陈晟

【摘 要】本文论述新课程标准下化学学科核心素养及其关系，以及学习生态圈的基本结构，指出学习生态圈包括正式学习与非正式学习情境;论述化学主题教学的学习生态圈模型与课程开发新思路，并以“水的净化与消毒”主题学习模块为例，实证主题学习的优势与可行性，讲解主题学习在新高考制度下发展的特征，揭示其发展方向。

【关键词】化学核心素养 学习生态圈 主题学习

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2019）03B-0053-05

在基础教育阶段，我国学生科学素养一直表现突出。在由经济合作与发展组织（OECD）开展的学习者终身学习能力考查的 15 岁以下国际学生评估项目（PISA）中，我国在 2009 年 2012 年 2015 年三次科学素养项目测试中分列全球第三、第一、第十名。过去我国的科学教育重视学生对知识的记忆与释义，轻视对知识本质的理解、拓展与应用。根据李大光教授的调查，我国公民科学素养随着年龄增大呈递减趋势，这说明我国的科学通识教育在持续性上尚显不足。如何综合利用课堂内外的科学学习资源，使其与学校教育紧密结合，构建出多元化的学习方式，促进学习者追求科学的本质，是亟待解决的教育问题。

继上海、浙江之后，高考招生与考试制度的改革在全国范围内不断深化。对于化学学科而言，如何紧抓改革契机，探索培养学生的化学学科核心素养的新路径，正是教育工作者探索的新方向。

一、新课程标准下化学学科核心素养及其关系

21 世纪以来，随着学习科学在世界范围内的不断发展，“核心素养（Key Competences）”一词应运而生，成为新时代指导欧美国家教学改革发展的基本原则之一。

2014 年 3 月，教育部《关于全面深化课程改革，落实立德树人根本任务的意见》明确提出，要全面发展核心素养，即“学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”。核心素养一般被我国学者解读为两个部分，因不同学科有较大差异的“学科核心素养”与统一化的育人目标“学生发展核心素养”。高中化学课程标准开始强调在真实情境中学习的重要性，明确提出五项学科核心素养。它们分别是：

认识物质的基本观点—— 宏观辨识与微观探析和变化观念与平衡思想。宏观与微观是认识物质的两个基本维度，分析物质时既要看到其表征出的理化性质，并用化学符号正确表达;又要从结构特点探索其性质、发生变化的主要原因。在自然界中物质发生的变化，将最终趋向于一种平衡状态。宏观物质角度与微观微粒变化角度都是解析这种“变化与平衡统一”的工具。

学科思维方法—— 证据推理与模型认知。证据推理主要依托客观存在的物质变化实现，如物质的静态性质、实验现象等;模型认知主要借助合理化模型建构实现，如物质结构模型、微粒运动模型等。通过归纳、概括，抽象并分析模型，提出假设，给出论证，探究物质性质、变化的规律，这是化学学科独有的思维方式。

实践方式—— 科学探究与创新意识。科学探究是形成化学思维最为重要的途径。“像科学家一样思考”是近年来科學教育的热点话题。科学家的思维方式集中于科学探究之中，学生像科学家一样提出问题、形成假设、进行探究、形成结论，体验真实的科研过程，并将结论应用于真实情境的问题中。

学科价值—— 科学精神与社会责任。科学精神的价值取向在于为人类的发展服务，化学科学技术在不断发展的同时，也要关注人文关怀、资源可持续性等生态因素。学习化学知识也要立足于化学与生活的关系，让学生形成正确的科学观与价值取向，提升公民意识与社会责任感。

五项核心素养相互关联。“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”是化学学科特征与理论基础，“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”分别是思维、实践的方法论，“科学精神与社会责任”则是目标与价值取向（详见图 1，见上页）。新课程标准不仅仅对学生化学知识学习提出了要求，更鼓励学生以严谨的科学态度将化学思维迁移到科学现象、生活情境问题、社会热点问题中并进行科学创新。

二、学习生态圈—— 培育核心素养的新基地

斯坦福大学教授 Brigid Barron 于 2004 年提出“学习生态（learning ecology）”概念，指出学习不仅发生在正式学习情境中（学校），还发生在家庭、社区、伙伴之间等非正式学习情境中。学习者和学习发生的环境相互依存与作用，形成复杂而目标统一的“学习生态圈”，见图 2 所示。

