“結構與性質”學習進階及初高中銜接初探

許志勤

摘要：“結構與性質關聯”觀念是中學化學中重要的核心觀念。分析了中學化學中跟結構與性質有關的核心概念和非核心概念以及它們之間的聯系情況、中學化學中結構與性質知識的分布、中學化學中結構與性質關聯的知識、中學化學中結構與性質知識的學習進階。探查了初三與高一學生的結構與性質學習差異及銜接困難。認為要改善初高中的銜接狀況，必須努力減小初三化學中的學習分化程度。

關鍵詞：結構與性質；化學結構觀；核心概念；學習進階；初高中銜接

文章編號：1005–6629（2017）11–0028–06 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

“結構”與“性質”是化學學科中兩個非常重要和常見的概念。

“結構與性質”看似是并列詞組（并列短語），其實在化學中可能是“結構與性質關系”的省略，也可能是“結構與性質關聯”這個觀念的非正規指代。本文中的“結構與性質”主要是后一種意思，是狹義的。廣義的理解包括結構、性質以及結構與性質的關聯。

1 “結構與性質關聯”是中學化學中重要的核心觀念

觀念是人對于事物或者事物某些方面（問題）的概括性的、總結性的、綜合性的認識（見解、看法），是人在對事物的感性認識基礎上進行分析、抽象、概括、辯證和整合等思考活動的產物。結構問題是近代化學的基本問題之一[1]。

化學物質結構觀是對于化學物質結構基本問題的概括性的、總結性的、綜合性的認識（見解、看法）。只有在正確、合理的化學物質結構觀的指引下，人們才能自覺地開展對物質結構的探索，進而逐步認識物質的結構，認識物質結構與性質的關系，加深對化學反應的物質基礎的認識，進一步認識化學反應的規律性。因此，化學物質結構觀是化學科學觀念的重要組成部分，而“結構與性質關聯”觀念是化學物質結構觀的主要內容，是中學化學中重要的核心觀念。

“結構與性質關聯”觀念的重要性主要在于：觀念常常具有方法論意義[2]?？偨Y有關化學物質微觀結構與其宏觀性質關系的事實資料，人們發現，物質的內部結構決定著它的典型化學反應性能和其他方面許多性能；反過來，通過典型化學反應性能等宏觀性質的研究，能夠勾畫物質微觀結構的輪廓甚至細節。例如，由金剛石和石墨的硬度等性質，可以推測它們的不同的晶體結構。從系統的觀點看，化學物質是由其基本單元相互作用、相互聯系而構成的系統。系統的結構決定著系統的性質和功能，反過來，系統的性質和功能能夠反映其結構。從物質的性質出發，最終可以弄清物質的結構。因此，“結構與性質關聯”也是認識物質結構或性質的一個有效策略，是化學研究實現宏觀與微觀結合的橋梁。即使現在已經能夠用特殊手段獲得某些物質的結構圖像，由于這并不能作出充分和必要的描述和解釋，仍不能撼動物質結構與其性質關聯策略的重要性。

觀念總是跟某些概念聯系在一起，有其核心概念?！敖Y構”與“性質”就是“結構與性質關聯”觀念的核心概念，也是中學化學中重要的核心概念。

所謂結構，從系統科學的角度看，是指系統內部諸要素的組織形態，包括諸要素及其組織方式。化學中的結構則是指化學實體內部各構成要素以及各構成要素相互間的結合與構造方式[3]。

所謂性質，有人把它界定為“事物具有的特質”或者“一種事物區別于其他事物的根本屬性”。其實，具體的某個性質并不一定是哪個事物“特”有、其他事物不具有的，也不一定是“根本”的；而且，上述界定沒有說清楚“質”、“性”的含義，有循環定義之嫌。我們認為，性質是一事物跟其他事物的相互作用在人腦中的反映，或者說，是人對一事物跟其他事物相互作用的一種認知，它為事物所有，常能決定事物的歸屬，故可以解釋為事物的屬性。這個界定不是太通俗，但比較準確一些。

2 中學化學中結構與性質知識的分布

中學化學中跟結構與性質有關的核心概念和非核心概念以及它們之間的聯系情況如圖1所示。

具體知識的分布情況如表1所示。表1是根據現行課程標準[4，5]中規定的有關化學物質結構內容制作的，表中分別列出了課程標準規定的在初中化學階段、高中化學必修階段和高中化學選修階段物質結構教學內容，以及在化學學科核心素養的基本組成（即基本觀念及核心概念、關鍵能力、重要品格等）方面的分布情況，其中特別列出了結構與性質關聯方面的內容以及整體目標方面的內容（楷體字為“活動與探究建議”內容）。

