高中化學新教材中鋁和硅元素的知識編排及教學邏輯

葉躍娟　林海斌

摘要：《普通高中化學課程標準（2017年版）》將鋁、硅元素及其化合物的知識納入元素周期表和元素周期律學習中，而從3套新教材相關知識的梳理中發(fā)現(xiàn)，鋁、硅元素及其化合物的知識或集中或分散地分布于教材中，其知識仍然相對完整。從知識的內涵和價值視角分析課程標準提出的化學學科核心素養(yǎng)問的內在聯(lián)系，在具體物質的學習中將知識的價值體現(xiàn)為認知價值、學科價值和社會價值。

關鍵詞：新教材;鋁;硅;化學學科核心素養(yǎng)

文章編號：1005-6629（2021）04-0087-06 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1梳理新教材：鋁、硅知識的教材比較

《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《新課標》）課程內容要求涉及鋁和硅的表述僅僅是“以第三周期的鈉、鎂、鋁、硅、硫、氯為例了解同周期元素性質的遞變規(guī)律”及“學生必做實驗：同周期元素性質的遞變”。鋁、硅元素及其化合物知識是否會淡出我們的“視線”而“引退”呢？為此，筆者對人教版、魯科版、蘇教版新教材中的相關知識進行了梳理（表1～表3）。

1.1元素周期表（律）中的鋁與硅

3套新教材中采用的實驗方案和相關表述大同小異，且均將鋁、硅的相關知識列入元素周期表（律）的學習中（見表1），這既是《新課標》的要求，實質上又是由于鋁、硅作為第3周期ⅢA族、ⅣA族的特殊位置，而使其成為元素周期表和元素周期律學習中無法回避的知識。

1.2其他章節(jié)中的鋁

魯科版教材基本上將鋁的知識融入元素周期表的學習中，在其他章節(jié)中出現(xiàn)的頻率相對較低;而人教版和蘇教版則在“金屬材料”和“自然資源的開發(fā)和利用”等章節(jié)中廣泛涉及鋁和氧化鋁的性質、鋁的鈍化、鋁熱反應、鋁的冶煉、鋁合金等知識（見表2）。由此可見，鋁的知識在人教版、蘇教版教材中呈現(xiàn)分散分布，作為中學階段鋁及其化合物的相關知識還是相對完整的。

1.3其他章節(jié)中的硅

魯科版教材將硅的知識集中安排在“元素周期表的應用”中的“預測硅元素及其化合物的性質”并介紹硅及其化合物在非金屬材料中的地位和應用。人教版則在單列的“無機非金屬材料”中學習相關知識。蘇教版則在“金屬材料的性能及應用”學習中緊接“無機非金屬材料”中作介紹和拓展（見表3）。

由上述教材相關內容對比可以發(fā)現(xiàn)，鋁、硅的知識并未“引退”，而是或分散或集中地“隱居”于“元素周期表（律）”“金屬材料”“無機非金屬材料”等章節(jié)中，且其知識點也是相對完整的，只是內容表述較為簡潔，有些知識在呈現(xiàn)形式上出現(xiàn)在諸如“身邊的化學”“拓展視野”等欄目中，意味著這些知識在教與學的要求上需要作出適當?shù)恼{整。

2領會新課標：核心素養(yǎng)的內在邏輯

《新課標》從化學學科育人價值的視角提出了“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”“科學態(tài)度與社會責任”等5個方面的化學學科核心素養(yǎng)，明確了化學知識學習的內在價值，為深化化學學科課程改革指明了方向：化學教育應著力于培養(yǎng)學生逐步形成正確價值觀、必備品格和關鍵能力;同時《新課標》明確了化學學科的特征：從微觀層次認識物質、以符號形式描述物質、在不同層面創(chuàng)造物質;也為化學學習和化學教學的實踐指明了路線：認識物質、描述物質和創(chuàng)造物質應該成為化學學習的核心活動?；瘜W學習的內在價值源白化學知識的價值內涵。化學知識的價值內涵事實上回答了“化學學什么”“化學怎么學”“為什么學化學”這3個歷久彌新的化學學科教學追問（見表4）。

2.1知識的內容：化學學什么

化學學科的核心是創(chuàng)造物質，這是化學區(qū)別于所有其他科學的特色，認識物質是創(chuàng)造物質的前提，表征物質則是為了傳播對物質的認識，從而讓學習和研究化學的人一道創(chuàng)造物質，造福人類。因此，化學學習的對象是分子層次的物質，核心是物質的變化（合成），重點是物質的結構、性質及用途，這正是“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”這一化學學科核心素養(yǎng)所闡釋的“物質”與“變化”，即化學知識的內容所在：研究對象——物質，研究內容——變化，研究視角——宏觀與微觀，概念與原理——變化與平衡，體現(xiàn)的是化學學科的學科價值，重在“知”。

2.2知識的形式：化學怎么學

要認識物質、表征物質、創(chuàng)造物質，就需要有研究物質的具體方法，“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認知”“變化觀念與平衡思想”“科學探究與創(chuàng)新意識”這4個方面的化學學科核心素養(yǎng)正是化學學習的認識方式（認識視角）、思維方式（思想方法）、實踐方式（形式），即化學知識的形式所在：思維方法、研究方法、檢驗方法、表達方式等，體現(xiàn)的是化學學科在認識、表征、創(chuàng)造物質過程中的認知價值，重在“行”。

