化學(xué)教育研究的十個(gè)視角

萬(wàn)延嵐+畢華林

摘要：介紹美國(guó)亞利桑那大學(xué)維森特·塔蘭克（Vicente Talanquer）教授提出的化學(xué)教育研究的十個(gè)視角——大觀念、基本問(wèn)題、核心概念、概念維度、知識(shí)類(lèi)型、空間尺度、推理模式、情境問(wèn)題、哲學(xué)考量、歷史觀點(diǎn)。這十個(gè)視角有利于豐富化學(xué)教育者對(duì)化學(xué)學(xué)科的思考和理解，為化學(xué)課程內(nèi)容分析和課程開(kāi)發(fā)的多樣化拓展渠道。

關(guān)鍵詞：化學(xué)教育；課程內(nèi)容；多維視角

文章編號(hào)：1005–6629（2014）6–0008–05 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

過(guò)去40年的化學(xué)教育研究顯示，很多學(xué)生在完成中學(xué)甚至是大學(xué)化學(xué)課程學(xué)習(xí)之后，在對(duì)化學(xué)學(xué)科的理解和認(rèn)識(shí)以及從化學(xué)的視角去審視和解決生活中的相關(guān)問(wèn)題方面并沒(méi)有得到很好的發(fā)展。為此，很多化學(xué)教育者呼吁改革這種教育現(xiàn)狀，建議設(shè)計(jì)和使用不同的方式來(lái)進(jìn)行化學(xué)教學(xué)，然而令人沮喪的是，這些努力改革的呼聲和行動(dòng)往往被很多因素制約，無(wú)法轉(zhuǎn)化成集體行動(dòng)。

在眾多限制因素中，美國(guó)亞利桑那大學(xué)維森特·塔蘭克（Vicente Talanquer）教授認(rèn)為，最主要的一個(gè)限制因素是教師對(duì)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容缺乏反思和質(zhì)疑，通常用一種線性、單維的教學(xué)方式進(jìn)行化學(xué)教學(xué)。塔蘭克教授指出，很多化學(xué)教師根據(jù)自身對(duì)學(xué)科主題的理解和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，往往認(rèn)為化學(xué)課程內(nèi)容就是一些結(jié)構(gòu)牢固的主題集合，例如化學(xué)計(jì)量學(xué)、原子結(jié)構(gòu)、周期性、化學(xué)鍵等，即使是那些具備很強(qiáng)的知識(shí)背景或者是擁有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師，他們?cè)谥v授化學(xué)知識(shí)時(shí)，也很少超出教科書(shū)中所呈現(xiàn)的范疇。

對(duì)此，塔蘭克教授認(rèn)為，豐富化學(xué)教師思考課程內(nèi)容的方式是化學(xué)教育改革的重要策略。基于化學(xué)教育理論和實(shí)踐研究、化學(xué)歷史和哲學(xué)研究以及化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的相關(guān)研究成果，塔蘭克教授提出了化學(xué)教育研究的十個(gè)視角，并結(jié)合現(xiàn)行的課程計(jì)劃和課程舉措進(jìn)行了闡釋。下面對(duì)這十個(gè)視角進(jìn)行相應(yīng)介紹。

1 大觀念（big ideas）

“大觀念”這一術(shù)語(yǔ)在課程設(shè)計(jì)中，通常指的是一種總結(jié)學(xué)科核心知識(shí)的陳述，這些核心知識(shí)是我們希望學(xué)生理解的，例如“所有物質(zhì)在本質(zhì)上都是由微粒構(gòu)成的”這一陳述可以認(rèn)為是化學(xué)中的一個(gè)大觀念。對(duì)化學(xué)中的大觀念，已經(jīng)有學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入研究，在一些國(guó)家課程計(jì)劃和課程舉措中也已經(jīng)包含化學(xué)大觀念。例如著名化學(xué)教育家羅納德·吉萊斯皮（Ronald Gillespie）和彼得·阿特金斯（Peter Atkins）分別判定和討論了化學(xué)學(xué)科的大觀念；美國(guó)大學(xué)委員會(huì)（College Board）在2009年出版了一套標(biāo)準(zhǔn)，很好地總結(jié)了在高中和大學(xué)階段化學(xué)入門(mén)課程中的一些大觀念；同樣，在最近的美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)（NRC）推出的《K-12科學(xué)教育框架》中，以及美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)（ACS）審核研究開(kāi)發(fā)的《拋錨概念內(nèi)容地圖》中也能找到這些大觀念；還有一些入門(mén)的化學(xué)課程，例如化學(xué)XXI課程、CLUE（Chemistry，Life，the Universe and Everything）課程等，都明確使用大觀念作為其組織原則。

