国际化学课程改革的发展动向毕华林

国际化学课程改革

的发展动向山东师范大学毕华林E-mail：bi社会发展对学校化学课程提出了新的挑战与使命（RockstromJ,Nature,2009）地球的限度气候变化海洋酸化平流层臭氧耗竭氮和磷生物地球化学循环生物多样性的丧失率全球淡水资源利用土地系统改变气胶负荷化学污染突出化学核心观念的引领重视化学思维方式的形成增进对科学本质的理解当今国际化学课程改革的发展动向——毕华林,万延岚.当前国际化学课程改革的发展动向及启示.比较教育研究，2015.09毕华林,万延岚.化学的魅力与化学教育的挑战.化学教学，2015.05突出化学核心观念的引领有限的课程容量"无限"的科学知识VS当今世界科学教育的主要问题是科学课程的内容超负荷，科学课程变成了孤立事实的堆积，学生难以建立知识间的内在联系，难以灵活地运用所学知识解决实际问题。—BooHK.TeachingandLearning,2001,22(1):43-47突出核心观念的引领为此，国外科学教育研究提出让学生将所学习到的科学知识凝聚起来，形成“bigideas”，这些“bigideas”能帮助学生在科学知识之间建立起联系，最终使得学生形成一幅关于科学的全景图，以便他们从科学的视角有效地处理日常生活中遇到的问题并做出决策。—BooHK.TeachingandLearning,2001,22(1):43-47Bigideas大观念核心观念

“大观念”通常指的是一种总结学科核心知识的陈述，这种核心知识是我们希望学生理解的。——TalanquerV.Chemistryeducation:tenfacetstoshapeus[J].JournalofChemicalEducation,2013,90(7)科学教育的原则和大概念科学教育不应该传授给孩子支离破碎、脱离生活的抽象理论和事实。而是应当慎重选择一些重要的科学观念，用恰当的、生动的教育方法，帮助孩子们建立一个完整的对世界的理解。

——[英]温·哈伦.科学教育的原则和大概念.韦钰,译.北京:科学普及出版社，2011:序言（周光召）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。中学化学课程应当围绕化学中的主要观念来建构。

