基于大概念教學統整下的項目式教學策略研究
——以化學學科為例

李 鶴 王秀艷

(吉林師范大學,吉林 四平 136000)

一、問題的提出

《義務教育化學課程標準(2022年版)》(以下簡稱“2022版課標”)提出化學課程應立足學生的生活經驗,反映人類探索物質世界的化學基本觀念和規律,提倡開展項目式教學,注重跨學科實踐活動,指出“構建大概念統領的化學課程內容體系”,旨在“充分發揮大概念對實現知識的結構化和素養化的功能價值”[1]。項目式教學在實踐過程中易出現“學科概念、知識、邏輯分散,項目真實的任務情境之間的導向性、連貫性、梯度性不強”等問題,本文通過對比項目式教學與大概念教學之間的區別與聯系,提出項目式教學應以大概念為統領,以教育理論為支撐點、以教學設計為關鍵點,以真實情景為切入點,以教學實踐為生長點,以信息技術為著力點的教學策略,幫助學生在諸多學科知識、核心思想之間建立關聯結構,構建學科概念,并能靈活遷移應用于解決生活中真實存在的問題,同時形成正確的價值觀,發展學科核心素養。

二、大概念教學與項目式教學的區別與聯系

項目式教學旨在讓學生在真實的問題情境中通過設計、參與一系列的項目和一連串的任務進而獲取需要的知識,解決項目中的問題,實現有意義的學習[2]。大概念教學是指充分利用反映學科本質內涵的學科觀念、思想和方法等,注重認識化學科學本質,建構化學觀念,統攝化學知識,學習創新的本事。大概念教學和項目式教學都注重“素養”“遷移”“解決問題”等關鍵因素,二者在教學理念、教學目標和教育價值方面存在共通之處,但在教學方式和教學主體上也存在一定差異,如圖1所示。

圖1 項目式教學與大概念教學的區別

2022版課標提出的“化學觀念”是課程目標層面的“大概念”。大概念教學能夠在諸多知識之間建立本質的聯系,引導學生由知識掌握走向深度學習。在教學理念上,大概念教學注重提煉知識的核心價值,追求認知的結構化,凝練著化學學科中的基本概念、關鍵要素和實踐方法;在教學目標上,大概念教學依據真實問題情境對化學知識進行歸納、整合、建構,引導學生建立新舊知識的聯系;在教育價值上,大概念教學注重學科知識的重組及跨學科、跨時空的教育互補和價值整合;在教學方式上,大概念教學以單元教學為抓手,幫助學生建立學科大概念、主題大概念等和事實之間的廣泛聯系,促進深層理解;在教學主體上,大概念教學以教師為主體,注重培養學生的專家思維,建立具有邏輯內聚力的知識層級結構。

項目式教學在教學理念上,注重發展學生化學學科核心素養,加強學生在學習過程中搜集和處理信息、提煉知識、提出解決辦法的能力培養,加強知識間的本質聯系,促進知識結構化、體系化;在教學目標上,項目式教學在復雜、真實的問題情境中進行項目、任務、實驗等活動,設計并開展多種探究活動,不斷解決問題并獲取知識和技能,實現有意義的學習;在教育價值上,項目式教學以合作探究等促進學生學習方式的轉變,激發深度學習,促進在解決“真問題”中培養“真能力”;在教學方式上,項目式教學以“微項目”為切入點,重視學科知識在新情境中的遷移、應用和衍生,立足于過程[3];在教學主體上,項目式教學“教”和“學”并重,以學生為主體,教師輔以引領、監督、提供幫助,促進自主學習系統的形成。

可以說,大概念的抽象、復雜及結構化會使學生在認識上存在一定困難,而項目式教學注重知識體系與真實情境的有機融合,在社會關系網絡的構建上更加多樣化,不斷延展學習的深度和廣度,這為大概念教學提供了具體的實踐方式,也充分發揮了大概念教學的理論指導作用,推動基于大概念教學統整下的項目式教學融合走深走實,如圖2所示。