這種化學(xué)“大觀念”的視角能夠引起人們對(duì)化學(xué)內(nèi)容進(jìn)行討論和反思。在教學(xué)中，教師批判性地分析這些文件和課程計(jì)劃中的大觀念，能夠幫助教師在不同的化學(xué)概念間建立更加有意義的聯(lián)系，使教師的注意力從化學(xué)課程所包含的主題轉(zhuǎn)移到學(xué)生應(yīng)該發(fā)展的大觀念上，從而幫助學(xué)生在科學(xué)知識(shí)之間建立起聯(lián)系，最終形成一幅關(guān)于科學(xué)的全景圖。

2 基本問(wèn)題（essential questions）

傳統(tǒng)的化學(xué)教學(xué)方式傾向于向?qū)W生傳授大量的化學(xué)概念、化學(xué)原理以及一些實(shí)驗(yàn)方法論知識(shí)，但是并沒(méi)有過(guò)多地討論這些概念、原理等作為理論和實(shí)踐工具，在解決與生活和社會(huì)相關(guān)問(wèn)題時(shí)所發(fā)揮的重要作用?；瘜W(xué)的目標(biāo)是什么？學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)能夠幫助我們解決哪些基本問(wèn)題？在NRC的報(bào)告《超越分子前沿》（Beyond the Molecular Frontier）中，委員會(huì)很好地總結(jié)了現(xiàn)代化學(xué)的中心目標(biāo)和挑戰(zhàn)，確定了四個(gè)主要活動(dòng)及其相聯(lián)系的基本問(wèn)題（表2）?？梢钥闯?，這四種活動(dòng)沒(méi)有涉及任何特定的化學(xué)主題，也沒(méi)有涉及學(xué)科細(xì)分（例如分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)或者是物理化學(xué)），但卻突出了化學(xué)學(xué)科的特征。

認(rèn)識(shí)到通過(guò)化學(xué)知識(shí)可以解決的這些基本問(wèn)題，有利于教師重新建構(gòu)對(duì)教學(xué)方式的概念，同時(shí)意識(shí)到這些化學(xué)基本問(wèn)題有利于塑造更有激發(fā)性、有意義和有用的化學(xué)課程。例如，化學(xué)XXI課程中，由問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)研究任務(wù)，這些問(wèn)題反映了化學(xué)學(xué)科的中心訴求，如：如何區(qū)分物質(zhì)？如何預(yù)測(cè)它們的性質(zhì)？如何控制化學(xué)反應(yīng)？如何合成化學(xué)物質(zhì)？如何利用化學(xué)能量？這些問(wèn)題能夠促使學(xué)生在探索分析現(xiàn)代社會(huì)問(wèn)題的情境中（例如健康、環(huán)境、食物、能源問(wèn)題），感受到化學(xué)概念、觀點(diǎn)以及化學(xué)思維方式在解決各種社會(huì)問(wèn)題時(shí)所發(fā)揮的重要作用。

3 交叉概念（cross-cutting concepts）

交叉概念是分布在科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)中的一些很重要的主題，并且在不同階段反復(fù)出現(xiàn)；它們是一些超越學(xué)科界限的概念，對(duì)解釋、理論、觀察和設(shè)計(jì)方面都有很重要的作用。一些文件，例如《科學(xué)素養(yǎng)的里程碑》、《美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》以及最新的《K-12科學(xué)教育框架》中已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了主要的交叉概念。表3中列出了《K-12科學(xué)教育框架》中確定的交叉概念。