学习科学的观点认为，真实教学情境有利于学习者主动构建深层知识。高度情境化的非正式学习日益受到重视。在各国教育改革中，我们也能看到一些改变。

●美国议会 2007 年正式宣布 K-12 教育、高等教育和非正式教育是教育的三大核心组成部分。非正式教育将在课程改革与教师教育中，和正式教育交互—— 如将博物馆参观、完成课后课题、共同体活动、电脑游戏等编入正式的 K-12 教育的课程体系中。

●泰国教育有关部门高度重视在线学习（E-Learning）的作用，在高校课程与基础课程的教育中都进行了课程改革，并给予技术支持与监控。

●苏格兰教育部“户外学习：为了卓越的课程”的课程方案有效地将循序渐进的校外学习融入新课程改革中。

“学习生态圈”的建构将课堂延伸至课外，扩充了课程资源，丰富了课程体系。形成完善的“学习生态圈”对培育学科核心素养具有重要意义。它融合了校内外学习情境，校外学习场所能提供大量问题、学习资源与例证，为学生提供整合、讨论、分析、总结的机会，以及结构化知识实际应用的环境;校内学习则让学习者能借助活动体验，多维度探究、解析并主动构建核心概念的知识体系，实现深层学习。

三、主题教学—— 新课程标准下的化学学习生态圈模型与课程开发新思路

在新高考制度下，化学等级考试以评价学生的化学学科核心素养为出发点，日渐重视从生产、生活、科研等真实情境中选择素材，鼓励学生通过逻辑思辨推理，以科学探究的形式、利用学科基本思想解决问题。因而，化学学习方式也将进行适应性变革。

化学来源于生活并服务于生活，被认为是发展化学学科核心素养的重要途径的“探究学习”依托于真实的生活情境存在。化学学习生态圈则是探究学习的载体。在学习生态圈中，非正式学习与正式学习相辅相成，共同组成一套完整的课程体系，在相应的教学资源、教材、网络学习资源等外部条件的支持下有效运作。

（一）主题教学：融合正式学习与非正式学习，构建学习生态圈

“整合主题教学模式（Integrated Thematic Instruction）”于 1982 年由美国学者 Susan Kovalik 提出。它凭借其情境化程度高、与生活实际结合紧密等优势，广泛出现在美国高中化学教材中。例如，美国主流化学教材《化学：概念与应用（Chemistry：Concepts and Applications）》中的每个课题均包含情境应用部分;主题型教材《社会中的化学（Chemistry in Community）》由水的供给、空气与天气等 8 个主题模块组成。

在我国，多数学校都认可并自发组织主题性的非正式学习活动，如参观博物馆，开展社区服务，举办短期训练营等。但此类非正式学习通常都被视为正式学习之外的缓冲调节和补充辅助，而不被正视为课程体系中的一部分。课程的开发者时常由于难以系统化、难以管理等原因，将非正式学习拒于门外。

在我国高中化学课程经历过的多次改革中，由于难以系统化、规范化等，目前尚未将非正式学习规范化编入教材。

西方国家为我们提供了一些成功案例。例如，Jennifer DeWitt 于 2007 年曾提出以内在动机理论（Theories of intrinsic motivation）与概念学习（Conceptual Learning）为基础的“博物馆实践框架（a Framework for Museum Practice，FMP）”，他认为在博物馆专家的技术支持下，能为学生创造出系统化的学习资源。根据 Jennifer DeWitt 的框架，Holmes 设计出一套持续数月的课程体系，并在美国路易斯安纳州一所州立学校开展“基于博物馆的学习（Museum-Based Learning）”的科学课程。他们发现，参与博物馆参观与学习资源收集并进行课堂学习的学生，无论在学习动机方面还是在学业水平方面，都显著高出仅进行参观或者课堂学习的学生。这证明非正式学习和正式学习的协同作用能形成高效的学习。

在构建以培育化学学科核心素养为目的的学习生态圈时，应在非正式学习情境与正式学习情境间架构三条核心通道，学习资源输入通道、结构化知识输出通道、反馈与反思双向通道。三条通道使主题学习的过程任务化、具体化，架构出基于主题教学的学习生态圈模型，实现学习生态圈的完整循环，见图 3。

