例談化學學科知識的教學理解

汪定用

摘要：對化學學科知識的教學理解是科學素養具體落實在化學課堂的前提基礎。化學學科知識的教學理解包括對知識的本身是什么和具有什么教育價值及教到什么程度的理解。從初中化學的角度，結合具體教學案例，提出形成化學學科知識理解的策略途徑。

關鍵詞：初中化學;科學素養;學科知識;教學理解

文章編號：1008-0546（2019）12-0002-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.12.001

2019年《中共中央國務院關于深化教育教學改革全面提高義務教育質量的意見》中，在“堅持五育并舉，全面發展素質教育”中提出，要充分發揮教師主導作用，引導教師深入理解學科特點、知識結構、思想方法，科學把握學生認知規律，上好每一堂課。以素養為本的教育價值取向的背景下，初中化學教學則需要在啟蒙性和基礎性層次上發展學生科學素養。新時代新要求對初中化學教師提出了新的挑戰，諸如對化學學科知識的教學理解，教學內容的整體把握，教學目標的重新定位以及教學情境、活動與評價的恰當設計等等。

這些挑戰中最為基礎也是最為重要的是對學科知識的教學理解，即知識本身是什么，具有什么教育價值和應教到什么程度等。前者是對知識本體內涵的理解，后兩者是對知識教學內涵的理解。只有對學科知識的本體內涵和學科知識的教學內涵有了準確把握，才有可能有效落實化學學科育人的目標。

一、知識本體內涵的理解

學科知識是學科教學最顯性的內容，對學科知識本體內涵的認識決定了教學的品質。例如，人教社2012版九年級化學教材中“分子和原子”中微粒及微粒性質，教師首先要厘清它是屬于什么性質和什么范疇的知識。對這部分的教學，常見有兩種不良傾向，一是教學中呈現很多生活事例或實驗現象，但是不能引導學生穿透事例或現象去窺見微觀奧秘，教學停留在宏觀事實層面上;另一種傾向是教學中偏重微觀結論的應用，輕視微觀結論的形成，教學卡在結論應用上，這兩種不良傾向的實質在于缺乏對知識本體內涵的把握。“分子和原子”中微粒和微粒性質不是一般性的知識，是人類經歷古希臘的“質點”，中國古代的“端”，近代科學家在科學實驗的基礎上提出的“原子一分子論”到現代科學技術獲得的分子、原子圖像等一系列求索求證歷程而逐漸形成的對世界的認識，它是屬于觀念性的知識。所謂觀念是人們對基本問題概括的、綜合的和總結性的看法或認識，而這個看法或認識，是需要通過教學建構而確信的，不是通過教學告訴或練習鞏固出來的。據此，本課題的教學要在宏觀情境中進入微觀想象，在證據推理中批判性建構模型認知，在宏觀現象的微觀解釋中形成微觀理解，從而初步確立微粒觀念。

對學科知識本體內涵的認識過程其實就是教師對學科和教材深度理解的過程，在實踐中可以從以下兩個角度來進行。

1.在科學史的品讀中理解

科學史是科學知識發展的歷史情境，訴說著知識本體內涵的故事。例如質量守恒定律，其發現過程經歷了古代煉金實踐中人們的定量化傾向，十七世紀醫藥化學家海爾蒙特“柳樹實驗”所建立的一個重要假設，即物質在化學變化過程中既不能被創造、又不能被消滅的樸素唯物論的物質觀，1774年法國化學家拉瓦錫重復普利斯特里氧化汞加熱分解實驗建立了質量守恒定律，20世紀初，精密計量儀器的出現，發現反應前后質量變化小于千分之一，質量守恒定律得以公認等。從以上科學史不難發現質量守恒定律是實驗性定律，是人們在實驗基礎上提出和發展起來的，最后還要經過實驗來檢驗的，是一個充滿著坎坷又極富科學精神的偉大發現，而不是在教學進程背景中學生以為的“既然前面學過化學變化中原子種類和個數不變，所以質量當然守恒”這么簡單（其實，科學原子論觀點在十九世紀才提出）;質量守恒定律還是化學計量性定律，是定量研究化學反應的基礎;質量守恒定律是在面對諸多不等現象中構建的守恒思想模型，是一個應用型定律;質量守恒定律是在化學反應領域中的守恒，而不是核反應領域中的質能守恒，質量守恒定律存在邊界。認識質量守恒定律的這些本體內涵，教學中就可以注入求真的科學精神，就可以讓學生體會守恒是化學方程式計量中的靈魂，就可以讓學生看清變化前后增重或減輕的本質，這些都是濃厚的學科素養。

