化学学科实践的本质意蕴与实施路径

摘要： 学科实践是核心素养时代育人方式的新范式。经历知识创生过程，变革教学方式；强化实验探究，凸显学科育人价值是化学学科实践的价值。基于化学的学科特质，化学学科实践教学实施路径包括基于学生经验，激发认知冲突；学科问题驱动，实现思维进阶；基于真实情境，迁移解决问题。作为学习方式的新方向，学科实践对教师提出了转变育人观念、提升学科理解能力和开展形成性评价的新要求。

关键词： 学科实践； 高中化学； 学习方式

文章编号： 1005-6629（2024）07-0003-05 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

《义务教育课程方案（2022年版）》提出要“变革育人方式，突出实践”“强化学科实践”［1］。《基础教育课程教学改革深化行动方案》要求聚焦核心素养导向的教学设计、学科实践（实验教学）、跨学科主题学习等教学改革重点难点问题，探索有效推进教学改革的实践模式［2］。学科实践是学科育人方式变革的新取向［3］，课堂教学是教学改革的主阵地。作为以实验为基础的自然学科，化学蕴含丰富的学科实践价值。由是，厘清化学学科实践的本质意蕴，探寻实施路径就显得尤为迫切。

1 化学学科实践的本质意蕴

1.1 学科实践是科学探究的迭代升级

梳理科学探究的来龙去脉，有助于对学科实践的认识。本世纪初倡导的科学探究一直是自然科学类课程变革传统课堂的基本路径［4］。但由于教师对探究理念的“来源”和“去向”不清楚，同时缺少先进理念与具体学科关联的策略和方法，这就导致实际教学中合作探究活动还浮在表面，虚、假探究普遍存在［5］。教师教的是科学探究的“形”，学生缺少的是科学探究经历的“实”，探究活动被僵化成固定有序、按部就班的“照葫芦画瓢”的步骤［6］。针对探究教条化的问题，以美国《K-12科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》出台为标志，国际科学教育核心理念从“探究”转向“实践”［7］。作为本土应对的措施之一，我国新修订的义务教育课程方案和各学科新课标都强调学科育人、实践育人，探索与课程核心素养深度耦合的学科典型学习方式，推进以学科实践为标志的育人方式变革［8］。如初中化学新课标将“科学探究与实践”作为课程核心素养之一，强化实验教学，注重真实情境的问题解决等。

学科实践不是取代探究，而是为科学探究正名。主要体现在两个方面：一是学科实践强调真实情境下的问题解决，填充了从科学家的探究活动到一种学习方式的理论空白，使学生像科学家一样探究、思考和实践成为可能。二是学科实践更有“学科味”。学科实践强调用学科的方式做学科事［9］，避免各学科探究活动“千人一面”的尴尬。

1.2 化学学科实践的内涵

学科实践是由我国课程专家创生的本土化概念［10］，虽然当前学界对学科实践的认识不尽相同［11～14］，但都指向了学科实践的主体是谁、对象是谁、为什么和如何进行。如崔允漷教授认为，学科实践是具有学科意蕴的典型实践，即学科专业共同体怀着共享的愿景与价值观，运用该学科的概念、思想与工具，整合心理过程与操控技能，解决真实情境中的问题的一套典型做法。基于此，我们认为化学学科实践是学生在教师的引导和支持下，以化学关键知识学习为基础，运用化学的视角、思维与语言方式，解决真实情境中的问题的一系列具有化学学科特质的实践学习活动，旨在培养学生的学科核心素养。简单来说，化学学科实践基于化学学科（知识、观念和思维），通过实践（真实问题解决），发展学科核心素养（像化学家一样思考和实践）。

化学学科实践的实质是学生像化学家一样思考和解决问题。宏观与微观相联系是当代化学学科核心的思维方式［15］，基于结构、作用和变化提出问题、分析问题、解决问题是化学家的看家本领［16］。理性与实证是科学的特征，化学学科发展史是基于实验的实证与理性的思辨不断互动、相互促进的过程。因此，浸透化学思维的实验和化学概念、方法、原理等知识的发展史是化学学科实践的重要内容。在实验中嵌入化学思维、在经历知识的发展史中建构观念是化学学科实践的主要类型。

1.3 化学学科实践的价值

1.3.1 经历知识创生过程，变革教学方式

学科实践有助于促进教学方式从坐而论道转向知行合一。坐而论道是传统教学的一个显著特点，认为知识是可以从教师传递给学生，这就造成教学内容是静态的概念、结论等惰性知识，学习的方式主要是简单模仿、机械记忆、重复训练等静态的方式。以“过滤”为例，一些教师将教学的重点放在实验装置和操作注意事项，还总结出“一贴两低三靠”的口诀帮助学生记忆。正是这样的教学方式导致学生耗费大量时间精力仅仅掌握了难以在现实生活中迁移应用的惰性知识，不能活学活用。从强调知识传授掌握的坐而论道转向知识的运用、建构与创造的知行合一，是核心素养导向下教学方式变革的必然要求。

