人教版高中化學必修教材探討

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摘要：厘清教材中的概念譜系，能對高中化學教學內容有更系統的結構化認識。通過統計必修教材中的概念分析概念的分布能獲取學情的實證，依據課程性質分析概念的內容屬性能說明采用真實情境進行教學的必要，依據課程特征對概念內涵進行關聯能說明概念在形成化學觀念上的作用，依據課程結構分析概念的發展與完善能說明化學教學要遵循的規律。基于對教材中概念譜系的整理，提出以化學學科核心素養為主旨的概念譜系教學設想。

概念是反映對象本質屬性的思維形式[1]，從表達形式上說，概念就是反映事物本質屬性的一個概括性的詞或詞組[2]。譜系從生物學上來說，表述的是一個家族各世代成員的數目、親緣關系、特定基因和遺傳標記在該家族內的傳遞、表達和分布的記載[3]。在學科教材中的概念譜系泛指教材所涉概念的分布、類屬，各類屬中概念的數目、相互關系及概念的發展變化。對人民教育出版社2019年版普通高中化學必修教材（以下簡稱“人教版必修教材”）中出現的概念進行甄別、統計，并進行類屬歸納、內涵關聯、概念發展的譜系整理和譜系學分析，以期對高中化學必修教材中的概念系統教學提供參考。

一、人教版必修教材中化學概念分布

教材單元內容中概念的密度、新概念的數量在一定程度上決定著知識難度的分布。新的人教版必修教材依據教育部《普通高中化學課程標準（2017年版）》編寫，分必修第一冊、必修第二冊，共8章，其章節、欄目與內容相比于2004版必修教材有較大的調整。依據“概念”定義，剔除專名及摹狀詞，對人教版必修教材8章14個主要欄目的正文中所出現的概念進行人工枚舉，剔除重復并按序編號，按章統計。對實驗基本操作，若其有特定的化學含義，具有概念的特征，也可作為概念，并另列統計。由此，人教版必修教材中概念共得274個，各章列入的概念例舉、統計見表1。人教版必修教材設置附錄“名詞索引”，主要收錄本冊教材中新出現的化學概念、物質名稱等術語。必修教材兩冊的“名詞索引”附錄，分別收錄52條和58條，共110條，剔除其中的專名和摹狀詞，如“次氯酸鈣”“單鍵”等，枚舉新概念分別得35條和36條，共71條，與表1所列的概念及序號比對，也按章序統計，具體見表2。表1表示在人教版必修教材中所呈現的化學概念總體情況，表2表示人教版必修教材中對學生而言是第一次出現的新概念。用EXCEL對表1、表2所計概念數在各章中的分布情況作折線圖，如圖1所示。圖1各章概念數量分布情況由圖1可見，第一，兩條折線形態基本一致，概念、新概念的密度在“第一章物質及其變化”“第四章物質結構元素周期律”“第七章有機化合物”三章中相對較大，知識內容對學生存在著一定的認知難度。“第七章有機化合物”概念數在兩條曲線中均位于最高點，在一定程度上說明中學有機化學內容在其知識表述上、認知方式要求上另成體系，這可能導致部分學生在學習有機化學時會產生不適應之感。第二，“第三章鐵金屬材料”與“第八章化學與可持續發展”兩章的概念數目，在兩條曲線之間的相對落差均較大，“名詞索引附錄概念數”與“教材章節正文概念”數之比均小于0.2，從兩章的教材正文內容來看，主要是因為涉及STSE類的拓展性知識較多，多屬一般性了解層次，需十分注意化學科學發展與應用的趨勢對學生的教育作用。第三，“名詞索引”附錄中無實驗類新概念名稱，從表1所統計的實驗基本操作類概念中可以發現，人教版必修教材的9個實驗活動及章節正文中的演示實驗、學生實驗探究實驗，主要是物質性質的驗證或探究，是初中實驗技能的延伸，而如“萃取”“中和滴定”等實驗基本操作在選擇性必修教材的“名詞索引”附錄中才出現，因此在實驗教學時必須注意教學的難度與拓展的適切性。

二、對人教版必修教材中化學概念譜系的梳理

“譜系學的原義就是關于家族世系、血統關系和重要人物事跡的科學，也就是對事物的起源和演變過程的考察”[4]。譜系從表征形式來看就是歸條縷析，以厘清相互間的關系和其發展的歷程。對眾多概念進行歸屬關聯，能在教學中采用有的放矢的教學方式、學習方式，以便于學生建構對化學的認知體系。由此，從概念的屬性、價值和發展進行譜系梳理。

