基于學科能力發展的人教版初中化學教材簡析

沈莉萍

摘要：從學科能力發展的角度剖析人教版初中化學教材內容的編排情況，人教版教材在內容編排上注重學生實驗能力的螺旋提升、學科思維的逐步養成、分類學習的方法指導。當代教師備課應從整體上把握教材，制定高瞻遠矚的教學目標。

關鍵詞：教材結構;學科能力;分類學習

文章編號：1008-0546（2021）04-0087-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.04.022

教材的編排，由教學內容的知識結構、技能結構、能力結構和科學過程結構經過科學地排列、整合之后構成。教科書體系結構體現著多層次的綜合因素，如課程理念、知識的邏輯關系、教學規律、學生認知規律等。它是一個立體的、相互交織的、井然有序的網絡。通過對這個網絡的學習，使學生的科學理解力逐步加深，各方面能力也同步增強[1]。但是，初中化學相較于數學、物理學科，留給學生的總體印象是知識零散缺乏系統性、半經驗規律多且普適應性差。這樣的錯覺既受制于學生對化學有限的認知水平，也與教師碎片化的教學觀念有關[2]。因此，教師的“學科理解”直接影響了教師的教學目標和教學思路。扭轉這一局面在客觀上需要教師對教材編排中顯現的學科特點把握好，通過對教材的分析，構建較為科學的、具有代表性的思維模型，并將教材所體現的科學性和邏輯性運用到教學實踐中，推動學生從化學學科知識入手，最終形成化學學科能力。

根據《義務教育課程標準》，人教版初中化學教材的編排從典型的物質出發，研究其組成與結構、性質與用途，體會化學與社會發展的關系，有助于學生形成化學特有的學科能力，包括實驗能力、符號表征能力、模型思維能力、定量化能力。

一、教材的編排有助于學生實驗能力的螺旋上升

實驗能力包括對實驗現象的觀察能力、描述與記錄能力、分析與思考能力、對實驗方案的設計和評價能力。

1.觀察

人教版初中《化學》第一單元是“走進化學世界”，學習研究化學的最基本最重要的方法——實驗，為學生奠定科學探究的基本意識和手段。觀察能力非化學學科特殊能力，屬于一般能力，學生普遍具有及存在于各種認知活動中。但是化學學科中的觀察在內容、時間、方法等方面又有其特定性，所以教材首先從觀察人手，在課題1中通過對水的蒸發、膽礬溶解、石灰石和稀鹽酸反應等實驗現象的觀察活動，并且明確要觀察的內容包括實驗前后物質的顏色、狀態、氣味等的變化。

2.描述記錄

課題2中通過對蠟燭及其燃燒、吸人空氣和呼出氣體的探究，學習科學探究的一般方法，體會科學探究的重要環節。指導學生關注物質的性質、變化及變化過程和對結果的解釋討論，以此來練習對物質和變化的觀察方法，同時學會描述記錄所觀察到的實驗現象，對學生的能力要求進了一步。在第二單元研究空氣的組成時，教材用表格的形式從顏色、狀態、氣味、密度、熔沸點、溶解性幾個角度編排了對氮氣物理性質的描述，從單一的某個性質描述上升到從一定角度來描述物質的性質，對學生今后學習描述其他物質的物理性質有思路方法的引領和示范。

3.分析與思考

在化學實驗與探究的過程中，既需要分析和解決發現的化學問題，也要善于從實驗探究的過程中接受、吸收、整合化學信息。在探究空氣和人體呼出氣體的成分時，教材將氧氣和二氧化碳的相關性質以參考資料的形式給出，讓學生閱讀認識、選擇使用、分析異同。通過燃著的木條和澄清石灰水分別在空氣和呼出氣體中呈現的不同現象，來說明氧氣和二氧化碳在空氣和呼出氣體中含量的不同。在探究空氣的組成實驗中，將拉瓦錫的經典實驗和實驗室用紅磷燃燒來測定空氣中氧氣含量的實驗放在一起，教材雖沒有明顯要求學生對比的文字，但是在前面一單元的鋪墊下，這樣的編排很容易引起學生的自覺比較，進而嘗試評價。

