謝慧珍

核心素養(yǎng)的提出掀起了教育界的研究熱潮，2016年9月，《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》總體框架正式發(fā)布，該框架為我國教學改革提供了強有力的指導。課堂教學是實現(xiàn)學生核心素養(yǎng)的最有效途徑，學科核心素養(yǎng)則建立起核心素養(yǎng)與課程教學的內(nèi)在聯(lián)系，使教學目標和教學內(nèi)容具體化。

化學是從微觀層次認識物質(zhì)，以符號形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)的基礎(chǔ)學科，與經(jīng)濟發(fā)展和社會進步關(guān)系密切，同時也是材料科學、生物科學、環(huán)境科學、能源科學等現(xiàn)代科學的基礎(chǔ)，對我們認識世界和改變世界有重要的作用?；瘜W學科核心素養(yǎng)是學生必備的科學素養(yǎng)，是學生終身學習和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，化學課程對于科學文化的傳承和高素質(zhì)人才的培養(yǎng)具有不可替代的作用。下文對美國化學課程設(shè)置進行簡要介紹，然后將近幾年研究成果分為四個方面進行剖析，最后對我國化學教育提出幾點建議。

一、美國化學課程設(shè)置

《國家科學教育標準》、《K-12科學教育框架》和《下一代科學教育標準》等框架和科學標準的出臺彰顯了美國對科學教育的重視，也說明隨著社會發(fā)展，科學素養(yǎng)的框架和內(nèi)涵在不斷變化。美國各級教育機構(gòu)(州、學區(qū)、學校)在執(zhí)行框架或標準的時候會結(jié)合自身實際，予以必要的補充和調(diào)整，因此課程設(shè)置上會有所不同。相同之處可歸結(jié)如下：一是化學學科包含在科學課程之中，與生物學、物理學、地理/空間科學共同組成科學課程；二是以“綜合課程+化學分科課程”的方式開設(shè)，綜合課程是必修課程，化學分科課程在綜合課程的基礎(chǔ)上與其他幾門科學課程作為選修課程；三是為滿足不同學生的學習要求將選修課程又分為了基本水平、一般水平、先進水平和高級水平幾個不同層次。不同之處在于：一是美國各州義務(wù)教育年限不同和對學習階段的劃分不同，進而導致課程內(nèi)容設(shè)置不同；二是各地區(qū)對學生的修習要求不統(tǒng)一，如俄亥俄州和密歇根州在高中階段都要求科學課程達到3個必修學分，但由于兩個州對總學分的要求不同(俄亥俄州16學分，密歇根州則18個學分)[1]，科學課程所占比例不一樣。

二、美國化學課程教學策略

(一)教學目標：突出科學本質(zhì)和核心觀念

增強科學本質(zhì)教育和突出化學核心觀念引領(lǐng)是國際化學課程改革的兩個發(fā)展動向[2]，而且在許多國家的課程改革文件中都有所體現(xiàn)。2013年美國推出的《下一代科學教育標準》(簡稱NGSS)中雖沒有在主體內(nèi)容中對科學本質(zhì)進行直接描述，而是隱含在由“表現(xiàn)期望+基礎(chǔ)盒子+連接盒子”三部分組成的主題實踐中，但這種方式似乎能將科學本質(zhì)更好融入到課堂教學內(nèi)容里，可以看作是對科學本質(zhì)教育的改革。美國的《K-12科學教育框架》和NGSS中都將“學科核心觀念”作為三個維度之一，以強調(diào)學科核心觀念的重要性。Yanlan Wan對NGSS中的化學核心觀念的呈現(xiàn)從內(nèi)容表述、陳述形式、概念層次和學習進度等方面進行了分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)容表述上NGSS更加關(guān)注建模和論證；陳述形式明確詳細且突出了概念之間的相互關(guān)系；概念層次更注重分子水平和亞原子水平，也因此導致宏觀層面上的內(nèi)容連貫性較弱。[3]