——RonaldJG.Thegreatideasofchemistry.JournalofChemicalEducation,1997,74(7)化学课程要教给学生什么原子、分子和离子是构成物质的基本成分。化学键是通过带正电的原子核和带负电的价电子之间的静电吸引形成的。原子在分子和晶体中以特定的几何图形排列。原子和分子在不停地运动。分子和晶体中的原子能够重组，形成新的分子和晶体。当体系的混乱程度增加时，反应发生。化学核心观念例举美国大学委员会标准所有物质都是由原子构成的。每种元素的原子都有独特的结构，这是由电子和原子核之间相互吸引形成的。当原子序数增加时，元素显示出周期性。在物理和化学变化中，原子保持不变。将原子聚集在一起的强烈的静电吸引力被称为化学键。化学变化和物理变化通常伴随能量的改变。键的断裂需要能量，键的生成释放能量。化学平衡是一个动态的、可逆的状态，在这个过程中正逆反应速率达到平衡。美国国家科学教育文件中的核心观念学科核心观念学科交叉概念科学与工程实践下一代科学教育标准（2013）K-12科学教育框架（2011）化学核心观念例举（NGSS）“物质及其相互作用”核心观念的内涵物质由不同原子、以不同方式结合而成。按照原子序数排列的元素，呈现出周期性的性质，周期性的性质反映了最外层电子的状态。物质的结构和性质由原子内或原子间电子的作用力决定。在反应中，不同类型原子的总数守恒，因此质量守恒。化学反应中能量的转移是由于键能总和的变化，即分子能量的变化。……化学核心心观念的的确定这些化学学核心观观念都体体现出了了相同的的特点，，即对化化学学科科有广泛泛的重要要性，具具有强大大的解释释力量，，能够生生成更多多更具体体的观念念和概念念，并能能够使学学生随着着时间的的推移对对其进行行不断深深化发展展。——毕华华林，杜杜明成，，基于化化学基本本观念的的教科书书编制，，化学教教育,2010,11(2)核心观念念（概念念）的学学习进阶阶学习进阶阶（LearningProgression）是对学生生在各学学段学习习同一主主题的概概念时，，所遵循循的连贯贯的、典典型的学学习路径径的描述述，一般般呈现为为围绕核核心概念念展开的的一系列列由简单单到复杂杂、相互互关联的的概念序序列。——刘晟晟,刘恩恩山.教教育学报报.2012,8(2):81-87学习是一一个循序渐进进的过程，，所有有的专业业知识都都需要在在既定的的框架中中，花一一定的时时间、经经过一定定的过程程，才能能够很好好地掌握握。“物质结结构”的的学习进进阶例举举最低水平最高水平在5、6年级结结束分子模型—解释物态和物态变化在2年级结束宏观模型—描述物质原子结构模型—为化学反应提供机械模型在12年级结束原子/分子模型—解释物质的性质和多样性在8年级结束——约瑟夫夫·科瑞柴柴科（Krajcik）.基基础教育育课程.2013(1),82-85围绕核心观观念组织化化学课程——CLUE——CooperM,KlymkowskyM.JournalofChemicalEducation,2013,90(9):1116-1122.作者认为，，目前的化学教学往往往为了宽宽度而牺牲牲深度，学学生只能通通过记忆来来完成课程程，而不是是运用化学学核心观念念来解释和和预测化学学系统。CLUE(Chemistry,Life,theUniverse,andEverything)课程选定三三个核心观观念—结构、性质质、能量，支持学生对对重要化学学概念的理理解，并且且发展对学学生有用的的、可迁移移的技能。。少而精（lessismore））更少，更清清晰，更高高要求（fewer,clearer,higher）——Bill&MelindaGatesFoundation.Fewer,Clearer,Higher:MovingForwardwithConsistent,RigorousStandardsforAllStudents，2012围绕核心观观念组织并并整合学科知识、、通过学习进阶发展学生对对核心观念念的理解，，已成为当当代基础教教育科学课课程改革的的核心理念念。围绕核心观观念整合课课程内容重视化学学学科思维方方式的形成成在过去三百百年里，化化学学科积积累了很多多知识，同同时，化学学学科更提提供了一种种强有力的认认识和思考考世界的方方式，即化化学思维方方式。化学思维维方式是可可迁移的，，对学生的的未来研究究和职业发发展必会有有很大帮助助。引导学生从从“掌握作作为一种知知识的化学学”转移到到“理解作为一一种思维方方式的化学学”，已成为为当今国际际化学课程程改革的重重要方向——TalanquerV,PollardJ..Chem.Educ.Res.Pract.,2010,11(2):74-83——GilbertJK,TreagustDF.Multiplerepresentationsinchemicaleducation[M].Dordrecht:Springer,2009:172化学学习的复复杂性化学家们不仅仅从宏观上对物质的性性质及其变化化进行观察和和描述，更重重要的是从微观结构上对其进进行解释，以以深刻把握物物质变化的本本质规律，而而化学符号则是具体化学学物质和变化化的抽象表达达方式，是进进行化学学科科思维的工具具。