当前国际化学课程改革的发展趋势及启示_课程改革论文

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      当今国际化学课程改革的发展主要体现出以下三种动向。

      一、突出化学核心观念的引领

      当今世界科学教育的一个主要问题是科学课程的内容超负荷，有限的科学课程容量和“无限”的自然科学知识这一矛盾凸显。对于化学这门一直以来被认为是知识点繁、多、杂的学科，应该选择哪些化学知识教给学生？应该选择哪些重要的内容从而精简化学课程？或者说化学学科所包含的最重要、最核心的内容有哪些？加拿大化学教育家罗纳德（Ronald）教授指出“要回答‘普通化学中包含什么内容’这个问题，我们就需要知道对于理解和正确评述现代化学，哪些是最重要的基本的化学观念”。[1]这段话强调了化学核心观念在化学学科中的重要地位，也对上述问题作出了很好的回答。近些年，在“少而精”和“更少，更清晰，更高要求”等课程设计新理念的统领下，利用化学核心观念来引领化学课程能够有效整合化学知识，化繁为简，同时又能体现知识之间的内在联系，促进学生对知识的深入理解，这已成为当今国际化学课程改革的核心理念。

      当前，对化学课程中核心观念的研究已成为国际科学教育研究的重点，许多研究者和一些国家的课程改革文件都给予了足够的关注和重视。如1997年，罗纳德确定了现代化学中六个重要的核心观念，认为化学课程应该围绕这六大核心观念来组织和呈现；[2]2007年，英国颁布了面向新世纪的《国家课程》，在其科学课程的学习计划中包含了与科学主题相关的核心观念，期望帮助学生将学科核心观念与社会面临的变革和个人生活相联系；[3]2009年，美国大学委员会出版了《为了大学成功的大学委员会科学标准》，标准中总结了在高中和大学阶段化学入门课程中的一些核心观念。[4]同年，在苏格兰召开的国际科学教育研讨会确定了科学中的14个核心观念，期望通过核心观念帮助学生理解周围的事件和现象，从而更好地做出公民决策；[5]美国2011年推出的《K-12科学教育框架》和2013年推出的《下一代科学教育标准》中将“学科核心观念”与“交叉概念”和“科学与工程实践”共同作为构成框架和标准的三个维度，突出强调对核心观念的深入理解。[6][7]上述国家课程改革文件和研究者们对化学核心观念的关注，不仅体现了化学核心观念的发展动向，更意味着化学核心观念正越来越广泛地影响着化学课程与教学，在化学课程改革中发挥着举足轻重的作用。下页表1列举了部分课程改革文件和研究者确定的与化学学科相关的部分核心观念。

      化学核心观念的确定并不是随意的，它遵循一定的基本原则。参与美国《下一代科学教育标准》制定的核心专家科瑞柴科（Kraicik）教授提出，学科核心观念的确定需遵循五个基本原则：（1）具有学科意义：它具有跨越多个学科领域的广泛的重要性，或者是某个学科中组织相关知识的关键概念；（2）具有解释力：能够用来解释许多现象；（3）具有生成性：能够为理解和探究更为复杂的概念和解决问题提供关键工具；（4）与人们的生活相关：它与社会和个人关注的问题有紧密联系，并与学生的生活体验和兴趣相关；（5）能够从幼儿园贯穿到高中：它可以在多个年级教与学，并不断提升深度和复杂性。[8]

      对于精心选定的化学核心观念，在课程中应如何进行组织和呈现呢？科学教育研究者认为，围绕少数核心观念进行深入探究的进阶学习，能够更好地促进学生科学素养的形成。[9]学习进阶是近年来国际教育研究的热点，它是对学生在各学段学习同一主题的概念时，所遵循的连贯的、典型的学习路径的描述，一般呈现为围绕核心观念展开的一系列由简单到复杂、相互关联的概念序列。[10]在组织和呈现化学核心观念时，应遵循核心观念的学习进阶，从而保证课程内容的连贯性及其逐渐增加的水平。目前，遵循核心观念的学习进阶组织课程，这种课程设计理念在国际课程改革实践中已得以成功运用，美国为大学普通化学开发的CLUE课程就是一个很好的例子。[11]

      

