化学情境教学新范式及其应用

［摘要］从化学知识的学习目标澄清、各种先进教学理论的梳理、新时代学校学习场景革命的分析入手，从“融”教育理念出发，以学校教育为落脚点，探索学校场景建设与化学情境教学的深度融合，结合理论和实践两个方面的经验，构建基于场景的化学情境教学新范式，以期推动情境教学在新时代学校教育中的进一步发展。［关键词］场景；情境教学；“融”教育一、化学知识学习目标的再审视化学是一门研究物质构成、性质和变化的自然科学。化学知识学习的目标具有多维的属性，包括科学属性、实践属性、文化属性及社会属性等。其中，科学属性具有强大的客观性、确定性、抽象性，是化学学科知识的第一属性，是其他属性存在的前提和基础，表现为化学知识的合本质性、合逻辑性和合规律性。长期以来，传统教学秉持客观知识学习观，通过以传统讲授法为主导的课堂教学，几乎将化学知识学习的全部目标聚焦于其科学属性，依赖符号化、抽象化、逻辑化的知识传授，强调使学生掌握科学的化学知识——一种从人类个体性化学经验生成的化学领域客观公共性知识，并让学生将这些知识用于纸笔考试。这样的抽象式、思辨式、机械实验式、虚拟实践式知识学习方式，忽略了化学知识学习的实践属性、文化属性和社会属性，“纸上谈兵”“书本上学游泳”是其生动写照。这样的化学知识学习目标过于简单，是一种理性化的化学知识学习，具有较强的逻辑性、系统性、稳健性、效率性，也因此成了当代化学教育中最流行和普遍的知识学习方式，但它忽视了那些不能被抽象为逻辑语言的内隐能力与实践智慧，从而造成大量有价值的人类智慧因未被表达而流逝。结合化学知识的学科特点，以及前述化学知识学习目标的多维属性，笔者认为，化学知识学习的目标是在科学性、实践性、體验性的统整协同中，实现化学学科核心素养的提升，转识成智，进而促进学生的全面发展，让学生得到更高阶的自由发展、创造性发展。这样的化学知识学习目标，兼顾了传统有效率的科学性知识本体学习目标、核心素养时代实践性隐性知识能力目标与体验性情感态度价值观的培养目标。例如，通过实践和体验，学生在化学综合性学习中获得的“惰性气体”知识得以内化、活化，让客观知识得以向主观个体转化，以沟通个体经验世界，习得隐性知识技能方法，形成化学知识“信仰”。通过情境中对科学性知识的分析、使用与创造，萌生化学思想观念，通过情境变化的知识迁移——学以致用，在知识学习中产生创造性——创生新知，从而成为知识的体验者、实践者、对话者，再进阶为知识学习的建构者，最终实现自身的全面、自由发展。这才是新时代化学知识学习目标的应然方向。二、化学知识学习的时代逻辑1.化学知识学习的指向——情境为本全面且科学的化学知识学习目标的实现，离不开当前比较先进的各种教学理论，包括“做中学”、建构主义学习理论、情境认知理论、实践性学习、体验性学习、情境教学、境脉教学等。下面，作简要梳理。杜威“做中学”理论概括了教学活动的五个步骤，即营造真实的经验情境、从情境中产生真实的问题、搜集资料、产生问题解决方法、通过应用检验方法，“做中学”理论突出了情境的重要性。建构主义学习理论认为“情境”“协作”“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性；在建构主义学习环境下，教学设计不仅要考虑教学目标分析，还要考虑有利于学生建构意义的情境创设，并把情境创设看作教学设计的最重要内容之一。情境认知理论强调学生在学习过程中主动建构知识的意义，并力图在更接近、更符合实际情况的情境性学习活动中，以个人原有的经验、心理结构和信念为基础来理解新知识。