化学思维的水水平和领域1991年，，Johnstone从思维的角度度提出化学学学习的三种水水平：宏观水水平、微观水水平、符号水水平——Johnstone,A.H.JournalofComputerAssistedLearning,1991,7(2):75-83.宏观微观符号中学生应能在在思维的三大大领域中漫游游：可观察现象的的宏观世界分子、原子和和亚原子微粒构构成的微观世世界化学式、方程程式和符号等等构成的符号号与数学世界界——[美]国家研究理理事会著.国国家科学教育育标准.科学学技术文献出出版社,1999.217化学学习的三三重表征从宏观、微观观和符号三种种水平上认识识和理解化学学知识，并建建立三者之间间的内在联系系，从而形成成化学学科特特有的思维方方式，我们称称之为化学学学习的三重表表征。学生的化学学习实质上是建构构化学的三种种表征，以及及能在三种表表征之间自由由、灵活地转转换。——毕华林,黄婕.化学学习中““宏观-微观-符号”三重表表征的研究.化学教育,2005(5)张丙香,毕华华林.化学三三重表征的界界定及其关系系分析.化学学教育,2013(3)化学三重表征征的价值在过去的30年里，化学三三重表征已逐逐渐成为最有有影响力、最最富有创造性性的思想之一一，成为化学学教育研究的的理论基础，，指导着世界界各地化学教教师的教学和和课程、软件件、教材编制制者的工作。。——TalanquerV.Macro,submicro,andsymbolic:themanyfacesofthechemistry““triplet”[J].InternationalJournalofScienceEducation,2011,33(2)三重表表征从化学学学科科的特特点出出发统统领整整合化化学学学习，，帮助助学生生理清清纷繁繁复杂杂的宏宏观、、微观观、符符号领领域间间的关关系，，克服服化学学学科科自身身特点点所造造成的的困难难，帮帮助学学生全全面、、深刻刻地理理解化化学，，形成成化学学学科科独特特的思思维方方式。。——张丙香香,毕毕华林林.化化学三三重表表征的的含义义及其其教学学策略略[J].中国国教育育学刊刊,2013(2)宏观、、微观观和符符号相相联系系的三三重表表征思思维方方式体体现了了化学学学科科的本本质特特征，，它主主要是是基于于化学学是一一门描描述、、解释释和预预测化化学物物质和和变化化的传传统科科学的的视角角。而随着着现代代科学学技术术的迅迅猛发发展，，化学学学科科已成成为推推进现现代社社会文文明和和科技技进步步的重重要力力量，，研究和和创造造新物物质成为化化学学学科的的基本本特征征。化学从从描述述性科科学向向技术术性科科学转转变化学家家们不不仅对对化学学物质质和过过程作作出描描述、、解释释和预预测，，更重重要的的是努努力创创造出出新的的物质质，或或者是是设计计出新新的分分析和和合成成路线线，并并将其其转化化到生生产实实践中中，现现代化化学家家们的的研究究目标标及其其所进进行的的实践践与化学工工程师师们所进进行的的工作作有很很多的的共性性。——TalanquerV,SevianH.Chemistryinpastandnewscienceframeworksandstandards:gains,losses,andmissedopportunities[J].JournalofChemicalEducation,2014,(1)3.转换2.合成1.分析它是什么？如何制作它？如何改变它？如何解释它？4.建模现代化学的的四种主要要活动及其其基本问题题NationalResearchCouncil(US).CommitteeonChallengesfortheChemicalSciencesinthe21stCentury.Beyondthemolecularfrontier:challengesforchemistryandchemicalengineering.NatlAcademyPr,2003.六种具体的的化学思维维方式——TalanquerV,PollardJ.Chem.Educ.Res.Pract.,2010,11(2):74-83.1.可以利用物物质的特征征性质来检检测、分离离、识别和和定量物质质。2.物质的的物理性质质和化学性性质由微观观结构决定定。3.物质的的微观结构构决定了其其相互作用用，从而改改变物质性性质或者导导致新物质质的生成。。4.探索、、建模物质质的性质与与微观结构构、相互作作用和动力力学之间的的相互联系系，有助于于分离、识识别、定量量、合成或或转换这些些物质。5.探索、、建模物质质微观结构构中相互作作用的类型型以及反应应机理，有有助于设计计方法来引引发或控制制物理和化化学变化。。6.合成成或者转转换一种种化学物物质时，，应确定定物质的的内部结结构因素素和外部部环境因因素。化学XXI课程8如何利用化学能量？7如何分析化学系统？5如何预测化学变化？3如何预测物质性质？2如何确定物质结构？1如何区分物质？4如何建模化学变化？6如何控制化学变化？——TalanquerV,PollardJ.Chem.Educ.Res.Pract.,2010,11(2):74-83.