1.對化學概念內容的反映屬性進行類屬歸納對化學概念的分類有多種論述，有研究分為陳述性概念、程序性概念、具體性概念、抽象性概念等[5]。劉知新教授把化學概念按內容區分為兩大類：一為反映化學所研究的那些物質和現象的概念；二為化學研究的方法和技術方面的概念[6]。換言之根據化學概念的反映屬性可以認為，一類是反映化學本體實質的客觀性概念，一類是反映化學的研究方法和描述方式的主觀性概念。由此，根據普通高中化學的課程性質，對教材中的概念可先按物質的組成、結構、性質、轉化、應用等五方面歸類，再對每類中的概念按其反映屬性進行“客觀性概念”“主觀性概念”歸屬。對某些在表達上具有復合性的概念，例如，“兩性氧化物”既以物質的類別而歸類，也因其具有特定的性質“兩性”而作了性質歸類，作重復計入。客觀性概念、主觀性概念作計數匯總、統計比對如圖2所示。由圖2可見，客觀性概念數目遠遠多于主觀性概念，各分類歸屬概念中客觀性概念也均多于主觀性概念；主觀性概念主要是化學符號、計量、周期表等“化學表達語言”，而少化學研究方法類的概念；“應用”類中的概念數達到97個，在一定程度上表明了化學與STSE的密切程度。由此說明人教版必修教材所呈現的概念主要是對物質的存在、變化現象的客觀性描述，以直接、直觀為主，以激發興趣為主，再輔以學生容易理解和掌握的分類、模型、符號表達等基本的化學方法。因此，在高一化學教學時教師更需要注重培養學生對真實情境進行化學認識的興趣。

2.對建構化學基礎知識體系的作用和價值進行內涵關聯概念可分為“核心概念”與“一般概念”兩類。“核心概念”指的是學科基礎性強、知識間關聯度高，能充分體現化學學科特質的主要或重要的概念[7]，如“氧化還原反應”；而“一般概念”指的是在構建中學化學基礎知識體系中，在眾多概念間的邏輯契合性不強，知識發展性關聯度不高，或有其他概念名稱可替代，是一種相對獨立的概念，如“脫氧劑”等。根據概念在中學化學知識體系中的學科價值，對教材中的概念進行“核心概念”與“一般概念”的甄別分類，再以化學課程特征“從微觀層次認識物質，以符號形式描述物質，在不同層面創造物質”，對核心概念進行內涵關聯及其外延區分，構建3個“世家”譜系表，具體內容見表3、表4、表5。“結構決定性質”是學生需要形成的化學基本觀念，在“宏觀辨識與微觀探析”的水平層次詮釋中，用“結構解釋”“結構圖式”“結構說明”“微觀特征”“微觀結構”說明化學是從原子、分子水平上研究物質的組成與變化。在這一譜系的概念教學時，微粒種類上除原子、分子、離子，也要讓學生了解構成原子的更小微粒中子、質子、電子及夸克，還要讓學生知曉分子團簇、分子機器等；在微觀結構上，要讓學生了解物質微觀結構的科學認知模型，如核外電子排布、同素異形現象、同分異構現象，也要讓學生知道模型認知推理如雜化軌道理論等；在學習微粒性質、微粒結構類概念時，需要從微粒結構推測微粒性質，由此而去獲得微觀認識規律。從微觀粒子認識物質及其變化，能激發和保持學生的好奇心和想象力，也能促使學生的求知欲和探究認知。由上述可知，從微觀層次認識物質及其變化是化學科學的基石。化學學科對物質的組成、結構和變化，要運用化學符號描述、微粒結構圖式描述、化學符號和定量計算等手段說明，運用數據、圖表、符號等處理實驗信息，運用物質模型和理論模型進行關聯和合理匹配并作出解釋或推測[8]。化學不同于數學、物理描述所用的只是公式，在一定意義上具有獨有的“語言”系統，稱為“化學用語”。“以符號形式描述”譜系的概念，主要有結構描述、變化描述、計量描述三類。對結構和變化描述是符號描述的重點，在講解時必須清楚相關的描述規則，如電子式書寫規劃和局限、離子方程式中物質的主要存在形式用什么符號、熱效應的符號表達等，使“化學用語”簡潔明了。對于計量描述，要使學生理解公式、符號或名稱所表達的微粒及動態變化的內在意義，使之正確理解物質及其變化的物理量，如化學反應速率、平衡常數、原子經濟性反應等。“不同層面創造物質”譜系的發端須是理解不同層面的物質類別。物質分類一般先從物質的宏觀或微觀特征進行平行的不同層面分類，如化合物可分為離子化合物、共價化合物，也可分為電解質、非電解質，進而再按不同層級進行分類，如烴可分鏈烴、環烴、鏈烴，然后再進行烷烴、烯烴等分類，因此對分類的概念教學，就需要從不同“面”、不同“層”進行內涵說明，建立物質間譜系關聯。分離與提純類概念主要是化學實驗基本技能，講解時須讓學生理解實驗的原理和操作的基本過程。物質轉化類概念主要是化學變化規律的總結，要讓學生嘗試理解反應機理，并作出對反應解釋和預測。對于應用類概念，主要涉及的是化學在資源開發、環境保護、人類生活等方面的應用，這一系列的概念教學時要突出化學對人類文明的貢獻。在教學中，對“核心概念”要注重內涵理解，因為一定意義上說它就是基礎概念，是架構中學化學知識體系的重要基元，決定著學生對化學基礎知識的掌握程度，具體體現在解決問題、表述結論中的理解運用；對“一般概念”要注重外延清晰，這類概念主要分布在化學與生產、生活、科技及環境的相關章節主題中，有利于了解化學科學的應用價值，主要體現在對具體問題的題干素材表述中。在組織教學時，需要厘清概念在學生建構化學基礎知識和方法體系上的不同作用和意義。

