王偉

關(guān)鍵詞：學(xué)科理解;原電池;教學(xué)表現(xiàn);素養(yǎng)為本

學(xué)科理解是化學(xué)教師對化學(xué)知識和化學(xué)思維方式的一種本原性、結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識，增進教師學(xué)科理解是2017年新版課標(biāo)提出的重要教學(xué)與評價建議，教師學(xué)科理解能力是化學(xué)教師核心素養(yǎng)的四大能力之一，教師學(xué)科理解既有宏觀層面對學(xué)科本身的整體理解，也有較為微觀的對具體學(xué)科知識和思維方式的理解。

作為化學(xué)教師，其與公眾、科學(xué)家、學(xué)生的學(xué)科理解不同，其理解要體現(xiàn)學(xué)科特質(zhì)，體現(xiàn)在課堂教學(xué)中，基礎(chǔ)是理解學(xué)科知識，挖掘?qū)W科知識背后的價值、方法、學(xué)科特質(zhì)等，這樣才有可能形成高質(zhì)量的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，進而改進自身課堂教學(xué)。目前有關(guān)學(xué)科理解的整體研究質(zhì)量較高、但數(shù)量較少，微觀層面的研究（如教學(xué)設(shè)計、化學(xué)概念教學(xué)研究等）數(shù)量較少，尚缺乏化學(xué)教師的教學(xué)表現(xiàn)研究?！霸姵亍笔歉咧谢瘜W(xué)教學(xué)的重難點內(nèi)容，也是研究熱點，研究以此為例，分析教師基于學(xué)科理解的課堂教學(xué)表現(xiàn)，分析并提出相應(yīng)建議，進而為“素養(yǎng)為本”的化學(xué)教學(xué)提供參考。

1研究過程設(shè)計

1.1研究工具

基于學(xué)科理解的高中化學(xué)教師教學(xué)表現(xiàn)，首先需要構(gòu)建相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對其某一主題教學(xué)進行課堂觀察，分析其水平和具體表現(xiàn)形式。因此，研究通過對8位專家進行開放式訪談，并結(jié)合CVI效度檢驗法，對另外10位專家進行內(nèi)容效度咨詢，最終得到5個維度、15個一級指標(biāo)、25個二級指標(biāo)的學(xué)科理解標(biāo)準(zhǔn)，將其作為本研究的工具，如圖1所示。（由于篇幅限制，三級指標(biāo)將在具體內(nèi)容中呈現(xiàn)，此處未列出）。

其次通過分析課程標(biāo)準(zhǔn)、教科書、大學(xué)《物理化學(xué)》、相關(guān)高考題等有關(guān)原電池的內(nèi)容，得出“原電池”學(xué)科理解25個指標(biāo)上的具體表述，如表1所示。

如表1所示，在指標(biāo)的構(gòu)建中，以課程標(biāo)準(zhǔn)和使用的教材相關(guān)要求為構(gòu)建起點，以大學(xué)《物理化學(xué)》和化學(xué)研究前沿內(nèi)容作為生長點，以能否體現(xiàn)和如何體現(xiàn)作為體現(xiàn)形式來構(gòu)建指標(biāo)。例如，在“正面價值”指標(biāo)中，將課程標(biāo)準(zhǔn)中涉及的電池種類、應(yīng)用作為構(gòu)建起點（合格水平），將其在各材料中體現(xiàn)電池種類和應(yīng)用的數(shù)量和體現(xiàn)形式作為構(gòu)建的依據(jù)（最高水平），以此形成涵蓋這25個指標(biāo)的高中化學(xué)教師學(xué)科理解表現(xiàn)水平工具。

1.2研究對象

根據(jù)相關(guān)宏觀調(diào)查結(jié)論，中級職稱、青年、女性教師的化學(xué)學(xué)科理解水平較低，因此研究選擇某中部A省H市的5所高中10位高二化學(xué)教師的“原電池”新授課作為研究對象，其中青年教師9位，女性教師8位，9位教師為中級職稱，這樣選取的教師群體比較有代表性，研究這個群體的教師，其結(jié)論具有一定的推廣性。

1.3研究流程

對10位教師的研究基本流程如圖2所示，首先對其教案進行文本考察，考察其教案是否有教學(xué)反思、能表現(xiàn)出哪些學(xué)科理解（如有沒有化學(xué)史等）。