突出化化学思思维方方式的的课程程—化化学XXI将关注注点从从学习习作为为一种种知识识的化化学转转移到到理解解作为为一种种思维方方式的的化学学。促进对对少量核核心的的基本本观念念的深入入理解解，而而不是是肤浅浅的涵涵盖很很多主主题。。通过精精心设设计学习进进程来设计计学习习单元元，将将核心心观念念相联联系。。通过参参考科科学教教育研研究中中，对对“人是如如何学学习”的研究究结果果，开开发一一种健健全的的课程程顺序序和相相关的的学习习活动动。向学生生介绍绍现代代化学思思维方方式、建模模、决决策和和问题题解决决的方方式使学生生参与与到21世世纪科科学和和技术术领域域中感感兴趣趣的现现实决决策和和问题题解决决的活活动中中。突出化化学思思维方方式的的课程程—化化学XXI增进对对科学学本质质的理理解实用的民主的文化的道德的对社会科学议题做出明智决策欣赏科学作为当代文化一部分的价值发展对科学共同体的规范的理解，这些规范体现了道德对社会的承诺科学教学促进科学主题的学习理解科学应对日常工艺对象和工艺过程理解科学本质的重要性（Driver,R.,etal.1996）科学本质内内涵认识的的复杂性科学是什么？whatisscience？知识体系（BodyofKnowledge）即学科核心观念，包括概念、理论、定律等过程/方法/实践（Process/Method/Practices）探究-衍生的知识认知方式（WayofKnowing）科学本质内内涵的认识识李德曼（Lederman）教授从认认识论的范范畴出发，，认为“科科学的本质质是科学认认识论，科科学是一种种获得知识识的途径，，或与科学学知识的发发展相一致致的价值和和信念”。科学学本本质质（NatureofScience）指的的是是科学学知知识识的的特特征征（thecharacteristicsofscientificknowledge））。这这种种特特征征一一定定是是来来源源于于知知识识是是如如何何发发展展的的。。———LedermanNG.Students'andteachers'conceptionsofthenatureofscience:Areviewoftheresearch.JournalofResearchinScienceTeaching,1992,(4)科学学教教育育研研究究文文献献中中对对科科学学本本质质的的共共识识(1)科学学理理论论的的暂暂定定性性本本质质(2)在科科学学中中定定律律和和理理论论充充当当着着不不同同的的角角色色，，即即使使有有额额外外的的证证据据，，理理论论也也不不可可能能变变为为定定律律(3)没有有通通用用的的按按部部就就班班的的科科学学方方法法(4)观察察是是理理论论负负荷荷的的(5)科学学知知识识依依赖赖，，但但不不完完全全依依赖赖于于观观察察、、实实验验证证据据、、理理性性论论证证、、创创造造力力和和怀怀疑疑(6)科学学进进步步以以对对立立理理论论之之间间的的竞竞争争为为特特征征(7)科学学家家们们能能够够对对相相同同的的实实验验数数据据做做出出不不同同的的解解释释(8)科学学理理论论的的发发展展有有时时是是基基于于矛矛盾盾的的基基础础(9)科学学观观念念受受其其社社会会和和历历史史背背景景的的影影响响———NiazM,MazaA.Natureofscienceingeneralchemistrytextbooks[M].SpringerNetherlands,2011.4-8.化学课课程中中实施施科学本本质教学的方式近些年年，科科学教教育研研究不不断表表明，，很多多教师师和学学生对对科学学本质质的理理解依依然停停留在在朴素素的观观点，，如学学生不不理解解科学学知识识是变变化的的、很很多学学生相相信科科学是是绝对对的真真理等等。——Abd-El-KhalickF.InternationalJournalofScienceEducation,2005,(1)开展科科学探探究强调科科学史史哲(HPS)通过科科学探探究增增进对对科学学本质质的认认识只“动动手””不““动脑脑”的的探究究活动动不仅仅难以以引发发学生生积极极主动动地学学习，，更无无法增增进学学生对对科学学本质质的理理解，，真正正的科科学探探究必必须将将“动动手””与““动脑脑”紧紧密结结合，，引导导学生生既要要积极极主动动地““探””，更更要深深入细细致地地“究究”。。科学教育研研究还表明，学生生很难在“做科学学”和探究究活动中主主动理解科科学本质，，因此，教教材和教师师需要采用用一定的方方法将其中中所蕴含的的科学本质质外显化，帮助学生生进行理解解和反思，，从而增进进对科学本本质的认识识。——王晶莹.科学本质观观与科学探探究的意义义及实践.全球教育展展望,2008,(2)问题观察确定问题提出问题进行实验形成假设收集证据解释与结论反思与评价表达与交流科学探究的的基本环节节——HarwoodWS.Anewmodelforinquiry[J].JournalofCollegeScienceTeaching,2004,33(7):29-33.化学课程如如何实施科科学探究

封闭式探究指导性探究开放性探究

实验型探究讨论型探究调查型探究

课堂实验室校外开放程度探究场所探究载体探究内容探究技能探究目的科学探究提出问题形成假设