科學本質(zhì)教育有利于促進學生形成正確的科學觀，化學核心觀念則體現(xiàn)學生對化學科學的深刻理解。不過美國在這兩方面的教學實踐上，與上述課程標準中所強調(diào)的內(nèi)容是不相稱的。如在科學本質(zhì)的教育上，科學探究和科學史是落實科學本質(zhì)教育的兩種方式，而教科書是設(shè)置科學探究活動和傳授科學史的主要途徑。Abd-El-Khalick在2008年對美國14本高中化學教科書[4]以及在2016年對34本生物和物理教科書[5]中科學本質(zhì)的體現(xiàn)情況進行評分，分析表明這些教科書在科學本質(zhì)的內(nèi)容表述上差別不大，而且在過去的幾十年中沒有明顯提高。不過在研究中使用的分析框架引起了不少學者的關(guān)注。

(二)教學內(nèi)容：高分子教育融入中小學

高分子科學是當今科學技術(shù)發(fā)展的重要載體，但是高分子教育在美國的中小學教育中幾乎沒有介紹，只有少數(shù)幾個州的高中生物或化學課程中有所提及。為了更好地促進普通高分子教育，美國研究者及各級教育部門嘗試對中小學化學教學內(nèi)容進行改革。

密歇根大學高分子科學與工程專業(yè)相關(guān)的研究生針對1-12年級學生開發(fā)了相關(guān)教學模塊[2]，并引入科學家和工程師等非傳統(tǒng)教師進行授課。目的是讓學生了解各種聚合物的區(qū)別和實際應(yīng)用，以促進學生對科學的喜好。課程共分為三個模塊，每個模塊都設(shè)計了一系列實驗活動，教學內(nèi)容由淺入深，以幫助學生深入理解。具體內(nèi)容如下：

“為什么聚合物與其他材料不同”模塊。旨在教導1-9年級學生區(qū)別金屬、陶瓷(玻璃)與聚合物，通過回形針與鋁箔、鋁箔與塑料、塑料與玻璃的破壞對比實驗，使學生了解到脆性和延性材料之間的差異，以及通過對各種聚合材料(如織物、保鮮膜、橡皮擦和吸管)進行扭轉(zhuǎn)(扭曲)、彎曲、壓縮(壓扁)和張力(拉伸)四個強度測試，幫助學生了解各種聚合物的特征。

“回收和再制造”模塊。旨在通過回收的概念使4-9年級學生熟悉聚合物，并對原子理論進行初步介紹。實踐活動是本單元的重點，要求學生遞交6個可回收塑料樣品(PET，HDPE，PVC，LDPE，PP和PS)，根據(jù)講師的材料描述，這些樣品用字母標出。通過該活動來強調(diào)科學觀察，同時教育學生回收塑料瓶的重要性。循環(huán)再造模塊的實踐活動，旨在解釋聚合物的特定概念，并告知學生各種塑料的物理性能差異。

“聚合物醫(yī)學(Polymers in Medicine)”模塊。旨在向高中學生(9-12年級)介紹聚合物科學是一門交叉性學科，包括化學、生物學、物理學和工程學的各個方面，為學生探索潛在的職業(yè)途徑。在這個層面上，學生應(yīng)該對分子、原子、鍵、細胞等概念有一個基本了解。隨著學習的不斷深入，學生應(yīng)將學習重點轉(zhuǎn)移到解決現(xiàn)實世界問題上來，因此這個模塊著重于工程設(shè)計問題。該模塊的兩三個實踐活動中，每一項活動都考慮到用于解決醫(yī)療需求的聚合物的功能，如親水性聚合物、假肢修復比賽、海藻酸鹽水凝膠等。已有研究表明，上述學習內(nèi)容可以促進學生對科學的學習興趣，從而提高學習的長期性。