2.3知識的價值：為什么學化學

《新課標》明確指出：化學不僅與經(jīng)濟發(fā)展、社會文明關系密切，也是材料科學、生命科學、環(huán)境科學、能源科學和信息科學等現(xiàn)代科學技術的重要基礎，在促進人類文明可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著日益重要的作用，是揭示元素到生命奧秘的核心力量?？梢姡瘜W學科的意義正是在回答“我們在哪里我們到哪里去”“我們從哪里來”這三大終極問題。“科學態(tài)度與社會責任”這一核心素養(yǎng)正是體現(xiàn)化學學科的社會價值，這也是化學知識的旨趣所在：價值取向和目標追求，重在“心”。

可見，化學學科核心素養(yǎng)是具有內在聯(lián)系的知識的內容、形式、旨趣構成的統(tǒng)一整體（見圖1），從知識的價值導向的視角重新審視高中化學新教材中鋁和硅元素的知識編排，可以發(fā)現(xiàn)其中的內在邏輯（見圖2）。

從知識的內容（學科價值）來看，鋁和硅元素的知識隸屬于元素化合物知識，以研究單質、氧化物或氫化物、酸或堿及其鹽的性質為重點，這是構成元素化合物知識的基本內容;從知識的形式（認知價值）來看，研究物質性質所使用的實驗等方法、建構元素及其化合物的聯(lián)系與轉化形式、用Al（OH）₃和H₂SiO₃及其他元素最高價氧化物對應水化物的酸堿性認識元素性質遞變規(guī)律等，這正是認識由單一到多元、由獨立到聯(lián)系、由零碎到系統(tǒng)的逐步提升的過程;從知識的旨趣（社會價值）來看，鋁和硅元素所涉及的主要領域是材料，從古老的磚瓦、陶瓷到現(xiàn)代的水泥、玻璃、鋁合金，乃至新興的信息材料光導纖維和半導體材料等，由此反觀鋁和硅元素知識的學習價值，聯(lián)系鋁和硅元素在地殼中的含量，更能體會鋁和硅元素研究的廣闊前景。

3實踐新課程：價值導向的知識學習

化學課堂是實踐化學學科核心素養(yǎng)的主陣地。在領會《新課標》的基礎上重新梳理教材編排邏輯，融入化學學科認識物質的視角和方法，讓化學課堂煥發(fā)應有的精彩，發(fā)揮化學課程應有的育人價值。

3.1教材細節(jié)展示認知價值

魯科版教材“元素周期表的應用”一節(jié)中先“認識同周期元素性質的遞變規(guī)律”再“研究同主族元素的性質”，在此基礎上“預測元素及其化合物的性質”，將硅及其化合物的化學性質的學習巧妙地融入元素周期表和周期律的學習中：由元素的原子結構特點及在周期表中的位置預測元素的性質，從物質的類別、元素的化合價及在周期表中的位置等角度認識有關物質的化學性質。其中展示了“實踐-認識-再實踐”的認識發(fā)展規(guī)律，即在研究同周期、同主族元素性質的實踐中形成新的認識（元素周期律、元素周期表），再利用新認識和新工具在實踐（預測新元素和新物質）中檢驗與改進認識，同時也不乏化學研究的認識視角（物質類別和化合價等）和認識方法（類比推理和演繹推理）。由此可見，教材設計者早已將化學學科特有的認知方式和人類認識世界的一般方法融入到化學知識的學習中。

3.2特殊位置蘊含學科價值

作為元素周期表第3周期ⅢA和ⅣA族的鋁和硅，處于金屬與非金屬元素的分界線上，通性（一般性質）和個性（特殊性）并存。學習通性時，可以由金屬或非金屬的一般性質演繹得出，其結論往往是比較可靠的。但每一種物質總是有自己的個性，此時往往需要根據(jù)物質與物質之間的某些相似性，由已知物質的某些性質預測陌生物質也可能具有的某些相似的性質，即便這種類比的結論往往是不可靠的，但至少可為研究陌生物質開辟了新的視角（見表5）。

3.3豐富儲量預示社會價值

硅元素和鋁元素在地殼中的含量僅次于氧元素，其開發(fā)和利用的潛能可想而知。

由表6可知，近40年來鋁產(chǎn)量增速顯著超過鋼鐵，生活中很多鐵制品也被鋁制品所取代。正如人教版新教材中描述的“半導體器件的研制正是開始于鍺，后來發(fā)展到研制與它同族的硅”，是因為硅的儲量遠比鍺來得豐富，其利用和研究的價值得以充分體現(xiàn)。

反觀中學階段化學學習中的研究對象（物質）：水、氧氣、氫氣、二氧化碳、酸堿鹽、有機物……可以發(fā)現(xiàn)，我們很長一段時間都是圍繞著“水和空氣”做研究，這不由讓筆者有很多聯(lián)想：大需之物，平淡之性，中和之質。水、空氣和陽光是維持生命的大需之物，它們的平淡之性是在生命體生存演化中逐漸形成的，也是由于各具特性的諸多成分“中和”而使其整體性地歸于平淡。當今欲求綠色之發(fā)展、安定和諧之社會，必當戒浮躁之心，育中和之質，養(yǎng)平淡之氣。

3.4化學學習彰顯知識價值

中學化學學習的價值在于統(tǒng)整認知價值、學科價值和社會價值，從而實現(xiàn)“知行心”的統(tǒng)一。若將中學階段關于鋁單質的性質和用途進行梳理，以價值導向的視角構建相應的學習流程（見圖3），設計相應的學習任務或活動（見表7），則能幫助學生在學習中體驗知識蘊含的豐富價值。