不同科目組合對物理化學教學的影響

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【摘要】以大概念為中心的課程設計與教學設計是近年來我國教育改革的熱點問題。教學要以發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)為主旨，重視學科的大概念教學，重視學生的知識結構化。在當前的選科制度下，如何進行學科組合以便更好地實施大概念教學是學生、教師和家長面臨的問題，以物理、化學、生物的組合為例分析該組合對大概念教學的影響，以更好地進行教學設計。

【關鍵詞】大概念教學;核心素養(yǎng);結構化知識

2013年，教育部啟動了普通高中課程修訂工作，至2018年分別對高中各科目進行了改革，對學生高考選科也進行了改革。目前，全國部分省市實行了“3+1+2”的新高考選科模式，［1］同時，關于大概念教學也在教育界引起了廣泛關注。如何將教育改革和大概念教學進行有機融合成了當前需要解決的問題之一。

一大概念教學及其價值

1.大概念教學的含義

大概念教學是為了讓學生頭腦中零散的知識點，以及一些依靠機械記憶殘存的知識碎片形成系統(tǒng)的結構，讓知識在頭腦中以合理的邏輯存在，形成學生可以接受并能夠加以應用的知識網絡，能夠解決日常生活中的問題，能夠解釋自然現(xiàn)象和認識自然規(guī)律。［2］基礎性、系統(tǒng)性、綜合性和結構化都是大概念的特征。在提升學生自身的文化素養(yǎng)和科學素養(yǎng)的同時強調課程與教學的設計以大概念為中心，簡言之就是教師在教授學生某一知識或者概念時，都要盡可能地將這些概念和技能與大概念相連，并用適合學習者不同認知水平的方式進行教學。

2.大概念教學的價值

大概念教學作為近年來我國教育改革的熱點問題，有著自身獨特的價值，主要有以下三個方面。(1)科學知識從零散化向結構化轉變。傳統(tǒng)的教學常常從微觀視角關注學生的學習，即學生是否通過某一章節(jié)的學習掌握該章節(jié)的特定知識，這樣的教學理念使得知識以雜亂無章的形態(tài)存在于學生的意識中，學生只能短暫地記憶知識，一段時間后就產生了大幅度的遺忘，在無形中加重了學生的學習負擔。大概念教學從宏觀的視角關注學生的學習，即以具有統(tǒng)攝性的概念將零散的知識結構化，注重知識之間的內在聯(lián)系，深化學生對知識的理解，為學生構建具有梯度性的知識結構，有利于知識遷移，同時深化學習進階的理念。(2)教學側重點從知識本位向學科核心素養(yǎng)轉變。學科核心素養(yǎng)是學生學科學習過程中所形成的適應終身發(fā)展和社會發(fā)展的關鍵能力和必備品格。［3］需要通過發(fā)揮各學科的育人功能才能達到對學生學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，這就意味著必須要摒棄死記硬背和機械性的訓練，將學生的創(chuàng)新能力、發(fā)現(xiàn)分析和解決問題的能力、思維能力放在首要位置。傳統(tǒng)教學的目標指向較為狹隘，通常是關注學生某一次月考或者是期中、期末的考試成績，將學生的具體分數(shù)作為評判教學質量的唯一標準，在這樣的教育體制下學生只是學會了如何機械記憶應對考試，對于學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)并無益處。大概念教學的目標指向是知識的遷移與創(chuàng)新，更注重知識的實際應用，在教學過程中重視學習進階，這些都是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的必要條件。(3)各學科從相對獨立向逐漸整合轉變。從哲學的角度，人們很早之前就認識到事物之間都是相互聯(lián)系的，理論上各學科之間都存在哲學意義上的關聯(lián)，但傳統(tǒng)的教育并未重視這一規(guī)律，各學科是一座座孤島，各科的教師之間也有著一條無形的鴻溝，教師只關注自己學科的實時動態(tài)和學術發(fā)展，在教學中涉及其他學科的知識時，往往一帶而過。基本概念、核心概念、學科核心概念以及跨學科概念是大概念的不同類別。其中的跨學科概念就是強調學科之間的相互關聯(lián)，主張將各學科知識在跨學科概念的統(tǒng)攝下進行整合，在學科之間構建橋梁，將原本的一座座孤島轉變?yōu)橛袡C整體。這樣的轉變更有利于學生形成系統(tǒng)的、結構化的知識框架，同時對于學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)也大有裨益。

二物理、化學、生物的內在關聯(lián)

1.學科知識層面

對物理、化學、生物知識的全面深度學習是培養(yǎng)高科技人才的必經之路。物理是化學與生物的基礎，化學是聯(lián)結三門學科之間的橋梁，生物是研究熱點和方向。三者之間的關聯(lián)如下圖所示。