盡早接觸研究項目經(jīng)驗是美國STEM教育中的主要標準之一，除了上述教學模塊，為了加強學生對聚合物合成和表征等基本概念的理解，國家科學基金會還實行“聚合物日”的外聯(lián)實驗計劃[3]。在一個為期一天的活動中，高中學生要參加由研究生和博士后研究人員組成的7個交互實驗，如高級聚合物合成、嵌段聚合物膠束化、聚合物溶脹/流變學等。結(jié)果表明“聚合物日”計劃增加了高中生對追求科學和工程領(lǐng)域的興趣，對促進高分子科學教育具有廣泛的意義。

(三)教學方式：新方法和新工具輔助教學

美國的《k-12科學教育框架》中要求學生能夠理解化學和物理過程的宏觀和微觀水平之間的聯(lián)系，由于化學知識的抽象性，傳統(tǒng)的教學方式很難達到這個目標。建模是化學教學的重要方法，Katarina Dass的研究描述了一群高中化學教師如何通過參與一項以MBI(Model-based inquiry)為框架設(shè)計的專業(yè)開發(fā)項目，提高他們對模型的性質(zhì)和功能的理解，并分析了促進或妨礙將這種教學法納入課堂的因素。[8]以MBI為框架設(shè)計的方案分為宏觀探索、初步建立模型、對模型進行同行評審、在二次探索中測試和應(yīng)用模型、模型修正、對修正后的模型進行同行評議6個步驟，不過這是一個周期性的框架，可能會根據(jù)學習成果和時間限制進行重復，以此增強參與者對一個概念的理解。結(jié)果表明MBI是一種有效的教學方法，能夠使化學課堂從以教師為中心轉(zhuǎn)移到以學生為中心，不僅能培養(yǎng)學生良好的思維習慣和探索精神，還能提高學生的溝通和合作技能，而且在完成建模過程之后，學生能夠自行評估他們在理解上的差距。

另一項重要研究是Sara E. Nielse創(chuàng)新了對化學學生自我概念分析的方法。自我概念可以定義為一個人對自己在某個特定領(lǐng)域(如化學)的能力的信念，有研究表明，學生的自我概念與學習動機之間存在相關(guān)性，研究化學自我概念，有助于預測學生在化學領(lǐng)域的成就。[9]Sara E. Nielse的研究證明學術(shù)追蹤不是了解中學化學學生自我概念的唯一方法，該研究利用聚類分析和自組織映射(Self-Organizing Map，簡稱SOM)來描述一個時間點中學生的化學自我概念得分以及縱向發(fā)展趨勢。首先采用層次聚類分析方法對化學自我概念清單的化學和數(shù)學分量表進行聚類分析，分析得出五個集群；再使用SOM方法詳細地檢查聚類，識別群體內(nèi)較小的學生分組，如發(fā)現(xiàn)了具有低化學自我概念評分和高數(shù)學自我概念評分的學生群體，另外SOM還用來探索學生化學自我概念數(shù)據(jù)的縱向趨勢。該項研究對教師評估學生化學自我概念，了解學生情況，以幫助學生實現(xiàn)自我能力提升有重要意義。

(四)教學意義：注重培養(yǎng)學生的社會責任

環(huán)境保護是每個公民的社會責任?！熬G色化學”一詞最早由美國一名有機化學家提出，美國化學會(ACS)加大了綠色化學教育的宣傳力度。其致力于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的理念，將綠色化學原理納入化學課程之中，為學習者和教育工作者提供了許多能夠融入化學課程的綠色化學教學資源。高中是基礎(chǔ)教育的關(guān)鍵階段，化學學科作為基礎(chǔ)教育的重要組成部分，ACS為高中生提供了豐富的資源，如IntroductiontoGreenChemistry，期刊ChemMatters，以及著作GreenChemistryEducation:ChangingtheCourseofChemistry和SustainabilityintheChemistryCurriculum[10]。除了ACS，美國波士頓的非盈利組織Beyond Benign以綠色化學的12條原則為核心，從理論到實踐系統(tǒng)地構(gòu)建了一套綠色化學的教學方案[7]，采用多種方式開展教學，如通過招募大學生作為志愿者到中學推廣綠色化學，選拔高中生在暑期參與環(huán)境研究實習計劃項目，以及不定期組織中學生到大學參加綠色化學訓練營或進行實地考察，使學生能夠近距離了解綠色化學的真實案例以及研究設(shè)施，從而引導學生對綠色化學的興趣，培養(yǎng)學生的社會責任，同時了解該領(lǐng)域的職業(yè)生涯。Beyond Benign也十分注重教師培訓，如不定期組織針對高中教師的網(wǎng)絡(luò)研討會或?qū)ｎ}論壇、在線課程培訓，通過多樣化方式使教師不斷更新自己的知識儲備同時提升實驗技能，讓綠色化學能夠有效與課堂教學結(jié)合并不斷創(chuàng)新?？梢娫谕苿邮澜缇G色化學教育方面，美國起到了十分重要的作用。

