国际化学课程改革的发展动向(毕华林)37ppt

国际化学课程改革的发展动向山东师范大学毕华林E-mail：[e-mail]社会发展对学校化学课程提出了新的挑战与使命（RockstromJ,Nature,2009）地球的限度气候变化海洋酸化平流层臭氧耗竭氮和磷生物地球化学循环生物多样性的丧失率全球淡水资源利用土地系统改变气胶负荷化学污染突出化学核心观念的引领重视化学思维方式的形成增进对科学本质的理解当今国际化学课程改革的发展动向——毕华林,万延岚.当前国际化学课程改革的发展动向及启示.比较教育研究，2015.09毕华林,万延岚.化学的魅力与化学教育的挑战.化学教学，2015.05突出化学核心观念的引领有限的课程容量无限的科学知识当今世界科学教育的主要问题是科学课程的内容超负荷，科学课程变成了孤立事实的堆积，学生难以建立知识间的内在联系，难以灵活地运用所学知识解决实际问题。—BooHK.TeachingandLearning,2001,22(1):43-47突出核心观念的引领为此，国外科学教育研究提出让学生将所学习到的科学知识凝聚起来，形成“bigideas”，这些“bigideas”能帮助学生在科学知识之间建立起联系，最终使得学生形成一幅关于科学的全景图，以便他们从科学的视角有效地处理日常生活中遇到的问题并做出决策。—BooHK.TeachingandLearning,2001,22(1):43-47Bigideas大观念核心观念“大观念”通常指的是一种总结学科核心知识的陈述，这种核心知识是我们希望学生理解的。——TalanquerV.Chemistryeducation:tenfacetstoshapeus[J].JournalofChemicalEducation,2013,90(7)科学教育的原则和大概念科学教育不应该传授给孩子支离破碎、脱离生活的抽象理论和事实。而是应当慎重选择一些重要的科学观念，用恰当的、生动的教育方法，帮助孩子们建立一个完整的对世界的理解。——[英]温·哈伦.科学教育的原则和大概念.韦钰,译.北京:科学普及出版社，2011:序言（周光召）要回答“普通化学中包含什么内容”这个问题，我们就需要知道对于理解和正确评述现代化学，哪些是最重要的基本的化学观念。中学化学课程应当围绕化学中的主要观念来建构。——RonaldJG.Thegreatideasofchemistry.JournalofChemicalEducation,1997,74(7)化学课程要教给学生什么(1)原子、分子和离子是构成物质的基本成分。(2)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吸引形成的。(3)原子在分子和晶体中以特定的几何图形排列。(4)原子和分子在不停地运动。(5)分子和晶体中的原子能够重组，形成新的分子和晶体。(6)当体系的混乱程度增加时，反应发生。化学核心观念例举美国大学委员会标准①所有物质都是由原子构成的。②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。③当原子序数增加时，元素显示出周期性。④在物理和化学变化中，原子保持不变。⑤将原子聚集在一起的强烈的静电吸引力被称为化学键。⑥化学变化和物理变化通常伴随能量的改变。⑦键的断裂需要能量，键的生成释放能量。⑧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。美国国家科学教育文件中的核心观念学科核心观念学科交叉概念科学与工程实践下一代科学教育标准（2013）K-12科学教育框架（2011）化学核心观念例举（NGSS）“物质及其相互作用”核心观念的内涵(1)物质由不同原子、以不同方式结合而成。(2)按照原子序数排列的元素，呈现出周期性的性质，周期性的性质反映了最外层电子的状态。(3)物质的结构和性质由原子内或原子间电子的作用力决定。(4)在反应中，不同类型原子的总数守恒，因此质量守恒。(5)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。(6)……化学核心观念的确定这些化学核心观念都体现出了相同的特点，即对化学学科有广泛的重要性，具有强大的解释力量，能够生成更多更具体的观念和概念，并能够使学生随着时间的推移对其进行不断深化发展。——毕华林，杜明成，基于化学基本观念的教科书编制，化学教育,2010,11(2)核心观念（概念）的学习进阶学习进阶（LearningProgression）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,刘恩山.教育学报.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”的学习进阶例举最低水平最高水平在5、6年级结束分子模型—解释物态和物态变化在2年级结束宏观模型—描述物质原子结构模型—为化学反应提供机械模型在12年级结束原子/分子模型—解释物质的性质和多样性在8年级结束——约瑟夫·科瑞柴科（Krajcik）.基础教育课程.2013(1),82-85围绕核心观念组织化学课程—CLUE——CooperM,KlymkowskyM.JournalofChemicalEducation,2013,90(9):1116-1122.作者认为，目前的化学教学往往为了宽度而牺牲深度，学生只能通过记忆来完成课程，而不是运用化学核心观念来解释和预测化学系统。