国际化学课程改革的发展动向(毕华林)37ppt

1、山东师范大学山东师范大学 毕华林毕华林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

2、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今世界科学教育的主当今世界科学教育的主要问题是科学课程的内要问题是科学课程的内容超负荷，科学课程变容超负荷，科学课程变成了成了孤立事实孤立事实的堆积，的堆积，学生

3、难以建立知识间的学生难以建立知识间的内在联系，难以灵活地内在联系，难以灵活地运用所学知识解决实际运用所学知识解决实际问题。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 为此为此，国外科学教育研，国外科学教育研究提出究提出让学生将所学习让学生将所学习到的科学知识凝聚起来，到的科学知识凝聚起来，形成形成“big ideas”，这些这些“big ideas”能帮助学生能帮助学生在科学知识之间建立起在科学知识之间建立起联系，最终使得学生形联系，最终使得学生形成一幅关于科学的全景成一幅关于科学的全景图，以便

4、他们从科学的图，以便他们从科学的视角有效地处理日常生视角有效地处理日常生活中遇到的问题并做出活中遇到的问题并做出决策。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 “大观念大观念”通常指的是一种通常指的是一种总结学科核心知识的陈述，总结学科核心知识的陈述，这种核心知识是我们希望学这种核心知识是我们希望学生理解的。生理解的。Talanquer V. Chemistry education: ten facets to shape usJ. Journal of Chemical Educa

5、tion, 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 科学教育不应该传授给孩子科学教育不应该传授给孩子支离破碎、脱离生活的抽象支离破碎、脱离生活的抽象理论和事实。而是应当慎重理论和事实。而是应当慎重选择一些重要的选择一些重要的科学观念科学观念，用恰当的、生动的教育方法，用恰当的、生动的教育方法， 帮助孩子们建立一个完整的帮助孩子们建立一个完整的对世界的理解。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）要回答要

6、回答“普通化学中普通化学中包含什么内容包含什么内容”这个这个问题，我们就需要知问题，我们就需要知道对于理解和正确评道对于理解和正确评述现代化学，哪些是述现代化学，哪些是最重要的基本的化学最重要的基本的化学观念。中学化学课程观念。中学化学课程应当围绕应当围绕化学中的主化学中的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)(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

7、子核化学键是通过带正电的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

8、构，这是由电子每种元素的原子都有独特的结构，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

9、。过程中正逆反应速率达到平衡。美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 学科核学科核心观念心观念 学科交学科交叉概念叉概念 科学与科学与工程实工程实践践下一代科学教育标准（下一代科学教育标准（20132013）K-12K-12科学教育框架（科学教育框架（20112011）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、以不同方式结合物质由不同原子、以不同方式结合而成。而成。(2)(2) 按照原子序数排列的元素，呈现出按照原子序数排列的元素，呈现出周期性的性质，周期性的性质反映周期性

10、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子物质的结构和性质由原子内或原子间电子的作用力决定。间电子的作用力决定。(4)(4) 在反应中，不同类型原子的总数守在反应中，不同类型原子的总数守恒，因此质量守恒。恒，因此质量守恒。(5)(5) 化学反应中能量的转移是由于键能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。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 这些化学核心观念都体这些化学核心观念都体现出了相同的特点，即现出了相同的特点，即对化学学科有广泛的重对化学学科有广泛的重要性，

11、具有强大的解释要性，具有强大的解释力量，能够生成更多更力量，能够生成更多更具体的观念和概念，并具体的观念和概念，并能够使学生随着时间的能够使学生随着时间的推移对其进行不断深化推移对其进行不断深化发展发展。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)核心观念（概念）的学习进阶核心观念（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

12、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

13、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. 作者认为，目前的作者认为，目前的化学化学教学往往为了宽度而牺教学往往为了宽度而牺牲深度，学生只能通过牲深度，学生只能通过记忆来完成课程，而不记忆来完成课程，而不是运用化学核

14、心观念来是运用化学核心观念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)课程选定三课程选定三个核心观念个核心观念结构、性结构、性质、能量质、能量，支持学生对支持学生对重要化学概念的理解，重要化学概念的理解，并且发展对学生有用的并且发展对学生有用的、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, higher）Bill & Melinda Gates Foundation. Fewer, Clearer, Higher: Mo

15、ving 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。

16、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): 74-83Gilbert J K, 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

17、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从思从思维的角度提出化学学习的维的角度提出化学学习的三种水平：宏观水平、微三种水平：宏观水平、微观水平、符号水平观水平、符号水平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

18、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 从宏观、微观和符号从宏观、微观和符号三种水平上认识和理解三种水平上认识和理解化学知识，并建立三者化学知识，并建立三者之间的内在联系，从而之间的内在联系，从而形成化学学科特有的思形成化学学科特有的思维方式，我们称之为化维方式，我们称之为化学学习的三重表征。学学习的三重表征。 学生的学生的化学学

19、习化学学习实质上实质上是建构化学的三种表征是建构化学的三种表征，以及能在三种表征之，以及能在三种表征之间自由、灵活地转换。间自由、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)化学三重表征的价值化学三重表征的价值 在过去的在过去的3030年里，化学年里，化学三重表征已逐渐成为最有三重表征已逐渐成为最有影

20、响力、最富有创造性的影响力、最富有创造性的思想之一，成为化学教育思想之一，成为化学教育研究的理论基础，指导着研究的理论基础，指导着世界各地化学教师的教学世界各地化学教师的教学和课程、软件、教材编制和课程、软件、教材编制者的工作。者的工作。Talanquer V. Macro, submicro, and symbolic: the many faces of the chemistry “triplet”J. International Journal of Science Education, 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、

21、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宏观、微观和符号相联系的宏观、微观和符号相联系的三重表征思维方式体现了化学三重表征思维方式体现了化学学科的本质特征，它主要是基学科的本质特征，它主要是基于化学是一门描述、解释和预于化学是一门描述、解释和预测化学物质和变化的传统科学测化学物质和变化的传统科学的视角。的视角。v而随着现代科学技术的迅猛而随着现代科学技术的迅

22、猛发展，化学学科已成为推进现发展，化学学科已成为推进现代社会文明和科技进步的重要代社会文明和科技进步的重要力量，力量，研究和创造新物质研究和创造新物质成为成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工程师学工程师们所进行的工作有很多的共性。Talanquer V, Sevian H. Chemistry in past and new science

23、 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 Chemical Sciences in the 21st C

24、entury. 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的生成。4.探索、建模物质的性

25、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如何预测化如何预测化学变化？学变化？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？变化？6 6如何控制化学如何控制

26、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世纪科学和技术

27、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要性（D

28、river, 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德曼（李德曼（Lederman）教授从认识论的范畴出发，）教授从认识论的范畴出发，认为认为“科学的本质是科学

29、认识论，科学是一种获得科学的本质是科学认识论，科学是一种获得知识的途径，或与科学知识的发展相一致的价值和知识的途径，或与科学知识的发展相一致的价值和信念信念”。科学本质科学本质（ Nature of Science ）指的是指的是科学知识科学知识的特征的特征（the characteristics of scientific knowledge）。这种特征一定是来源于知识是如何。这种特征一定是来源于知识是如何发展的。发展的。Lederman N G. Students and teachers conceptions of the nature of science: A review of

30、the research. 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

31、识依赖，但不完全依赖于观察、实验证据、理性论证、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 Netherland

32、s, 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

33、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”，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 inquiryJ. Journal of College Scienc