其次，主要是對10位教師人教版選修4第四章“原電池”的新授課（共29課時）進行錄像觀摩，觀摩時重點對各個指標(biāo)相應(yīng)的教師言語進行內(nèi)容分析、挖掘，梳理其能體現(xiàn)出的學(xué)科理解，表2呈現(xiàn)的是對N1教師課堂觀摩的部分文本記錄表。

最后對其課堂教學(xué)表現(xiàn)和部分指標(biāo)通過訪談形式進行確認(rèn)（是否與錄像觀摩的結(jié)果一致）。訪談過程中進行錄音，以便對原始數(shù)據(jù)進行反復(fù)研究。

研究將教師學(xué)科理解的三級指標(biāo)分為5、4、3、2、1五個水平，分別表示“非常符合”“較多符合”“比較符合”“較少符合”“不符合”。例如在“正面價值”指標(biāo)中，教師如能忠實地體現(xiàn)人教版教材中有關(guān)電池的種類（一次、二次以及典型代表）和相關(guān)應(yīng)用（儲電供電、防腐蝕），則為3水平，只體現(xiàn)教材中的部分電池及其應(yīng)用則為1-2水平，能在教材的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加其他電池的種類和應(yīng)用則為4-5水平。在數(shù)據(jù)處理過程中，由包括研究者在內(nèi)的兩名成員獨立對材料進行編碼，統(tǒng)計每個指標(biāo)的頻數(shù)和水平，經(jīng)過多輪交流，使其在95%的指標(biāo)水平上保持一致，對判定不同水平的指標(biāo)，通過辯論達(dá)成一致，以保證研究信度。

2研究結(jié)論

通過對10位教師“原電池”教案、課堂教學(xué)觀摩，以及相應(yīng)訪談進行編碼，得出他們的各指標(biāo)水平，統(tǒng)計各維度指標(biāo)的層次水平頻數(shù)比例，如圖3所示。

如圖3所示，研究將1-2水平定為低水平，3水平定為中水平，4-5定義為高水平，因此總體上這10位教師基于學(xué)科理解的“原電池”教學(xué)表現(xiàn)水平還不夠高，結(jié)合水平及具體指標(biāo)呈現(xiàn)，最終得出以下結(jié)論。

2.1教師教學(xué)能關(guān)注知識的社會價值，對育人價值和學(xué)科價值的表現(xiàn)不足

在社會價值方面，教師能重點體現(xiàn)其“正面價值”指標(biāo)，具體是關(guān)注在生活中的常見應(yīng)用，但也都局限在教材和考點范圍內(nèi)，缺少對工業(yè)生產(chǎn)、研究等方面應(yīng)用的關(guān)注;與之相比，“負(fù)面影響”體現(xiàn)不夠，往往只對電池污染、回收利用等寥寥數(shù)語帶過，缺乏數(shù)據(jù)證據(jù)呈現(xiàn)。

在育人價值的“科學(xué)精神”指標(biāo)上，一般只實事求是地體現(xiàn)了單液原電池的缺點，對適合表現(xiàn)的批判質(zhì)疑（如電極和鹽橋等材料的選擇）、不懈探索（電池的發(fā)展）等其他科學(xué)精神缺乏體現(xiàn);在“科學(xué)決策”指標(biāo)上，能或多或少體現(xiàn)對單液原電池缺點、鹽橋作用、電極材料和電解液選擇等問題的決策，但決策品質(zhì)不高，基本以自話自說為主，沒有足夠的證據(jù)和時間來讓學(xué)生通過證據(jù)推理進行決策，一半教師缺乏對單液原電池缺點、設(shè)計原電池、鹽橋作用等關(guān)鍵問題的決策。

在學(xué)科價值的“學(xué)科地位”指標(biāo)上，多數(shù)教師能通過電池特點、用途被動地體現(xiàn)學(xué)科地位，只有Q3教師能通過語言（不管是火箭上，汽車上……燃料有其不可替代的優(yōu)勢……）和圖片（酵母燃料電池、活體燃料電池、微生物電池等）來明顯地體現(xiàn)學(xué)科地位;在“職業(yè)規(guī)劃”上，只有一半教師提到了原電池與2019年化學(xué)諾貝爾獎，且多數(shù)只是言語提及，未將這一事實進行升華，缺少其與職業(yè)規(guī)劃的關(guān)聯(lián)意識，也沒有使用其他方面的素材（如電池的發(fā)展前沿與問題呈現(xiàn)）。

