英國《高級化學》教材中基本概念與基礎理論的設計特點分析

摘 要：由英國牛津大學出版社出版的《高級化學》十分重視化學基本概念和化學基礎理論的設計。分析其內容選取和編排的設計特點，可為我國高中化學教材和教學優化提供借鑒。

關鍵詞：英國化學教材；基本概念；基礎理論；設計特點

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1009-010X（2011）01-0054-03

由宏觀深入至微觀、由定性至定量、由靜態至動態是現代化學發展的基本特點。越來越多的化學家呼吁化學并不再是純實驗科學，須認真審視化學理論知識在化學學科中的地位[1]。化學理論知識在基礎化學教育中的作用日益引起世界各國化學教育者的重視，21世紀以來出版的英美高中化學教材，都非常重視化學理論知識對教學的有效指導作用。由牛津大學出版社出版的英國高中化學教材《高級化學》（Advanced Chemistry）在基本概念和基礎理論的設計方面具有代表性[2][3]，分析其內容選取和編排的設計特點，對我國教材建設和教學設計優化有著重大意義。

一、基本概念和基礎理論在中學化學教學中的重要地位

中學化學理論知識主要包括化學基本概念和化學基礎理論兩方面。

化學基本概念是化學現象本質的反映，是構成化學知識的基礎，是化學知識體系中的核心成分，也是學生認知結構中的連接點及學習的核心，更是整個化學知識的“骨架”。我國中學化學教材中的概念粗略統計有200多個[4]，如物質的量、化學鍵、溶液、原電池、氧化還原反應、焓變、平衡常數、化學反應速率等。學生只有建立清晰、穩定、科學的概念，才能牢固系統地掌握化學基礎知識和基本技能，形成探究化學問題的能力，為后續學習奠定良好的基礎。

化學基礎理論是整個中學化學教學的核心，其重要性不僅體現在理論本身所具有的分析與解決問題的作用，更重要的是其對學生智力與能力發展所起的不可低估的作用。化學基礎理論涵蓋了整個中學化學的重要領域，既是認識元素及化合物、化學計算與化學實驗的認知基礎，也是指導學生獲取知識、訓練思維和解決問題的重要工具。中學化學基礎理論內容可分為物質結構、元素周期律和元素周期表、化學反應速率和化學平衡、電離平衡、電化學五部分。

二、《高級化學》中基本概念和基礎理論知識簡介

《高級化學》教材內容范圍與我國現行中學化學教學內容大致相同，分為基本概念和基礎理論、元素化合物、有機化學三部分，但它是以模塊劃分的：物理化學（Physical Chemistry，共15章）——即基本概念和基礎理論，無機化學（Inorganic Chemistry，共5章）——即元素化合物，有機化學（Organic Chemistry，共12章）——即有機化學。《高級化學》中的“物理化學”（即化學基本概念和化學基礎理論知識）部分又細分為五個模塊：①物質結構、元素周期律（1~4章），包括化學的發展變化、元素周期表和原子結構及其發現過程、用結構解釋元素周期律；②化學鍵、物質狀態（5~8章），包括化學鍵、鍵的極性、分子結構、晶體結構、狀態變化和粒子間力以及氣體；③化學反應中反應物的質量和體積以及能量的變化（9~10章），包括對反應中涉及的質量和氣體的計算、溶液濃度計算以及酸堿滴定測定濃度及相關計算；④化學平衡、酸堿平衡和氧化還原平衡（11~13章），包括化學平衡概念、化學平衡移動原理、平衡常數及應用、酸堿性質、酸堿反應、酸堿滴定和緩沖溶液及其相關計算、氧化還原反應概念、氧化還原反應滴定、氧化還原反應的應用（原電池和電解池）以及金屬置換規律等；⑤化學反應的方向、速率（14~15章），包括向平衡自發變化、熵、Gibbs自由能以及化學動力學相關知識。

總體來講，英國《高級化學》教材與我國現行的高中化學教材相比難度偏大，對學生素質能力的要求較高，如其將Gibbs自由能、晶體結構、溶度積、標準電極電勢等較難理解的化學概念和理論納入到高中化學教材中。

三、《高級化學》中基本概念和基礎理論設計特點

1.內容選取。

（1）注重知識的前沿性。

《高級化學》非常重視化學前沿知識素材的選取。例如，第二章第一節“原子核的概念”介紹了可以觀察到原子形貌的掃描隧道顯微鏡（STM），并在教材特設的工具欄中詳細介紹了掃描隧道顯微鏡的結構和工作原理，供有更多學習需求的學生深入學習相關內容；又如第十三章第十節“氧化還原反應的應用”在介紹不同類別的電池及工作原理的基礎上，列舉了燃料電池、鈉-硫磺電池和鋅-空氣等幾種新型充電電池的原理和用途。將前沿性化學知識引入教材，不僅可以開闊學生的視野，而且對培養學生化學學科思維能力以及為學生清楚認識化學學科的重要性提供了非常真實的素材，這對于培養化學后備人才以及普及化學教育是很有幫助的。

