國內高中化學核心概念研究及啟示

梁弘文，謝桂芳，王秀紅

（1.廈門第一中學，福建 廈門 361003；2.廈門第六中學，福建 廈門 361003；3.東北師范大學化學學院，吉林 長春 130024）

隨著知識經濟時代的來臨，什么知識是最有價值的，如何能讓學生在有限的時間里在不一味增加教科書厚度的前提下習得核心知識，一直是我們不斷思考的一個問題。在科學教育中有關核心概念的研究是一個值得深入探究的視角。

一、化學核心概念的內涵

“核心概念”在我國是個舶來詞，在英文中有多種表述，如“Core Ideas”（核心觀念）、“Core Concepts”（核心概念）、“Major Concept”（主要概念）等。何為“核心概念”？綜合文獻分析，可以看出“核心概念”大致有如下特點：其一，是學科結構的主干部分；其二，具有統整性，可以整合相關概念；其三，經得起檢驗，且具有廣泛的解釋性。如果我們將某一學習領域的知識視為一棵樹，那么核心概念就是樹的主干，而樹枝可以看作基本概念，樹葉可以看作一些零散的知識點。

化學核心概念，是“化學”與“核心概念”的組合，指位于化學這一學科的中心地位的概念。概念、核心、化學三者的特性決定了化學核心概念具有以下特征：（1）抽象性。從“概念”的含義來看，它是對大量生動直觀現象的本質概括，顯示了其本質屬性，具有抽象性。（2）統攝性。從“核心”二字來看，核心意味著位于知識網絡中的各個節點，與上位概念、下位概念均具有關聯，可四周延伸，既可解釋已觀察到的現象，又能預測某些現象。（3）階段性。化學教材的編排一般采取螺旋式，同一概念隨著學習時間的遷移而深化。因此，化學核心概念具有階段性。（4）系統性。綜合來看，任一概念都不是孤立存在的，相互之間都存在著某種關聯，這種聯系不僅限于本學科的，也涵蓋了跨學科的。因此，厘清概念間的聯系可以更好地幫助學生理解和應用概念。[1]

在化學學科中，核心概念居于化學學科的中心，是化學具體知識的凝聚器，概括了眾多化學現象的本質，理解化學核心概念是學生學習其他化學知識的前提。另外，化學核心概念的學習也有助于建構學生頭腦中的化學基本觀念，發展其科學素養與化學學科核心素養。因此，研究化學核心概念具有很大的意義。

但概念的抽象性決定了學生對概念的模糊理解，加之化學學科是一門研究微觀結構的科學學科，亦具有抽象性，這種“雙重的抽象性”更加阻礙了學生對概念的理解。如何更好地進行概念教學就成為值得研究的課題。而本文之所以選擇化學核心概念而非化學概念，一是由于化學概念眾多，二是化學核心概念具有代表性，在化學概念及化學學科中占據著重要地位，三是化學核心概念對理解其他化學概念及知識具有遷移性，有助于建構化學學科的知識體系。

二、國內化學核心概念的研究現狀及啟示

化學核心概念的研究由來已久，通過文獻梳理，認為其研究內容主要涉及化學核心概念的界定和選取、學生對核心概念的理解、學生對核心概念的轉換、基于核心概念的教學設計等四個方面，基于化學核心概念的學習進階研究成為了新的研究熱點。

（一）有關化學核心概念界定和選取的研究及啟示

美國《K-12科學教育框架：實踐、跨學科概念和核心概念》中提出了作為“核心概念”的4項標準，分別為：（1）是多個學科或者某一學科中的關鍵性原理；（2）是理解和解決更為復雜的概念和問題的重要工具；（3）與學生的生活經驗、個人關注點、社會焦點相關；（4）其深度和難度隨年級同步增長。[2]因此，可在不同年級進行不同水平的教與學。具體到我們要研究的化學核心概念，須具備下述兩個條件：（1）重要性。將核心概念的內涵遷移至化學核心概念，其理應是化學學科的核心內容，在化學學科體系中應占據重要地位。（2）相當性。此處所說的“相當”是指概念的抽象水平與學生的認知水平相當，只有如此，學生才能通過概念的學習形成化學基本觀念。

