国际化学课程改革的发展动向(毕华林)37pptwla.pptx

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1、国际化学课程改革国际化学课程改革的发展动向的发展动向山东师范大学山东师范大学 毕华林毕华林E-mail：社会发展对学校化学课程提出了新的挑战与使命社会发展对学校化学课程提出了新的挑战与使命（Rockstrom J,Nature,2009）地球的限度地球的限度气候变化气候变化海洋酸化海洋酸化平流层臭氧耗竭平流层臭氧耗竭氮和磷生物地球化学循环氮和磷生物地球化学循环生物多样性的丧失率生物多样性的丧失率全球淡水资源利用全球淡水资源利用土地系统改变土地系统改变气胶负荷气胶负荷化学污染化学污染突出化学核心突出化学核心观念的引领观念的引领重视化学思维重视化学思维方式的形成方式的形成增进对科学本增进对科学本质

2、的理解质的理解当今国际化学课程改革的发展动向当今国际化学课程改革的发展动向毕华林毕华林,万延岚万延岚.当前国际化学课程改革的发展动向及启示当前国际化学课程改革的发展动向及启示.比较教育研究，比较教育研究，2015.092015.09毕华林毕华林,万延岚万延岚.化学的魅力与化学教育的挑战化学的魅力与化学教育的挑战.化学教学，化学教学，2015.052015.05突出化学核心观念的引领突出化学核心观念的引领有限的有限的课程容量课程容量 无限无限 的的科学知识科学知识当当今今世世界界科科学学教教育育的的主主要要问问题题是是科科学学课课程程的的内内容容超超负负荷荷，科科学学课课程程变变成成了了孤孤立立

3、事事实实的的堆堆积积，学学生生难难以以建建立立知知识识间间的的内内在在联联系系，难难以以灵灵活活地地运运用用所所学学知知识识解解决决实实际际问题。问题。Boo H K.Teaching and Learning,2001,22(1):43-47突出核心观念的引领突出核心观念的引领为为此此，国国外外科科学学教教育育研研究究提提出出让让学学生生将将所所学学习习到到的的科科学学知知识识凝凝聚聚起起来来，形形成成“big ideas”，这这些些“big ideas”能能帮帮助助学学生生在在科科学学知知识识之之间间建建立立起起联联系系，最最终终使使得得学学生生形形成成一一幅幅关关于于科科学学的的全全景景

4、图图，以以便便他他们们从从科科学学的的视视角角有有效效地地处处理理日日常常生生活活中中遇到的问题并做出决策。遇到的问题并做出决策。Boo H K.Teaching and Learning,2001,22(1):43-47Big ideas大观念大观念核心观念核心观念 “大大观观念念”通通常常指指的的是是一一种种总总结结学学科科核核心心知知识识的的陈陈述述，这这种种核核心心知知识识是是我我们们希希望望学学生生理理解的。解的。Talanquer V.Chemistry education:ten facets to shape usJ.Journal of Chemical Education,

5、2013,90(7)科学教育的原则和大概念科学教育的原则和大概念科科学学教教育育不不应应该该传传授授给给孩孩子子支支离离破破碎碎、脱脱离离生生活活的的抽抽象象理理论论和和事事实实。而而是是应应当当慎慎重重选选择择一一些些重重要要的的科科学学观观念念，用用恰恰当当的的、生生动动的的教教育育方方法法，帮帮助助孩孩子子们们建建立立一一个个完完整整的的对世界的理解。对世界的理解。英英 温温哈伦哈伦.科学教育的原则和大概科学教育的原则和大概念念.韦钰韦钰,译译.北京北京:科学普及出版社，科学普及出版社，2011:2011:序言序言（周光召）周光召）要要回回答答“普普通通化化学学中中包包含含什什么么内内容

6、容”这这个个问问题题，我我们们就就需需要要知知道道对对于于理理解解和和正正确确评评述述现现代代化化学学，哪哪些些是是最最重重要要的的基基本本的的化化学学观观念念。中中学学化化学学课课程程应应当当围围绕绕化化学学中中的的主主要观念要观念来建构。来建构。Ronald J G.The great ideas of chemistry.Journal of Chemical Education,1997,74(7)化学课程要教给学生什么化学课程要教给学生什么(1)(1)原子、分子和离子是构成物质原子、分子和离子是构成物质的基本成分。的基本成分。(2)(2)化学键是通过带正电的原子核化学键是通过带正电的