(五)教師培養(yǎng)：為化學教師提供專業(yè)支持

卡內(nèi)基教學促進基金會的報告指出，現(xiàn)在的化學教師隊伍年紀輕，缺乏經(jīng)驗，而且由于缺乏專業(yè)支持，特別是對專業(yè)教師的支持而導致了較高的離職率，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，只有35%的高中化學老師擁有學士學位和相關(guān)資格認證。[12]然而國家科學基金會的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在過去的十年中，高中化學學生的數(shù)量增加了10%以上。面對化學教師缺乏與學生人數(shù)增長帶來的挑戰(zhàn)，ACS決定創(chuàng)建和資助美國化學教師協(xié)會(American Association of Chemistry Teachers, 簡稱AACT)。

AACT的成立具有十分重要的意義，一是化學知識在K-12階段以及高等教育階段具有互補性，如何使教學內(nèi)容適合學生的學習水平，并在此基礎(chǔ)上促進學習水平的提高是化學教師面臨的挑戰(zhàn)，AACT可以幫助K-12和高等教育教師調(diào)整成功學習所需的學習內(nèi)容，同時理解如何將特定的內(nèi)容組織在一起，形成一個化學學習的連續(xù)體[13]；二是AACT通過ACS對大量化學知識進行了描繪，能夠為擁有化學背景的教師提供和傳播高質(zhì)量的資源，包括教學資源和教學實踐，從而節(jié)省教師的時間，激發(fā)新的教學理念；三是AACT注重教師的專業(yè)發(fā)展，每個月都會提供多種主題的網(wǎng)絡(luò)研討會，未來還將組織全國性的會議[14]，讓K-12化學教育者與更高級的教師和研究人員進行有意義的互動，從各個層面豐富教學經(jīng)驗，更好的滿足K-12化學教育界的需求。

三、對我國的啟示

2018年1月16日，我國教育部發(fā)布的普通高中課程方案中凝練了每門課程的學科素養(yǎng)，其中化學學科的核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析”、“變化觀念與平衡思想”、“證據(jù)推理與模型認知”、“科學探究與創(chuàng)新意識”、“科學態(tài)度與社會責任”五個方面[15](P3)，缺乏創(chuàng)新精神、實踐能力不足、社會責任感意識薄弱是當今我國基礎(chǔ)教育階段存在的普遍問題，借鑒美國在化學教育方面的經(jīng)驗，為我國落實化學學科核心素養(yǎng)提出以下幾點建議。

(一)注重跨學科素養(yǎng)培養(yǎng)

在我國最新發(fā)布的普通高中化學課程標準中，化學課程采用“必修+選擇性必修+選修”的方式，其中選擇性必修課程和選修課程根據(jù)學生個人需求和興趣愛好選擇修習，這種課程結(jié)構(gòu)有利于學生的個性化發(fā)展，也有利于落實化學學科核心素養(yǎng)。不過因為我國高中采用分科方式教學，而且課程標準中對跨學科概念的研究和教學要求較少，導致了學科概念之間弱相關(guān)。教學實踐是解決這一問題的主要途徑，化學教師則是任務(wù)的主要承擔者。一是在教學內(nèi)容上，應(yīng)充分挖掘化學教材中與其他學科相關(guān)的知識點，與其他學科老師合作構(gòu)建跨學科課程體系；二是在探究實驗的設(shè)計上，應(yīng)貼近生活實際，讓學生綜合運用化學及其他學科的知識解決實際問題；三是運用建模教學方法，引導學生探究式學習，激發(fā)學生的主動性；四是采取多種評估方法和評估工具對學生學習活動進行評價，如定性與定量相結(jié)合、自評與他評相結(jié)合?？偠灾?，將跨學科素養(yǎng)教育融入到化學教學的各個環(huán)節(jié)。

