中學化學核心概念的界定與選取

科學教學聚焦核心概念已經逐漸成為國內外科學教育界的共識。美國最新發布的Kˉ12科學教育框架明確地提出了科學教學要聚焦于有限的學科核心概念和跨領域概念[1]。我國《義務教育生物學課程標準（2011年版）》提出，教學活動不應該僅僅停留在讓學生記住一些生物學事實，而是要幫助學生掌握生物學的重要概念并建構合理的知識框架，為學生能夠在新的情境下解決相關問題奠定基礎[2]。為了更好地開展聚焦核心概念的教學研究工作，本文將對國內外科學教育文獻中有關化學核心概念的界定、選取及其表述進行梳理。

一、化學核心概念的界定及其教學價值

核心概念譯自英文big idea或core concept，雖然英文用詞不同，但學者們用這些英文所闡述的含義是相同的，即核心概念是能對眾多事物和現象作出解釋的大概念[3]。對化學學科教學而言，核心概念是指居于化學學科中心，具有超越課堂之外持久價值和遷移價值的關鍵性概念、原理或方法[4]。

核心概念的特性是具有解釋力，可以統攝許多小概念和事實，并與其他核心概念關聯。這種特性使得核心概念具有以下教學價值[5][6]：

（1）將對核心概念的理解作為教學目標，有助于學生理解與其生活相關的事件和現象；

（2）核心概念可以為新知識的獲取提供組織結構，使學生在學習期間及畢業之后都能夠運用這些核心概念，迅速地獲取新知識；

（3）教師要選取典型性事實來幫助學生理解核心概念，讓學生學習融會貫通、舉一反三的方法，從而減輕學生課業負擔；

（4）學生能夠有充分的時間進行科學探究，提升自身的思維能力，學生的學業水平會因思維能力的提升而有所進步。

二、中學化學核心概念的選取及表述

由于西方科學課程多為綜合的，因此需要從科學核心概念的角度來分析中學化學的核心概念。溫·哈倫提出科學核心概念應該具有以下標準[7]：

（1）能夠用于解釋眾多的物體、事件和現象，而且它們是學生在學校學習及畢業以后的生活中會遇到的；

（2）提供一個基礎，能夠幫助學生理解遇到的問題并作出決策，而且這些決策會關系到學生自己和他人的健康、幸福以及環境和能源的使用；

（3）當人們提出有關自身和自然環境的問題時，他們為能夠尋求到答案而感到愉快和滿意；

（4）具有文化上的意義。

溫·哈倫根據此標準提出了科學教育的14個核心概念，如表1所示。

表1中的10個科學核心概念中，與化學教育直接相關的有2個，即“宇宙中所有的物質都是由很小的微粒構成的。當事物發生變化或被改變時，會發生能量的轉化，但是在宇宙中能量的總量總是不變的”。關于科學的4個核心概念則均是化學教育的任務。

美國發布的最新Kˉ12科學教育框架也給出了確定核心概念的4個標準[8]：

（1）對多個學科來說都是非常重要的，或是某一學科的關鍵性原理；

（2）能為理解和研究更為復雜的概念和解決問題提供重要的工具；

（3）與學生的興趣和生活經驗密切相關，或需要利用科學或技術知識來理解利害關系；

（4）在各個年級都可以進行不同水平的教與學，概念的深度和復雜度隨年級的增長而增加。

可見，美國新科學教育框架更加明確核心概念是關鍵性的原理或方法，強調學生需要通過各個年級的不同內容的學習而不斷深化和豐富對核心概念的理解。

美國新科學教育框架提出了8項科學與工程的實踐和7個跨領域概念（見表2）。這些跨領域概念和科學與工程的實踐是包括化學在內的科學教學所要關注的重要核心概念和方法，它們可以使化學學習與其他科學的學習成為一體。學生可以從中體會概念的科學性與遷移性。

美國新科學教育框架提出的學科核心概念中，與化學教學直接相關的三個核心概念是“物質及其相互作用”、“運動與穩定性”和“能量”。這三個核心概念具有豐富的內涵，因此需要對它們進行進一步的分解，如“物質及其相互作用”可以分解為“物質的結構與性質”、“化學變化”和“核變化”三個概念（見表3）。