圖2 項目式教學和大概念教學的聯系

三、融入大概念教學的項目式教學策略研究

項目式教學以真實問題為情境,以項目為主線,以學生為主體,以教師為主導,促進學生利用現有的知識和經驗解決實際生活中出現的問題,進而提高自身綜合能力。在教學內容的選擇、組織和設計過程中應以大概念為核心,借助其特有的抽象性、中心性、關聯性“向上”整合知識與技能,“向中”凝聚表層概念,“向下”聯通核心素養,“向內”轉化外部活動經驗。二者均是教育信息化時代背景下落實核心素養的重要途徑,二者的有機融合離不開多元化的教學策略和多樣化的教學手段。

(一)踐行科學教育理論,凝聚深度學習力量

科學的教育理論幫助學校更好地貫徹落實新課程標準,提升教師教育理念及專業能力,準確把握教育教學方向,有效提高課堂教學質量。奧蘇貝爾有意義學習理論、布魯納認知結構主義理論、皮亞杰建構主義理論、學習遷移等理論在開展融入大概念教學的項目式教學的學習過程中起到支持和引領作用,如圖3所示。

圖3 發展融入大概念教學的項目式教學的常見教育理論

1.奧蘇貝爾有意義學習理論

有意義學習就是將新知識和學生認知結構中已有的適當觀念建立非人為的和實質性的聯系[4]。教師在教學過程中以大概念為抓手,幫助學生找到新舊知識的區別與聯系,設置“先行組織者”,圍繞生活中真實存在的問題,以小組的方式進行合作探究,開展分析問題癥結、設計解決方案、開展具體實施、總結反饋提升等學習任務,促進學生知識建構與能力提升。

2.布魯納認知結構主義理論與皮亞杰建構主義理論

布魯納認知結構主義理論與皮亞杰建構主義理論對于開展融入大概念教學的項目式教學的貢獻上有著極高的相似度,提出教學活動的根本目的在于增加學生對學科基礎知識、概念的理解與運用。

布魯納認知結構理論從宏觀層面描述學生認知和學習過程,強調學生的內在動機,從中觀層面提出螺旋式課程,從微觀層面提出發現學習法,注重在不同的問題情境中由上而下或由下而上豐富完善學生頭腦中的大概念,促進核心觀念、知識關聯、學習思路的結構化,教學過程如圖4所示。

圖4 運用布魯納認知結構理論發展融入大概念教學的項目式教學

建構主義提倡在教師指導下的、以學習者為中心的學習,學生在具體情境的實踐和體驗中發現問題和解決問題,在已有經驗和知識的基礎上提取、凝練、建構新的知識和理解,強調學生要像科學家一樣地思考,從而促進知識結構化。

3.學習遷移理論

大概念教學和項目式教學均以培養學生的學科素養和提升學生解決真實問題的能力為核心,注重在教學過程中傳授學生一種“可持續發展”的學習方法,即在不同情境下的知識遷移和創新思考。大概念通過高通路遷移進行提取,表現為“具體—抽象—具體”的循環過程[5],如圖5所示,基于學習遷移理論創設教學情境,制造遷移起點,引導學生思路,構建遷移路徑,強化練習反饋,完成知識遷移,促進學生在化學學習中獲得“有意義、有價值、有質量”的知識。

圖5 大概念的生成

(二)基于化學學科大概念,設計教學關鍵環節

1.分析教學內容所聚焦的大概念與內容結構

2022版課標指出“基于大概念可以幫助學生建構化學觀念,形成化學學科思維方式和方法,樹立正確的價值觀,落實課程目標”[6]。項目及學習目標的制定,必須明確教學內容所聚焦的大概念內涵及其內容邏輯結構,既要分析課程標準及教材本質,也要遵循學生發展成長規律,還要結合學校的實際情況。例如人教版九年級化學“溶液”單元中蘊含著“尺度、比例和數量”和“結構與性質”兩個大概念,通過觀察氯化鈉在水中溶解、碘在乙醇中溶解的現象,歸納總結出溶液的概念、特征,分析溶液的組成?；凇俺叨?、比例和數量”這一大概念,學生具有探索分析懸濁液、乳濁液、溶液等混合物的定義和特征的思維能力及方式方法,為人教版高中化學必修1“物質的分類及轉化”中的膠體、稀溶液性質等知識學習奠定基礎,也促進學生在微觀層面理解影響物質溶解的主要因素上開展人教版高中化學選擇性必修2中“相似相溶”原理的學習。