      我国从2000年开始关注并提倡培养学生的化学基本观念，[12][13]我们对国际上提出的化学核心观念和国内提倡的化学基本观念进行了对比分析，发现两者具有很大的一致性，①[14]这说明我国新一轮化学课程改革顺应了国际课程改革的发展。但由于研究的视野和深度所限，我国对化学核心观念的研究与欧美国家还存在一定差距，主要体现在：（1）国外对化学核心观念的认识更多是从学科本体出发，对核心观念的具体内涵阐述得比较深入透彻；而国内对化学核心观念在学科本体方面的挖掘还不够深入，对一些核心观念的内涵表述并不明确具体，有待于进一步丰富完善。（2）国外对化学核心观念的呈现重视遵循核心观念的学习进阶，保证了课程内容的连贯性，而且所呈现的学习进阶是建立在具体实证研究的基础上，具有较强的科学性；而国内初中和高中阶段的化学课程标准和教材内容的内在一致性较差，某些内容存在着衔接上的脱节，化学核心观念更是缺乏系统的、连贯的设计，有关学习进阶的研究尚未形成体系。（3）国外围绕化学核心观念组织化学课程已经得以实践，而国内虽然有少数教科书在这方面做出了努力，但尚未实现以化学核心观念统领整个课程内容的化学教材，这或许为下一轮化学课程编制和修订提供了突破口。

      二、重视化学学科思维方式的形成

      在过去300年里，化学学科积累了大量知识，面对纷繁庞杂的化学知识，围绕化学核心观念组织课程，能够有效整合和精简课程，从而使学生更好地进行化学学习。然而，需要进一步深入思考的是，化学学科仅仅为我们提供了化学知识吗？或者说化学课程仅仅是教给学生具体的化学知识吗？答案很显然是否定的。化学科学在漫长的发展过程中，所积累的不仅仅是化学知识，更积淀了一种强有力的认识和思考世界的方式，即化学思维方式。化学思维方式作为化学学科特有的思维方法和形式，具有较强的可迁移性，同时具有强大的解释力量，能够使学生从化学的视角去认识和解决不同情境下的问题，这对学生的未来生活和职业发展有很大帮助。因此，引导学生从“掌握作为一种知识的化学”转移到“理解作为一种思维方式的化学”，[15]已成为当今国际化学课程改革的重要方向。

      那么，如何认识和理解化学学科所特有的思维方式呢？我们知道，化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的一门基础自然科学，在化学科学的发展中，化学家们不仅从宏观上对物质的性质及其变化进行观察和描述，更重要的是从微观结构上对其进行解释，以深刻把握物质变化的本质规律，而化学符号则是具体化学物质和变化的抽象表达方式，是进行化学学科思维的工具。1991年，约翰斯顿（Johnstone）教授从思维的角度提出了化学学习的三种水平：宏观水平、微观水平、符号水平，引发了人们对化学思维的深入持续研究；[16]美国1996年公布的《国家科学教育标准》中则明确要求学生应能“在思维的三大领域中漫游：可观察现象的宏观世界；分子、原子和亚原子微粒构成的微观世界；化学式、方程式和符号等构成的符号与数学世界”；[17]在美国2013年推出的《下一代科学教育标准》中，非常侧重学生对化学核心观念和概念在微观水平的理解，期望学生能够从分子和亚原子水平对宏观的化学物质和过程做出解释和预测。[18]可以看出，从宏观、微观和符号三种水平上认识和理解化学知识，并建立三者之间的内在联系，已成为国际上公认的化学学科不同于其他科学的思维方式，即化学的三重表征思维方式。目前，三重表征思维方式在化学教育领域已经成为一种理论框架，指导着世界范围内的化学教育者、课程和软件开发者以及教科书编制者的工作。