学习资源输入通道：学生根据主题，处理学习资源。非正式学习作为资源素材库，学生进行学习资源的搜索、获取和初步分析，产生基于真实情景下的问题;正式学习作为资源处理中心存在，学生将学习资源进一步抽象化、提炼、演绎推理，获得对化学概念的认知，初步形成知识体系。

结构化知识输出通道：学生完成主题，将结构化知识付诸实践。非正式学习作为认知发展平台存在，学生通过发掘化学原理、概念之间的关联与逻辑层次，形成知识网络;正式学习作为应用平台存在，借助结构化的知识体系，学生在非正式学习平台上解读生活、生产的实际问题。

反馈与反思双向通道：学生借助学习生态圈的协同作用，持续优化学习过程。学生通过反思，总结正式与非正式学习中产生的问题;解读问题时，根据需要搜索必要信息，往复于非正式与正式学习情境之间，形成开放性的知识信息流，促成学习资源的自由反馈。

在高中化学教学中，融合非正式与正式学习，构建学习生态圈。采用主题教学，通过教学大綱指导教学理念，通过新教材呈现情境学习，促进高中生化学知识的自主建构，将是培育化学学科核心素养的新思路。

（二）“水的净化与消毒”主题学习的教学设计与实施案例

基于学习生态圈的主题教学模型，依托与 F 中学、桂林市自来水厂、MZ 街道社区等单位的合作，我们团队开展了为期 15 天的“水的净化与消毒”主题学习。选取 F 中学高一年级化学基础水平相近（近两次化学测验平均分差在 2 分以内）的 1 班与 2 班为样本。1 班采用主题学习，作为实验组（简称 1 组）;2 班采用讲授法学习，作为控制组（简称 2 组）。

在构建 1 组主题学习的学习生态圈过程中，保持贯一性、情境性、交互性等研究性学习的特征。

●贯一性：学生的知识基础、假设方式、研究策略都指向唯一的主题，目标导向高度一致;在培养目标上，所有活动的设计都为提升学生的化学学科核心素养服务。这两条主线相互作用，贯穿于主题学习始末。

●情境性：学习生态圈提供的学习环境取材于真实社会问题——“水的净化与消毒”，学习素材经由团队进一步整理，顺利将情境中融入的化学问题析出，便于学生理解与掌握。学生通过学习获得的理论也通过真实情境付诸实践，如社区活动。

●交互性：学生与正式、非正式学习环境的交互建立在学生对主题学习的兴趣基础之上，例如在课堂学习中，教师尊重学生的学习意愿，让学生自主选择学习资源;在主题学习完成后，学生以作业与学习报告的方式表达其对各组学习成果的看法，总结得失，为学习过程的优化作准备。

1 组学习流程如表 1 所示;2 组通过 8 课时学校课程完成“氯及其化合物”“化学实验设计”的学习，并用 4 课时进行习题训练。

课程结束后的第 1 天与第 20 天分别进行无预先告知情况下的短期与中期测试，测试难度相近，题型由各占 50 分的客观题和主观题组成。客观题围绕氯及其化合物的性质、实验操作与原理展开，侧重宏观辨析与微观探析、变化观念与平衡思想核心素养的考查;主观题着眼于实验与工艺流程的分析、辨析与设计，侧重证据推理与模型认知、科学探究与创新意识核心素养的考查。

表 2（见下页）呈现的是两组学生在测试中的平均成绩;表 3（见下页）则针对成绩进行显著性差异检验，其中序号为 1～4 的数据组检验基于同组别下中期测试和短期测试，序号为 5～8 的数据组检验基于同期同题型下 1 组和 2 组的测试成绩。

第一，主题学习能显著提升学生的主动探究及问题解决能力。根据表 3 序号 6 和 8 的数据显示，1 组与 2 组短期、中期主观题水平差异极为显著（sig=0.00<0.01），这证明经主题学习后的学生在主观题答题中体现出显著的较高水平。从部分学生的答卷中可以看出，参与主题学习的学生答题时运用所学知识展开分析显得更为游刃有余，逻辑思维更为严密。根据 Brooks 的观点，主题学习能使学生获得解决问题、探究项目的能力，并运用这种能力迁移至相似的问题或项目。在学习生态圈的支持下，主题学习将成为高中生发展科学探究与创新精神这一学科核心素养的关键方式。