由于學生需要通過各個年級不同內容的學習來不斷深化和豐富對核心概念的理解，因此，教師需要以適合于學習者不同認知發展階段的方式來表達對核心概念及分解概念的基本理解。例如，不同學段對“化學變化”概念的基本理解就存在很大的不同（見表4）。

高劍南教授指出中學階段的化學核心知識與學科意識主要體現在以下方面[9]：

（1）世界是物質的，物質是分層次的，化學主要是在原子、分子層次上研究物質；

（2）物質皆由元素組成，元素之間存在相互聯系，目前發現的110種元素有秩序地排列在元素周期表中；

（3）化學反應是化學研究的中心問題，化學反應的實質是舊鍵的斷裂與新鍵的形成，通過化學反應不僅能認識物質，還能合成新物質；

（4）提高物質反應速率是實現化學反應的一個關鍵因素，催化劑通過改變反應途徑來提高反應速率；

（5）結構決定性質，性質體現結構；

（6）任何物質都具有兩面性，關鍵在于人們對物質的用量和使用場合的控制；

（7）客觀看待化學對人類社會和環境造成的負面影響；

（8）化學原理反應客觀規律。

以上八個方面既有化學核心概念，如“結構決定性質”，也有關于化學學科的認識，如“化學主要是在原子、分子層次上研究物質”。

閆云龍提出中學化學的核心概念為原子、分子、離子、電子、質子、中子、原子結構、核素、同素異形體、原子核外電子排布、核外電子的量子化運動、化學鍵、離子鍵、金屬鍵等，并從元素觀與微粒觀等角度給出了對這些核心概念的基本理解[10]。這些基本理解比較全面地概括了中學化學的核心內容，但在分類上存在某種程度的差異。例如，基本理解“微粒構成物質時是按一定的空間取向排列的，微粒在空間的排列結構是微粒之間相互作用平衡的結果”與基本理解“物質的化學結構不僅包括原子、離子在空間的排列次序，還包括元素的原子（或離子）之間的相互作用，特別是它們之間的強烈的相互作用，即化學鍵。這兩者對物質的性質都有一定的影響，但后者對物質性質的影響是主要的”，兩個“基本理解”都在闡述物質的結構與性質，但前者歸為“微粒觀”的基本理解，后者歸為“物質的結構與性質”層面的基本理解。

三、小結

化學核心概念不管是用術語表示，如“物質及其相互作用”，還是用一句或一段話來表述，如“物質的宏觀狀態與特性是由所構成的原子和分子的種類、排列以及運動決定的”，一定是通過科學研究所發現的，是反映事物的本質特性與關系的概念、原理或方法。

“物質都是由很小的微粒構成的”、“在物質發生化學變化的過程中，質量與能量守恒”及“物質的宏觀狀態與特性是由所構成的原子和分子的種類、排列以及運動決定的”等是比較上位的化學核心概念，包含了高層次的抽象，因此需要以適合于學習者不同認知發展階段的方式來表達。我們要依據我國化學課程設置特點與學生認知發展水平來設計不同學段的學生應該掌握的對核心概念的基本理解。此外，我們也要關注跨領域概念和重要的科學方法，在科學的整體視域里開展化學教學。

參考文獻：

[1][8]National Research Council. A Framework for Kˉ12 Science Education： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas[Z]. Washington， D.C.：The National Academies Press， 2011.

[2]中華人民共和國教育部.義務教育生物學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[3][7]溫·哈倫.科學教育的原則和大概念[M].北京：科學普及出版社，2011.

[4][5]艾里克森.概念為本的課程與教學[M].北京：中國輕工業出版社，2003.

[6]周玉芝.以核心概念為統領設計化學教學[J].化學教育，2012（6）：27-29.

[9]高劍南.試論化學學科核心知識與化學學科意識[J].化學教學，2004（6）：1-2.

[10]閆云龍.構建學生化學基本觀念的教學實踐研究——以蘇教版《物質結構與性質》教材為例[D].山東師范大學，2010.

（作者單位：北京教育學院生化環境系）

（責任編輯：孫建輝）endprint