7、原子核和带负电的价电子之间的静电和带负电的价电子之间的静电吸引形成的。吸引形成的。(3)(3)原子在分子和晶体中以特定的原子在分子和晶体中以特定的几何图形排列。几何图形排列。(4)(4)原子和分子在不停地运动。原子和分子在不停地运动。(5)(5)分子和晶体中的原子能够重组，分子和晶体中的原子能够重组，形成新的分子和晶体。形成新的分子和晶体。(6)(6)当体系的混乱程度增加时，反当体系的混乱程度增加时，反应发生。应发生。化学核心观念例举化学核心观念例举美美国国大大学学委委员员会会标标准准所有物质都是由原子构成的。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，这是由电子每种元素的原子都有

8、独特的结构，这是由电子和原子核之间相互吸引形成的。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。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。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。化学键。化学变化和物理变化通常伴随能量的改变。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。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。过程中正逆反应速率达到平衡。美

9、国国家科学教育文件中的核心观念美国国家科学教育文件中的核心观念学学科科核核心观念心观念学学科科交交叉概念叉概念科科学学与与工工程程实实践践下一代科学教育标准（下一代科学教育标准（下一代科学教育标准（下一代科学教育标准（2013201320132013）K-12K-12K-12K-12科学教育框架（科学教育框架（科学教育框架（科学教育框架（2011201120112011）化学核心观念例举化学核心观念例举（NGSS）“物质及其相互作用物质及其相互作用”核心观念的核心观念的内涵内涵(1)(1)物质由不同原子、以不同方式物质由不同原子、以不同方式结合而成。结合而成。(2)(2)按照原子序数排列的元素

10、，呈现按照原子序数排列的元素，呈现出周期性的性质，周期性的性质反映出周期性的性质，周期性的性质反映了最外层电子的状态。了最外层电子的状态。(3)(3)物质的结构和性质由原子内或原物质的结构和性质由原子内或原子间电子的作用力决定。子间电子的作用力决定。(4)(4)在反应中，不同类型原子的总在反应中，不同类型原子的总数守恒，因此质量守恒。数守恒，因此质量守恒。(5)(5)化学反应中能量的转移是由于键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。能总和的变化，即分子能量的变化。(6)(6)化学核心观念的确定化学核心观念的确定这这些些化化学学核核心心观观念念都都体体现现出出了了相相同同的

11、的特特点点，即即对对化化学学学学科科有有广广泛泛的的重重要要性性，具具有有强强大大的的解解释释力力量量，能能够够生生成成更更多多更更具具体体的的观观念念和和概概念念，并并能能够够使使学学生生随随着着时时间间的的推推移移对对其其进进行行不不断断深深化化发展发展。毕华林，杜明成，基于化学基本观念毕华林，杜明成，基于化学基本观念毕华林，杜明成，基于化学基本观念毕华林，杜明成，基于化学基本观念的教科书编制，化学教育的教科书编制，化学教育的教科书编制，化学教育的教科书编制，化学教育,2010,11(2),2010,11(2),2010,11(2),2010,11(2)核心观念（概念）的学习进阶核心观念（

12、概念）的学习进阶 学习进阶（Learning Progression）是对学生在各学段学习同一主题的概念时，所遵循的连贯的、典型的学习路径的描述，一般呈现为围绕核心概念展开的一系列由简单到复杂、相互关联的概念序列。刘晟刘晟,刘恩山刘恩山.教育学报教育学报.2012,8(2):81-87.2012,8(2):81-87 学习是一个循序渐进的过程，所有的专业知识都需要在既定的框架中，花一定的时间、经过一定的过程，才能够很好地掌握。“物质结构物质结构”的学习进阶例举的学习进阶例举最低水平最高水平在在5 5、6 6年级结束年级结束分子模型分子模型解释物态和物态变化解释物态和物态变化在在2 2年级结束年