每一個化學知識都有其來龍去脈，都有一個背景知識，尤其是初中化學中的學科知識，在老師眼里可能很平常，對于學生而言卻是科學思想或方法的啟蒙，教師要了解知識形成的科學史，特別是重要的觀念性概念形成的科學史，以此把握這些知識的本體內涵，給司空見慣的教學注入學科靈魂。

2.在教科書的悟讀中理解

人教社2012版九年級化學教科書第三單元“課題3元素”一節，開篇語為“世界上的萬物是由什么形成的？這是人類自古以來就不斷探索的問題。在人們認識原子和原子的結構之后，對組成萬物的基本物質有了進一步理解”。這一段很簡練的話語道出了元素的兩層涵義，一是組成世界萬物必定有其基本成分，這是人類一直探索的大問題，即元素，元就是“一”，基本之意，這是元素的本義，也是哲學層面的涵義;二是這個最基本的成分是從化學變化中不變的角度來定義的，又因為原子（或離子）是在化學變化中其種屬和個數不變的粒子，所以宏觀元素是從微觀原子的角度來定義的，又因為原子是根據原子核內的質子數來分類的，故“元素是質子數（核電荷數）相同的一類原子的總稱”，這是元素化學定義的由來，也是化學元素的由來。這一段開篇語實際上為抽象的元素教學展現了一個由哲學本義到化學定義的一個認知發展脈絡，為教學中形成“化學變化中元素不變”的觀念起到了一個提綱挈領的作用。

再如在人教社2012版本單元“課題2原子的結構”教材開篇語“原子的體積很小。如果將一個原子跟一個兵乓球相比，就相當于將一個兵乓球跟地球相比。原子之間能夠結合成分子的奧秘，正是人們在研究這小小的原子的結構時才逐步揭示出來的”。這一段話一方面生動地描繪了原子之微，另一方面揭示了原子組成的學科價值，即通過認識原子結構來理解分子中原子的結合力及空間分布等，使微粒知識學習充滿了神秘和好奇，把學生帶人不斷深入的學科領域和認知領域。

其實，不管什么版本的初中化學教材都集學科專家的智慧大成，都是學科知識的經典呈現，特別是在章節標題、開篇語和結語上往往畫龍點睛地揭示了知識的本體內涵，需要教師用初教者和初學者的心來悟讀，為教學注入智慧。

二、知識教學內涵的理解

仍以上述“分子和原子”中微粒及微粒性質的知識為例，在教學視域下，除了認識微粒及性質是觀念性知識以外，還要厘清該知識在學科教學中的價值及其當前的教學定位，這就是知識的教學內涵。對宏觀辨識結果從微觀角度分析解釋，從而實現對物質性質與轉化的本質認識，是化學學科的重要特征。形成宏微結合的學科思維，一方面可以幫助學生對客觀世界有更清晰、更深刻的認識理解;另一方面也是培養學生透過現象看本質、從具體到抽象的思維方式，是化學學科育人的重要體現。可見，微粒及微粒性質的知識在學科教學中具有重要的地位，屬于核心概念的知識。另一方面，微粒及微粒性質的知識是初中化學微觀領域第一課時中的教學內容，是學生形成微粒觀的首次學科啟蒙，所以該知識是進入分子、原子等核心概念的總序，是形成微觀認識之門，從啟蒙性到基礎性是由知識發展到觀念的基本教學定位，不能盲目拔高。