由表1可見：

課程標準規定的結構與性質知識大體上是適宜的，只是現在看來，關于“重要品質”方面明確規定的內容少了一點。

初中化學只涉及物質微粒觀，由于有關的知識技能較少、較淺，還不足以形成對物質結構最低程度的全面認識，物質微粒觀的教學要求相應較低，在課程目標中只要求初步認識物質的微觀構成。

高中化學必修部分涉及物質結構的基本觀念和拓展觀念，已經可以初步、概略地認識物質結構，但課程標準中沒有具體要求?？赡苁怯捎谟嘘P物質結構知識技能內容還是不太豐富，物質微粒觀的教學要求仍屬較低，在必修部分課程目標只要求初步認識物質的微觀結構，跟初中階段要求相似。

高中化學選修部分（《物質結構與性質》模塊）中，跟物質結構本體觀念相應的知識（物質結構價值、方法等），跟物質結構基本觀念相應的知識（結構微粒及其相互作用、空間結構等），跟物質結構拓展觀念相應的知識（結構與物質狀態、性質關系等）大幅增加，比較豐富，特別是還提出了不少應用性問題和活動任務，不但使有關的物質結構觀念的形成有了可能，也很有必要。為了促進物質結構知識、技能和觀念的學習，還注意了學習興趣和科學態度的養育。

3 中學化學中“結構與性質關聯”的知識

在中學化學中，關于“結構與性質關聯”的具體內容大體上包括：endprint

（1）原子結構與元素或單質性質的關系，例如：

根據原子結構初步解釋或推測、比較元素及其化合物的金屬性或非金屬性、氧化性或還原性等重要性質；

原子結構與元素周期律的關系；

元素的電離能、電負性跟元素性質的關系。

（2）分子結構（化學鍵）與化合物性質的關系，例如：

根據化學鍵（包括鍵能、鍵長、鍵角等）和分子間作用力初步解釋或推測、比較物質的相應性質；

化學鍵的斷裂和形成跟化學反應中能量變化的關系。

（3）晶體結構與物質性質的關系，例如：

根據金屬鍵初步解釋或推測、比較金屬的物理性質；

根據晶體類型初步解釋或推測、比較晶體的性質；

根據晶格能初步解釋或推測、比較物質的相應性質；

分子間作用力對物質的狀態等方面的影響。

（4）有機化合物的組成、結構和性質的關系，例如：

有機物分子中的官能團跟有機物性質的關系；

根據有機分子中基團之間存在相互影響初步解釋或推測、比較物質的相應性質；

物質的組成、結構和性質的關系；

根據結構預測其化學性質。

4 中學化學中“結構與性質”知識的學習進階

20世紀50年代之前，“學習進階”這個名詞曾在我國廣被使用，不過當時似無明確的定義。近幾年來，“學習進階”在我國開始有重新流行之勢，弄清什么是學習進階，明確其界定是有實際意義的。

我們認為，“學習進階”寓意著學習應該按照一些規律一步一步地進行，它應該遵循的規律主要有3個方面：

（1）學生身心發展規律，包括認知和思維發展規律、情感意志發展規律、行為發展規律，特別是核心素養發展規律；

（2）學習內容內在的邏輯和發展規律；

（3）學生思維和學習的個性特點以及發展的個體差異和需要。

學習進階符合了這些規律，就能夠使學習一步一步地實現由少到多、由淺入深、由簡單到復雜、由低層次到高層次連貫地前進，有效地進行。

抓學習進階，首先要抓好核心概念的學習進階，因為核心概念是思維的基礎和起點，能拓展形成學習內容的基本框架。抓好核心概念的進階，就能進一步派生其他概念，進行判斷、推理得到各種命題、推理等結果。

對于“結構與性質”來說，其一般學習進階主線應為（見圖2）：

制訂學習進階，并非意味著學習必須按照統一、僵化、一成不變的程序學習。教師對教學內容的認識理解不同、學情的變化以及教師風格的差異，可以使學習進階在一定程度上呈現多樣化色彩。

5 初三與高一學生的學習差異與銜接困難

一般說來，課程標準設計教學內容時，已經對學習內容的邏輯關系作了比較充分的考慮，也注意了學生多方面的發展規律，教科書的編寫也是如此。按照上述進階主線，引導學生逐步掌握表1和圖1內容，基本上可以減少學生的銜接困難，減小學習差異。因此，進行教學設計及實施時，應該在這個基礎上把調整學習進階的關注重點放在學生學習和個性的差異及其需要方面。