3.從譜系的成分豐富化進行概念間延續關聯關于中學化學概念譜系的發展，可分為初中化學、普通高中必修主題、普通高中選擇性必修模塊及選修系列4個階段而逐漸發展完善。梳理《初中化學科學標準（2011版）》中的基本概念，并與人教版必修教材中的基本概念進行分類比較，參考普通高中化學選擇性必修三個模塊中各類屬的基本概念，舉例比較同類概念的發展變化。物質的類別逐漸多元與細化。基于初中化學根據物質組成的分類，人教版必修教材出現了根據組成微粒和微粒間作用力對物質分類，如“離子化合物”“共價化合物”；根據性質對氧化物的分類，如“酸性氧化物”“堿性氧化物”“兩性氧化物”；出現了分散系、膠體概念，對材料系列的細化概念；出現了體現物質之間關系的概念，如“同素異形體”“同分異構體”“同系物”，也對有機物的分類作了進一步的細分。這些分類體現了研究物質可從物質的不同特性進行分類，發展了概念的內涵也充實了物質類別概念譜系的成分，說明了分類是化學的基本研究方法。教師在教學中需注意的是要做到應教盡教，但不要提前作概念的下移，如弱電解質、晶體的類型、有機物的更細分類等均是選擇性必修模塊中的內容。物質的結構從“粒”趨向“力”。初中化學對組成物質的微粒，敘述了原子、分子、離子，涉及了構成原子的更小微粒，原子核、電子、質子、中子及夸克，說明物質是由微粒組成的，微粒由更小的微粒構成，原子不是最小的微粒，但不要求了解原子結構和微粒間的作用力。而人教版必修教材在微粒結構上，陳述了科學家對原子結構的探究，敘述了電子能量和分層排布及規律，從原子間的電子得失、共用電子對分析了原子之間的作用力，提出了化學鍵，說明了離子鍵、共價鍵和極性共價鍵、非極性共價鍵，并對分子的空間結構作了初步的模型推理。物質結構概念譜系的豐富不僅是概念個數的增加，更是從微粒間作用力角度去理解微粒構成物質的實質。但對電子的核外電子排布規律及表達、共價鍵參數、分子空間構型等概念主要在選擇性必修“物質結構與性質”模塊提出，在必修課程教學中不必過難過深，以便保持高一學生對物質結構探究的好奇性和求知欲。物質的性質和轉化從“形”趨向“實”。初中化學給一些學生的印象是“更像文科”，究其原因就是很多要“記牢”，化學反應的四種基本類型就是讓學生依其概念敘述的“形式”而進行判斷，氧化還原反應的判斷是從元素化合價是否變化的形式進行判斷，化學反應的表達只是化學方程式的書寫。人教版必修課程對物質的性質分析，開始體現“結構決定性質”的觀念，從原子結構與元素周期律分析元素的金屬性、非金屬性，從化學反應能量角度分析化學能、放熱反應、吸熱反應，從參加化學反應的微粒角度說明離子反應及離子方程式的表述，從化學反應中原子之間的電子轉移說明氧化還原反應的實質，從化學反應的平衡思想說明可逆反應、化學反應的限度。物質的性質和轉化從簡單的“形式”敘述，更多地趨向對物質結構、化學反應機理進行“實質”的分析。但對元素原子性質的概念，如電離能、電負性，對基元反應、焓變、熵、蓋斯定律及熱化學方程式書寫等化學反應的動力學、熱力學相關概念是選擇性必修模塊中出現的概念，在教學中必須注意概念譜系發展的階段性。化學概念譜系是一個不斷完善和豐富發展的生態系統，需要注意同一概念的內涵在不同階段發展的深刻性，如氧化還原反應、物質結構；注意同一類概念譜系在不同階段發展的豐富性，如對化學反應的認識，從物質形式的變化到化學能量的變化到反應條件的分析和控制。同時也要認識到有些概念還將在大學專業課程中進一步發展、完善，不能一蹴而就，在概念教學時要遵循學生對學科理解的認知規律。