4.設計與評價

實驗的設計和評價能力是學生高階思維形成的必備能力。教材編排了很多實驗探究活動來不斷提升學生的實驗觀察、描述、分析、評價能力（圖1）。在不同的實驗情境中反復運用后，學生具備了一定的實驗能力，于是教材在第九單元溶解時吸熱和放熱現象的探究中，不再是設計好現成的實驗方案，而是提供一定的儀器和藥品讓學生自己設計方案，畫出實驗裝置圖，記錄實驗現象以及分析得出結論，讓學生自主完成一個相對比較完整的實驗探究過程。這不僅要求學生會設計實驗，而且在實驗過中要注意觀察、描述、解釋現象及得出科學的結論，對學生的實驗能力提出了更高的要求。學生自主設計實驗，常常會出現不同的設計方案，這就涉及到方案的評價和優化，是學生高階思維的體現，也是對學生創新能力的培養。

二、教材的編排致力于學生思維能力的穩步形成

1.“宏—微—符”思維模型的形成

提升思維能力、培育思維品質是課堂教學的重要目標。人教版初中化學教材第三單元介紹物質構成的奧秘，打開了微觀世界的大門。教材設置了品紅擴散的實驗及氨分子運動的探究實驗，讓學生利用已有的對分子和原子的初步認識來討論微粒的性質，并嘗試用微粒的性質來解釋宏觀的現象，讓學生學會用化學的視角，即從宏觀和微觀兩個角度，來看待物質。有了宏微角度意識后，通過對水的組成的認識，引入水的化學符號表示——H2O，激發學生對其他物質組成的符號表示欲望，即化學式，建立宏觀與微觀的橋梁，這是完成了對物質的符號表征。教材通過具體的學習活動建構了一種從“宏—微—符”三個角度學習物質的認知模型，是學科思維的初建（圖2）。這個認知模型具有實際操作意義，可以應用在后面對更多物質的學習，通過多次這樣的模型認知，學生可以達到自覺利用宏微觀聯系的視角研究物質及其變化，進而變成自己的思維習慣。緊接著讓學生應用這個認知模型來學習化學變化，探究化學變化中分子改變，原子不變的微觀本質，接著架起宏觀與微觀的橋梁——化學方程式，也就是化學變化的符號表征。后面介紹的碳和碳的氧化物、溶液等，都有從物質的微觀結構的異同來解釋宏觀現象或性質的異同，是對“宏一微一符”三重表征這一學科思維的升華。在教學中建立有效的思維模型，可以將看似形散的知識點放在思維模型中，讓學生學起來神不散，凸顯化學的學科素養和學科價值。

2.“變與不變”觀念的形成

在微觀世界的探索中，學生通過水蒸發的事實了解物理變化中分子不變，然后對比化學變化中分子的變化。為此，教材舉了很多前面學過的化學變化來說明，如過氧化氫分解制氧氣時過氧化氫分子變成了水分子和氧分子等，學生形成化學變化中分子改變的認識。利用這一認識對氫氣與氯氣反應生成氯化氫的微觀示意圖進行微觀解讀，分析在此過程中的變和不變，形成化學變化中分子改變與原子不變的認識。在學習了元素的概念后，將化學變化中元素不變加入其中，擴充了變與不變的內容（圖2）。此時學生對“變與不變”還只是停留在認識的層面上，在后續質量守恒定律及化學方程式的配平的學習中，將這種認識反復激活使用，最終促成觀念的建立。

3.從定性到定量的能力升華

當學生形成了符號表征能力、變與不變的觀念時，就具備了從物質的組成、結構、變化中找到相關“量”的理論基礎（圖2）。如化學式可以表示宏觀物質的組成和微觀分子的構成，所以宏觀物質的質量就等于組成該物質的所有元素質量之和，微觀分子的相對分子質量就等于構成該分子的所有原子的相對原子質量之和。基于化學概念或化學符號中所蘊含的數量關系進行計算，是化學“定量化能力學習進程的第1水平。化學方程式不僅可以表示參加反應的宏觀物質種類、質量的變化，還可以表示微觀分子種類和相對質量的變化，運用化學計量數與相對分子質量的乘積等于參與反應的物質實際質量之比的關系做簡單的運算，這是的是化學“定量化”能力學習進程的第2水平。運用質量守恒定律，可以對未知物質組成、元素的質量等做簡單的推理和計算，這是化學“定量化”能力學習進程的第3水平。此階段的學生具備了解決復雜的綜合性較強的計算的能力基礎，也就是可以用化學的定量思維觀念進行運算，這是化學學科“定量化”能力的最高水平。