通過(guò)確定交叉概念來(lái)分析課程內(nèi)容，有助于幫助教師建立不同課程內(nèi)容之間更加清晰的聯(lián)系。同時(shí)，思考上述交叉概念有利于重新塑造化學(xué)課程，使化學(xué)課程強(qiáng)調(diào)重要的主題而不是呈現(xiàn)一些孤立的話題。例如可以將課程焦點(diǎn)集中在使學(xué)生理解、解釋和預(yù)測(cè)不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)-性質(zhì)之間的關(guān)系，可以通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型預(yù)測(cè)、解釋不同類(lèi)型物質(zhì)的性質(zhì)來(lái)組織呈現(xiàn)課程內(nèi)容等。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，強(qiáng)調(diào)交叉概念有助于學(xué)生建立與真實(shí)生活情境之間的聯(lián)系。例如由梅耶爾（Meijer）及其合作者開(kāi)發(fā)的化學(xué)單元（chemistry units）關(guān)注結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系的使用，包含讓學(xué)生設(shè)計(jì)一件有彈性的防彈背心，或者是開(kāi)發(fā)一種無(wú)麩質(zhì)面包等任務(wù)，在學(xué)生完成任務(wù)的同時(shí)，也體會(huì)到了化學(xué)知識(shí)與生活的緊密聯(lián)系。另外CLUE課程的實(shí)施結(jié)果表明，關(guān)注交叉概念可以引發(fā)學(xué)生更加有意義的學(xué)習(xí)，CLUE課程遵循一個(gè)精心設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)進(jìn)程，這個(gè)學(xué)習(xí)進(jìn)程是圍繞結(jié)構(gòu)和功能這一交叉概念進(jìn)行的。相關(guān)研究結(jié)果表明在CLUE課堂中的學(xué)生相對(duì)于在常規(guī)化學(xué)課堂的學(xué)生，獲得了更高的表征水平；特別地，CLUE課堂的學(xué)生在理解那些內(nèi)隱的化學(xué)信息時(shí)表現(xiàn)得更好。

4 概念維度（conceptual dimensions）

在化學(xué)中，通常用概念維度來(lái)分析和描述化學(xué)系統(tǒng)的行為。例如，延森（Jensen）提出，化學(xué)概念和模型可以分為以下三個(gè)主要的維度：組成-結(jié)構(gòu)、能量、時(shí)間。這些概念維度與克萊森斯（Claesgens）設(shè)計(jì)的《化學(xué)家的視角》框架中的主要進(jìn)程變量是相似的，在這個(gè)評(píng)估框架中，化學(xué)大觀念和基本問(wèn)題圍繞著概念維度——物質(zhì)、能量、變化來(lái)組織。

從概念維度的視角來(lái)思考化學(xué)內(nèi)容，有利于教師在課堂上更好地判斷、強(qiáng)調(diào)、對(duì)比化學(xué)模型和解釋的范圍及其局限性，例如，教師要求學(xué)生討論物質(zhì)熱力學(xué)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，這大多是基于能量維度。另一方面，基于概念維度的視角分析研究主題能夠幫助教師認(rèn)清課程中那些需要更多關(guān)注的領(lǐng)域。例如當(dāng)前化學(xué)課程傾向于注重對(duì)化學(xué)模型的討論，而這些模型更多地是關(guān)注組成-結(jié)構(gòu)和能量維度，較少關(guān)注時(shí)間維度，這或許是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)平衡部分產(chǎn)生困難的一個(gè)原因。

5 知識(shí)類(lèi)型（knowledge types）

學(xué)?；瘜W(xué)內(nèi)容可以從學(xué)科知識(shí)類(lèi)型的視角進(jìn)行思考與分析。特別地，化學(xué)教育者通常區(qū)分以下三種相關(guān)的知識(shí)類(lèi)型。

（1）經(jīng)驗(yàn)（Experiences）——通過(guò)感知或者儀器，擁有或者收集到關(guān)于化學(xué)物質(zhì)和過(guò)程的實(shí)證性知識(shí)。例如，鐵暴露在空氣中會(huì)生銹。