為了解學生學習和個性的差異，我們對初三、高一學生“結構與性質”核心概念學習水平進行了探查。

5.1 研究工具與對象

筆者采用自編化學核心概念測試卷對初三和高一學生進行化學核心概念學習水平測試。測試卷以初三化學與高中化學都有的內容為測試題材，包括判斷題和主觀題兩種題型。判斷題要求學生判斷命題是否正確；主觀題要求學生在一定的情境中運用“結構與性質”核心概念解決問題。

測試樣本為江蘇4所中學397名學生，分布情況如表2所示。測試回收有效卷397份。

5.2 研究方法與過程

以班級為單位進行整體測試，測試時間為2017年4月，學生完成測試時間40分鐘。測試后用統計軟件SPSS17.0對調查結果進行分析，從不同角度進行分析討論。

5.3 研究結果與討論

5.3.1 初三、高一學生“結構與性質”核心概念學習存在差異

以“結構與性質”測試總分為變量、年級作為影響因子，用SPSS17.0作單因素方差分析，得到輸出（見表3）。

由0.042<0.05可見，初三、高一學生“結構與性質”的學習差異達到了顯著水平。

5.3.2 初三、高一學生“結構與性質”核心概念學習水平整體分析

對初三、高一學生核心概念“結構與性質”的學習水平進行了對比分析可得到圖3和表4。

通過初、高中化學核心概念學習水平的對比分析，我們發現：

（1）樣本測試結果大體上呈正態分布。

（2）初三被試學生“結構與性質”問題解決的得分率為48.2%，高一被試學生的得分率為57.3%，他們的“結構與性質”核心概念學習水平整體處于中等水平。

（3）學生“結構與性質”核心概念學習水平從初中到高中呈發展上升的趨勢。從表4我們可以看出，無論是判斷題還是主觀題，高一學生“結構與性質”核心概念的最低分、最高分和平均得分均高于初三學生的得分，且存在統計意義的顯著性差異；初三被試學生“結構與性質”核心概念得分的標準差大于高一被試學生的得分標準差，說明“結構與性質”核心概念學習水平初三被試學生間的差異大于高一被試學生間的差異（前述方差分析結果中，組內平方和占比達到2260.101/2283.975=98.95%，也印證了這個情況）。如果初三學生間的差異過大，將會影響初、高中教學的銜接。要改善初高中的銜接狀況，必須努力減小初三化學中的學習分化程度。endprint

（4）表4表明，學生的“結構與性質”核心概念判斷題的得分率較高，統計時發現所有被試對判斷題作答無一放棄，而主觀題有不少被試放棄作答。這表明對化學核心概念水平測試，學生更愿意完成判斷、選擇類試題。一方面這類試題答題往往只需要用符號表示，比較簡便；另一方面判斷、選擇類試題具有一定的可猜測性。因此，在對學生進行化學核心概念學習程度測試時，主觀題更能反映學生的真實水平。對學生化學核心概念學習水平的測試應更多地采用主觀題進行測試。

5.3.3 初三、高一學生“結構與性質”核心概念學習水平的差異分析

初三和高一被試學生在“結構與性質”核心概念測試的客觀判斷題的解答上存在差異。表5給出了高一被試學生和初三被試學生“結構與性質”核心概念判斷題的得分比較。

從表5中可以看出：

第9題要求根據結構示意圖對8種微粒作出判斷、分類并寫出化學符號，看起來難度不太大，該題正確率較低，表明大多數初、高中學生對此都不太熟練。

第10-3題初、高中學生正確率都較低，表明不少學生對原子結構示意圖以及核反應過程圖示的認知存在較大困難，這方面的教學有待改進、加強。

由第6-1和3-4的得分情況看，一部分學生對化學變化中原子、分子成鍵性質的規律及其實際應用不太熟悉。

從整體看，各題得分率都不太高（只有第10-1題高中生得分率達到93%，其余均低于90%）。初三和高一被試學生在“結構與性質”核心概念的學習未達到優秀水平。這些問題會造成初、高中化學在“結構與性質”學習銜接和進一步學習的困難，需要關注，深入探查原因并采取有效應對措施。限于篇幅，我們將另文予以討論。

參考文獻：

[1]張嘉同.化學哲學[M].南昌：江西教育出版社，1994：35～42，257，58，124～140.

[2]吳俊明，吳敏.為什么要關注科學觀念[J].化學教學，2014，（4）：3.

[3]吳俊明，吳敏.芻議化學物質結構觀的內涵與形成[J].化學教學，2014，（11）：9.

[4]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2011.

[5]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003.endprint