基于整體層面理解高中化學教科書

【摘 要】高中化學教師既要從高中化學課程系統中理解高中化學教科書，以準確把握教育方向和精準設計教學目標，也要從大學化學課程系統中理解高中化學教科書的化學知識，探尋本原，提升知識結構化水平，這是更好地體現高中化學教學科學性的前提。“化學反應原理”的學科核心素養發展重點是變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知，教師要讓學生在“化學反應原理”學習中形成和發展從化學熱力學、化學動力學兩種角度認識化學反應，提升學生的學科核心素養。

【關鍵詞】高中化學課程；化學學科理解；化學反應原理；教科書

對于高中化學教科書的理解，從方法論上看，既要樹立全局觀念，立足整體看局部問題，又要重視局部作用，以促進整體發展。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）中針對每個課程提出了課程目標，但不同版本的教科書會有不同的呈現方式和編寫思路。因此，教師在理解教科書時，要整體把控與局部挖掘相結合。其中，整體上把握方向要比局部內容的處理對教學實踐的影響更大。教師若是只關注教科書中局部內容或某個知識點的挖掘和理解，不會從整體層面理解教科書，就容易在課程目標的達成、教學重點的把握等方面產生偏差。本文以人教版高中化學選擇性必修1化學反應原理教科書（以下簡稱“選必1”）為例，對整體層面理解高中化學教科書進行探究。

一、整體層面理解教科書有利于把握教育教學方向

唯物辯證法認為，整體居于全局地位，部分從屬于整體。系統有大小之分，一個系統可以分成幾個子系統，同時該系統又是另一個更大系統的一部分，如“化學反應原理”是高中化學課程系統的一部分，高中化學課程系統又是科學教育課程系統的一部分。從高中化學教學實踐來看，高中化學教師最需要從以下兩個系統中理解某一教科書。

第一，高中化學教師要從《課程標準》規定的高中化學課程系統中理解高中化學教科書，以利于準確把握基礎化學教育方向和精準設計教學目標。高中化學課程系統由若干個課程模塊構成，也就是說，高中化學教師要有高中化學課程系統的全局觀念，從整體層面理解某個課程模塊的教育教學方向和教學目標，在這個基礎上思考對應教科書中每一章、每一節的教學思路。整體把握教學內容，是確定“什么需要教”“什么不需要教”的前提。［1］教師也只有站在整體層面上，才可能整體布局、抓準重點。教師從高中化學課程系統的整體層面深刻理解高中化學教科書的編寫意圖，能夠更好地把握高中化學課程性質和基本理念，堅持育人導向。

第二，高中化學教師要以大學化學專業系統為整體，理解高中化學教科書的化學知識，探尋本原，提升知識結構化水平，這是保證高中化學教學科學性的前提。限于基礎化學教育的實際，跟大學化學教材相比，高中化學教科書對化學概念、化學原理、化學規律的介紹顯得簡略、單一，對概念的形成和發展過程、知識背景和實際應用較少做深入細致的介紹。在高中化學教學中要把握知識的教學邊界，需要任教者有較高的化學專業功底和寬廣的專業視野。高中化學教科書中哪些知識可簡略處理，簡略時如何保證科學性？哪些知識可以拓展，往哪些方向拓展，拓展到什么深度，如何拓展既不增加學生負擔，又能促進學生的思維發展？哪些內容需要總結提煉成易記易用的規律，怎樣總結規律既不違背科學性，又能讓高中學生易懂、易用？等等。這些都需要高中化學教師站在大學化學專業的整體上去深刻理解，以達到感悟默會的效果。

高中化學教師要從大學化學專業系統去理解高中化學教科書的相關知識、思維方式和方法（相關知識在化學專業領域中的地位、邏輯結構、遷移功能等），從化學專著、化學研究文獻中尋找更廣、更深、更高的理解，挖掘和汲取化學專業方面的豐富“養料”［2］。高中化學教師還可以從更大系統（如科學教育課程系統）中理解高中化學教科書。需要注意的是，從高中化學課程系統中理解教育教學方向，從大學化學專業系統中理解化學知識的本原，是每位高中化學教師不能輕視的。