      宏观、微观和符号相联系的三重表征思维方式体现了化学学科的本质特征，它主要是基于化学是一门描述、解释和预测物质及其变化的传统科学的视角。而随着现代科学技术的迅猛发展，化学学科已成为推进现代社会文明和科技进步的重要力量，研究和创造新物质成为化学学科的基本特征。化学家们不仅对化学物质和过程作出描述、解释和预测，更重要的是努力创造出新的物质，或者是设计出新的分析和合成路线，并将其转化到生产实践中。[19]2003年，美国国家研究委员会（NRC）发布了《超越分子前沿》报告，其中确定了现代化学所包含的四种主要的化学活动：分析、合成、转换、建模，这四种化学活动对应着四个基本的化学问题：它是什么、如何制造它、如何改变它、如何解释它。[20]这充分体现了现代化学的技术特征，也强调了化学作为一门技术科学在现代生产生活中的重要性。据此，塔兰克（Talanquer）从化学是一门技术科学的视角出发，结合现代化学的四种主要活动及其基本问题，提出了六种更加具体的化学思维方式：（1）所有化学物质至少有一种能够使它与其他物质相区分的特征性质，利用这种特征性质可以用来检测、分离、识别和定量物质；（2）物质的微观结构决定了其物理性质和化学性质；（3）物质微观组成之间的相互作用可能引发原子或分子的重新排列，从而改变物质性质或者导致新物质生成；（4）探索、建模物质性质与微观结构、相互作用和动力学之间的相互联系，有助于分离、识别、定量、合成或转换这些物质；（5）探索、建模物质微观结构中相互作用的类型以及反应机理，有助于设计方法来引发或控制物理和化学变化；（6）合成或者转换一种化学物质时，应确定物质的内部结构因素和外部环境因素，这些因素可能影响物质热力学和动力学的稳定性。[21]可以看出，这六种思维方式是在化学三重表征思维方式的基础上，渗透了化学作为一门技术科学的思想，根据化学家们的实践活动而总结提炼出来的，是对化学三重表征思维方式的进一步深化和具体化。目前，已有研究者围绕这六种化学思维方式开发出相应的化学课程，如美国的化学XXI课程。[22]

      当前国内对化学思维方式的研究主要是限于三重表征，而结合现代化学活动，从化学是一门技术科学的视角来认识化学思维方式尚为空白。可以说国内化学课程改革对化学思维方式缺乏足够的重视，例如，在化学课程标准中没有关于化学思维方式的明确阐述，在化学教科书中也很少体现出对化学思维方式的培养，教师在化学教学中忽视、甚至并没有意识到化学思维方式对促进学生科学素养发展的重要性。已有研究表明，国内学生化学三重表征思维方式尚未形成，缺乏将宏观、微观、符号三者进行有机结合的意识。[23]化学学科思维方式是超越了具体的化学知识，具有强大解释力量的问题解决的工具，化学教学不仅仅是向学生传递化学知识，更应该培养学生形成化学学科独特的思维方式，国际科学教育研究对化学思维方式的认识和实践启示我们，在化学课程改革中必须重视化学思维方式的培养，要紧密结合现代化学的特征，在以下方面开展深入的研究：（1）化学思维方式中各思维水平的内涵和所包含的范围；（2）化学思维方式与化学核心观念的联系；（3）化学思维方式与化学问题解决的关系；（4）不同类型化学知识对学生化学思维深度的要求。

      三、增进对科学本质的理解

      当前科学教育存在着一个令人担忧的现象，即很多学生学习了若干年的科学课程，掌握了相当数量的科学知识，但头脑中依然“没有”科学，缺乏对科学及科学研究的正确认识。这种状况指向了学校科学教育的又一个重要主题——科学本质教育。科学本质是科学素养的核心要素之一，也是科学教育的一个永恒话题。在过去半个世纪里，随着科学教育的发展和科学教育研究的深入，国际科学教育界越来越重视对学生进行科学本质的教育，世界各国纷纷将科学本质作为重要课程目标纳入到科学教育标准中。例如，美国《国家科学教育标准》和《下一代科学教育标准》，以及英国《国家科学课程标准》中均要求学生理解科学的本质，并且对不同学段的学生对科学本质的理解提出了明确要求。可以看出，增进教师和学生对科学本质的理解，形成正确合理的科学本质观已经成为当今国际科学课程改革的重要目标和共同愿景。