2.研究方法層面

(1)認識規(guī)律。物理、化學、生物都是研究自然規(guī)律的科學，盡管它們從不同的角度、不同的領域、用不同的手段認識世界和改造世界，但自然界本身就是和諧統(tǒng)一的，三門學科對自然規(guī)律的研究遵循著相同的認識規(guī)律———科學探究，即提出問題、收集資料、分析資料、去偽存真、再提出假設、設計實驗、驗證假設、歸納總結、得出結論。［4］我們發(fā)現(xiàn)在這三門學科中實驗思維的重要性，都將實驗作為認識物質世界和研究自然規(guī)律的重要手段。(2)實驗方法。實驗是研究自然科學的重要方法和手段。［5］這三門學科在對實驗的要求上有著許多的相同點。首先，對學生實驗能力的要求相同，即能認識和操作基本的實驗儀器、能根據(jù)實驗現(xiàn)象得出相應的實驗結論、能根據(jù)要求設計簡單的實驗方案等。其次，三門學科中的一部分實驗相互滲透和利用，如生物實驗“提取和分離葉綠素實驗”用到了化學方法———紙層析法、生物實驗“觀察細胞結構”用到物理實驗儀器———光學顯微鏡。最后，三門學科中都有著不同類型的實驗，如演示實驗、學生實驗、驗證性實驗、探究性實驗等。

3.社會發(fā)展層面

從物理、化學、生物三者之間的關系以及所涉及的領域，我們不難得出，這三門學科覆蓋著人類生活的衣食住行，無論是醫(yī)療、環(huán)境、科技、農業(yè)，要想有質的飛躍，就必須依靠物理、化學和生物的科學知識，因此，這三門學科對于人類進步和社會發(fā)展都具有重要的作用。

三物理、化學、生物組合對大概念教學的影響

新的選科制度主要是強調和重視學生的選擇，學生可以根據(jù)自身的興趣和特長以及高校不同專業(yè)的錄取條件，綜合選擇最適合自身的科目組合，有利于促進學生多樣化的發(fā)展。毋庸置疑，這樣的改革的確拓寬了學生的選擇范圍，但與此同時，不同類型的科目組合在進行大概念教學時的難度和完成度是有差異性的。接下來以物理、生物、化學組合為例，分析在該組合下大概念教學理念的實施情況。

1.物理知識與化學知識在結構化時的雙向作用

物理和化學有著大量的學科交叉部分，即跨學科概念。常見的知識交叉點主要有熱力學、動力學、電子電流產生、原子內部結構等。總的來說，化學更傾向于在微觀層面上研究物質的結構和組成、原電池的工作原理、各種能量的轉化等，這與物理中的原子物理學、質量守恒等有著密不可分的關聯(lián)。具體以“原子結構”知識的學習為例。從物理的視角來看。首先，在生活中感應與摩擦都可以使物體帶電，生活中的靜電現(xiàn)象都是因為物質間摩擦帶電而產生的。其次，用實驗的方法證實了原子核與電子的存在以及相互之間的關系，同時提出了質子和中子的相關內容。最后，在波爾理論的基礎上，得到電子軌道并不連續(xù)，反而存在特定的能量。從化學視角來看。首先，通過元素周期表的學習，確定了最外層電子數(shù)決定了元素的化學性質，以及核電荷數(shù)、電子數(shù)、質子數(shù)、原子序數(shù)之間的關系。其次，通過學習原子核外電子在不同能級的排布方式，從而得到能層、能級與能量之間的關系。最后，通過化學鍵學習了電子云，然后衍生出共價鍵。［6］從該例子可看出，從化學和物理的角度認識原子結構的側重點是有差異的，它們在不同的視角下對原子結構進行分析和解釋，學生從原子的本源性出發(fā)，結合化學或者物理史實，將原子、電子、質子、中子相互聯(lián)系與區(qū)分，使得知識點更立體、更多面，讓學生可以從多方面進行理解和應用，對于原子結構的概念掌握也更精準。

