以觀念建構為本的初中化學概念圖教學

鄭逸清

（上海市江灣初級中學 上海 200434）

《義務教育化學課程標準（2022 年版）》強調將學科素養培育作為課程標準的核心內容。其中，化學觀念作為最具化學學科本質屬性的核心素養，扮演著至關重要的角色。它涵蓋了認識物質及其變化的基礎，以及解決實際問題的能力。[1]化學觀念素養的提出，標志著化學教學的目標已經從單純的知識獲取轉變為實現知識認知功能。這一轉變的實現，依賴于我們對學生核心素養的培育和提升。通過強化化學觀念的教育，我們希望幫助學生建立正確的化學觀念，理解化學的本質，掌握科學的研究方法，從而在實踐中運用所學知識解決實際問題。

新課標的實施，旨在提高學生的化學素養，使他們能夠更好地理解和應用化學知識，形成獨立思考和解決問題的能力。這不僅有助于學生在學業上取得成功，還能夠為他們未來的職業生涯和社會生活奠定堅實的基礎。因此，化學教師在教學中需要注重培育學生的化學觀念素養，以實現課程的教育價值最大化。

一、 研究問題

如何引導學生形成化學觀念一直是初中化學教師面臨的難題。問題的核心在于，教學依然停留在傳統的概念教學模式上，教師將化學內容當作事實知識和概念知識傳授，而不是朝觀念性思考的方向去引領學生開展深度學習。因此，學生僅掌握概念性的知識結論，卻無法形成基于事實與邏輯進行獨立思考和判斷的思維能力。

化學，這門博大精深的自然科學，如同一幅錯綜復雜的畫卷，其中包含無數個概念。若僅將這些概念孤立地傳授給學生，便如同將畫卷割裂，學生難以領略其全貌。因此，我們需要一個概念“聚合器”來整合零散的知識，從而讓學生形成對化學學科本質系統的認識和理解。這個概念“聚合器”便是化學觀念。

化學觀念是對化學概念、原理和規律的綜合概括。它如同一位巧妙的匠人，將相關的概念巧妙地關聯起來，編織成一張錯綜復雜的知識網絡，使我們能夠全面地理解化學的奧秘。如何開展以觀念建構為本的初中化學教學，是我們當前迫切需要解決的問題。這不僅關乎以核心素養為導向的教學基本路徑構建，還關系到如何在實際教學中促進學生化學觀念的形成。

二、 研究設計

（一） 文獻綜述

關于學科觀念建構的研究，學者們從認知視角進行了深入的剖析。有學者從觀念與知識之間的關系出發，論述了觀念形成的基礎及過程。如林恩·埃里克森（Lynn Erickson）認為，原理與概括（觀念）是在事實基礎上形成主題，再由主題抽取概念，最后形成觀念。[2]夏向東等也持類似的觀點，他們認為，化學核心觀念的構建需要基于事實性知識，先形成概念和原理，再形成觀念。[3]部分學者關注到觀念形成過程中的具體要素。如梁旭認為，知識是形成觀念的基礎，觀念的形成包括事實與案例、概念與規律、看法與觀點三個要素。[4]還有學者認為觀念是一種積極的思維活動，觀念建構過程需要不斷解釋、概括。如劉林指出，觀念的建構就是學生主動參與、積極思維，不斷感悟和反思，對事物認識不斷加深，認知結構不斷完善的過程。[5]此外，有學者認為，在觀念形成過程中，主體需要對客體對象形成感覺，并經過綜合認識、加工來形成觀念。這種認識的準確程度取決于主體經驗或信息的種類和數量等，以及主體對感知材料的綜合處理能力等。

關于學科觀念建構的教學設計研究，國外研究得相對較早。林恩·埃里克森提出了以概念為本的教學理念，認為課堂教學過程中要引導學生對所學內容進行深入的理解，使學生形成重要的思想觀念，以便跨時間、跨文化、跨情境遷移應用。威金斯（Grant Wiggins）等提出了基于理解的逆向教學設計模板，該教學設計模板應用較廣，可用于不同教學目標的教學設計，其最大特點在于將評價前移至教學目標之后，以進一步確保評價與目標的一致性。這也是目前“教—學—評”一體化理念的呈現。[6]國內對觀念建構教學設計模型的研究源自化學學科的探索。如北京師范大學王磊、胡久華依循奧蘇伯爾（David P. Ausubel）提出的學習組織漸進分化原則，提煉出“一中心五環節”的觀念建構單元教學備課法。[7]山東師范大學的畢華林等倡導一種教學模式，強調以明確基本觀念為先導，以形成基本理解為基礎，將之轉化為驅動性問題，進而設計學習情境和探究活動，最后通過反思評價促進觀念建構。[8]