13、级结束宏观模型宏观模型描述物质描述物质原子结构模型原子结构模型为化学反应提供为化学反应提供机械模型机械模型在在1212年级结束年级结束原子原子/分子模型分子模型解释物质的性质解释物质的性质和多样性和多样性在在8 8年级结束年级结束 约瑟夫约瑟夫科瑞柴科（科瑞柴科（KrajcikKrajcik）.基础教育课程基础教育课程.2013(1),82-85.2013(1),82-85围绕核心观念组织化学课程围绕核心观念组织化学课程CLUECLUECooper M,Klymkowsky M.Journal of Chemical Education,2013,90(9):1116-1122.作作者者认认为

14、为，目目前前的的化化学学教教学学往往往往为为了了宽宽度度而而牺牺牲牲深深度度，学学生生只只能能通通过过记记忆忆来来完完成成课课程程，而而不不是是运运用用化化学学核核心心观观念念来来解释和预测化学系统。解释和预测化学系统。CLUE(Chemistry,Life,the Universe,and Everything)课课程程选选定定三三个个核核心心观观念念结结构构、性性质质、能能量量，支支持持学学生生对对重重要要化化学学概概念念的的理理解解，并并且且发发展展对对学学生生有有用用的的、可迁移的技能。可迁移的技能。少而精（less is more）更少，更清晰，更高要求（fewer,clearer,

15、higher）Bill&Melinda Gates Foundation.Fewer,Clearer,Higher:Moving Forward with Consistent,Rigorous Standards for All Students，2012 围绕核心观念组织并整合学科知识、通过学习进阶发展学生对核心观念的理解，已成为当代基础教育科学课程改革的核心理念。围绕核心观念整合课程内围绕核心观念整合课程内容容重视化学学科思维方式的形成重视化学学科思维方式的形成 在过去三百年里，化学在过去三百年里，化学学科积累了很多知识，同学科积累了很多知识，同时，化学学科更提供了一时，化学学科更提供了

16、一种种强有力的认识和思考世强有力的认识和思考世界的方式，即化学思维方界的方式，即化学思维方式式。化学思维方式是可迁。化学思维方式是可迁移的，对学生的未来研究移的，对学生的未来研究和职业发展必会有很大帮和职业发展必会有很大帮助。助。引导学生从“掌握作为一种知识的化学”转移到“理解作为一种思维方式的化学”，已成为当今国际化学课程改革的重要方向Talanquer V,Pollard J.Chem.Educ.Res.Pract.,2010,11(2):74-83Talanquer V,Pollard J.Chem.Educ.Res.Pract.,2010,11(2):74-83Gilbert J K,

17、Treagust D F.Multiple representations in chemical educationM.Dordrecht:Springer,2009:172化学学习的复杂性化学学习的复杂性 化学家们不仅从宏观上对物质的性质及其变化进行观察和描述，更重要的是从微观结构上对其进行解释，以深刻把握物质变化的本质规律，而化学符号则是具体化学物质和变化的抽象表达方式，是进行化学学科思维的工具。化学思维的水平和领域化学思维的水平和领域 1991年年，Johnstone从从思思维维的的角角度度提提出出化化学学学学习习的的三三种种水水平平：宏宏观观水水平平、微微观水平、符号水平观水平、符号

18、水平Johnstone,A.H.Journal of Computer Assisted Learning,1991,7(2):75-83.宏观宏观微观微观符号符号 中学生应能在思维的三大领域中漫游：可观察现象的宏观世界分子、原子和亚原子微粒构成的微观世界化学式、方程式和符号等构成的符号与数学世界 美美 国家研究理事会著国家研究理事会著.国家科学教育国家科学教育标准标准.科学技术文献出版社科学技术文献出版社,1999.217,1999.217化学学习的三重表征化学学习的三重表征 从从宏宏观观、微微观观和和符符号号三三种种水水平平上上认认识识和和理理解解化化学学知知识识，并并建建立立三三者者之之