（2）模型（Models）——通過(guò)理論模型，化學(xué)家理解豐富的經(jīng)驗(yàn)世界。例如，鐵生銹是一個(gè)化學(xué)過(guò)程，在這一過(guò)程中，鐵元素和氧元素結(jié)合生成鐵的氧化物，這是一種化合物。

（3）可視化（Visualizations）——不同的視覺(jué)符號(hào)（包括從符號(hào)到圖示，從靜態(tài)的圖表到動(dòng)態(tài)的動(dòng)畫(huà)），用來(lái)促進(jìn)化學(xué)經(jīng)驗(yàn)和化學(xué)模型的推理和交流。例如，4Fe（s）+3O2（g）→2Fe2O3（s）。

化學(xué)教育研究指出，學(xué)生很難區(qū)分這三種類(lèi)型的知識(shí)，并且很多化學(xué)教師在課堂上也經(jīng)常無(wú)法明確區(qū)分經(jīng)驗(yàn)、模型和可視化。也有研究指出，對(duì)于一個(gè)給定的化學(xué)系統(tǒng)，很多學(xué)生不能夠在這三種知識(shí)類(lèi)型之間建立有意義的聯(lián)系或者實(shí)現(xiàn)三種類(lèi)型的轉(zhuǎn)換。這些研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)，從知識(shí)類(lèi)型這種視角來(lái)分析化學(xué)內(nèi)容的重要性。在化學(xué)教學(xué)中，教師需要有意識(shí)地讓學(xué)生積極探索相關(guān)的化學(xué)系統(tǒng)，幫助學(xué)生利用模型和可視化作為思維工具來(lái)理解和解釋真實(shí)的世界經(jīng)驗(yàn)，建立起這三種知識(shí)類(lèi)型之間的聯(lián)系，進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)。在課程項(xiàng)目中，為高中化學(xué)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新課程“連接化學(xué)（Connected Chemistry）”就是一個(gè)很好的例子，這個(gè)教育項(xiàng)目致力于幫助學(xué)生通過(guò)應(yīng)用和連接不同的知識(shí)類(lèi)型，使學(xué)生建構(gòu)一種化學(xué)系統(tǒng)整合的觀點(diǎn)，結(jié)果表明參與“連接化學(xué)”課程的學(xué)生在理解物質(zhì)的亞微觀模型以及這些模型是如何描述、解釋和預(yù)測(cè)宏觀經(jīng)驗(yàn)方面有很大收獲。

6 空間尺度（dimensional scales）

化學(xué)家們經(jīng)常從不同的長(zhǎng)度、時(shí)間和能量尺度來(lái)探索、建模和建構(gòu)物質(zhì)的性質(zhì)，因此可以從空間尺度方面來(lái)分析化學(xué)內(nèi)容。

人們通常認(rèn)為化學(xué)中存在著宏觀水平和微觀水平的分析，但是這種二分式的觀點(diǎn)可能掩蓋其他相關(guān)尺度的存在（如介觀），或者導(dǎo)致教師對(duì)某一尺度進(jìn)行過(guò)分強(qiáng)調(diào)。例如，在長(zhǎng)度尺度方面，可以從以下層次建構(gòu)化學(xué)模型和解釋?zhuān)汉暧^、多粒子、介觀、超分子、分子和亞原子。但是現(xiàn)有的化學(xué)課程和教學(xué)實(shí)踐往往較為關(guān)注在分子和亞原子水平的描述，學(xué)生很少被要求探索物質(zhì)的介觀模型，雖然介觀對(duì)分析一些物質(zhì)是很重要的，例如聚合物和陶瓷，教師也很少要求學(xué)生分析超分子系統(tǒng)，盡管超分子系統(tǒng)與理解生物體是息息相關(guān)的。而化學(xué)教師讓學(xué)生探索含有不同能量和時(shí)間尺度的化學(xué)性質(zhì)和過(guò)程，這種情況更是少見(jiàn)。