關于學科觀念的教學策略研究，不同學科有其獨特的特點和需求，因此對于學科觀念建構的教學策略也有所差異。例如，化學學科普遍采用問題導向的教學策略，畢華林和夏向東等學者都強調了這一點。歷史學科則更注重培養學生的時空觀念，這也是學生需要具備的核心素養之一。龔茜通過時間術語和年表來培養學生的時間觀念，利用歷史地圖來梳理清楚古今地名的位置和區別，從而培養學生的空間觀念。[9]地理學科的核心素養之一是人地協調觀，同時也包含空間觀念。周美娟利用多媒體，培養學生的地理空間觀念。[10]物理學科傾向于使用情感教學法、任務驅動法和問題解決法來促進學生物理觀念的形成。在構建物理觀念的路徑上，學者們的共識是：首先要引導學生形成核心概念，然后使用概括和關聯等策略來促進知識的結構化，最后促進物理觀念的形成。馮春艷基于認知沖突，拓展情境任務，形成了高中生物學觀念建構的深度教學策略。[11]

綜上所述，以觀念建構為本的教學與傳統的概念教學不同，它更偏向于引導學生構建概念，并強調這些概念之間的聯系，致力于幫助學生形成學科觀念。許多來自不同學科領域的學者都認為，學科觀念來源于學科知識。因此，在形成一個觀念之前，首先需要形成核心概念，然后通過抽象和關聯來形成觀念。但在眾多的研究中，如何從概念到觀念形成這個問題尚未得到很好的解決。

（二） 研究思路

為探討如何構建并實施針對初中化學教學中化學觀念形成的策略，筆者開展了以下五項行動：（1）搜集并研讀有關化學觀念形成及初中化學教學的相關文獻資料，包括研究報告、學術論文和教育政策文件等，在梳理文獻時，深入理解各觀點的核心要素，挖掘共性與差異，以及對本研究的啟示；（2）開展針對初中學生化學觀念發展水平的調查研究，以診斷當前化學教學存在的問題，從而確定實踐研究的緊迫性；（3）結合學科觀念培養的理論，針對初中化學教學實際，構建以觀念建構為本的教學路徑；（4）通過實踐案例不斷優化；（5）總結研究成果，對本研究進行反思與展望。

三、 以觀念建構為本的教學實施路徑

通過調查不難發現，實際教學中，一些教師過于注重梳理概念性知識，偏愛強調那些顯而易見的宏觀現象，如物質變化過程中的反應現象，但在揭示微觀探析和物質在變化過程中所展現的價值方面，教學仍顯不足。學生對可觀察的宏觀現象的理解優于抽象概念（如微觀分子、原子和方程式等符號系統）。

如何實施以觀念建構為本的化學教學？首先需要明確學生的化學觀念是如何形成的。胡久華等指出：“科學概念教學要重視學生觀念的建構，要從關注具體性知識的教學轉變為關注認識方式的教學。……教師在進行科學概念的教學設計時，應充分考慮學生的認知脈絡、科學概念的邏輯脈絡，創造有利于學生實現概念建構的學習情境，以促進學生實現對概念的高水平認識。”[12]

（一） 基于事實形成概念

化學理論研究者認為，化學觀念的建立需要基于事實形成概念，再對概念進行抽象概括。夏向東指出，化學核心觀念的建立是由事實性知識到概念和原理理解，然后向核心觀念建構邁進的過程。由此可見，學生需要基于事實、概念，經歷反思與概括，才能自主構建形成化學觀念。