学科实践强调在真实的学科情境中，建立学科知识与学生生活经验、生活实际的联系，引导学生做中学、用中学，在解决真实问题的活动体验中获得真知。基于学科实践的“过滤”教学中，从学生的视角，引导学生关注到周围世界主要是混合物，感受混合物分离的价值，明白为什么学。通过实验感受不同孔径滤纸的分离效果，体会化学家利用物质颗粒度大小不同的性质差异，设计物质分离的方法的思维过程。引导学生感受分离提纯的价值，体会到过滤——一种高效的固、液物质分离方法是“过滤”教学的意义。

1.3.2 强化实验探究，凸显学科育人价值

学科实践有助于发挥实验探究的教学功能，凸显化学学科独特的育人价值。学科的思维方法、思想观念和精神文化是学科育人价值的集中体现［17］。挖掘具体知识中蕴含的学科思维方式、科学方法是设计学科实践活动的基础。化学学科实践依托实验创设学科情境，通过问题链追问引发学生思考，基于证据验证假设，展示实验的思维过程，有助于展现内隐于实验探究的学科育人价值。

实验是化学探究最好的载体，但教学中，学生实验往往变成教师指挥下的“照方抓药”，欠缺思维活动。用不科学的方式学习科学，失去了化学实验的价值。以钠与水的反应为例，通常是教师演示钠与水的反应，结合学生的回答，总结出“浮、游、熔、响、红”的反应现象，以实验的形式让学生总结钠的相关性质。教师布置实验活动后，学生很短时间就有了答案，这样的实验显然没有意义。

学科实践强调真实情境下的问题解决，化学实验是展示化学反应本质的载体和手段。教师精心设计的化学实验让化学反应“看得见”，可以激发学生的好奇心和认知冲突，进而调动学生通过分析、想象、推理等思维活动认识微观过程，达到对事物的理性认识［18］。基于学科实践的“钠与水的反应”教学中，从学生熟悉的氯化钠开始，由学生列举已知的含钠的化合物。通过对比，学生很快意识到生活中钠单质很少见，说明钠的性质比较活泼。通过资料卡的形式，提供有关钠的保存及使用的资料，引导学生推测钠可能的性质。最后通过实验探究钠的性质。钠熔成小球，就是很好的探究素材。追问钠为什么变成小球，是因为钠被水均匀消耗（补充不同形状的钠块与水反应的实验）吗？想一想生活中有没有小球一样的物质（水滴、露珠）？通过资料卡的形式提供钠的熔点数据，引导学生进行基于证据的推理。

2 化学学科实践的实施路径

化学学科核心素养是解决化学问题的本事，其特质是创新，实质是化学认识视角和认识思路［19］。基于学科，通过实践，解决问题是学科实践的核心要素。基于此，化学学科实践实施路径包括三个方面：一是基于学生经验，激发认知冲突；二是学科问题驱动，实现思维进阶；三是基于真实情境，迁移解决问题。下面以电解质概念教学为例说明。

电解质的电离包含电解质溶液导电性、电离本质的微观辨析以及电离方程式表示电离过程的三重表征，是体现化学思维特质的载体，具有重要的发展学生学科核心素养的价值。同时，电离学说是化学发展史上具有里程碑意义的突破，电离理论使人们对溶液的认识有了正确的方向，它是溶液化学、电化学及物理化学最重要的理论基础［20］。包括门捷列夫、克莱夫、克劳修斯、魏德曼等反驳方和由阿伦尼乌斯、奥斯特瓦尔德、范托夫等组成的支持方之间围绕电离学说的论战在化学发展史上留有浓墨重彩的一页。电解质概念教学是化学学科实践的重要素材。

2.1 基于学生经验，激发认知冲突

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）强调“教师在教学中应重视STSE内容主题的选择和组织，紧密联系生产、生活实际，使学生能够综合运用所学知识解释和解决有关的STSE问题，使学生充分认识化学科学的价值”［21］。当前学生缺乏学习内驱力的一个重要原因是，学生不知道知识的价值，缺少问题解决的场景，缺少与思维的结合，感受不到知识与思维结合的力量。因此，结合教材中诸如化学键、离子反应、化学平衡等体现宏微结合这一化学学科思维的结论性知识，教师通过真实问题引导学生参与化学学科实践是教师教学设计的首要问题。