约瑟夫·雷林认为实践性学习是将理论与实践相结合，把知识和经验相统一的学习方式；实践性学习强调把学习置于复杂的、有意义的实际情境中，通过让学生在实际情境中亲历实践过程来解决真正的问题，从而学习到隐含在问题背后的思想方法，并积累经验。学科实践恰好建立在生成主义、实践取向的知识论基础之上，强调学科知识应在真实情境中探究得到，而不是放在人类知识的宝库中等待被传承。达克沃斯认为，“最理想的教学应是投入式的，它应鼓励学习者与学习内容直接接触，形成一种具身体验，而不是建立在他人的理解之上”。从心理学角度看，体验性学习的优势在于它更多地涉及情节记忆、情绪记忆、默会知识、实用智力，以及学习过程中的自我决定性，有必要在学校教育情境中运用体验性学习。情境教学是运用真实场景或真实事件创设的具体情境，让学生在生动的场景中激发学习兴趣，在探究问题或者解决实际问题的过程中自主理解知识、建构知识，进而高效率学习的教学方式。境脉教学则是情境教学深入发展的一种新范式，其设计与指导的基本要素主要分为五个方面：一是任务情境力求真实（生活），二是学习要素场域聚合（跨界），三是互动对话经验生成（体验），四是思维脉络结构呈现（策略），五是心智模型日渐优化（建模），从中可以看出，情境是居于首位的。综上所述，情境成为各种先进教学理论共同的指向和实施基础，《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）也强调“真实情境的创设”“加强知识学习与学生经验、现实生活、社会实践之间的联系”。可见，化学知识的学习离不开情境。学校如何在新的时代基于情境、融于情境、优化情境，形成与情境紧密相关的化学情境教学新范式，让学生获取强有力的知识，成为一个重要的命题。2.新时代学校学习场景的革命——场景为核多年来，传统教学中，教与学被限制在传统教室的空间内，“师讲生听”、剥离情境的学习大行其道。但在进步教学观中，教学是一种引发、激励并维持学生学习的过程，强调学生自主合作、探究性学习，教学不局限于教室，校内外都有用于学生学习的资源。身处不同教学场所的学生能不断地扩展自己知识学习的边界，进而在扩展中消弭知识学习的边界，通过空间的多样性和丰富性，真切体验学习的实践属性和过程属性。情景、场景强调物质空间和意义空间的结合，要从二元分离走向合一，展示社会的实然样态。“场景”指一定区域内蕴含特定价值观的设施组合，以及体现一定价值观的文化设施集群。场景有多种意涵，本文中将场景界定为空间场所+道具“布景”，它是服务于化学教学情境的。长期以来，情境教学的发展受制于学校传统教室场景，知识的情境化更多是琐碎化，或是虚拟的想象，缺乏具身性、体验性、真实性，影响学生的学习效果。显然，学校传统教室、实验室场景已经不能满足学生学习的需求。新时代学校的设计与建造，已经开始考虑各学科教学场景、非正式学习场景的需求，学习场景已不再局限于传统教室、实验室，而是打造出许多主题学习场景。譬如，笔者所在学校教学楼顶打造了3500平方米的“化学+N”综合学习基地，内设花草果蔬“四园”、鱼稻共生池、“风、光、水”清洁能源发电场、农场露天理科教室等场景，让化学等国家课程直接安排在屋顶上课，突破了传统教室场景。此外，我们还有校园“种子博物馆”、服装时尚馆、科学工坊、美术馆等场景，不一而足。学校如火如荼的场景建设和对教学情境的积极营造，极大促进了学科及跨学科情境教学的深入推进。学校学习场景的建设，借鉴了横店影视城的思路，通过大型场景建设和针对学科课程内容的灵活布景，能实现课程实施的集约化、效率化。总之，新时代学校学习场景的革新使化学知识学习走向体验和实践，助力核心素养教育落地。3.