实施以观念建构为本的化学教学——以新课程苏教版高中《化学 1》《化学 2》为例，本文主要内容关键词为：化学论文,为本论文,为例论文,以新论文,苏教版论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
化学观念不是具体的化学知识，也不是化学知识的简单组合，它是学生通过化学学习后在头脑中留存的，在考察相关的化学问题时所具有的基本的概括性认识。
R.J.吉利斯皮将大学普通化学中的主要观念[1] 归纳为：“原子、分子、离子”；“化学键：是什么使原子在分子和晶体中结合在一起”；“分子的几何形状：三维化学”“动力学理论”“化学反应”“能和熵”。
学生通过初中化学课程的学习已初步形成了“元素观”“微粒观”“化学反应与能量”“物质分类”等基本化学观念。在此基础上，高中化学课程标准通过精心选择有关核心知识和具体知识，以及涉及多种多样的探究活动，引领学生进一步丰富和发展“物质的微粒性”“化学反应与能量”“物质结构与性质”“化学反应的限度”等化学基本观念[2]。
在共同或共通的概念中，提炼出一些跨越学科界限，将各分支学科统一起来的关键性概念或核心概念称之为科学主题。科学主题具有普适性，可以揭示科学知识的本质及其相互联系，能够将不同学科、不同分支的信息片段融入广阔的、有逻辑内聚力的结构中，在这样的结构中，信息片段的关系被凸显出来。
在科学教育中，将“能量”“演化”“变化的形式”“尺度与结构”“稳定性”“系统与相互作用”提炼为科学主题[3]。
一、化学中的主要观念
1.化学研究的物质层次（尺度与结构）
尽管现代化学研究的物质形式多种多样，但涉及的物质层次大体上有几个维度：组成原子的原子核和电子、原子、分子（离子）以及化学物质，化学物质可分为单质和化合物，也可分为气体、液体和固体。固体分为无定型体和晶体等。有2种或2种以上的物质组成的分散体系，主要为溶液、胶体和浊液，其中溶液是均匀、稳定的分子（离子）分散系，胶体是具有某种尺寸的质点形成的稳定的分散体系，浊液是更大质点形成的不稳定的分散体系等。
物质层次不同，物质组成的基本结构单位不同，原子的基本结构单位是原子核和电子，分子的基本结构单位是原子，胶体的基本结构单位是胶粒，晶体的基本结构单位是晶胞。
物质化学组成结构单位之间相互关系（位置关系、结合关系等）就是物质的结构。化学正是通过研究微观结构——分子—原子层次的化学组成、几何空间结构，以求解决物质的宏观化学性质、物理性质以及物质的特性与用途等问题。物质化学结构的变化必然引起物质的化学性质的变化，通过物质所反映出的化学反应和性质，可以认识和确定它的结构。
引领学生学习这部分内容，可逐步建立以下化学观念：
（1）物质是由不同层次的微粒（原子、分子、离子）构成的，不同的微粒具有不同的结构。
（2）物质的组成、结构决定物质的性质，物质的性质反映物质的结构。
（3）物质的性质与它在自然界中的存在状态及用途是直接联系着的。
2.化学中的相互作用（系统与相互作用）
尽管物质的形态和种类多种多样，从化学元素组成来说，都是有百余种元素所组成；从结构上，都有统一的基本粒子结构。所谓结构就是物质的组成要素之间的关系，如原子是怎样形成分子和晶体的？分子与分子之间是如何影响的？这种关系，反映着物质分子中原子之间直接或间接的相互作用。用化学术语来说，这种关系就是“键”。物质分子中直接联结的原子之间因形成离子键或共价键而发生相互作用；不直接联结的原子之间通过分子间相互作用力、氢键等发生相互作用。
学生学习这部分内容，可逐步建立以下的化学观念：
（1）物质是由元素组成的。
（2）化学主要研究原子一分子的运动，组成分子的原子与原子之间、分子与分子之间是相互影响、相互作用的。
（3）化学反应就是原子的重新组合，它的本质是旧化学键的断裂与新化学键的形成。
3.化学反应的方向和限度（稳定性）
