CuO的性质，复习相关的核心知识和基本技能，建立知识之间的联系，形成知识结构化。

（2）通过实验探究活动，建立初中阶段对物质及其变化的认识模型，提高学生对物质及其变化的认识结构化水平。

（3）通过完成从黄铜渣中获得ZnSO4和金属Cu活动任务，建立知识与问题的关联，形成问题解决思路，提高学生的化学观念结构化水平。

3.规划学习流程

教师应整体规划主题学习流程，在大概念的统领下，设计挑战性的学习任务，将学习任务分解，并与驱动性问题建立关联，展开相关的学习活动，统筹规划学习时间，形成有序推进、能力素养水平持续进阶的发展系统。如对于“从黄铜渣中提取有价产品”项目，教师可根据项目教学目标，遴选“从黄铜渣中获得ZnSO4和金属Cu”的真实情境，在“物质的变化与转化”大概念统领下，设置“项目导引→探究ZnO、CuO的性质→从黄铜渣中提取ZnSO4和金属Cu”等3个进阶任务，依据核心知识和基本概念，设计9个驱动性问题，不断建构核心概念和大概念。“从黄铜渣中提取有价产品”项目的教学流程设计见表1。

（二）课中结构化实施

1.创设真实情境，引发关联问题

真实且富有启迪性的学习情境能够引发学生思考，激发学生的学习兴趣和探究欲望。在结构化教学实践中，教师可以利用新闻报道、化学实验等多种素材，以及图片、实物等多种形式创设学习情境，引导学生从真实的情境中发现关联问题，展开相应的学习活动。

任务1 项目导引

【资料】国际研究报告指出，未来全球金属资源需求量大幅上升。一方面，金属资源非常有限且不可再生。另一方面，金属开采和冶炼消耗大量能源，还会给环境带来影响。如果从金属废料中回收金属，可以节约金属资源和能源，还能减少对环境的污染。利用黄铜（铜锌合金）制造钱币等生活物品的过程中，会产生很多黄铜渣，黄铜渣会造成环境污染，其主要成分是Zn、ZnO、Cu、CuO，市场价格低。

问题1：可以将黄铜渣转化为哪些有价产品？

问题2：若要将黄铜渣转化为Cu和ZnSO4，需要解决哪些问题？

【学生活动】将Zn、ZnO变成ZnSO4，CuO变成Cu。学生需要考虑到物质的转化需要利用物质的性质，还需要考虑转化后如何分离、实验如何实施等问题。

【設计说明】一是介绍项目背景，引发学生学习的欲望；二是诊断学生能否把黄铜渣转化为有价产品以及转化时需要解决的问题的系统思考水平，并为该项目的学习提供必要的知识支持；三是引导学生分析项目，并进行项目规划。

2.开展探究活动，形成认识思路

科学探究是重要的科学实践活动，是培养学生知识结构化水平不可或缺的组成部分。教师应积极引导学生亲历创意设计、动手操作等过程，使学生在解决问题的同时，形成和发展对化学知识的认识思路和方法。

任务2 探究ZnO、CuO的性质

问题3：ZnO、CuO有哪些化学性质？

【学生活动】填写性质预测结果及预测依据。

【支持】仪器（酒精灯、试管、药匙、胶头滴管）和药品（ZnO、CuO、稀硫酸、稀盐酸、ZnSO4溶液、CuSO4溶液、NaOH溶液）。

【学生活动】小组合作，选择相应药品进行实验，记录实验现象，得出结论。

【教师引导】ZnO、CuO作为金属氧化物，它们还可以与CO等还原剂反应。

问题4：你还想了解ZnO、CuO的哪些性质？

【学生活动】继续探究ZnO、CuO能否与NaOH溶液反应。

问题5：你认为研究物质性质的方法及具体思路是什么？

【认识结构化】教师引导学生总结研究物质性质的方法及具体思路（如图3）。

【设计说明】在以上ZnO、CuO的性质探究活动中，教师引导学生体会研究物质性质，特别是化学性质需要通过化学变化来体现，实验法是研究物质性质的重要方法。在实验过程中，学生可以先预测物质性质，再进行实验验证自己的想法，认识研究物质性质的一般思路。学生基于物质组成、变化、存在、用途等视角认识物质的物理性质和化学性质，丰富了认识物质性质的角度。

3.解决实际问题，建构化学观念

学生的结构化水平是一个自我建构、不断提升的过程。教师可以通过设置不同复杂程度问题的解决活动，引导学生开展证据推理、分类概括、模型解释等具有学科特质的高阶思维活动，促进学生观念结构化水平的发展。