2.2教師教學(xué)能體現(xiàn)基本的知識結(jié)構(gòu)，但結(jié)構(gòu)的橫向縱向關(guān)聯(lián)還有待加強

在化學(xué)知識結(jié)構(gòu)的“類目結(jié)構(gòu)”和“實質(zhì)結(jié)構(gòu)”上，多數(shù)教師能分門別類地從原電池的構(gòu)成條件等角度介紹不同種類電池的特點，能從原電池定義、構(gòu)成條件、工作原理等角度建立起這幾類知識之間的實質(zhì)聯(lián)系，但只有Q3、L1能從變化與平衡角度初步提及其與離子反應(yīng)等外部知識的聯(lián)系。多數(shù)教師在“編排順序”“知識地位”等方面體現(xiàn)較好，能基本遵循教材中的編排順序進行教學(xué)，教學(xué)中也通過語言、圖片等較多地體現(xiàn)“原電池”的應(yīng)用，展現(xiàn)了良好的“知識地位”。

另外，教師教學(xué)在原電池知識“與初中聯(lián)系”“與大學(xué)聯(lián)系”“課程交叉”“學(xué)科間”等方面的表現(xiàn)均存在遺漏。具體而言，教師遺漏與初中學(xué)段的聯(lián)系（如電解水、金屬活動性順序、物質(zhì)的溶解度等），課堂教學(xué)中已有的為零星體現(xiàn)（以前我們講硫酸鹽難溶……現(xiàn)在加上一個，硫酸鉛也是難溶）;師生對雙液原電池和鹽橋的理解，往往需要借助大學(xué)《物理化學(xué)》中的相關(guān)知識，而已有的聯(lián)系（如電勢差、遷移速率）往往體現(xiàn)不深不透，是用一個概念來解釋另一概念，未達(dá)到本原性理解的程度;在與其他學(xué)科的聯(lián)系上，通常是被動地表現(xiàn)與物理學(xué)科的零星聯(lián)系（如電流、電勢），缺少與生物、材料學(xué)等其他學(xué)科的主動聯(lián)系;在課程交叉上，缺少對“原電池”中真實問題的挖掘，缺少跨學(xué)科角度提出與解決問題的內(nèi)容表現(xiàn)。

2.3教師的學(xué)科知識體現(xiàn)以教材為主，缺乏對學(xué)科歷史和學(xué)科前沿的表現(xiàn)

在化學(xué)知識獲取方面，教師能體現(xiàn)基于教材編排順序的“認(rèn)識思路”，對關(guān)鍵知識的講解基本準(zhǔn)確（但也有9位教師在語言上或多或少表達(dá)不夠準(zhǔn)確），體現(xiàn)較好的“可信度”。能在電極判斷、電極是否與電解液反應(yīng)等方面體現(xiàn)較好的“暫定性與穩(wěn)定性”，但是在其他指標(biāo)上均有遺漏。如缺少相關(guān)的“化學(xué)史和化學(xué)家”;在“來源途徑”上，其知識表現(xiàn)缺少化學(xué)前沿、擴展知識。另外，雖然“原電池”內(nèi)容可以體現(xiàn)能量觀（化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)化）、變化觀（正負(fù)極化學(xué)變化與規(guī)律）、分類觀（電池分類等），但教師沒有明顯表現(xiàn)出這些化學(xué)觀念的引領(lǐng)作用;對原電池素材（如從單液到雙液原電池）使用的“批判性認(rèn)識”也不足，對提升學(xué)科價值與威望不夠自信（多為模糊的言語表達(dá)，如簡單帶過鋰電池和諾貝爾化學(xué)獎）。教師的學(xué)科理解，需要教師在教學(xué)后進行自我反思，而在“自我反思”指標(biāo)上，表現(xiàn)為缺少書面反思、缺少針對學(xué)科理解的反思標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)改進行為。