物质的化学变化是原子之间化合、分子的分解或分子内原子的再组合的结果。化学变化的过程可分为不可逆过程、平衡过程、循环过程和演化过程。变化与稳定是互相对立的，化学变化需要在一定条件下进行。物质的性质、外界条件影响反应速率，可逆反应进行的限度即化学平衡问题，化学平衡又可以分为溶解平衡、电离平衡、水解平衡等。化学平衡是一种动态平衡，当浓度、温度等条件改变时，化学平衡即被破坏，并将在新的条件下建立新的平衡状态。
组织学生学习这部分内容，可逐步建立以下化学观念：
（1）化学变化是有方向和限度的，许多化学反应都能够自发进行。
（2）勒夏特列（H.Le Chatelier）原理对绝大多数的动态平衡都适用，如果改变影响平衡的某个条件，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
（3）在化学研究与化工生产中，只考虑化学反应速率是不全面的，还需要考虑化学反应所能够到达的最大限度。
4.化学变化的形式（变化的形式）
化学变化是通过物质之间的相互作用进行的，根据反应物和生成物的类别以及反应前后物质种类的多少，化学反应可以分为化合、分解、置换、复分解4种基本类型；从粒子（电子和质子）转移角度，化学反应可分为氧化还原反应、酸碱中和反应等；从反应是否有离子参加，化学反应可分为离子反应和非离子反应，从反应是否有电子发生转移，可以将化学反应分为氧化还原反应和非氧化还原反应。
让学生学习这部分内容，可逐步建立以下的化学观念：
（1）化学反应的形式多种多样，互相依存又有本质区别。无机反应中的离子反应和氧化还原反应等，有机反应中的加成反应、取代反应等。
（2）化学反应的本质是原子的重新组合，遵循质量守恒定律。
5.化学反应中的能量（能量）
在化学反应中，物质发生变化的同时，反应体系的能量也同时发生变化。化学变化的本质归根到底是反应物原有化学键的断裂和生成物新化学键的形成，破坏化学键时，需要一定的能量来克服原子间的相互作用；在形成新化学键时，由于原子问的相互作用而放出能量。化学反应的反应热就来源于旧化学键的破坏和新化学键的形成所发生的能量变化；通过电解池和原电池，可实现化学能和电能之间的相互转化。
引导学生学习这部分内容，可逐步建立以下化学观念：
（1）一切化学反应都伴随着能量的变化。
（2）化学反应中能量有不同的形式，且可以互相转化；如化学能与热能、电能等之间的相互转化。化学反应中的能量也是守恒的。
（3）能量与人们的生活生产息息相关，节约能源，保护环境。
6.化学进化（演化）
化学运动是物质运动的一种特殊形式，是从非生命运动形式向生命运动形式转变的中介和桥梁。化学进化包括元素的起源和演化、分子的进化，以及化学与社会的可持续发展等。
让学生学习这部分内容，可逐步建立以下化学观念：
（1）化学变化与生命运动息息相关，化学变化既是生命的基础，又可危害生命。
（2）化学与社会的可持续发展。
二、科学主题、化学观念、课标内容与教材知识载体
科学主题和科学观念是选取和组织课程内容的2个制约要素。科学主题是选取内容的主要依据和组织课程的重要线索，科学观念是从学习内容中提炼出来的重要的观念性原理。科学观念展开的知识内容，基本上就是学生学习的内容。因此，可以概括地说，科学主题是科学内容的“脉络”，科学观念则是科学内容的“浓缩和提炼”。
科学主题、化学主要观念、课程标准中的内容主题和苏教版教材[4] 中知识载体之间存在着对应关系（见表1），当然这种关系又互相交叉。
三、教材中化学主要观念的透视
笔者以苏教版《化学 1》《化学 2》为例，必修课程关注核心观念的建构过程，改变原来过分强调知识体系和事实性知识的内在逻辑结构。以观念建构为本的教材编排体系在内容上也选择事实性知识，但事实性知识的作用更多的是观念建构的工具和载体，最终目的是要在这些事实性知识基础上通过不断地概括提炼而形成深层的、可迁移的观念或观念性知识。由于观念的整合作用，能很好地把原来孤立和零散的知识联系起来，形成一个有意义的整体。同时，观念建构的教材编排体系强调要把学生置于真实有意义的学习环境中，通过问题解决和活动探究去建构观念而不是仅仅记忆事实。
表1 科学主题、化学观念和课程标准中的内容之间的关系
观念性知识、具体性知识与过程方法性知识、概念原理性知识、事实性知识之间的关系如图1所示[5]。