在化學核心概念的界定和選取上，不同的學者有不同的界定標準。例如，國外學者從核心概念的內涵出發來界定和選取化學核心概念，認為“物質及其相互作用”“運動與穩定性”“能量”是和化學有關的三個核心概念。[3]在我國也有研究者通過概念在考試大綱或者課程標準中所出現的頻率統計分析，或選取認知性學習目標中某概念所要求達到的理解及應用水平來確定化學核心概念。例如，胡久華等研究者還對化學核心概念的界定從認知角度進行了討論，認為物質的量、物質分類、氧化還原反應、原電池、化學鍵、化學平衡、鹽類水解等是化學核心概念。[4]

由此可以看出，化學學科領域對核心概念的界定和選取仍未達成一致的標準，已有研究中大都從課程標準、考試大綱的角度出發，卻很少從學習者的角度出發界定和選取核心概念，而我們所說的核心概念在一定程度上卻是學生在具體知識忘記后所剩下的東西。因此，我們認為化學核心概念的界定和選取，理應從三個維度進行分析研究，即教師教的維度、學生學的維度及課程標準（課程專家）的維度。針對不同維度可根據其特點選用合適的研究方法，如教師維度用訪談法、學生維度用問卷法、課程標準維度用文獻法等。

（二）有關化學核心概念理解的研究及啟示

在有關概念理解的研究中，大多是采取問卷調查、訪談或者兩者相結合的方法探查存在于學生頭腦中的迷思概念。早期有關迷思概念的調查問卷皆是采取二段式問卷，即將問卷分為評價學生的具體知識和評價學生對知識的理解。例如，杜玉霞采用二段式測驗與訪談相結合的方法對高一新生頭腦中的化學概念理解情況進行診斷并試圖分析了學生迷思概念產生的原因。[5]喬蕾依據課程標準中對物質結構知識內容的目標要求，借鑒已有問卷對學生的有關物質結構的迷思概念進行了探查，結果顯示自然現象的感覺印象、教師的語言、教材的文字、教材的圖示、學生自身的學習興趣及學習習慣、其他學科知識的干擾、大眾媒體所提供的信息、日常習慣用語等對學生產生迷思概念的影響程度依次降低。[6]

由此可以看出，首先，目前我國對迷思概念的研究大都集中于對學生的調查，對教師關注很少，但教師對概念的錯誤理解在很大程度上影響了學生；其次，選擇題式的問卷效度也是值得懷疑的；再次，大量研究集中于“化學平衡”“物質結構”等核心概念，過于集中；最后，學生對概念的理解大都從中學化學課程標準的角度去評價，很少有研究能站在整個化學學科的角度去衡量。

（三）有關化學核心概念轉換的研究及啟示

面對學生頭腦中存在的迷思概念，研究者也開始關注如何將學生的迷思概念轉換為科學概念。例如，有研究者調查了高一學生在化學概念學習中的一些相異構想，并分析了這些相異構想的特點和形成原因，進而提出概念圖策略、認知沖突策略等來幫助學生形成科學的概念。[7]也有研究者在元認知理論的指導下，通過培養學生積極的元認知體驗和元認知監控能力，從而發展學生元認知知識，實現概念轉變，并通過教學實踐表明了這種策略的可行性。

可見結合學科的特點，善用認知沖突策略來轉變學生迷思概念是一種有效教學方式，值得研究。另外，在研究中大多都是通過理論探討迷思概念的形成原因，基于此提出概念轉換策略，或者是在某一理論指導下提出概念轉換策略。而在提出某概念轉換之后，大多并未對這一策略指導下的轉換效果進行跟蹤分析，且所有的概念轉換策略都是針對學生已出現了迷思概念，而少有提及如何預防學生出現此類常見的迷思概念。

（四）有關化學核心概念教學設計的研究及啟示

基于核心概念具有統攝性、解釋性和蘊含思想方法三大特點，故圍繞核心概念組織教學，既能有效促進學生對知識的結構化建構，又能促進三維目標的融合，是一種經濟有效的教學方式。因此，有研究者提出了以核心概念為中心的教學模式：核心概念為中心的知識體系分析—學習者分析—教學目標預設—教學設計方案編寫—評價試題編寫，這其中以核心概念為中心的知識體系分析是與一般教學模式最大的不同，并以“氧化還原反應概念”“化學鍵概念”以及“原子結構理論”對這一模式進行了說明。趙長宏在教學實踐中以“鹽類的水解”為例，形成了圍繞核心概念的教學設計模式，即“利用情境——引發沖突——提升認知——形成概念——推理驗證——鞏固認知——利用信息——總結規律——遷移知識——探究影響——學以致用——體會價值”[8]等幾個環節。通過核心概念統整課堂教學中的有關概念和事實，能夠使學生的概念學習站位更高。