在建立新概念的過程中，學生需要大量的事實作為基礎。例如，“一種物質分散到水中，會形成不同的分散體系，有均一、穩定的，也有不均一、不穩定的”這樣的實驗事實，它所對應的概念是“溶液和濁液”。像這樣大量碎片化的化學事實在化學教材每一章節中都有，然而學生往往只記住了事實，卻忽略了對相關概念的理解，對概念的遷移應用也就無從談起。因此，在概念建立的過程中，教師應注重引導學生將事實層面的思考與概念層面的思考相結合，抓住事實和概念之間的聯系方式，基于事實抽象出概念，進而形成可遷移的概念性理解。例如，在講“單質”和“化合物”時，可以向學生提出“H2、O2這類純凈物都是由同種元素組成的單質，CO2、H2SO4這類純凈物在組成上與單質有什么不同”之類的問題。通過思考，學生會發現“它們都是由不同種元素組成的”這一事實，聯系到單質的概念，從而得出“由不同種元素組成的純凈物叫化合物”這一概念。學生在思考這類問題時，需要在事實、概念兩個層次之間產生認知的相互作用，由低階思維轉向高階思維，進而形成對知識和概念的深層次理解。

（二） 創設反映學科思維的概念圖

觀念是事物的基本特征和本質規律在人類頭腦中的反映，從概念到觀念的形成不是一蹴而就的。學生需要聚集概念并找出關聯點，在原有觀念結構的參與、協同作用下才能逐步形成新觀念。概念圖是一條條由“概念”和“案例”構成的觀念縱橫交錯形成的，包含本質問題和大概念，是將相關聯的概念聚合在一起所形成的認知結構，從而反映專家思維。

概念圖，又稱學科知識圖譜，由美國康奈爾大學諾瓦克（Joseph D. Novak）教授于20 世紀70 年代提出。它是一種將知識及其關聯關系以圖形化的方式呈現的結構性表示，是思維可視化的一種表現形式。在概念圖中，節點、鏈接和相關文字標注共同構成其基本要素。

概念圖的特性包括以下三方面。一是層級結構。這種結構通過逐層遞進的方式展示概念之間的關系。通常，最頂層的概念代表著最廣泛、最具概括性的含義，而下方則依次列出更多細節性的概念，這些概念的概括性相對較弱。二是交叉連接。概念圖使用交叉連接來表現概念之間的關系，這種方式強調某些領域知識之間的緊密聯系，體現了知識創造的跳躍性。三是理性與情感的融合。盡管概念圖主要聚焦在概念和命題上，但它也反映了創建者在構建過程中的情感狀態。概念圖不僅具備理性的清晰性特點，同時也揭示了創建者的情感特質。[13]

化學學科的知識結構由兩部分組成：一是知識本身，二是知識之間的關系。具體來說，化學的知識組成部分包括知識點、單元知識點和知識體系等元素。其中，知識點被用來描述特定的概念或者物質，單元知識點是多個知識點的結合體，知識體系則代表了由所有單元知識點組成的化學學科的整體框架。在化學知識點之間，存在五種主要的關聯方式：并列關聯、從屬關聯、因果關聯、變化關聯以及通過“類”的遷移引出的相關性關聯。例如，我們可以把“結構決定性質”這一邏輯關系理解為因果關聯。從物質間的轉化和反應中引出的，即為變化關聯。在構建概念圖時，我們需要先將整個學科的知識體系細分為單元知識點，再將這些單元知識點進一步劃分為若干個概念知識點。最后，我們可以根據上述五種關聯方式來建立知識點之間的聯系，從而形成一個完整的化學學科概念圖。[14]

（三） 深度理解，促進觀念形成

從認知的角度來看，學生接受了外部刺激，并不意味著他們真正掌握了所學的知識。只有經過認識者的再加工和重組過程，知識才能在認識者的大腦中與其他神經元建立聯系，從而成為大腦中的一個組成部分。換句話說，學生需要將獲取的知識轉化為自己的觀念，并與其他事實、概念關聯起來，通過語言、文字、圖片等形式進行表達。學生解釋和闡明概念關系的過程，實際上是在表達概念性理解，這也標志著學生初步形成了觀念。觀念是在特定認知結構中發展起來的思想意識，是更高階的認知結果。