二、從高中化學課程系統的整體層面看“選必1”

《課程標準》規定高中化學課程由必修課程、選擇性必修課程和選修課程構成［3］3。“化學反應原理”是其中一個選擇性必修課程模塊，“選必1”是用于完成該課程模塊教學的教科書。高中化學教師從高中化學課程系統的整體層面看“選必1”，能夠加深對知識的理解。

（一）“選必1”在高中化學課程系統中起著承上啟下的作用

高中化學課程的整體目標是立德樹人，促進學生化學學科核心素養發展。包括“選必1”在內的每個課程模塊都是圍繞促進學生化學學科核心素養發展這個目標而設計的，當然，具體到不同的課程模塊，教育教學任務各有不同的側重點。

以必修和選擇性必修課程為例，高中化學各個課程模塊在整體系統中的相互關系可以簡略地表示如下（如圖1）。從圖1中可以看出，“化學反應原理”課程模塊（“選必1”）在高中化學課程系統中起著承上啟下的作用。

必修課程是為了建構基礎的化學知識體系，形成學生必備的化學學科核心素養。“化學反應原理”課程目的是促進學生初步建立認識化學反應的角度和思路，實現化學反應中物質轉化、能量轉換兩種調控目標，形成從化學熱力學、化學動力學兩個角度認識化學反應。“物質結構與性質”課程目的是促進學生初步建立從原子、分子水平認識物質的角度和思路，形成從微粒、微粒間相互作用和微粒的空間排布等角度認識物質結構。“化學反應原理”和“物質結構與性質”兩個選擇性必修課程的學習是學生發展理性認識的階段。在這個階段中，學生需要學習基礎理論，建構化學認識模型，發展認識方式。“有機化學基礎”課程的學習是學生運用基本理論解釋、解決問題的實踐階段。

（二）“選必1”中學科核心素養及發展水平方面的要求

教科書中有些內容是編者根據課程目標一步到位的要求編寫的，有些內容是編者根據分階段達成課程目標的要求而設計編寫的，這就需要教師從整體層面理解教科書的內容，并在具體的教學實踐中加以把控。

“變化觀念與平衡思想”素養的發展是一個重點，要求學生達到較高的發展水平。對此的具體要求是形成從化學平衡（化學熱力學）、反應速率（化學動力學）兩種角度認識化學反應，提升宏觀與微觀結合、定性與定量結合、靜態與動態結合的能力，對化學反應進行多角度、多層次的實驗與理論探討。在運用化學熱力學分析、解釋化學反應的方向和限度方面，教學重點要落在運用化學平衡常數K、濃度商Q進行定性與定量分析判斷。有關化學動力學的分析思路則需要更多的物質結構知識來支撐，需要在選擇性必修2“物質結構與性質”學習中進一步提升和完善。

“證據推理與模型認知”素養的發展是另一個重點，具體要求是提升學生分析、表征化學反應的能力，包括獲取有關化學反應的實驗事實并從中提取關鍵證據進行分析和推理，建構并運用化學反應的理論模型去解釋、解決有關化學反應調控的實際問題等。如《課程標準》中學生必做實驗有“制作簡單的燃料電池”［3］28，從中可看出學生對電池的認識已將分析解釋水平提升到簡單設計水平，這也體現了當今能源技術的發展方向。又如，《課程標準》中學生必做實驗還有“強酸與強堿的中和滴定”［3］34，要求學生自主設計實驗方案并完成實驗操作，從中熟悉酸堿中和滴定的過程和實驗操作要求，增加從原理可行性到具體可操作的體驗。