2.圍繞大概念設計多層次項目教學目標

項目教學目標是教學活動實施的方向和預期達成的結果,是一切教學活動的出發點和最終歸宿。應以學科大概念為中心目標,以威金斯的所確定的目標(G)、預期的理解(U)、我們需要思考的基本問題(Q)、學生將獲得的重要知識(K)與技能(S)五項教學設計為抓手來發揮全局性、統領性的導向作用[7]?；凇拔镔|的變化與轉化”大概念,以人教版高中化學選擇性必修1“化學平衡”為例,構建項目學習目標,如表1所示。

表1 化學平衡的項目教學目標

3.融入學科聯系

2022版課標特別強調要加強學科間相互關聯性,在項目式教學中要有意識地引導學生利用其他學科的知識、思想方法來分析和處理化學問題,通過開展跨學科實踐活動,加強知識間的內在聯系,促進知識結構化,發展學生搜集處理信息、團隊合作、應用意識、創造性思維等素養,促進學生化被動為主動,化低階為高階,化碎片為整體。例如:人教版高中化學必修2實驗活動中的化學能轉化為電能、人教版高中化學選擇性必修1化學反應與電能中的原電池與物理學科結合非常緊密,很多概念的理解是可以相互借鑒的。例如:利用物理課堂中學過的電子定向移動等知識點,開展以“能量轉化”的視角抽提大概念統領“化學能與電能”的跨學科項目式教學,以探究鋅銅原電池實驗裝置為項目主線,了解原電池的工作原理及發生條件,書寫電極反應式和電池反應方程式,掌握鹽橋的概念、作用及理解形成穩定、持續電流的條件4個關鍵項目任務。

(三)聚焦真實情景驅動,促進專家思維培養

1.巧設問題鏈,發展高階思維

《普通高中課程方案(2017年版2020年修訂)》提出:“重視以學科大概念為核心,使課程內容結構化,以主題為引領,使課程內容情景化,促進學科核心素養的落實”[8]。通過設計與學科有密切關聯的問題鏈,巧用聯想法啟發學生原有的認知,引導學生在做任務的活動中形成對學科本質的認識,從而實現大概念的教學轉化。例如,以“為什么喝酒不能吃頭孢”及“解酒藥是如何研制的”為載體,通過從“物質的性質與應用”的視角抽提大概念統領人教版高中化學選擇性必修3“乙醛”的項目式教學,引導學生通過完成“藥物研發分析”“探究中毒原因”“解酒藥的制備”等3個項目任務,掌握乙醛的性質及其應用,明確有機物空間結構和性質特征的關系,進而學會依據官能團對陌生的有機物進行性質的預測與分析。

2.活用化學史,培養科學精神

一篇好的導言往往是順利開啟教學任務、引導學生打開知識大門的“敲門磚”。利用教科書內、外化學史資源,建立化學史知識教學體系,將思想教育融合在化學史學習中,使學生長知識增品質,潛移默化地受到教育。例如:在人教版高中化學必修1“鐵及其化合物”一課中,以鐵的冶煉化學史為主線,創設真實且富有情境的問題,吸引學生的注意力,不斷提高學生學習興趣。

3.應用思維導圖,分類概括概念

思維導圖是一種以圖文并用的方式來表達和描述知識的方式手段,目前已被廣泛地應用于化學教學中。學生將化學學科大概念作為思考中心,運用望遠鏡思維對化學知識進行“向外擴展”,運用放大鏡思維對化學知識進行“向內深挖”,加強學生思維的引導和思維節點的構建,著重鍛煉學生自身思維模式和知識建構能力。例如:人教版高中化學選擇性必修1“原電池”與“電解池”課程中以“能量轉化”大概念的視角進行整體規劃,設計教學目標、構建情景任務、繪制概念網絡、梳理知識脈絡,將零散的知識點系統化、結構化,進而構建簡單明了、通俗易懂的知識框架,如圖6所示。