化学知识学习的新趋向——“融”为理念化学知识学习目标的实现，需要指向情境的各种先进教学理论的支撑，需要指向情境的各种学习场景的构建，单一的场景和教学理论并不能支撑新时代化学情境教学，也不能支撑全面且科学的化学知识学习目标。新时代基于场景的化学情境教学，应该汲取多种优质教学理論的精华，关涉化学知识学习所需的多个场景，这样的学习趋势，应然地指向了“融”这一教育理念。《说文解字》：“融，炊气上出也。从鬲，虫省声。”由“融”字生发而来的“融”教育理念，其意涵是融通、融合、融汇、融创。具体到化学知识的学习，包括融通场景、融合五育、融汇学科、融创方式。融通场景，主要是指基于学校办学理念，在化学学科场景构建中，融通时间轴，即场景包含过去、现在和未来，既有化学史元素，又有当代化学和未来前沿化学元素；融通空间轴是指在空间维度实现化学知识学习所需的多个场景融通、多种情境整合。融合五育，五育指向成长轴，融合五育的化学情境教学旨归是“全人”教育，是从化学单学科核心素养培育向超越学科的综合核心素养培育的升级。融汇学科，指向基于化学学科实践课，新课标提倡化学学科拿出10%的课时开展学科实践，实践是综合的、跨学科的，因而化学实践课依据不同的内容，构建综合场景，融入其他学科，汇聚在主题化学实践课中。融创方式，一是指基于场景的化学情境教学将理论学习和实践学习相融，体验式学习和间接学习相融；二是指将前述建构主义理论、合作学习理论、项目式学习等多种教学理论相融，创生适合当地校情、学情的化学情境教学方式。新时代化学知识学习面临复杂的学情、校情、社情，“融”教育理念，集百家之长，创生教育智慧，能够适应新时代化学学习的要求。三、基于场景的化学情境教学新范式1.场景构建原则知识具有场景依赖性。一堂课的化学知识指向的针对性场景具有多样性、复杂性，因而化学知识场景构建应遵循一定的原则，满足学生化学知识学习对场景的需求。笔者所在学校经过长期探索，总结出场景构建的四大原则：一场多用、多场联用、虚实共用和人为优化。一场多用，指一个大型化学场景建设完成后，可以根据不同的化学课进行不同的场内布景，课课不同，与之匹配的是“场场不同”。例如，学校教学楼屋顶3500平方米的“化学+N”自然科学综合基地，这个大场域中的“百花园”，在上“中和反应”化学课时，可以布置酸性和碱性土壤等相关场景，在上“酸碱指示剂”课时，可以移走框式酸碱土壤，改换为牵牛花等植物场景。多场联用，指一堂化学课可能涉及屋顶化学试验田、化学实验室、化学教室多个场景，学生和老师会在这多个场景中上课，并进行转场，实现多场景的联合使用。虚实共用，指在实体场景不能满足学生化学知识学习时，可以和虚拟场景共同使用，促进学生对化学知识的完整体验和习得。例如，学生在屋顶实体农田场景中学习“中和反应”知识，随着学习的深入，学生需要探究酸碱离子微观角度的化学中和反应过程，这时教师可以尝试利用虚拟现实技术的沉浸式环境创设复杂任务情境，为学习者提供多通道感知和复合型信息检索的机会，增强情感投入和学习体验。又如，创设酸碱离子微观反应过程的虚拟动画场景，让学生具身沉浸，通过虚拟场景和实体场景的互补共用，实现深度学习目标。人为优化，指化学学科教学场景的构建不完全等同于复杂的、饱含劣构问题的社会真实场景，而是需要去粗取精，聚焦学科教学核心问题，在真实场景的基础上进行人为干预，由此加工成学习活动所需的教学场景。2.“融”教育视域下基于场景的化学情境教学范型以“融”的教育视野，结合学校化学学科场景构建，我们提炼出“融”教育视域下基于场景的化学情境教学范型——化学情境教学“火箭模型”，如图1所示。其一，完整的情境教学包括以下三个环节：情境化、去情境化和再情境化。三个环节相辅相成，缺一不可。该范型中，基于场景的化学情境教学课堂结构是图中“火箭模型”的主体部分，包括入境（情境化）、境思分离（去情境化）、新境迁移（再情境化）。