化學概念圖作為一種有機組織和集合知識的方式，為我們提供了一種新的視角。從概念圖的構成來看，它是由一系列知識組成的集合，而非像觀念那樣是一種獨立的、全面的思想認識。它是一種可視化的工具，能夠凸顯概念之間的聯系，幫助我們更好地理解和記憶化學知識。與觀念一樣，概念圖也具有指導知識遷移的功能，也需要建立在對事實和概念的抽象概括的基礎上。通過構建概念圖，學生可以建構對化學知識的結構化認識，從而觸發深度學習。這種深度學習有助于學生對概念進行深度理解，能夠有效促進學生化學觀念的形成。

具有觀念素養的人往往能夠利用觀念指導行為，解決實際問題，對現象進行解釋和預測，對事件做出最佳決策。學生利用觀念進行遷移應用的過程，是指學生在深入理解概念關系的基礎上，對事物進行抽象和整合，將內化的觀念轉變為思維和能力，調用全部知識和技能來解決復雜、多方面、處于特定情境下的問題。這正是對觀念的遷移應用。[15]

四、 實踐案例

（一） 學生化學觀念形成的概括理解

化學是由大量實驗事實和概念構成的知識體系，在不斷發展的化學研究進程中，新概念不斷被提出，舊概念經反復提煉而得以完善。因此，在化學學習中將涌現出越來越多的概念，這些概念彼此交織，形成概念網絡。化學教材在內容編排上以事實性知識和概念性知識為主，重視化學核心概念、基本原理和規律，并圍繞核心概念或主題形成復雜的概念體系。這樣設計教材內容的意圖是，希望學生能夠基于事實形成概念，并站在更為廣闊的化學視角看待化學中的核心概念；希望學生能夠將眾多零散的事實和概念整合為化學觀念來理解和記憶，以利于形成系統整體的科學認識，便于在現實生活中遷移應用。

在教學過程中，倘若教師只是單向地傳輸，學生只是被動地接收，那么教學必然會趨向于徒勞且無益。教師只有激發起學生的動機，調動起其期望，雙方所傳遞的信號才會是積極而有效的。學生在形成認知沖突、完成問題探討后，還無法順利達到觀念替換的高階認知水平。這就需要教師利用一定的教學策略，促使學生進行深度理解，以趨向于形成觀念這樣的高階認知水平。教師可以通過對眾多的相關事實進行協同思考，即對它們所具備的特征進行識別，對它們所指向的核心進行探查，將事實關聯起來以形成概念，并通過分析概念的特征、要素等內容促進學生深入理解概念。

引導學生“把概念概括為概念圖的過程”是形成化學觀念的基礎階段。如在課堂教學中，要想讓學生基于“分別將1g 食鹽、1g 淀粉加入25ml 水中”，發現“不同物質在相同條件下溶解情況不同”這一事實，形成“溶液”“濁液”的概念，教師可以利用概念圖策略來引導學生對概念進行關聯，形成概念網絡，并發展為認知圖式。在初中化學教學中，任務型學習活動可以激發學生的主動學習意愿。然而，在這個過程中，教師必須重視引導學生積極參與。如果學生沒有充分參與，他們的學習積極性就無法被激發，更不用說深度學習了。因此，構建概念圖的過程必須以學生為主導，這樣才能讓他們將知識內化為自己的體系。

從概念到概念圖并非易事，所以教師需要提前為學生提供指導，并提供一些輔助工具。例如，諾瓦克提出的“專家骨架”可以幫助教師為學生搭建概念圖的框架，同時提供合適的繪圖工具，讓學生自主構建。以建構“溶液”概念圖的學習任務設計為例（見圖1），教師在設計建構概念圖的學習任務時，要結合教學內容和學情采用多樣化的形式，如啟發式、建構式、線上線下混合式。學生完成任務時，可以將自主探究和小組合作相結合。教師可以通過這個過程引導學生初步認識溶液的概念體系。[16]