(二)調(diào)整化學教學內(nèi)容

借鑒美國基礎(chǔ)教育階段的化學教學經(jīng)驗，以及我國新課程標準中的新要求，今后的課程改革中需要進一步調(diào)整化學教學內(nèi)容。一是將教材內(nèi)容進一步與課程標準進行對應(yīng)，并注重各學習階段內(nèi)容的銜接。根據(jù)學生的認知發(fā)展水平精選課程內(nèi)容，確保中學化學教學目標與教學內(nèi)容的一致性和連貫性，以促進學生科學核心素養(yǎng)的實現(xiàn)；二是嘗試將高分子教育加入化學課程。美國關(guān)于聚合物的教學實例證明，使高等化學普適化并非不可行，反而能夠激發(fā)學生的學習興趣。不過相關(guān)研究人員需要開發(fā)適合我國課程標準的教學模塊，教學內(nèi)容上適應(yīng)學生的認知發(fā)展水平；三是增加科學本質(zhì)教育。如教材中適量增加化學史的數(shù)量，且以正文的方式呈現(xiàn)[16]，以引起學生重視；教材中的探究活動對探究技能要求進一步明確，教師也要充分發(fā)揮引導作用，幫助學生理解隱藏在案例背后的科學知識；四是突出化學核心觀念引領(lǐng)。Yanlan Wan指出，我國化學課程標準中的化學核心觀念內(nèi)涵表述雖然相對全面但不及美國的NGSS明確具體，因此在設(shè)計教學內(nèi)容時要重視相關(guān)教學素材的整合，構(gòu)建核心觀念引領(lǐng)的內(nèi)容體系，并通過實驗教學等方式促進學生化學核心觀念的形成。[3]

(三)創(chuàng)新綠色化學教育方式

綠色化學教育是未來化學科學教育的發(fā)展方向，雖然我國在化學課程標準中也要求學生“具有‘綠色化學’和可持續(xù)發(fā)展意識”，然而在教學實踐中，綠色化學教育并未引起教師和學生的重視。當然這與我國的教育方式有關(guān)，由于教學時間有限，多數(shù)教師采取理論灌輸?shù)姆绞?，學生缺乏實踐，因此有些學生對綠色化學知識的了解僅達到應(yīng)試程度。美國Beyond Benign組織提出的綠色化學教學方案卓有成效，為我國實現(xiàn)綠色化學教育提供了參考。在今后的教學實踐中，可以從以下幾個方面進行改進：一是加強對化學任課教師的綠色化學培訓，增加其自身的知識儲備，更新教學理念；二是在實驗教學中強化綠色化學意識，如盡量采用無毒無害的實驗材料；三是增加綠色化學的教學形式，如開展專題講座、組織綠化知識宣傳活動、鼓勵學生參與社會實踐活動等，提高學生對綠色化學的學習興趣；四是在考核題目設(shè)計上，注重引導學生用綠色化學的思維進行分析，將綠色化學教育貫穿教學始終。