19、间间的的内内在在联联系系，从从而而形形成成化化学学学学科科特特有有的的思思维维方方式式，我我们们称称之之为为化化学学习的三重表征。学学习的三重表征。学学生生的的化化学学学学习习实实质质上上是是建建构构化化学学的的三三种种表表征征，以以及及能能在在三三种种表表征征之之间间自由、灵活地转换。自由、灵活地转换。毕华林毕华林,黄婕黄婕.化学学习中化学学习中“宏观宏观-微观微观-符号符号”三重表征的研究三重表征的研究.化学教育化学教育,2005(5)2005(5)张丙香张丙香,毕华林毕华林.化学三重表征的界定及其关系分析化学三重表征的界定及其关系分析.化学教育化学教育,2013(,2013(3)3)化学

20、三重表征的价值化学三重表征的价值 在在过过去去的的3030年年里里，化化学学三三重重表表征征已已逐逐渐渐成成为为最最有有影影响响力力、最最富富有有创创造造性性的的思思想想之之一一，成成为为化化学学教教育育研研究究的的理理论论基基础础，指指导导着着世世界界各各地地化化学学教教师师的的教教学学和和课课程程、软软件件、教教材材编编制制者的工作。者的工作。Talanquer V.Macro,submicro,and symbolic:the many faces of the chemistry“triplet”J.International Journal of Science Education,

21、2011,33(2)三重表征从化学学科的特点出发统领整合化学学习，帮助学生理清纷繁复杂的宏观、微观、符号领域间的关系，克服化学学科自身特点所造成的困难，帮助学生全面、深刻地理解化学，形成化学学科独特的思维方式。张丙香张丙香,毕华林毕华林.化学三重表征的含义化学三重表征的含义及其教学策略及其教学策略J.J.中国教育学刊中国教育学刊,2013(,2013(2)2)v宏宏观观、微微观观和和符符号号相相联联系系的的三三重重表表征征思思维维方方式式体体现现了了化化学学学学科科的的本本质质特特征征，它它主主要要是是基基于于化化学学是是一一门门描描述述、解解释释和和预预测测化化学学物物质质和和变变化化的的传

22、传统统科科学学的视角。的视角。v而而随随着着现现代代科科学学技技术术的的迅迅猛猛发发展展，化化学学学学科科已已成成为为推推进进现现代代社社会会文文明明和和科科技技进进步步的的重重要要力力量量，研研究究和和创创造造新新物物质质成成为为化学学科的基本特征。化学学科的基本特征。化学从描述性科学向技术性科学转变化学从描述性科学向技术性科学转变v化学家们不仅对化学物质和过程作出描述、解释和预测，更重要的是努力创造出新的物质，或者是设计出新的分析和合成路线，并将其转化到生产实践中，现代化学家们的研究目标及其所进行的实践与化化学学工工程程师师们所进行的工作有很多的共性。Talanquer V,Sevian

23、H.Chemistry in past and new science frameworks and standards:gains,losses,and missed opportunitiesJ.Journal of Chemical Education,2014,(1)3.转换2.合成1.分析它是什么？它是什么？如何制作它？如何制作它？如何改变它？如何改变它？如何解释它？如何解释它？4.建模现代化学的四种主要活动及其基本问题现代化学的四种主要活动及其基本问题National Research Council(US).Committee on Challenges for the Chem

24、ical Sciences in the 21st Century.Beyond the molecular frontier:challenges for chemistry and chemical engineering.Natl Academy Pr,2003.六种具体的化学思维方式六种具体的化学思维方式Talanquer V,Pollard J.Chem.Educ.Res.Pract.,2010,11(2):74-83.1.可以利用物质的特征性质来检测、分离、识别和定量物质。2.物质的物理性质和化学性质由微观结构决定。3.物质的微观结构决定了其相互作用，从而改变物质性质或者导致新物质

25、的生成。4.探索、建模物质的性质与微观结构、相互作用和动力学之间的相互联系，有助于分离、识别、定量、合成或转换这些物质。5.探索、建模物质微观结构中相互作用的类型以及反应机理，有助于设计方法来引发或控制物理和化学变化。6.合成或者转换一种化学物质时，应确定物质的内部结构因素和外部环境因素。化学化学XXIXXI课程课程8 8如何利用化学如何利用化学能量？能量？7 7如何分析化如何分析化学系统？学系统？5 5如何预测化学如何预测化学变化？变化？3 3如何预测物如何预测物质性质？质性质？2 2如何确定物质如何确定物质结构？结构？1 1如何区分如何区分物质？物质？4 4如何建模化学如何建模化学变化？变