学科实践强调学科知识要联系学生的经验和生活实际，要把学科知识置于学科真实的情境中，学以致用、以用促学。电解质教学中，结合学生生活中熟知的泡腾片和湿手不能操作电器的生活情境，激发学生利用化学知识解释生活现象的兴趣。

［链接生活］1.展示干燥的泡腾片和置于水中后的泡腾片；2.展示禁止湿手操作电器的图片。

［认知冲突］为什么固体泡腾片本身不产生气体，放入水中就会立刻释放出气体？这其中发生了什么变化？湿手操作电器容易发生触电事故，为什么？

设计意图：从学生熟悉的生活情境切入，引发学生的思考，学生感受到知识的价值是学习的开始。

2.2 学科问题驱动，实现思维进阶

新课标强调“关注化学理论的历史演进过程，结合理论模型发展中的重要事实和科学家的推理论证过程，引导学生认识化学理论的建立过程和思想方法，发展学生的高级思维能力及其对科学本质的认识”［22］。化学史蕴含丰富的学科核心素养培育价值，浸透着化学知识、科学方法、科学思维与科学精神的形成、发展及演变过程［23］。概念是从显性事实中抽象出来的对事物的本质属性的认识。每一个概念都是大量科学工作者长期探索的结晶，概念的发展和完善过程，就是从证据出发，不断证实和证伪的过程。

基于化学发展史的学科实践活动设计，要符合从简单到复杂、从感性到理性的认知规律，结合人类思维发展的脉络，创造性地重演知识获得的实践方式和认知过程，引导学生像科学家一样思考。教师的作用就是结合知识的创生过程，创设一系列真实的问题情境，设计引发学生思考的系列问题，引导学生在实践中体验人类认识科学问题的过程，经历认知、思维、意义和文化等多维体验，体味知识背后的逻辑与理性、真理与方法、美德与智慧、历史与文化等，实现人-知互动，在真实性问题解决中转识成智［24］。

电解质教学中，结合电离学说的论战史实，通过重现历史上争论的焦点——通电与电离谁在先——创设符合学科认知的真实情境，实现学科知识与学习情境的深度关联。

［化学史料］（1）法拉第与他提出的电解质、阳离子、阴离子；（2）阿伦尼乌斯与他提出的电离学说。

［认知冲突］通电与电离，谁先谁后？

［实验探究］氯化钠溶液中是否存在自由移动的离子？

提出假设：氯化钠溶于水后是否能自由移动？实验验证：固体氯化钠、水、氯化钠溶液的导电实验。得出结论：氯化钠溶于水后解离成自由移动的离子［25］。

［问题驱动］水的作用是什么？

［化学史料］电离学说引发的论战。

［问题引导］（1）反驳方提出的“怎么可能有带大量正负电荷的离子同时存在！在没有外加电场的条件下，怎么克服原来的作用力离解？”的说法，你如何看？（2）支持方发现电解质溶液的蒸汽压降低、沸点升高、凝固点下降、渗透压变化时，实验测定值都比理论值高出很多（这些数据都与溶液中的微粒数有关）［26］，你怎么理解？

［微观探析］（1）展示氯化钠固体在水中溶解和形成水合离子示意图，提示学生注意观察水分子与阴、阳离子结合方式的差异。（2）展示氯化钠溶液、熔融的氯化钠导电示意图。

［建立概念］归纳总结得出电解质概念。

设计意图：论战发生的时代，反驳方的说法来自对原子结构的未知以及对法拉第电化学理论的迷信。同时，支持方的胜利源于电离理论对客观事物本质的揭示、对实验事实的合理解释。因此，基于学生的认知、重演化学史实，引导学生经历假设、验证、修正假设、再验证的科学方法，体验概念、理论发展过程中不迷信权威、敢于质疑以及艰辛付出的科学精神是学科实践的价值体现。

［问题驱动］学习选择性必修课程后，提出问题：1.为什么水分子可以破坏离子键和强极性共价键？2.为什么熔融态可以破坏离子键？

［思维进阶］（1）结合水合离子的微观示意图，分析原因（水是极性分子）；批判质疑：除了水，还有哪些极性分子？（2）结合熔融态的条件，分析原因（外界向体系提供能量）；批判质疑：除了加热，还有哪些提供能量的方式？

设计意图：物质结构理论揭示了电离理论的实质。学生学习选择性必修内容后，从学科视角，建立知识之间的关联，实现思维进阶。

2.3 基于真实情境，迁移解决问题

学科实践是学科知识和学科核心素养的中介，通过对知识的创生和应用，让学生像化学家一样在学科真实问题中思考和实践，是学科核心素养形成的根本路径。教学中，通过生活中运动饮料、水培营养液等真实问题的解决，探察并引导学生基于离子视角分析溶液问题的学科思维，进行基于证据的推理过程，体验批判求真的科学思维方式，在实践中建构观念，发展学科核心素养。