（三）“選必1”圍繞“調控化學反應”這條主線安排章節體系

筆者將“選必1”中章節體系整理如圖2所示。第一章“化學反應的熱效應”與第四章“化學反應與電能”都與化學反應中的能量轉化調控相關，但第一章側重于化學能與熱能的轉換，第四章側重于化學能與電能的轉換。第二章“化學反應速率與化學平衡”與第三章“水溶液中的離子反應與平衡”都與建構并運用化學熱力學、化學動力學角度認識化學反應的物質轉化有關。但第二章側重于建立認識角度，第三章側重于運用平衡移動認識角度（化學熱力學角度）認識水溶液中的離子反應。從建立調控化學反應的角度與思路（第二章）到化學反應中物質轉化的調控（第三章），再到化學反應中的物質轉化、能量轉化的同時調控（第四章），依次提高要求，逐步促進學生分析、解釋和解決有關化學反應調控實際問題的能力。

建構學科教育知識的有效路徑有加強教育目的的持續引領，加深對學科知識的深刻理解，推動對學生個性化解讀和整體性把握等。［4］教師從高中化學課程系統的整體層面理解“選必1”，能夠更好地把握方向和對“選必1”的教育學轉化，以更好地發揮“選必1”的育人功能。

三、從大學化學課程系統的整體層面看“選必1”

科學的大智慧來自對整個科學最基本問題的思考。高屋建瓴才能不被看上去變幻莫測的世界所迷惑。對基本概念的深刻把握，體現的正是這樣的大智慧。教師搞清楚基本概念的來龍去脈，才能把知識變成理性且高效的思維、洞察、判斷能力。站在大學化學課程系統的整體層面看待高中化學教科書，是高中化學教師尋找化學知識本原，加深結構化認識的主要途徑。

（一）讓學生建立認識化學反應的兩大角度（化學熱力學和化學動力學）

“選必1”中大部分知識內容（第一章、第二章、第四章）跟大學物理化學直接相關，高中化學教師要從大學物理化學中理解相關知識的來龍去脈，了解有關概念的背景、發展脈絡、認識功能等。第三章“水溶液中的離子反應與平衡”則與大學無機化學、分析化學直接相關，高中化學教師若要增進對這部分知識內容的理解，需要再次學習大學無機化學、分析化學。

形成和發展從化學熱力學（反應的可能性）、化學動力學（反應的現實性）兩種角度認識化學反應是“選必1”教學的一個重點。實際上，“選必1”的第三章也主要是從平衡角度展開的。因此，“選必1”的第一章到第四章都承載了相同的思維方法主線。這也反映在近幾年的高考化學反應原理綜合題中，考查問題設計常常會從“選必1”拓展延伸到大學物理化學當中，如從濃度平衡常數到壓力平衡常數，從化學平衡到相平衡，從氣相反應到表面吸附，從反應速率到速率方程，等等。高中化學教師為了增進對“選必1”的理解，再次學習大學物理化學，探求知識本原是完全有必要的。教師需要從中了解基本概念（內能、反應熱、焓變、熵變、平衡常數、基元反應和活化能等）的提出和發展過程，理解重要原理（反應方向判斷的依據、化學平衡移動、化學反應歷程等）的實際應用及認知功能等。

例如，從“選必1”課程模塊的研究對象、研究目的、認識角度和認識思路出發，可以建立如圖3所示的知識結構框架。如此，教師再對“選必1”的具體內容進行教學處理就有了總綱。

（二）要秉承辯證思維和堅持發展的眼光看待“選必1”

學習化學，講授化學，研究化學，必須堅持發展的觀點，秉承辯證思維，這樣才能與學科發展俱進，與學科特質適應。否則，再美好的學科也可能因個人知識的陳舊、認識的落后而被矮化，甚至妖魔化。［5］高中化學教師從大學化學專業系統的整體層面理解“選必1”，有利于用發展的眼光看待教科書。

“選必1”中化學知識內容的選擇和組織是根據《課程標準》要求，同時考慮全國各地基礎教育的實際，經過簡化處理的，這是為了增強教科書的普適性。用“選必1”開展教學時，任課教師要根據學生的實際情況進行“生本化”轉化，在學生潛力可及的情況下，可以適度突破“選必1”的內容，設計觸及知識本原并對學生有一定挑戰性的問題。