三、教學建議

化學概念是學生建構化學知識體系的基本單元、建構節點，化學概念種類的逐漸豐富、內涵的不斷完善促進學生化學觀念的更新與發展[9]。對化學概念教學的研究與實踐，可以從教學過程、教學原則、教學方法、教學模式與教學評價等方面進行[10]，也可從概念的不同類屬而采用不同的教學方法[11]。

1.設計概念教學方法教學中需要突破傳統的“講解定義、展現要點、辨析難點、舉例說明、匹配習題”方式，在理解化學概念內涵與化學學科核心素養內涵的關聯基礎上，去選擇和設計適合的教學內容和教學方式。例如，對原子結構概念教學，可基于對模型認知與創新意識的培育，選擇原子結構模型發展的化學史展開；對溶解度概念教學，可基于證據推理和平衡思想的培育，選擇控制變量下的實驗數據記錄展開；對原電池概念教學，可基于科學探究與創新意識的培育，選擇以電流可視化為要求的實驗設計而展開。

2.構建概念教學譜系教學中需要構建以發展化學學科核心素養為主旨的概念教學譜系：“化學學科核心素養五個方面為5個族名———每一方面（族）適合的化學概念群———每一個化學概念適合的真實情境素材建議———每一個化學概念適合的教學策略與活動建議”。例如，“科學態度與社會責任”這一“族”中的概念群，可以列入“原子經濟性反應”“環境保護”“綠色化學”“化石燃料”“氫能”“化學能”“原電池”“食品添加劑”等概念，“化石燃料”的真實情境素材可以采用我國對能源的進口數據，教學建議可采用文獻查閱、合作討論、結論表達等。

3.選擇真實情境素材教學中需要對適合于基本概念教學的真實情境素材進行高質量的選擇。能體現某個概念的真實情境素材資源較多，例如適合于“同位素”概念的真實情境素材，可以選擇原子彈中的鈾元素、我國化學家張青蓮院士在同位數研究上的貢獻、醫療中對同位素的應用等，在教學中需要根據教學目標和教學過程的要求，選擇既能體現基本概念內涵，又能促使學生用化學思維去探究和理解基本概念，而且能促使學生養成正確的價值觀，以達成化學學科核心素養培育旨歸的情境素材。對適合于基本概念教學的真實情境素材，教師可以從化學史、最新的化學研究成果、生活中有關的化學物品或現象中進行獲取。而一學期或更長時段的概念教學將應用眾多的真實情境素材，這就需要作合理、均衡的系統性選擇，如此才能使學生的化學視角中既有現代最新的化學成果，又有歷史發展的化學認識，也有現實生活的化學應用，讓學生對化學世界的認識是完整的。

4.需要充分體現概念教學中的科學價值科學教育不只是科學知識教學，還需要培育學生的科學精神，認識到什么才是真正的科學家精神，從而養成正確的科學價值觀，化學概念教學也不例外。例如對“化學平衡———合成氨”的教學，可以利用德國化學家哈伯對合成氨的研究與發明，博施對合成氨催化劑的改進，2007年關于合成氨作用機理的諾貝爾化學獎及我國的侯氏制堿法等真實情境素材組織教學，從而不但能使學生掌握化學平衡等概念的知識，還能從化學史實上了解科學思維、方法的運用，體會到科學研究具有探究、質疑、精益求精、勇于創新的科學精神。化學基本概念教學，教師還需要挖掘出能促動學生對概念認識的好奇心，激活學生認識概念內涵的求知欲，給學生提供學習概念的支架，使學生能自主學習、自主建構。如此而去進行“呈現基于真實情境的具體化問題而感悟概念，通過師生共同解決問題而建構概念”的化學概念教學。

參考文獻

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作者:沈旭東 單位:浙江省杭州市拱墅區教育研究院