［问题引导］（1）查看运动饮料的说明书，你认为运动后饮用运动饮料的目的是什么？你能自制运动饮料吗？（2）培养水培植物需要配制营养液。现需配制含有K+、 NH+4、 NO-3、 PO3-4的营养液，你会选择哪些物质配制营养液？

［拓展应用］（1）为什么相同浓度的CuSO4和CuCl2溶液颜色相同？（2）为什么相同浓度的H2SO4和HCl溶液pH不相同？（3）电解水时，为什么加入少量稀硫酸或稀氢氧化钠溶液可加快电解反应速率？

设计意图：基于真实问题的解决是发展学科核心素养的关键。回扣课前提问和生活中的问题，一方面可以诊断学生对电解质电离的理解情况，另一方面可以引导学生发现身边的化学，感受知识的价值。拓展应用问题的目的，在于引导学生基于离子（微观粒子）的视角分析宏观溶液颜色、酸碱性、导电性等宏观现象，体验化学学科思维的特质，在问题解决中形成素养。

3 学科实践对教师的新要求

3.1 转变育人观念，激发行动自觉

学科实践是素养为本的教学方式落地的有效途径。知识的本质是观念，观念的本质是实践，一切学科知识或观念是学科实践要验证的假设或指导学科实践的手段，而学科实践与学科fb82f29b86c3a0fe6498da997bbe95742200289d199b68e8a6f8efbccdfa8a47观念的融合又是学科知识的创造和发展的过程［27］。当前教学中，缺少知识的主动应用，缺少创生过程，被动的知识学习过程仍是常态。一线教师要转变观念，每一位教师都有解读核心素养的权利和义务。教学中，多思考为什么要学习某个知识，具体的某个知识能给学生带来哪些可迁移的学科思维、学科观念。如学习电解质的电离后，学生是否形成电离视角的水溶液的认识思路就是要思考的问题。任何教育教学改革根本上都是观念的变革，教师牢记立德树人根本任务，常常思考通过教学培养什么样的人、具备什么样的核心素养、怎么样的学习方式最有价值等问题，有助于教师教学方式的转变。

3.2 提升学科理解能力，赋能专业发展

学科实践对教师教学提出了很大的挑战，提升教师的化学学科理解能力有助教师理解学科知识的创生过程，提高教师设计学科实践活动的能力。化学学科理解能力是教师教学设计的重要能力，是指教师对化学学科知识及其思维方式和方法的一种本原性、结构化的认识［28］。本原性意味着教师要对具体的知识进行“是何？为何？何为？如何？”等深层次思考。如电解质概念，可以思考，电解质电离需要通电吗，物质溶于水后发生了什么变化，哪些物质可以发生电离，电解质是如何电离的，哪些证据可以证明电解质发生了电离。结构化对应“碎片化”，要求教师形成对化学知识、化学思维的系统化认识，实现知识的迁移应用。如有机物教学中，带领学生了解有机物汉语名称的由来，从文化的角度揭示各种概念的联系，有助于学习内容结构化［29］。

3.3 开展形成性评价，落实“教-学-评”一体化

新课标倡导基于“教-学-评”一体化的教学，但课堂上“封闭性问题”和“一问一答”的授受式教学的提问和理答策略仍是主流。教师在指导学生小组合作学习的讨论、分享等环节中教学策略匮乏是探究教学“有形无实”的重要原因之一［30］。有效评价是检测目标是否达成的手段，也是实践转化为素养的途径。学科实践活动要求教师有意识地运用科学论证策略引导与支持对话过程，推动探究活动中的对话交流不断深入。具体而言，包括以下三个方面。一是及时追问，使学生思维外显化。语言是思维的表现，通过追问——“你是如何知道的？”“你同意他的观点吗？为什么？”“请换一种方式解释”——引导学生体验基于实验现象的分析、想象、推理过程，探查学生的观念建构达成情况，以便及时调整教学的推进过程。二是及时评价小目标。教学目标是教学设计的定盘星和航标灯。课堂教学中，依据教学目标的可操作性，将教学目标细化成每个探究环节的小目标，通过回答问题、小组发言以及反馈练习等形式，及时了解学生的学习情况。三是落实实践后的反思，评价多元化。通过实践后的个人反思、小组反思评价，学生可以复盘实践的过程，实现知行合一。

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（陕西师范大学陕西教师发展研究院研究生创新基金资助项目“素养为本的高中化学教学设计与实施研究”（课题编号：2022YJBYB022）；西藏自治区教育科学研究2024年度课题“基于学科实践发展学生核心素养的西藏高中化学教学实践研究”（课题编号：XZEDGP240065）阶段性研究成果。）