2.4教師教學(xué)能體現(xiàn)一定的學(xué)科方法，但在廣度和深度上均存在缺失

在化學(xué)學(xué)科方法方面，教師在三個指標(biāo)上均有所遺漏，如圖4所示。

結(jié)合圖4發(fā)現(xiàn)，教師在方法“廣度”指標(biāo)上雖然得分較高，能體現(xiàn)講授、練習(xí)、歸納、分類、討論、比較法等一般學(xué)科方法（每位教師的體現(xiàn)均不夠全面），但對一些重要的學(xué)科方法上還是有所遺漏，如缺少高階思維、科學(xué)探究（僅3位體現(xiàn)）、實驗（6位均為“視頻”實驗）等方法;在方法“深度”上，能通過體現(xiàn)重要的學(xué)科方法（僅1位體現(xiàn)）、組合使用多種方法等手段展示方法深度的教師還較少;在方法“關(guān)聯(lián)度”上，缺乏思維與實踐方法的關(guān)聯(lián)，未能建立起科學(xué)家研究方法與教師一般教學(xué)方法的聯(lián)系（如歷史上科學(xué)家們是怎么研究原電池的）。

2.5教師教學(xué)缺乏明顯學(xué)科特質(zhì)體現(xiàn)，缺失學(xué)科本原性視角的問題引領(lǐng)

在化學(xué)知識本質(zhì)上，教師缺乏從微觀、本原角度來解釋原電池中關(guān)鍵問題的教學(xué)表現(xiàn)，在“宏觀與微觀”指標(biāo)上，10位教師均能從宏觀層面進行原電池相應(yīng)知識的教學(xué)，但缺少微觀層面對原電池模型的建構(gòu)（只有1位體現(xiàn)），對“為什么氧化和還原反應(yīng)能夠分別在兩極發(fā)生;為什么原電池能加快化學(xué)反應(yīng)速率;為什么在鋅銅稀硫酸單液原電池中，其外電路電流不穩(wěn)定，鋅棒表面也有氣泡;鹽橋到底起什么作用;判斷原電池正負(fù)極及其反應(yīng)的根本方法是什么”等關(guān)鍵問題的教學(xué)中，有的教師對部分問題沒有涉及，有的是通過打比方等方式搪塞過去。在教學(xué)表達(dá)上，同時也缺乏通過實驗、數(shù)字化儀器等手段來表現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)及現(xiàn)象的微觀機理。

在“變化與平衡”指標(biāo)上，所有教師均能從總反應(yīng)、電極反應(yīng)式、粒子移動方向等角度去分門別類地講解各類電池中的化學(xué)變化，這與考試對“原電池”內(nèi)容的要求是一致的，但同時還缺少對原電池中化學(xué)和物理變化的動態(tài)表述，缺失從平衡角度理解“原電池”內(nèi)容，例如只有2-3位教師的教學(xué)表達(dá)涉及“為什么鹽橋具有平衡電荷作用、鹽橋為什么常選擇用飽和KCI溶液、原電池為什么能加快氧化還原反應(yīng)的速率、鹽橋與膜的認(rèn)識轉(zhuǎn)化”問題。

3研究建議

基于以上對高中化學(xué)教師原電池學(xué)科理解的教學(xué)表現(xiàn)結(jié)果分析，研究提出如下的改進建議。

3.1通過專題培訓(xùn)增進化學(xué)教師學(xué)科理解

以上調(diào)查結(jié)果表明，教師對學(xué)科知識的理解的多少、理解的水平，對學(xué)科價值了解的廣度與深度，對學(xué)科知識獲取過程的自我監(jiān)測，對學(xué)科方法的廣度、深度、關(guān)聯(lián)度的理解，對學(xué)科知識本質(zhì)這種學(xué)科特質(zhì)的把握等，都或多或少存在問題，因此應(yīng)通過專題培訓(xùn)提升教師對學(xué)科理解的認(rèn)識。首先，通過培訓(xùn)讓教師感知學(xué)科理解相關(guān)指標(biāo)，使其有意識地在這些方面增進理解。若缺乏感知，要么其教學(xué)中沒有體現(xiàn)這個指標(biāo)，要么是無意識地體現(xiàn)，前者會造成其學(xué)科理解的缺失，后者會造成其教學(xué)表現(xiàn)水平的不可控。其次在培訓(xùn)的內(nèi)容上，可特別注重對學(xué)科理解薄弱指標(biāo)的培養(yǎng)，例如體現(xiàn)在化學(xué)知識獲取、化學(xué)學(xué)科方法等維度，體現(xiàn)在化學(xué)史，化學(xué)前沿等多個指標(biāo)上。這樣通過培訓(xùn)，有針對性地增強自身在相應(yīng)方面的儲備。最后，由于化學(xué)教師的學(xué)科理解指標(biāo)包含范圍較為全面，因此適宜以單元、主題為基元進行整體學(xué)科理解解讀和設(shè)計，根據(jù)化學(xué)內(nèi)容特點，單獨的一節(jié)課重點體現(xiàn)的是一些適切的指標(biāo)，而無需體現(xiàn)所有的指標(biāo)。