圖6 原電池與電解池能量轉化思維導圖

(四)開發設計項目任務,構建化學知識體系

1.以“大概念”統領,組織開展板塊任務式教學

以“情景—問題—活動”為主線,在真實情景中激發學生的學習興趣,通過設計與學科大概念相關聯、有一定挑戰性的“學習任務”和“本原性問題”,開展成“塊”狀分布的教學內容或教學活動,激發學生的探究欲望,引導學生在發現問題、解決問題的過程中學習,感受知識源于生活,服務于社會。例如:人教版高中化學必修2中“氨和銨鹽”一課中,利用“物質性質及物質轉化”大概念引導學生從宏觀、微觀兩個層面著手,觀察氨溶于水的噴泉實驗現象,總結氨與銨鹽的化學性質及轉化關系,引導學生基于證據進行分析推理,探究氨與氯化氫等實驗反應原理,從辯證的視角認識氨和銨鹽的價值與危害,設計思路如圖7所示。

圖7 氨和銨鹽的教學設計思路

2.以“大概念”統領,組織開展實驗教學活動

實驗是化學課程中最為重要的教學環節之一,它是檢驗化學基礎理論與實際應用相結合狀況的必要途徑。以大概念為統領,將化學實驗的內容和方法與化學理論結合起來,把具體實驗當作教學的載體,明確教學任務主線及項目目標的進階標準,將化學實驗關鍵要素細化為實踐任務,讓學生體驗“手和腦”的學習活動,促進學生深入理解化學知識。例如:在人教版九年級化學“二氧化碳的實驗室制取與性質”一課中,在初始階段,利用“化學實驗體系要素”這一大概念的統領下提出的“依據二氧化碳的性質應該如何制取二氧化碳”的驅動性問題,引導學生分析實驗,構建實驗裝置,明確實驗原理,闡述實驗結果,解決實驗問題。在目標進階階段,教師引導學生對比“氧氣和氫氣的制取裝置的異同點”,初步認識并了解常見的制取氣體的實驗裝置,明確實驗室中制取氣體的一般方法原理。在鞏固發展階段,引導學生尋找不同知識點間連接點,建立一個清晰、穩定、有序的思考結構,有助于學生將零散實驗知識轉化成系統化體系。

3.以“大概念”統領,組織開展復習教學活動

以學科大概念統領化學知識復習,對課程內容進行框架的解構、體系的重構和模型的架構,擺脫單一、機械的刷題,避免陷入“題海戰”。例如:人教版高中化學選擇性必修3“有機化學基礎”中以“結構決定性質,性質決定用途”這一學科大概念為統領,衍生出3個主題大概念:首先,在有機化合物的組成與結構主題下,通過學習有機化合物的分類、結構特點和命名,建立學生對有機化合物的初步認識。其次,在有機化合物的性質與應用主題下,基于官能團、碳原子的飽和性等認識烴和鹵代烴、烴的含氧衍生物,了解其代表物及相關性質,建立結構決定性質的化學觀念。最后,在有機合成與有機推斷主題下,利用有機物的命名、官能團的種類識別、有機反應類型的判斷、反應原理等知識考查學生對常見有機物之間轉化關系的掌握程度,做到從“學懂”到“弄通”的層層進階。

(五)合理利用信息技術,推動化學多元教學

《教育信息化2.0行動計劃》中提到建設現代化教學平臺,創新教學方法,轉變教學模式以及培養學生信息化學習管理等,促使學生綜合全面發展[9]?，F代信息技術的發展不僅提供了更深入理解復雜概念、復雜思維過程的可能性,有助于提高學生模型認知與建構水平,還為融入大概念教學的項目式教學的發展提供了有力的支持。例如虛擬現實(VR)技術、3D打印技術、增強現實(AR)技術以及微課,如圖8所示。