CLUE(Chemistry,Life,theUniverse,andEverything)课程选定三个核心观念—结构、性质、能量，支持学生对重要化学概念的理解，并且发展对学生有用的、可迁移的技能。少而精（lessismore）更少，更清晰，更高要求（fewer,clearer,higher）——Bill&MelindaGatesFoundation.Fewer,Clearer,Higher:MovingForwardwithConsistent,RigorousStandardsforAllStudents，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容重视化学学科思维方式的形成在过去三百年里，化学学科积累了很多知识，同时，化学学科更提供了一种强有力的认识和思考世界的方式，即化学思维方式。化学思维方式是可迁移的，对学生的未来研究和职业发展必会有很大帮助。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——TalanquerV,PollardJ..Chem.Educ.Res.Pract.,2010,11(2):74-83——GilbertJK,TreagustDF.Multiplerepresentationsinchemicaleducation[M].Dordrecht:Springer,2009:172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1991年，Johnstone从思维的角度提出化学学习的三种水平：宏观水平、微观水平、符号水平——Johnstone,A.H.JournalofComputerAssistedLearning,1991,7(2):75-83.宏观微观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]国家研究理事会著.国家科学教育标准.科学技术文献出版社,1999.217化学学习的三重表征从宏观、微观和符号三种水平上认识和理解化学知识，并建立三者之间的内在联系，从而形成化学学科特有的思维方式，我们称之为化学学习的三重表征。学生的化学学习实质上是建构化学的三种表征，以及能在三种表征之间自由、灵活地转换。——毕华林,黄婕.化学学习中“宏观-微观-符号”三重表征的研究.化学教育,2005(5)张丙香,毕华林.化学三重表征的界定及其关系分析.化学教育,2013(3)化学三重表征的价值在过去的30年里，化学三重表征已逐渐成为最有影响力、最富有创造性的思想之一，成为化学教育研究的理论基础，指导着世界各地化学教师的教学和课程、软件、教材编制者的工作。——TalanquerV.Macro,submicro,andsymbolic:themanyfacesofthechemistry“triplet”[J].InternationalJournalofScienceEducation,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,毕华林.化学三重表征的含义及其教学策略[J].中国教育学刊,2013(2)宏观、微观和符号相联系的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的视角。而随着现代科学技术的迅猛发展，化学学科已成为推进现代社会文明和科技进步的重要力量，研究和创造新物质成为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学工程师们所进行的工作有很多的共性。——TalanquerV,SevianH.Chemistryinpastandnewscienceframeworksandstandards:gains,losses,andmissedopportunities[J].JournalofChemicalEducation,2014,(1)3.转换2.合成1.分析它是什么？如何制作它？如何改变它？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NationalResearchCouncil(US).CommitteeonChallengesfortheChemicalSciencesinthe21stCentury.Beyondthemolecularfrontier:challengesforchemistryandchemicalengineering.NatlAcademyPr,2003.六种具体的化学思维方式——TalanquerV,PollardJ.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XXI课程8如何利用化学能量？7如何分析化学系统？5如何预测化学变化？3如何预测物质性质？2如何确定物质结构？1如何区分物质？4如何建模化学变化？6如何控制化学变化？——TalanquerV,PollardJ.Chem.Educ.Res.Pract.,2010,11(2):74-83.突出化学思维方式的课程—化学XXI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。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。通过精心设计学习进