任务3 从黄铜渣中提取ZnSO4和金属Cu

【支持】药品：黄铜样品（含Cu 50%、Zn 6.5%、ZnO 32.4%、CuO 8%，其余为杂质）、Fe、Zn、硫酸、盐酸、ZnSO4溶液、CuSO4溶液、NaOH溶液。相关仪器。

问题6：从黄铜渣中提取ZnSO4和金属Cu的实验方案是怎样的？

【学生活动】依据所提供的药品，设计实验方案，用流程图表示实验方案（如图4）。

追问：如何得到ZnSO4晶体和金属Cu？

【学生活动】小组合作，班级交流，完善实验方案，进行实验，记录实验现象。

问题7：分离提纯物质的基本思路是什么？

【教师点评】过滤和蒸发都是物理方法。而混合物的分离和提纯还包括化学方法，即需要利用化学反应去除某些物质，或者通过物质的转化，实现物质的分离和提纯。用化学方法除杂时，为了将物质完全去除，通常需要加入过量的除杂试剂。不管采用什么方法，分离提纯物质的基本思路都是利用性质的差异（如图5）。

问题8：若称取100g黄铜样品进行实验，至少需要50%硫酸的质量是多少？最多可以得到金属Cu的质量是多少？

【教师点评】至少需要硫酸的质量就是实验方案中第一步与Zn、ZnO、CuO反应的硫酸质量相加。另外，可以利用质量守恒定律中的元素守恒来计算金属Cu的质量。

问题9：如何构建化学变化的认识模型？

【观念结构化】教师引导学生构建化学变化的认识模型（如图6）。

【设计说明】利用流程图设计从黄铜渣中提取ZnSO4和金属Cu的实验方案，引导学生形成相关知识结构化。学生利用物质性质及发生反应完成物质制取、物质分离等核心活动，从反应物、生成物、条件、反应类型、现象等多角度认识化学反应，建立对化学反应从定性到定量、从宏观到微观的认识方式。

（三）课后结构化反思

教学反思是指教师对自身教学实践的再认识，并以“教—学—评”一致性的落实进行结构化反思。从“教什么”来看，本项目在大概念统摄下设计了项目式复习教学，从学生实际水平出发，解决“从黄铜渣中提取有价产品”的真实问题，提升知识结构化水平，发展学生变化观念等学科核心素养。从“怎么学”来看，教师设计了3个环环相扣的学习任务。任务3具有挑战性，融合了方案设计与实施、物质的分离与提纯、物质转化等多种思维活动，层层递进，最终实现问题的解决。学生在解决问题的过程中，体会到实验探究和结构化思维是学习化学的重要方法，感悟严谨求学的科学态度及勇于质疑和创新的精神，激发了主动探究的兴趣。从“学会了没有”来看，教师设计了9个不同能力水平的问题，诊断学生在解决不同类型问题过程中的表现，发展学生的知识结构化水平。学生通过小组合作，不断完善从黄铜渣中提取ZnSO4和金属Cu的实验方案，实现了从Zn、CuO等物质最终转化为ZnSO4和金屬Cu的知识结构化。学生通过过滤和结晶等方法得到产物，提炼出分离提纯物质的基本思路，形成了混合物分离问题的结构化思维；通过一定量黄铜样品消耗硫酸的质量及得到金属Cu的质量的计算，从定量角度认识化学反应；通过构建化学变化的认识模型，形成了对化学反应的多角度认识及系统思维，不断丰富“物质的变化与转化”的内涵；通过应用物质的变化与转化观念解决问题，不断提高学科观念结构化水平。

五、结语

运用结构化教学，有利于提高整体站位。结构化教学的出发点不是某个具体知识点，而是指向学科核心素养的大概念。大概念是化学观念在主题中的具体化，具有功能价值。学生在实验与实践活动中运用大概念解决实际问题，掌握核心知识，提炼解决实际问题的思维路径和方法，形成对学科价值正确的理解，实现从掌握知识到能力素养发展的转变。实施结构化教学，有利于学生形成对学科知识及其思维方式方法的认识，从而促进学生迁移应用，解决真实问题，不断提升建构大概念的结构化水平。

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）［M］. 北京：人民教育出版社，2018.

［2］中华人民共和国教育部. 义务教育化学课程标准（2022年版）［M］. 北京：北京师范大学出版社，2022.

［3］张紫红，崔允漷. 论课程内容结构化：内涵、功能与路径［J］. 课程·教材·教法，2023（6）：4-10.

［4］王磊. 学科能力构成及其表现研究：基于学习理解、应用实践与迁移创新导向的多维整合模型［J］. 教育研究，2016（9）：83-92，125.

［5］郑长龙. 核心素养导向的化学教学设计［M］. 北京：人民教育出版社，2021.

（责任编辑：罗小荧）