26、化？6 6如何控制化学如何控制化学变化？变化？Talanquer V,Pollard J.Chem.Educ.Res.Pract.,2010,11(2):74-83.突出化学思维方式的课程突出化学思维方式的课程化学化学XXIXXIl 将关注点从学习作为一种知识的化学转移到理解作为一种思维方式的化学。l 促进对少量核心的基本观念的深入理解，而不是肤浅的涵盖很多主题。l 通过精心设计学习进程来设计学习单元，将核心观念相联系。l 通过参考科学教育研究中，对“人是如何学习”的研究结果，开发一种健全的课程顺序和相关的学习活动。l 向学生介绍现代化学思维方式、建模、决策和问题解决的方式l 使学生参与到21

27、世纪科学和技术领域中感兴趣的现实决策和问题解决的活动中。突出化学思维方式的课程突出化学思维方式的课程化学化学XXIXXI增进对科学本质的理解增进对科学本质的理解实用的实用的民主的民主的文化的文化的道德的道德的对社会科对社会科学议题做学议题做出明智决出明智决策策欣赏科学欣赏科学作为当代作为当代文化一部文化一部分的价值分的价值发展对科学发展对科学共同体的规共同体的规范的理解，范的理解，这些规范体这些规范体现了道德对现了道德对社会的承诺社会的承诺科学教学科学教学促进科学促进科学主题的学主题的学习习理解科学理解科学应对日常应对日常工艺对象工艺对象和工艺过和工艺过程程理解科学本质的重要性理解科学本质的重

28、要性（Driver,R.,et al.1996）科学本质内涵认识的复杂性科学本质内涵认识的复杂性科学是什么？科学是什么？what is science？知识体系（知识体系（Body of Knowledge）即学科核心观念，包括概念、即学科核心观念，包括概念、理论、定律等理论、定律等过程过程/方法方法/实践实践（Process/Method/Practices）探究探究-衍生的知识衍生的知识认知方式（认知方式（Way of Knowing）科学本质内涵的认识科学本质内涵的认识李李德德曼曼（Lederman）教教授授从从认认识识论论的的范范畴畴出出发发，认认为为“科科学学的的本本质质是是科科学学

29、认认识识论论，科科学学是是一一种种获获得得知知识识的的途途径径，或或与与科科学学知知识识的的发发展展相相一一致致的的价价值值和和信念信念”。科科学学本本质质（Nature of Science）指指的的是是科科学学知知识识的的 特特 征征（the characteristics of scientific knowledge）。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展的。发展的。Lederman N G.Students and teachers conceptions of the nature of science:A review of the research.

30、Journal of Research in Science Teaching,1992,(4)科学教育研究文献中对科学本质的共识科学教育研究文献中对科学本质的共识(1)(1)科学理论的暂定性本质科学理论的暂定性本质(2)(2)在科学中定律和理论充当着不同的角色，即使有额外在科学中定律和理论充当着不同的角色，即使有额外的证据，理论也不可能变为定律的证据，理论也不可能变为定律(3)(3)没有通用的按部就班的科学方法没有通用的按部就班的科学方法(4)(4)观察是理论负荷的观察是理论负荷的(5)(5)科学知识依赖，但不完全依赖于观察、实验证据、理科学知识依赖，但不完全依赖于观察、实验证据、理性论证、

31、创造力和怀疑性论证、创造力和怀疑(6)(6)科学进步以对立理论之间的竞争为特征科学进步以对立理论之间的竞争为特征(7)(7)科学家们能够对相同的实验数据做出不同的解释科学家们能够对相同的实验数据做出不同的解释(8)(8)科学理论的发展有时是基于矛盾的基础科学理论的发展有时是基于矛盾的基础(9)(9)科学观念受其社会和历史背景的影响科学观念受其社会和历史背景的影响Niaz M,Maza A.Nature of science in general chemistry textbooksM.Springer Netherlands,2011.4-8.化学课程中实施化学课程中实施科学本质科学本质教学