（2）注重學科實證方法。

《高級化學》介紹化學基本概念和化學基礎理論時特別注重實證方法的運用。例如，在第四章第一節引入原子概念后，為了讓學生認識原子的結構，深刻理解、認識原子中電子的真實存在，編者通過物理實驗向學生詳細呈現物理學家發現電子的過程，即運用光和電子輻射等物理知識，用分光計測量出波長的數據來確定原子中電子的存在。教材在引入抽象概念時，如果編者能用實證的科學方法將抽象概念的本質特征反映出來，可以使學生認識到科學概念是建立在科學實驗基礎之上的，同時讓學生體驗科學方法的應用過程。這樣不僅有利于學生理解、建立抽象概念，培養學生對科學的信任感，更可培養學生的科學素養；又如，第十一章第六節為了幫助學生建立“平衡常數Kc”的概念，教材選用兩組真實實驗數據（氮氣與氫氣反應生成氨、乙酸與乙醇反應生成乙酸乙酯和水的實驗數據），通過計算得出上述兩個反應的平衡常數，使學生感性地、深刻地理解化學平衡常數。《高級化學》中實證方法的設計，不僅可以證明抽象的化學概念和化學理論是具有科學性的，同時在實證的過程中讓學生掌握了一定的科學方法。這種設計有利于學生學習實驗研究方法，有利于培養學生應用科學方法解決實際問題的能力，有利于培養學生的科學精神，從而使他們在面對各種問題時，能更容易地激活儲備的知識，靈活地利用它們解釋新現象，解決新問題。

（3）注重理論知識的拓展應用。

《高級化學》在引入理論知識后，注重設計真實的問題情景，讓學生充分運用理論知識來解決實際問題。例如，第十一章“化學平衡”共有十節內容。第一節和第二節是幫助學生建立化學平衡概念；第三節和第四節主要介紹勒沙特列原理；第五節和第六節介紹平衡常數概念；接下來的四節內容則是關于化學平衡、勒沙特列原理、化學平衡常數的應用知識，包括應用化學平衡知識求生成物的產量、溶度積常數等等；又如，第十二章“酸堿平衡”共有十二節內容，介紹酸堿平衡理論以及強酸、弱酸、強堿、弱堿后，接下來的四節內容則是對相關概念和理論的應用，涉及到酸堿滴定、緩沖溶液及其相關計算。認知主義認為，將所學知識進行多元化的應用和解釋，學生對知識之間關系與聯系的認識就會變得更加清晰，運用知識處理各種問題就會變得更加靈活；同時，當學生發現所學知識在許多方面都有應用時，就會涌現出強烈的求知欲望，在化學學習中表現出前所未有的自覺性和主動性。

2.內容編排。

（1）注重化學史的運用。

《高級化學》在介紹化學基本概念和基礎理論時充分運用了化學史的內容。以第一章“化學的發展變化”為例，共有四節內容。第一節從三個方面（化學的起源、早期冶金家和現代化學的建立）為學生勾畫出化學動態發展的脈絡；第二節引出元素，將元素不斷發現及其分類的歷程（三素組分類、八音律分類）向學生呈現；在第二節的基礎上，第三節介紹了門捷列夫的元素周期表；第四節是現代元素周期表，現代元素周期表的建立是以原子結構為基礎的。通過以上四節的內容，可以讓學生深刻認識化學是由宏觀向微觀發展的過程，科學理論是在不斷深化發展的，同時可以使學生體會到前人在科學方法、創新意識方面的努力，進而激發自己的學習興趣與動力。

（2）重視“前概念”的應用。

認知心理學家奧蘇貝爾的一個重要觀點是有意義學習，即指新知識必須和學習者現有的認知結構產生相互作用，才是有意義的學習。《高級化學》在介紹化學概念時特別重視對學生在日常生活中已經形成的“前概念”的應用。例如：化學平衡概念的建立采用“平衡—動態平衡—物理平衡—化學平衡”四個步驟完成：通過常見靜態平衡的例子——壓蹺蹺板時的平衡幫助學生理解“平衡”概念的本質；再以人在扶手電梯上保持在某一特定水平位置為例幫助學生構建動態平衡概念；然后指出物理平衡屬于動態平衡的一種，其前提是物理變化，特征是物質處于各個物理相（氣、液、固）的量一定，實質是發生物理變化的兩個過程的速度大小相等、方向相反；在構建物理平衡概念的基礎上，將物理變化遷移到化學變化來幫助學生構建化學平衡概念。