2.生物知識與化學知識在結構化時的雙向作用

從教材我們可以看出，生物與化學同樣存在大量的學科交叉部分。例如，化學中關于反應速率的影響因素，糖類、油脂、蛋白質的化學性質，微生物燃料電池的工作原理等知識與生物中的酶的作用機理，維持生命能量的物質，微生物結構等知識。［7］具體以“糖類、油脂、蛋白質”知識的學習為例。從生物上分析，以生活化為認識視角，主要從這三種物質為人的生命活動提供能源、能量的轉化、蛋白質由氨基酸組成、肽鍵的斷裂、如何使蛋白質失去活性、糖的分類以及葡萄糖如何為生命提供能量等方面去學習這三種物質。從化學上分析，以微觀視角為主，主要從官能團的類別和性質去分析，糖類分為單糖、二糖和多糖，其中葡萄糖為單糖且為醛糖，故具有醛基的性質。油脂中含有酯基，故難溶于水并且具有酯基的性質。同時從蛋白質的變性和鹽析等微觀層面進行分析和解釋。對于某些概念的學習我們能從生物的視角也能從化學視角進行多角度的學習，有利于學生構建二者的結構化知識體系。如果缺失了某一部分知識，就會導致知識體系中有缺陷，那么學生在具體應用和遷移時就會有障礙，從而無法形成適應社會發(fā)展的關鍵能力和必備品格。

3.物理知識與生物知識在結構化時的雙向作用

從教材內容我們可以發(fā)現(xiàn)，生物知識與物理知識同樣有著不可忽視的關聯(lián)。例如，生物上顯微鏡的構造和使用方法和物理上的顯微鏡成像原理和放大倍數(shù)、生物中光合作用的碳氧原子的轉移和物理上的放射性同位素示蹤原理、生物中植物根的向地性及莖的背地性和物理中的重力作用等。通過分析我們發(fā)現(xiàn)，物理相對于生物來說更多的是提供堅實的物質和理論基礎，兩者之間沒有過多的同一知識點的重疊，而是以物理為依托對生物知識進行研究和分析。但這種知識的相關性同樣對于學生理解知識和構建知識框架有著重要作用。例如，學生基于對于顯微鏡成像原理和放大倍數(shù)的理解，更容易接受細胞的微觀性，操作實驗時會更熟練，腦海中的邏輯會更清晰，同時也將物理儀器應用于具體實驗，對儀器本身的特性了解也會更加明了。

四結論

物理通常從宏觀的視角分析和認識物質，化學更注重從微觀層面認識物質，生物則側重于從生產生活的角度研究物質———更貼近生活，學生能夠將宏觀與微觀相結合去認識物質，從生活化的角度應用知識，學生將會有更大的收獲。首先，從知識結構上，它會使學生更加注重知識的本源性問題，從不同的視角構建知識框架，促進知識的遷移，使學生更容易達到高階學習的狀態(tài)。其次，從思維能力上，有利于學生發(fā)散思維和創(chuàng)新思維的發(fā)展，學生不再以單一的視角認識事物，能夠對物質的性質和用途做出一定的推斷和預測，從而整體提升學生的綜合能力。最后，從學科核心素養(yǎng)上，各科的新課程標準對于學科核心素養(yǎng)的描述有著一定的差異性，但核心思想是相同的———通過各學科的學習，培養(yǎng)學生適應社會發(fā)展的關鍵能力和必備品格，物理、化學、生物三門學科之間的知識相互交叉滲透，認識和研究物質的方法和思維模式相差不大，針對大概念教學所重視的結構化知識體系的構建有著重要的作用。從大概念教學的角度分析，物理、化學、生物是眾多科目組合中一個很好的選擇，當然我們不能一味地只看到該組合的優(yōu)勢就鼓勵甚至要求學生選擇該組合，而是要結合學生自身的興趣和特長進行選擇，假設學生在對生物缺乏興趣且基礎也較為薄弱的情況下選擇了生物，這不僅無法更好地實施大概念教學，反而會阻礙學生的身心發(fā)展。總而言之，在學生感興趣的前提下物理、化學、生物的學科組合對于大概念教學的實施有較大的促進作用。

參考文獻

［1］黃學濤．“3+1+2”模式下高中生物理科目選擇的影響因素研究———以黃岡市部分高中為例［D］．黃岡:黃岡師范學院，2020

［2］何彩霞．化學學科核心素養(yǎng)導向的大概念單元教學探討［J］．化學教學，2019(11)

［3］徐潔．從知識學習到素養(yǎng)發(fā)展:大概念的教育意蘊［J］．福建教育，2021(10)

［4］歐陽浩波．淺談生物科與物理、化學學科之間的聯(lián)系和綜合［J］．中學生物教學，2002(Z2)

［5］舒鈴．高中物理教學中化學知識的滲透策略探究［D］．南充:西華師范大學，2020

［6］李云平，弓平，王保玉，等．聯(lián)系中學化學實際開展物理化學教學［J］．洛陽師范學院學報，2009(5)

［7］張妍．與生物科學相融合的中學化學教學設計研究［D］．天津:天津師范大學，2012

作者：付進 付文升 單位：重慶師范大學