以第一章“化學反應的熱效應”為例，其中出現了體系與環境、內能與化學能、反應熱與焓變、中和熱與燃燒熱、質量守恒定律與能量守恒定律等概念。雖然《課程標準》中沒有針對體系、內能等提出學業要求，但教師必須通過大學物理化學的再學習建立相關聯系，并整理出一些觸及知識本原的問題，以供教學設計時使用。如：（1）給“反應熱”下定義時，為什么規定始末態溫度相同？鹽酸與氫氧化鈉溶液中和反應前后溫度發生變化，所計算的熱量還能稱為“反應熱”嗎？（2）以水為例，從微觀角度討論物質的內能包含哪些具體能量？哪些因素會引起內能的變化？［6］（3）從微觀粒子運動角度看，化學能轉化為熱能，與化學能轉化為電能有什么差異？（4）如何理解化學反應是有方向的？平衡狀態時正反應和逆反應都在進行嗎？（5）第二章中提出要從化學熱力學（反應方向和化學平衡）、化學動力學兩個角度分析化學反應，為什么在第三章中討論與溶液中的離子反應相關問題時大多只是從平衡角度做出分析判斷？等等。

化學學科在發展，站在大學化學專業系統上看“選必1”，教師能夠更好地理解重要概念和原理的發展過程。“選必1”中的研究對象是化學反應，研究化學反應的目的是調控化學反應，教師需要對工業生產中調控化學反應的重要性和復雜性有一定的了解。高中化學教師需要了解當前化學家對化學反應研究的方向。如從宏觀到微觀，從體相到表相，從靜態到動態，從定性到定量，從單一學科到多學科，從平衡態的研究到非平衡態的研究等。

以化學動力學中的重要概念“活化能”為例，“選必1”中基于碰撞理論提出基元反應活化能概念，作為高中化學教師也要了解，活化能只是解釋反應歷程和反應速率的一種理論模型，大學物理化學中還有其他理論模型（如圖4）。“選必1”中基于碰撞理論介紹活化能主要是為了降低學生的理解難度。從發展的眼光看，在教學中，教師可以根據學生實際進行拓展，向學生介紹“過渡態理論——活化能”（當然不必再向學生介紹活化吉布斯自由能、活化熵等相關內容）。圖4中也可以說明，用化學動力學角度認識化學反應更需要物質結構基礎。因此，在選擇性必修2“物質結構與性質”學習中要進一步提升和發展這方面的認識思路。需要注意的是，活化能沒有嚴格的定義，教學中，教師不必將過多的時間用在概念上，而是應該多關注提出活化能的背景、目的，以及有關活化能理論模型的解釋和預測功能。

綜上所述，做任何事情先要理解到一定程度，才可能做到想要達到的程度。對高中化學教師來說，化學學科理解的程度越深，在進行教學設計和實施教學時發揮的空間就越大，就越有利于學生的深度學習和長遠發展。

參考文獻：

［1］郭華. 知道“什么不需要教”很重要［J］. 中國民族教育，2020（4）：19.

［2］陳進前. 關于“化學學科理解”的思考［J］. 課程·教材·教法，2022（1）：110-116.

［3］中華人民共和國教育部. 普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［M］. 北京：人民教育出版社，2020.

［4］周彬. 學科教育專業化：知識基礎和行動路徑［J］.教育研究，2019（3）：59-67.

［5］房喻. 化學學科的新視角及其在化學教育中的反映［J］. 大學化學，2018（5）：1-4.

［6］白建娥，李奇，宋兆爽，等. 增進化學學科理解的“反應熱”單元整體教學設計［J］. 化學教育（中英文），2022（15）：63-68.

［7］彭笑剛. 物理化學講義［M］. 北京：高等教育出版社，2012.

（責任編輯：羅小熒）