（3）注重知識的系統性。

整體而言，《高級化學》教學內容設計十分注重知識的系統性。例如，教材在第十一章介紹化學平衡后，分別在第十二章和第十三章介紹了酸堿平衡和氧化還原平衡。酸堿平衡和氧化還原平衡是化學平衡的兩種類型，化學平衡的理論知識完全適用于酸堿平衡和氧化還原平衡，即化學平衡可以作為學習酸堿平衡和氧化還原平衡的基礎；而酸堿平衡和氧化還原平衡又是對化學平衡的拓展和深化。教材在介紹氧化還原反應、氧化數、氧化還原反應的滴定方法、氧化劑與還原劑、氧化還原反應與電化學電池、電極電勢內容之后，介紹原電池原理以及氧化還原反應在原電池中的應用，為學生學習原電池知識做了充分的概念及理論鋪墊。建構主義認為，如果教材有良好的內在聯系，前一課題的學習是后一課題學習的前提，先前學習知識的概括和包攝水平高于后面學習的知識，那么學生認知結構中的原有“固著觀念”就有了最大的可用性。

（4）強調以學生為中心，突出情境對概念建構的重要作用。

《高級化學》在引入化學概念時特別重視從日常生活入手，與一定的社會文化背景即情境相聯系。例如，在引入物質的量的概念時，先通過生活中常見的例子——銀行職員在清點客戶的存款金額（便士/硬幣）時，并不是逐個清點硬幣，而是事先稱量10便士、50便士、500便士甚至1000便士的質量，以此作為計量標準。當客戶前來存款時，銀行職員只需稱量客戶所帶存款硬幣的質量，將其與計量標準比較后便可得出金額數目。同樣，原子極其微小，我們難以對其進行慣常的計數，為此引入“物質的量”這一表征原子數目的物理量。通過前面日常生活例子的引導，學生便不難理解“物質的量”的意義了。建構主義認為，學習總是與一定的情境相聯系的，在實際情境下進行學習，能使學習者利用自己原有認知結構中的有關經驗去同化或順應當前學習的新知識，從而將新知識理解透徹。

（5）運用圖片和原始圖表，加強直觀形象性。

《高級化學》在扉頁介紹了自身特點之一是“為了突出概念的形象介紹，使用了包括創新分子模型軟件創造的模型在內的上百幅圖片和原始圖表”。學生可以從中了解有關概念的某些信息，為內化這些概念奠定感性基礎。例如，教材在介紹分子、離子、化學鍵等概念時，運用了大量的模型輔助學生理解。建構主義主張在教科書中更多地讓學生利用各種原始數據、素材進行分析思考，而不是直接接受基于這些數據素材而得出的結論。化學基本概念的抽象性往往成為學生學習的一個心理障礙。我國傳統教材主要以文字表述的形式呈現教學內容，而當代教材更加注重圖文并茂，加大以圖代文和利用圖畫、資料等創設學習情境的力度，幫助學生應用多種感官增強感性認識，促進學生自主學習的進行。

四、小結

化學教育工作者應充分認識到化學基本概念和化學基礎理論在中學教學中的重要地位，改變化學學科只是一門“純實驗科學”的觀念，重視基本概念和基礎理論在中學化學教學中的重要價值，從而最大限度地培養與提高學生的化學科學思維能力。同時，教材編寫者應將化學學科知識與心理學研究成果有機結合，在保證化學學科知識體系完整的基礎上充分考慮學生的身心發展規律，突出學生的主體地位，充分考慮化學理論知識在教材中呈現方式，發揮其對化學教學有效的指導作用，使教材中教學內容編排更符合學生的認知規律，便于學生自主學習，有利于學生意義建構化學知識體系，實現教材向學材轉化。總之，研究新時代的教材編寫和評價，深入研究國外優秀教材教學設計特點，對我國教材建設和教學設計優化均有著重大意義。

參考文獻：

［1］鈕澤富.理論化學在基礎教育中的地位與作用［J］.化學教學，2003，（3）:1~3.

［2］田 紅，周 青，楊輝詳.英國Advanced Chemistry教材有機化學內容編排的評析［J］.化學教育，2008，（3）:10~12.

［3］陳 偉，周 青，劉光瓊.英國高中教材《高級化學》中化學平衡概念構建的四環節［J］.中學化學教學參考，2007，（11）:59~60.

［4］周 青，楊妙霞，楊輝祥.中英化學教材中概念引入方式的比較［J］. 福建教育學院學報，2004，（9）:124~126.