(四)加強化學教師培育

以核心素養(yǎng)為培養(yǎng)目標的課程改革順利實施，需以化學教師自身的核心素養(yǎng)為基礎(chǔ)。我國雖沒有像AACT那樣的機構(gòu)為化學教師提供專業(yè)支持，不過也推出了“國培計劃”等方案來提升教師的整體素質(zhì)。為跟上課程改革的步伐，從培訓內(nèi)容到培訓方式都應(yīng)進一步完善。一是以用戶需求為導向確定培訓方案，培訓前組織者可以通過座談或問卷調(diào)查的方式對教師需求進行充分調(diào)研，借助現(xiàn)代信息技術(shù)手段對調(diào)研結(jié)果統(tǒng)計分析，進而制定切實可行的培訓方案；二是培訓方式靈活多樣，如采用在線課程培訓或網(wǎng)絡(luò)研討會的方式，而且教師可根據(jù)自身需求選擇培訓內(nèi)容；三是培訓過程中，應(yīng)讓受訓教師轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生身份來體驗國內(nèi)外先進的教學案例，進而在課堂實踐中推廣使用，同時切身感受方案實施過程中所遇到的問題；四是增加中學化學教師與高校相關(guān)學科教師和專家學者的互動機會，使任課教師從各個層面吸取教學經(jīng)驗；五是做好培訓評估工作，分為培訓前、培訓中和培訓后三個階段，以確保培訓工作的有效性。

參考文獻：

[1] 馬世紅, 蔣平. 中國美國基礎(chǔ)教育物理課程標準比較[J]. 物理與工程, 2017(5).

[2] 畢華林, 萬延嵐. 當前國際化學課程改革的發(fā)展動向及啟示[J]. 比較教育研究, 2015(9).

[3] Wan Y, Bi H. Representation and Analysis of Chemistry Core Ideas in Science Education Standards between China and the United States[J]. Journal of Chemical Education, 2016(1).

[4] Abd-El-Khalick F, Waters M, Le A P. Representations of Nature of Science in High School Chemistry Textbooks over the Past Four Decades[J]. Journal of Research in Science Teaching, 2008(7).

[5] Abd-El-Khalick F, Myers J Y, Summers R, et al. A Longitudinal Analysis of the Extent and Manner of Representations of Nature of Science in U.S. High School Biology and Physics Textbooks[J]. Journal of Research in Science Teaching, 2016(1).

[6] Cersonsky R K, Foster L L, Ahn T, et al. Augmenting Primary and Secondary Education with Polymer Science and Engineering[J]. Journal of Chemical Education, 2017(11).

[7] Ting J M, Ricarte R G, Schneiderman D K, et al. Polymer Day: Outreach Experiments for High School Students[J]. Journal of Chemical Education, 2017(11).

[8] Dass K, Head M L, Rushton G T. Building an Understanding of How Model-based Inquiry Is Implemented in the High School Chemistry Classroom[J]. Journal of Chemical Education, 2015(8).

[9] Nielsen S E, Yezierski E J. Beyond Academic Tracking: Using Cluster Analysis and Self-Organizing Maps to Investigate Secondary Students’ Chemistry Self-Concept.[J]. Chemistry Education Research & Practice, 2016(4).

[10] Pence L E, Kirchhoff M M. ConfChem Conference on Educating the Next Generation: Green and Sustainable Chemistry—Green Chemistry and Sustainability through the American Chemical Society Education Division and Committee on Environmental Improvement[J]. Journal of Chemical Education, 2013(4).

[11] 蔡智君. 美國Beyond Benign推進高中綠色化學教育的實踐與啟示[J]. 化學教育, 2016(23).

[12] Bodner G M. Creation of an American Association of Chemistry Teachers[J]. Journal of Chemical Education, 2014(1).

[13] Mahaffy P G. Of Compliments and Complements—International Perspectives on the American Association of Chemistry Teachers[J]. Journal of Chemical Education, 2014(1).

[14] Boyd A M. American Association of Chemistry Teachers: A New Layer of Support for Teachers of Chemistry[J]. Journal of Chemical Education, 2015(2).

[15] 中華人民共和國教育部. 普通高中學化學課程標準[S].北京:人民教育出版社,2017.

[16] 程志彥. 以科學本質(zhì)視角對中美高中化學教科書中化學史的比較研究[D].南京：南京師范大學,2017.