32、教学的的方式方式u近些年，科学教育研究不断表明，很多教师和学生对科学本质的理解依然停留在朴素的观点，如学生不理解科学知识是变化的、很多学生相信科学是绝对的真理等。Abd-El-Khalick F.International Journal of Science Education,2005,(1)开展科学开展科学探究探究强调科学强调科学史哲史哲(HPS)(HPS)通过科学探究增进对科学本质的认识通过科学探究增进对科学本质的认识只“动手”不“动脑”的探究活动不仅难以引发学生积极主动地学习，更无法增进学生对科学本质的理解，真正的科学探究必须将“动手”与“动脑”紧密结合，引导学生既要积极主动地“探”

33、，更要深入细致地“究”。科学教育研究还表明，学生很难在“做科学”和探究活动中主动理解科学本质，因此，教材和教师需要采用一定的方法将其中所蕴含的科学本质外显化，帮助学生进行理解和反思，从而增进对科学本质的认识。王晶莹王晶莹.科学本质观与科学探科学本质观与科学探究的意义及实践究的意义及实践.全球教育展望全球教育展望,2008,(2),2008,(2)问题问题观察观察确定问题确定问题提出问题提出问题进行实验进行实验形成假设形成假设收集证据收集证据解释与结论解释与结论反思与评价反思与评价表达与交流表达与交流科学探究的基本环节科学探究的基本环节Harwood W S.A new model for in

34、quiryJ.Journal of College Science Teaching,2004,33(7):29-33.化学课程如何实施科学探究化学课程如何实施科学探究u 封闭式探究封闭式探究u 指导性探究指导性探究u 开放性探究开放性探究l 实验型探究实验型探究l 讨论型探究讨论型探究l 调查型探究调查型探究n 课堂课堂n 实验室实验室n 校外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科学探究探究提出问题形成假设制定方案收集证据得出结论水平0水平1水平2水平3水平4水平5教师教师教师教师教师教师教师教师教师教师学生学生教师教师教师教师教师教师教师教师学生学生学生学生教师教师教师

35、教师教师教师学生学生学生学生学生学生教师教师教师教师学生学生学生学生学生学生学生学生教师教师学生学生学生学生学生学生学生学生学生学生 完完全全开开放放的的探探究究或或封封闭闭的的探探究究都都不不利利于于学学生生的的学学习习，而而合合适适的的指指导导探究教学对学生的学习具有积极的影响。探究教学对学生的学习具有积极的影响。Bianchini J A,Colburn A.Journal of research in science teaching,2000,37(2):177-209.AbdElKhalick F,Boujaoude S,Duschl R,et al.Science educati

36、on,2004,88(3):397-419.封封闭闭指指导导开放开放把握好科学探究的开放度把握好科学探究的开放度通过通过HPSHPS增进对科学本质的认识增进对科学本质的认识u在化学课程中融入HPS是进行科学本质教学的另一重要途径，美国下一代科学教育标准中明确提出“科学史中的一些例子是呈现科学本质的一种方法”。在化学科学的发展中，科学概念、理论的产生和发展往往经历了一个曲折漫长的过程，在这一过程中充满了矛盾和争议，蕴含着丰富的科学本质。在化学课程中融入HPS能够使学生认识到隐藏于科学知识背后科学发展的历程、使用的科学方法以及蕴含的科学精神等，从而促进对科学本质的深入理解。化学核心观念、化学思维方式和科学本质间的关系化学核心观念、化学思维方式和科学本质间的关系化学核心观念为学生适应未来社会发展、解决面临的社会生活问题提供了必需的知识基础；而在解决这些社会生活问题的实践活动中，离不开化学思维方式的引领和学生对科学本质的深入理解。因此，在化学课程改革中，教育者应对化学课程内容进行深入挖掘，在促进学生形成化学核心观念的同时深化对化学学科思维方式和科学本质的认识，全面提升学生的科学素养，提高学生解决与化学相关的社会生产生活问题的能力。演讲完毕，谢谢观看！