可見，目前有關概念教學設計的研究中出現了兩種模式：一是從一般到特殊，即先提出某種教學設計的一般模式，而后以某一概念為例來說明；二是從特殊到一般，即以某概念的教學設計為例，總結出概念教學設計的一般模式。另外，在概念教學設計的研究中，無論是涉及某一概念的教學設計還是提出某一設計模式，對所取得的成效的具體表現并未進行細致描述，較為籠統；同時，其可操作性也未得到檢驗。

（五）化學核心概念研究的新趨勢——基于化學核心概念的學習進階研究

迷思概念的研究關注學生對概念的理解，概念轉換關注學生概念的達成結果，在上述研究的基礎上近期概念發展的階段性又成為新的關注點。國外用“學習進階”（LPs）來表征學生對核心概念的理解過程。所謂學習進階，就是指學生在較長的一段時間內對學科的某一核心概念的認知發展逐漸深入、趨于復雜的過程。因此，我國大量學者圍繞核心概念進行了學習進階的研究。例如，有學者在“物質結構”學習領域界定出三個核心概念，并采用了“二段式”調查問卷對學生核心概念的理解水平進行了實證研究；蘇莉虹通過研究“原電池”這一核心概念在課程標準、考試大綱以及不同教材版本中的要求，歸納總結出了整個中學階段有關原電池的四個進階水平[9]。

可見，利用圍繞核心概念的學習進階來指導教學，不僅能幫助學生系統地掌握學科知識體系，也能提高學生解決問題的能力。但在圍繞化學核心概念學習進階的研究中，更多的是橫斷研究，即在同一時期探查不同年級學生對同一概念的理解水平，而縱向研究，即對同一學生在不同時間段對同一概念的理解進行跟蹤調查的則較少。

綜上，我們可以看出，就國內自身有關化學核心概念的研究來看，其在研究內容的深廣度上均有所拓展，在研究方法上也由原來的定性研究逐漸走向定量研究，科學性更強，研究方式上也更加注重實證，可信度更高。但無論是化學核心概念的哪一研究領域，其研究大多只局限于某一單個概念的研究，對于概念間的聯系和概念認知結構的研究還較少，且研究的視角較為單一。例如，對核心概念的理解大多是調查學生的概念理解情況，缺乏從教師視角的系統研究。將國內外有關化學核心概念的研究范圍和研究對象進行對比，國外的研究對象多為大學生及教師，而中學生較少；國內則主要集中在初中、高中，尤其以高中居多；研究范圍國外主要以大學普通化學原理中的化學概念為多，涉及的學科也較多，遍及四大化學的學科領域。但無論是國內還是國外，對于化學核心概念的選取及界定皆是從課程標準、考試大綱的角度出發，而從學習者視角出發的研究還未出現。這些不足，也正是國內有關核心概念研究可以進一步挖掘的。

參考文獻：

[1][9]蘇莉虹.中學化學“原電池”核心概念的進階教學設計研究[D].南昌：江西師范大學，2016.

[2][3]National Research Council.A Framework for K-12 Science Education:Pratices,Crosscutting Concepts,and Core Ideas[M].Washington,D.C.:The National Academies Press,2012.

[4]胡久華，陳欣，支瑤.不同教學處理方式對高中生化學核心概念建構的影響[J].中國教育學刊，2007（7）：61-64.

[5]杜玉霞.新課程背景下高中生化學模糊觀念的探查與成因分析[D].鄭州：河南大學，2010.

[6]喬蕾.延邊地區高中生化學錯誤概念探查及對策研究——以物質結構錯誤概念為例[D].延吉：延邊大學，2011.

[7]林明遠.農村學生化學概念學習中的相異構想的調查研究[D].福州：福建師范大學，2012.

[8]趙長宏.圍繞核心概念進行“鹽類水解”的教學設計及實施[J].北京教育學院學報（自然科學版），2013（2）：29-32.