图1 观念性知识、具体性知识与过程方法性知识、概念原理性知识、事实确凿性知识之间的关系
1.教材中“物质微粒性”观念的透视
苏教版核心概念的编排采用集中和分散编排相结合。例如《化学 1》中“化学家眼中的物质世界”集中了大部分核心概念，在《化学 2》第三单元从微观结构看物质的多样性，在更高的层次上拓展了“物质微粒性”这个化学观念的视野。
（1）微粒的大小、间距、数量和重组
《化学 1》中专题1“化学家眼中的物质世界”第一单元：丰富多彩的化学物质。本单元教材是以“物质的分类及转化”“物质的量”“物质的聚集状态”“物质的分散系”等化学物质的一般属性为主线，通过学习使学生形成物质微粒性的基本观念。物质的分类和转化实质是分子等微观粒子的存在形态和变化；物质的量是将微观粒子与宏观质量相联系的基本物理量，帮助实现物质转化过程中的定量研究；物质聚集状态的变化实质是分子等微观粒子问相互作用的变化和微粒间距离和运动方式的变化；物质分散系也涉及分子、微粒集合体等微观粒子的大小；电解质电离产生的离子在水溶液中的行为。
（2）微粒的结合方式、顺序、空间排列和作用力
《化学 2》中专题1“微观结构与物质的多样性”第三单元：从微观结构看物质的多样性。本单元以同素异形现象、同分异构现象、不同类型的晶体微粒，帮助认识和建立物质多样性和微观结构的关系的基本观念。教材以生活中熟悉的2种碳的同素异形体——金刚石和石墨，以及C∞和碳纳米管，从微观结构的角度认识碳元素原子问的结合方式、作用力和空间排列方式的不同。教材以正丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚为例介绍同分异构体和同分异构现象，从碳原子的成键特点与成键方式、碳原子的排列顺序和空间不同可以形成不同的物质。教材从构成晶体的微粒、微粒间的作用力的类型不同，使学生认识微观结构与物质多样性的关系。
（3）“原子的构成”教材微观体系结构
《化学 1》专题1第三单元原子的构成，体现了以观念建构为本的教材微观体系结构（例从略）。让学生认识原子这个层次的内部结构，以及构成原子的微粒之间的关系（电荷关系和质量关系）。通过本节内容的学习，在学生头脑中建构“物质是由不同层次的微粒构成的，不同的微粒具有不同的结构”这样的基本观念。
2.教材中“化学进化”观念的透视
（1）人类对原子结构的认识
原子结构模型的演变。教材列举了前人对原子结构认识的几个阶段：道尔顿原子模型（1803年）→汤姆生糖果布丁模型（1897年）→卢瑟福原子行星结构模型（1911年）→玻尔的原子模型（1913年）→电子云模型（现在）。本单元标题是“人类对原子结构的认识”，标题中的“认识”就是一种观念性的认识。让学生认识历史上科学家对原子结构的认识过程，帮助学生在头脑中建构原子结构模型演变的认识发展图景，初步建构化学进化的观念。
（2）硅酸盐矿物与硅酸盐产品
教材编写突出了矿物到产品的转变过程：从人类历史演变的角度认识硅酸盐矿物→加工成玉→砖瓦→陶瓷→水泥→玻璃→分子筛等，把事实性知识嵌入硅酸盐矿物和硅酸盐产品的历史演变的过程中，一方面有利于学生进一步形成化学进化的观念，另一方面充分体现了化学中的人文思想。
（3）化学与社会可持续发展观念
中学化学主要观念的形成具有阶段性、层次性和渐进性的特点，它需要2个方面的有机结合，一方面，从形成基本观念所需要的素材来看，必须有合适的、能有效形成主要观念的核心概念以及能形成这些核心概念的具体知识；另一方面，从主要观念的形成过程来看，必须充分调动学生思维的积极性，使学生在积极主动的探究活动中，深刻理解和掌握有关的化学知识和核心概念，不断提高头脑中知识的系统性和概括性水平，逐步形成对化学的总括性的认识，只有当探究活动与探究的思维过程联系起来时，并重视关注学生的认识发展，才能真正理解化学知识和核心概念，才能领悟并形成化学的主要观念。
表2 化学与社会可持续发展观念
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