      科学本身具有复杂性，因此科学本质并不是一个容易界定的概念。对于科学本质，著名科学教育家李德曼（Lederman）教授从认识论的范畴出发，认为“科学的本质是科学认识论，科学是一种获得知识的途径，或与科学知识的发展相一致的价值和信念”；[24]当代科学哲学认为科学的本质在于科学探究，“科学的本质不在于认识真理而在于探索真理”。对科学本质的认识，或许科学哲学家、历史学家、科学教育者等并不能达成统一的见解，但是研究者们对科学本质内涵所包含的方面却拥有着共识。表2中列出了麦克康马斯（McComas）在1998年总结的包含在美国、澳大利亚、英国、新西兰、加拿大等5个国家8份科学教育标准中关于科学本质的明确一致的14条内容，[25]以及尼亚兹（Niaz）在2011年总结的目前国际科学教育研究文献对科学本质达成的共识。[26]可以看出，研究者们对科学本质一些重要方面的认识几乎不存在争议，这些关于科学本质的共识相互联系，被各个国家认为可以在中学阶段教授给学生，从而更好地促进学生对科学本质的理解。

      

      近些年，科学教育研究不断表明，很多教师和学生对科学本质的理解依然停留在朴素的观点，[27]如学生不理解科学知识是变化的、很多学生相信科学是绝对的真理等。这种现状是令人困惑的，在各个国家不断强调重视科学本质教育的同时，为什么教师和学生对科学本质的理解依然不尽如人意？为此，各个国家和研究者们在强调科学本质、探索科学本质内涵的同时，也积极地探索如何在学校课程中进行科学本质的教学。纵观国际科学教育研究，目前在化学课程中实施科学本质教学主要有两种方式：开展科学探究和强调科学史哲学（HPS）。

      科学探究过程体现了科学的本质，学生通过参与科学探究活动能够加深对科学本质的理解。因此，科学探究是对学生进行科学本质教学的一种重要而有效的方式，一些国家不仅在课程改革文件中对科学探究予以充分体现，而且在课程编制和实施中给予了高度的重视。[28]例如，美国高中主流理科教材《化学概念与应用》中设置了23个化学实验探究活动，每一个探究活动都对探究技能有明确要求，[29]通过这样的实验探究活动增进学生对科学本质的理解。需要注意的是，并不是所有的探究活动都能促进学生对科学本质的理解，只“动手”不“动脑”的探究活动无法增进学生对科学本质的理解。因此，教材和教师需要采用一定的方式将探究活动中所蕴含的科学本质外显，[30]帮助学生进行理解和反思，从而增进对科学本质的认识。在化学课程中融入HPS是进行科学本质教学的另一重要途径，美国《下一代科学教育标准》中明确提出“科学史中的一些例子是呈现科学本质的一种方法”。[31]在化学课程中融入HPS能够使学生认识到隐藏于科学知识背后的科学发展历程、使用的科学方法以及蕴含的科学精神等，从而促进对科学本质的深入理解。同样，在课程中融入HPS时，应恰当地设计一种将科学本质与教学活动相联系的教学情境，[32]以显性的方式对学生进行科学本质教育。

      我国化学课程改革也对科学本质进行了持续的关注和强调，但总体来说，我国化学课程对科学本质的呈现和实践与国外相比尚显薄弱，科学本质的教学主要还是停留在宏观层面，例如，化学课程标准中对科学本质的内容没有进行具体呈现；教科书在呈现科学探究活动或科学史方面，并没有很好地将科学本质进行外显；在化学探究活动中，教师们更多关注学生的探究技能和探究过程，忽视了引导学生思考和理解蕴含的科学本质。国际科学教育改革发展动向和我国科学本质教育现状，对我国化学课程改革提出了更高的要求和挑战。科学本质必须在化学课程中予以充分体现，要切实落实在化学课程标准和化学教材中，落实在具体的教学实践中。

      以上通过分析国际科学课程改革文件、举措以及相关的研究成果，我们总结出化学核心观念、化学思维方式和科学本质三大主题体现和引领着当今国际化学课程改革的发展动向。这三个方面并不是独立存在的，而是相互联系的，在提高学生的科学素养，培养学生成为未来社会所需人才共同发挥着重要作用，化学核心观念为学生适应未来社会发展、解决面临的社会生活问题提供了必需的知识基础；而在解决这些社会生活问题的实践活动中，离不开化学思维方式的引领和学生对科学本质的深入理解。因此，在化学课程改革中，教育者应对化学核心观念进行深入挖掘，在促进学生形成化学核心观念的同时深化对化学学科思维方式和科学本质的认识，全面提升学生的科学素养，提高学生解决与化学相关的社会生产生活问题的能力。

      ①因此，为了行文表述方便，我们在后面的阐述中统一用“核心观念”一词。

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