3.2通過立標(biāo)桿促進化學(xué)教師的日常反思

以上通過兩輪專家咨詢確立了一種化學(xué)教師學(xué)科理解標(biāo)準(zhǔn)，通過標(biāo)準(zhǔn)對“原電池”具體教學(xué)進行了診斷，介紹了過程中的相關(guān)注意事項，這樣一來，就為教師針對自身的學(xué)科理解反思提供了可參考、可借鑒的標(biāo)桿。例如，通過以上對10位教師的“原電池”教學(xué)表現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，教師可能需要對所教知識、所用素材能體現(xiàn)出的科學(xué)精神、科學(xué)決策進行理解，需要縱向貫通其與初中、大學(xué)化學(xué)相關(guān)知識的聯(lián)系，需要橫向打通其與其他學(xué)科的關(guān)聯(lián)，需要前后了解其相關(guān)的化學(xué)史和化學(xué)前沿知識，需要深度上從“宏觀與微觀”、“變化與平衡”角度挖掘所教知識的本原性問題等。

教師在日常反思的基礎(chǔ)上，可能需要通過以下途徑來增進自身的學(xué)科理解，例如師徒幫帶、同伴互助、查閱互聯(lián)網(wǎng)資源、相關(guān)教材和著作等形式。而對于青年教師而言，可以通過觀摩師傅、有經(jīng)驗教師課堂形式快速增加自身的學(xué)科理解儲備;通過查閱較新的期刊論文、新聞等（如我國鈉離子電池已經(jīng)實現(xiàn)了量產(chǎn)）形式了解具體知識相關(guān)應(yīng)用的發(fā)展前沿;通過查閱專著、期刊論文、權(quán)威媒體等形式了解具體知識相關(guān)化學(xué)史（如鋰離子電池的“前世今生”）;通過查閱相關(guān)論文了解具體知識緊密相關(guān)的化學(xué)觀念（如原電池與變化觀、平衡觀等）等。

3.3將學(xué)科理解作為教研活動的重要主題

以上研究顯示，教師基于學(xué)科理解的教學(xué)水平和問題既有共性也有特性。共性與特性共存，對有針對性地提升其教學(xué)水平提出挑戰(zhàn)。作為教育部門和學(xué)校、教研組等組織，在專題培訓(xùn)化學(xué)學(xué)科理解的基礎(chǔ)上，可通過以項目、主題為載體形式培養(yǎng)、建立教師學(xué)科理解的研究和教學(xué)案例，提高教學(xué)指導(dǎo)與教學(xué)研究的延續(xù)性?？梢愿鶕?jù)具體實際，靈活地采用各種教研方式。如邀請相關(guān)專家開展線下集中學(xué)習(xí)，教研組長或?qū)W科帶頭人開展線下領(lǐng)學(xué);邀請相關(guān)專家錄制相關(guān)學(xué)科理解視頻（包括相應(yīng)的拓展資源），開展基于學(xué)科理解的教學(xué)設(shè)計范例等，這樣方便全體教師通過集中和分散學(xué)習(xí)，有利于減少培訓(xùn)學(xué)習(xí)中的信息損耗。在此基礎(chǔ)上，教師可以通過線下集體備課等形式交流、分享經(jīng)驗，進一步鞏固線上學(xué)習(xí)的結(jié)果。

本研究從總體上提供了一種基于學(xué)科理解研究化學(xué)教學(xué)表現(xiàn)的案例。增進化學(xué)教師學(xué)科理解，不僅需要教師的自身轉(zhuǎn)變，也需要教師在職前和職后培養(yǎng)過程中的相關(guān)方的參與。高校應(yīng)開通學(xué)科理解相關(guān)課程，跨越化學(xué)專業(yè)課程和化學(xué)教育類課程之間的鴻溝;教育管理部門和教研組等與高中化學(xué)教師密切相關(guān)的外界環(huán)境支持者，也應(yīng)千方百計地通過線上與線下教研相結(jié)合、集中教學(xué)與分散學(xué)習(xí)相結(jié)合、規(guī)范解讀與個性化解讀相結(jié)合的形式開展基于學(xué)科理解的教研活動。