圖1 建構“溶液”概念圖的學習任務設計

（二） 學生化學觀念形成中的結構化

在化學教育的舞臺上，教師精于捕捉“事實—概念”的認知脈絡，通過實例剖析，啟迪學生思維，協助他們建構知識體系。然而，教師常常目睹一幕：學生掌握了概念，卻無法解答相關問題。原來，他們對化學概念尚未做到融會貫通。學習概念并非僅僅背誦孤立的概念名稱或定義，如“溶液”“濁液”等。這些概念看似簡單，實則蘊含豐富的內涵和廣泛的外延。學生需要深入理解其精髓，進行廣泛對比和深入關聯，了解其上位概念“分散系”及下位概念“溶質”“溶劑”等，以便在后續學習中靈活運用。為了呈現清晰的概念體系，教師可以引導學生繪制概念圖，明確概念的層級關系。混合分散體系的概念圖見圖2。

圖2 混合分散體系的概念圖

從概念到概念圖這一過程既需要教師的引導，也需要學生自主思考。學生要高度概括以形成概念圖，并對圖譜進行基本理解、總結歸納以形成觀念。因此，在化學教學過程中，教師幫助學生厘清知識結構，完成“基本理解的結構化階段”是化學觀念形成的第二階段。[17]

（三） 學生化學觀念形成的達成階段

可以把化學概念圖理解為化學觀念形成的認知基礎。例如，從元素、原子、分子、單質和化合物等概念的建立到“物質是由元素組成的，物質是由分子、原子構成的”化學觀念的形成，運用概念圖來達成化學觀念形成的教學目標是完全可行的。用概念圖構建相關概念的關聯見圖3。然后，通過對概念的深度理解，概括出“單質、化合物、銅、水等都是物質”。經過對概念的關聯、抽象概括，形成化學觀念，見圖4。

圖3 “物質的組成與結構”相關概念的關聯

圖4 以觀念建構為本的“物質的組成與結構”概念圖

化學觀念的塑造實質上是對化學知識的重塑，這個過程使學生的核心理解取代了先前的認知。然而，核心理解并非化學觀念。化學觀念是化學學科內的綜合性認識，具有全面性和基礎性。化學觀念與化學知識之間的聯系應在核心理解形成后建立。此時，核心理解能夠對已知和未知的現象進行整合，具有一定的建構性。教師的任務就是將這種建構性進一步拓展和提升，使學生綜合概括更多的化學知識，成為自己當前的化學觀念。

五、 結論與思考

在教育領域，概念圖作為一種有效的教學工具，已經得到了廣泛的應用。通過實踐和研究，我們深刻認識到，概念是化學觀念形成的重要基礎。如果僅僅引導學生形成概念，那么只能停留在對概念定義、概念辨析的層面上，學生并不會進一步深入思考概念與概念之間的關系。為了更好地促進學生化學核心素養的發展，我們可以運用概念圖來幫助學生將新舊知識聯系起來，使學生形成結構化、系統化、網絡化的知識體系。這樣，學生既可以深入理解化學概念及相互之間的內在邏輯關系，又可以提高化學核心素養。

目前，在基礎教育領域中還沒有一個統一的評價標準來評價概念圖本身的質量。然而，從化學教育啟蒙的視角出發，以素養培育為目標，依據學業質量和學業要求，我們可以從知識的準確性、關聯性、遷移性和化學觀念的形成性等維度進行評價。浙江大學劉徽教授等提出，學生繪制的概念圖可以在一定程度上體現他們的認知結構。從學習性評價的視角出發，概念圖能提供較好的反饋意見；從學習式評價的視角出發，概念圖能幫助學生站在更高位置對自己的認知進行反思；從學習評價的視角出發，概念圖能公正評價學生的學習成果。[18]

教師不僅自身要習慣運用概念圖，還應該引導學生形成利用概念圖的意識。概念圖可以通過手工繪制，也可以利用軟件來繪制。手工繪制隨時隨地可以進行，但繪制過程中一旦出錯，就比較難修改；如果圖形結構有誤，就需要重新繪制。利用軟件繪圖修改方便，且可以通過分享與協作推送給學生，方便學生在智能手機、電腦上參與完成，但學生需要準備相關電子設備。

總之，概念圖是一種非常有益的教學工具，它可以幫助學生更好地理解和掌握化學概念，促進學生化學觀念的形成，提高學生的思維能力和創新能力。在未來的教育實踐中，我們應該更加重視概念圖的應用，為學生提供更多優質的教育資源。