第二，学生在主题学习中获得的知识体系相对稳定，知识退化速率较慢。根据表 2 的均分统计，1 组主观题均分在 20 天间下降了 6%，而 2 组却下降了 30%;根据表 3 序号 2 和 4 的数据，1 平组主观题均分下降不显著（sig=0.47>0.05），2  组则下降极为显著（sig=0.00<0.01）。这证明主题学习能带来更持久的知识，并赋予应用、迁移更长的存续时间。主题教学使学习者更易从本质角度理解科学、发掘科学背后的原理，降低遗忘率，或许它将成为未来发展公民科学素养的良方。

第三，短期内，学生在主题学习和讲授学习中获得的基础知识掌握水平相近。根据表 2 中两组客观题的均分对比，以及表 3 序号 5 和 8 的数据，在客观题答题水平方面，1 组与 2 组差异不显著（sig=0.83>0.05，sig=0.65>0.05），甚至 2 组短期测试水平还略高于 1 组。事实上，Kovalik 早已证明，在基础知识的掌握上主题学习并不占优势 ，其提炼知识点的任务交由缺乏学习经验的学生进行（相对于教师而言），知识的精炼难度更大。

（三）发展展望

基于学习生态圈的主题教学融合了非正式与正式学习情境，在发展学生的化学学科核心素养方面表现突出，尤其是能推动思维方法论“证据推理与模型认知”与实践方法论“科学探究与创新意识”的深层发展。高中学生的思维方式缺乏稳定性，外部因素对主题学习效果的影响程度较大，这就要求课程设计者既要考虑学生正式学习情境下的知识系统性，又需平衡非正式学习情境中的教师指导学习与学生自主探索的权重。

在课程改革初期，主题教学的开发应循序渐进，先将部分与生活联系紧密的知识模块精炼为主题教学模式，如“石油化工与国计民生”“原电池的原理与应用”等，其非正式教学情境相对易于实现。待学习生态圈的构建相对成熟，可进一步扩大主题教学的涉猎范围，如“原子结构探秘”“元素周期律”等理论性较强的内容。

非正式学习并不意味着学习情境是完全“自然”的，教育工作者应对其进行适当加工。例如，在查阅资料时对资料进行适当的预加工以适应学习者的先有知识结构，在参观学习过程中引入必要的讲解、提问、讨论，在社区活动中采用任务驱动形式促进深层学习等。非正式学习系统化越充分，越能有效促进学习，也标志着学习生态圈走向成熟。

在创设学习生态圈的过程中，有效利用地方性学习资源将是重要的攻克方向。即便是相同的课题，也可利用不同的非正式学习情境展开：如“石油化工与国计民生”课程，石油开采工业较发达的地区，如大庆、克拉玛依等地，可组织学生参观石油开采现场;科技普及水平较高的地区，如北京、上海等地，可组织学生参观当地场馆，如科技馆、博物馆;没有相关设施或场所的地区，也可采用访问学习、视频分析等方式开展主题学习。

在学习生态圈构建初期，缺乏統一化、规范化的官方课程标准，在校本课程中引入主题模块是有效的铺垫性方案。校本课程的实施经验能提供重要的实证论据，为适合我国教育现状的学习生态圈构建、主题教学课程体系开发提供宝贵的经验。

在发展高中学生化学学科核心素养的道路上，构建学习生态圈，并以此为基础发展主题教学，是一项行之有效的途径。如今，高考招生与考试制度改革不断深化，主题教学已悄然在我国萌芽，研究者应共同努力，为学生创设完整、和谐的学习生态圈，助其形成完善的核心素养。

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【基金项目】2017 年广西职业教育教学改革研究项目（批准号：GXGZJG2017B157）教育生态视域下高职院校与中学“U-S”学习共同体创建的研究与实践。

【作者简介】陈 晟（1986— ），男，广西桂林人，硕士研究生，桂林师范高等专科学校化学系教育学讲师，研究方向：学习科学、化学教育、教师教育。

（责编 卢建龙）