三、教材的編排有利于學生認知網絡的分類構建

1.從“個”到“類”的編排

心理學研究表明：初中階段是個體從機械記憶向理解記憶轉變時期，隨著抽象邏輯記憶能力的提高和知識經驗的不斷豐富，能較好地利用各方面的知識來加強對抽象材料的理解，但需要一定的直觀形象或經驗的支持[3]。化學知識表面上看似繁、雜、細、散，邏輯性較差，找不到一條能統攝的思路和方法來記憶和學習[4]。實則，教材在編排時素材內容之間是有一定的邏輯順序的，教材按照從學生熟悉的個別物質的組成、性質、用途出發，將研究方法和思路滲透其中。如教材首先編排了對空氣和水的認識，這都是對個別物質的學習。而從第六單元碳和碳的氧化物開始，不再是單一的物質，而是對一類物質進行學習，學習碳單質和碳的氧化物的結構、性質、用途，第八單元金屬與金屬材料也是對金屬這一類物質進行學習。酸和堿的學習是以“類”學習的集中體現，因為酸的組成有共同點——都含有H+，從而具有相似的化學性質，即酸的通性，堿也是同樣如此（圖3）。從“個”到“類”的編排，使知識呈現一定的梯度，這樣循序漸進的梯度符合維果茨基的最近發展區理論，使學生不斷達到潛在的發展水平，并借助教師的幫助創造新的發展區。這樣的編排除了讓學生學會用分類的方法來構建知識網絡外，更是一種開放式編排，在學生構建的知識網絡外，保留了更多學習和創造的可能性。

2.結合學生認知順序的編排

除了分類學習外，研究物質的思路和方法也存在一定的邏輯關系。教材介紹空氣時，按照空氣的組成—氧氣的性質—氧氣的制取—氧氣的用途順序來編排;介紹了自然界的水時，也是按照同樣的思路來編排的：自然界的水一水的凈化一水的組成。學生對空氣和自然界的水及它們的組成有一定的認識，知道自然界的物質屬于混合物，也能大概說出混合物的組成，在此基礎上去討論混合物中某成分的提純、制備，再從提純或者制備好的純凈物出發，研究其組成和結構、性質和用途，這既是知識本身的邏輯順序，也符合學生的認知順序。第八單元金屬與金屬材料也是對金屬這一類物質進行學習，同樣也是按照類似的邏輯關系：礦石—組成—冶煉—性質—用途。但是教材在內容編排上做了調整，不是直接從自然界的礦石人手，而是先從身邊使用的金屬材料出發，也就是從生活中的用途反映性質，利用金屬的性質解釋金屬礦物在自然界的存在形式，進而討論冶煉的方法，最后再基于金屬的性質探討金屬資源的保護，是這樣一個過程：用途—性質—礦石—組成—冶煉—性質—保護。這也是充分尊重學生的學情，因為學生對金屬礦石比較陌生，生活中較難接觸到，而金屬材料卻無處不在，學生更為熟悉，體現從生活走向化學，同時突出了金屬性質的重要性，應用金屬的性質解決冶煉和防護問題。這兩種知識的編排順序最終的目標是讓學生能夠接受并理解，都是將學生的認知順序放在了中心位置來建構新的知識體系。人教版初中化學教材在編排時充分考慮了學生學習知識、技能的認識規律，體現了知識的邏輯順序和學生的認知順序的一致性，這有利于學生構建符合自己認知特點的知識網絡，加深對學科知識的網絡化記憶和理解。

教學是個復雜系統，每節課、每個單元、每個學期既有各自目標，又相互影響相互制約，它們之間構成一個有機整體[5]。只有充分理解教材內容結構與學科能力之間關系，才能提高課程實施和教學評價能力，才能有效開展教學研究與改進工作。

參考文獻

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[3]方彎彎，程萍.中學化學教材中化學方程式內容的編排分析[J].北學教育，2019（13）：10-15

[4]魏宜貿.論基于學科思維邏輯建構的中學化學教學[J].中學化學教學參考，2019（1）：7-14

[5]邵朝友，韓文杰，張雨強.試論以大觀念為中心的單元設計——基于兩種單元設計思路的考察[J].全球教育展望，2019（6）：74-83