入境是指将化学知识还原到场景情境中，让学生在情境中围绕问题和任务充分探索、学习。境思分离是指在学生经历情境中的知识学习后，教师引导学生聚焦知识蕴含的思维、方法、技能，剥离情境，进行抽象化的归纳、综合，从具体到一般，从感性到理性，从而认识和掌握化学知识的普遍规律。新境迁移是要求学生将情境中习得的化学知识和素养应用到新的情境中，让知识“活化”，学以致用，培育化学学科素养和其他综合素养。其二，“四性”是“火箭模型”的一翼。“四性”包括真实性、体验性、冲突性和融合性。教学情境具有认知性、情感性和实践性的特征，其真实性乃是认知性、情感性和实践性的基础与前提。新课标指出，学生能否应对和解决陌生的、复杂的与开放性的真实情境问题，是检验其核心素养水平的重要方面。真实性体现在情境源自或模拟现实生活，真实性场景构建策略包括“形真”和“神似”。“形真”指向实境再现；“神似”指向意境营造，注重让学生从环境中体会到真实的意境，进而对教学活动产生共鸣、共振。体验性是主体内在的、历时性的知情意行的亲历、体认和验证过程。化学情境教学中的体验性包括具身体验、替代性体验和想象性体验，特别注重角色扮演和角色转换，唯有将学生代入医生、采盐工、药剂师、铸剑师、炼丹师、化学家等多种角色中，才能重走化学知识产生之路，形成高度的知识“信仰”与实践智慧。冲突性指化学教学情境构建应当让学生形成一定的认知冲突，让学生带着认知冲突进入情境，带着悬念逐渐探究、解开悬念，从而实现深度学习。融合性，是“四性”中的关键，它包括虚实场景融合、教与学融合、教学境脉线融合、教学理论融合、情感与场景融合、五育融合、学科融合等，发轫于“融”教育理念，关涉前文的“四融”，是情境教学非常重要的一个特性。其三，“四化”是“火箭模型”的另一翼。“四化”包括结构化、故事化、全程化、多样化。结构化主要包括两个方面，一是化学情境教学的知识结构化，包括大概念大单元的统整，知识蕴含的方法、思想、观念的统整等；二是化学情境课堂的结构化，包括场景、问题、任务、活动等的统整，如形成“线网链环”结构。结构化的目的是使学生形成完整的知识体系和能力体系，达到“整体大于各部分之和”的目的。故事化，即以故事为教育理念，将整个教学过程设计成故事，学生不单是学习故事或听故事得到体会，而且是以角色扮演经历故事，在实践中反思自我、丰富自我，和他人的思想碰撞以得到发展。基于场景的情境构建均可以实现故事化，可以从古代典籍、化学史、社会生活事件，以及漫画、科幻文学、诗词、拟人化自编材料等方面创生故事情境，这是化学情境教学的高级境界，须努力达到。全程化，是相对于情境碎片化而言的，致力于大单元的大故事、大问题、大情境构建，要求故事情境贯穿一节课的全过程，甚至延展到课前、课后，而不是局部。全程化让化学教学更具整体性，有利于学生结构化知识的构建。多样化，指化学情境教学样态的多样化，在基于场景的化学情境教学中，既可以融入项目式学习、大单元大概念学习，又可以采用主题情境学习、实践性学习，抑或“教学做”合一模式，教学方式可谓多样共生。其四，“两线”是化学情境教学“火箭模型”的头部。“两线”包括明线和暗线，明线主要指场景线、问题线、任务线，暗线指化学观念、科学探究、科学思维、态度与责任的学科素养线。通过将不同的场景、问题、任务与素养“串珠成线”，形成可持续推进的化学情境课堂教学境脉，能够科学、有效地推动化学情境教学进程，促进教学目标的实现。其五，“四要素”是化学情境教学“火箭模型”的尾翼，包括情感、合作、探究、思维四个要素。情感活动与认知活动是不可分割的，二者的结合是学习的核心。真正理想的教学是知情互动。学生的学习