圖8 信息技術支持的深度學習

1.虛擬現實技術注重增強沉浸感與動態理解力

VR技術是利用計算機為用戶提供一個交互式的可沉浸的身臨其境的虛擬三維空間,具有沉浸性、想象性、交互性等三個最突出的特征[10],為融入大概念教學的項目式教學提供體驗支持、情感支持和情景支持,將傳統的二維課堂變成有趣的三維課堂,虛實結合間,領悟微觀原理的要義,不再死記硬背,而是通過多元多態的實踐進行自主學習與探究,進一步增強學生的動態理解力。例如:人教版高中化學選擇性必修2“物質結構與性質”專題中原子、分子與晶體結構的構造原理等概念抽象、理論復雜,知識缺乏直觀的展示途徑,學生難以有效地開展自主學習和自主探索,在教學過程中可借助VR技術,建立微觀粒子的基礎思維模型,創設可視化情境,輔以可交互式分析計算,將常規教學中難以觀察的原子的空間微觀可視化,將抽象晦澀的化學概念原理模型化、過程化,培養學生化學學科核心素養與高階思維,解決實際教學中難教、難學、得分率低、可利用的教學素材少的痛點。

2.3D打印技術凸顯復雜概念的模型理解和表征

3D打印是通過逐層添加材料來構建3D物體的技術。它能幫助學生抓住大概念中的構成要素及邏輯關系,突破化學表征與認知障礙,將學科概念和知識立體化、具體化與可視化,將學生對微粒構成、空間結構等抽象知識的模糊思路轉變為可觀、可感的現實,促進虛擬的思維外化。例如,人教版高中化學選擇性必修1第三章第一節“電離平衡”一課,教師一般利用勒夏特列原理來分析解釋外界因素對弱電解質電離平衡的影響,而這部分知識過于抽象,使得學生難以從本質角度分析理解原因,可利用手持技術數字化實驗判斷反應中pH值的變化,應用3D打印技術和電子電路設計模型模擬微觀過程,達到從抽象到具體的認識反應過程。

3.增強現實技術用于空間結構的表征與探究

AR技術是虛擬現實的擴展,通過3D技術在真實物體上疊加虛擬對象,從而達到一種視覺混合增強效果,具有虛實結合、無縫交互、浸潤學習等特點[11]。通過AR的呈現打破物理空間的限制,為學生創設一個可進行獨立探究的觀察、學習環境,將大概念教學中微觀的、抽象的、復雜的知識通過生動、直觀、形象的方式呈現出來,有助于引發學生的創新興趣并增進其對學習內容的理解。例如,人教版高中化學必修1第三章第一節“鐵及其化合物”一課中,以鐵銹的“源起”與“源滅”為例,傳統化學實驗雖然能讓學生在可觀察到的實驗現象之間建立聯系,但是卻難以從分子層面對實驗現象與概念建立聯系。利用AR技術呈現在有水無氧氣、有氧氣無水、有水又有氧氣三種情況下鐵生銹的過程,幫助學生從微觀視角對宏觀現象建立直覺觀念并發展微觀層面的解釋能力,以此突破宏觀-微觀之間的認知障礙。

4.微課促進學生思維能力發展

微課是信息技術與教育相結合的一種新型產物,常以視頻敘事形式激發學生的內在學習動機,為學生自主學習、研究學習、實踐學習化學學科知識創造豐富機會。教師在融入大概念教學的項目式教學中引入微課,構建富有感染力的教學情景,不僅適合于移動學習時代知識的傳播,也適合學習者個性化、深度學習的需求,同時也使課程更具文化性與趣味性。例如整合人教版九年級化學“酸和堿”和“鹽化肥”教學內容,聚焦“基于物質類別認識物質的性質與反應規律”學科大概念,利用微課探尋醫藥應用中的酸、堿、鹽原理,幫助學生建立知識網絡,隨時隨地開展復習,解決知識繁多、零散等學習難題。

四、結束語

基于大概念教學統整下的項目式教學,主要利用大概念的統領作用組織和整體規劃項目學習過程,找準立足點,尋找突破點,緊抓發力點,整合學科知識、學科方法和學科思想,將孤立、抽象、碎片化的知識融入真實的問題情境下并進行重新整合,將知識與技能的學習、過程與方法的掌握、情感態度與價值觀的提升納入一個有機的、統一的過程之中,有利于從整體上追尋知識發展的內在邏輯,重構知識體系,以促使學生的學習過程由淺入深、螺旋式上升,逐步形成相互支撐、內涵豐富的認知結構,從而打通基礎知識向指導實踐的關鍵路徑,培養學生在真實情境中分析問題、解決問題的能力,真正將學科知識轉化為解決問題的工具。