理解知識教學的內涵是由多方面的途徑和綜合性的方法達成。比如對課程標準和教材的解讀，學情和教學資源的分析等，這里側重論及如何在核心素養的視閾中和在學習進階的進程中理解知識的教學內涵。

1.在化學核心素養的視閾中理解

人教版九年級化學第五單元“課題2如何正確書寫化學方程式”，該課題從知識教學的顯性呈現來看是書寫化學方程式的技能教學，但是從科學素養角度來看，蘊含豐富的學科核心素養。一方面化學方程式的涵義包括質和量兩個方面，再加上化學方程式符號本身，化學方程式具有“宏、微、符”三重表征的屬性，是“宏觀辨識與微觀探析”素養層面中的重要內容之一。研究表明，部分學生將化學式、化學方程式寫錯的原因不單純是記憶能力，而是對微觀粒子理解的問題;另一方面化學方程式的書寫技能中包括對具體化學反應中的物質、條件等關于化學反應基本信息的獲取，是建立化學反應認知模型的過程，配平的過程是深刻理解化學反應中質量守恒源于反應中“原子守恒”的過程，是手、腦并用的一場深刻實踐活動，所以化學方程式書寫的教學不是簡單的技能教學，而是科學素養引領下的具有符號思維特點的綜合性化學用語的技能教學。據此教學可以分三個層次展開：一是學生在教師的帶領下循序漸進地認識元素符號、化學式和化學方程式，建立“符號、宏觀、微觀”三大表征系統;二是在師生、生生互相練習的積極氛圍中學習化學方程式書寫，探究類似代數方程兩邊的“原子”符號的等量守恒;三是在真實的化學反應的實驗情境中思考化學方程式書寫，利用化學方程式建立起物質轉化觀及質量守恒觀，以宏微結合的方式促進學生對化學方程式的深刻理解。

高中課程指出化學核心素養包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”。初中課程標準中，包括“科學探究”“身邊的化學物質”“物質構成的奧秘”“物質的化學變化”“化學與社會發展”五個內容主題。這五個內容主題與化學學科核心素養相呼應，例如“身邊的化學物質”和“物質的化學變化”主題涉及的具體物質信息、物質轉化關系、物質變化現象等是宏觀辨識的內容，再如“物質構成的奧秘”主題是微觀探析素養發展的基礎，基于微粒觀構成認識物質變化的本質、解釋物質性質、分析化學現象是宏觀辨識與微觀探析的統一。所以對化學核心素養的內涵及其與初中化學內容主題的關聯性認識，是認識具體學科知識教學內涵的上位理解。

2.在學習進階的進程中理解

核心概念是學科核心知識，對核心概念的教學還要從學習進階的角度來把握其教學內涵。就核心概念而言，學習進階是對不同學段學習同一核心概念時所遵循的連貫的、典型的思維路徑的描述，一般呈現為圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復雜、相互關聯的概念系列。該定義對核心概念的教學“范圍和大小”作出了長程性的要求，即知識學習的延續性、完整性及復雜性的要求，即核心概念應能隨著學習的深入抵達學科觀念、思想和方法的核心要義。

以初中化學中“元素”為例，元素是化學學科的核心概念，化學學科大廈的第一塊基石。就人教社2012版九年級化學教科書編排而言，元素“行進身影”大體為：元素的涵義及存在——元素與物質的組成、物質的分類——元素與化學變化——碳及其氧化物、金屬、酸堿鹽等具體物質及變化中的元素——元素與生活等，具有由專題呈示到分散呈示，由抽象呈現到具體呈現的特點，其背后是不斷豐富著的元素認識發展過程，富有學習進階的意涵。基于這樣的認識，在初中化學學習的最后還可以以“初中化學中的元素”為題，上一堂總復習課，以此作為初中階段“元素”學習的最后進階，也是一學年學習的完美收官，而這堂課的立意在于實現元素知識的系列化和深化元素觀念，并以此升華學生的學科認識和學科情感。

學科知識的教學理解雖然分為本體內涵的理解和教學內涵的理解，但是實際中它們又是關聯和綜合著的，而且這些教學理解是在實踐中不斷深化的，也不斷演化為教師的學科教學智慧。