因此，可以從空間尺度的視角出發(fā)，設(shè)想一種創(chuàng)新課程，這種課程主要關(guān)注促使學(xué)生探索和建構(gòu)不同長(zhǎng)度、時(shí)間和能量尺度的化學(xué)物質(zhì)和過(guò)程模型，并對(duì)其進(jìn)行解釋、預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。學(xué)生通過(guò)深入分析和反思這些空間尺度，能夠更好地理解如何運(yùn)用化學(xué)模型和觀點(diǎn)來(lái)探索多樣化的化學(xué)系統(tǒng)，例如生物體內(nèi)的一個(gè)細(xì)胞、生活中的一塊塑料或者是宇宙中的一顆星星。由此，CLUE課程是一個(gè)很好的應(yīng)用空間尺度來(lái)組織課程的例子，在CLUE課程中，化學(xué)概念圍繞著“組成-結(jié)構(gòu)”維度呈現(xiàn)，對(duì)化學(xué)系統(tǒng)從原子到分子到高分子到細(xì)胞環(huán)境等一系列復(fù)雜水平進(jìn)行了分析。

7 推理模式（modes of reasoning）

化學(xué)通常被描述成一種系統(tǒng)的科學(xué)，化學(xué)家們通過(guò)建構(gòu)、評(píng)價(jià)和修正系統(tǒng)模型來(lái)描述、解釋和預(yù)測(cè)化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)過(guò)程，這是一種基于模型的推理模式?；谀Ｐ偷耐评戆ㄊ褂没蚪?gòu)與現(xiàn)存已有知識(shí)相一致的模型，比較和評(píng)價(jià)不同模型解釋物質(zhì)性質(zhì)和預(yù)測(cè)新現(xiàn)象的能力，以及修正模型來(lái)增加模型的解釋和預(yù)測(cè)能力。

同時(shí)，化學(xué)也被認(rèn)為是一種“技術(shù)科學(xué)”，混合了科學(xué)追求和技術(shù)目標(biāo)。化學(xué)家們不僅感興趣于解釋和預(yù)測(cè)化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)，他們也期望轉(zhuǎn)換物質(zhì)并且創(chuàng)造出新的具有潛在應(yīng)用價(jià)值的化學(xué)實(shí)體。從這個(gè)角度看，建模和設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)被看作是化學(xué)學(xué)科的中心實(shí)踐。在技術(shù)研究中，利用已知類(lèi)型的化學(xué)物質(zhì)和反應(yīng)作為范例，有助于有效地決策潛在的合成路線和分析方法，這是一種基于案例的推理模式；而正如在技術(shù)世界中經(jīng)常見(jiàn)到的，化學(xué)家們利用各種各樣的經(jīng)驗(yàn)歸納來(lái)做出迅速的決策，這些經(jīng)驗(yàn)歸納是啟發(fā)式的或者是經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，這是一種基于規(guī)則的推理模式。從技術(shù)科學(xué)的角度出發(fā)，學(xué)?；瘜W(xué)教學(xué)應(yīng)該包括化學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐，例如確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、給定約束條件或者借助已知的案例和經(jīng)驗(yàn)規(guī)則來(lái)確定最佳的解決方案。

上述三種化學(xué)推理模式——基于模型的推理、基于案例的推理、基于規(guī)則的推理，為化學(xué)課程內(nèi)容分析提供了一種視角。學(xué)生決定何時(shí)以及如何應(yīng)用基于模型的、基于案例的、基于規(guī)則的推理，則取決于學(xué)生所面臨任務(wù)的本質(zhì)。因此，創(chuàng)造一種學(xué)習(xí)任務(wù)環(huán)境來(lái)支持這三種推理類(lèi)型，是值得思考和實(shí)踐的。

8 情境問(wèn)題（contextual issues）

化學(xué)和化學(xué)制品對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的重要性不言而喻，但是學(xué)校化學(xué)教學(xué)卻往往很少利用化學(xué)在現(xiàn)代社會(huì)的中心地位來(lái)促進(jìn)學(xué)生更有意義的學(xué)習(xí)。這種教育現(xiàn)狀可能源于對(duì)情境缺乏分析和反思，較少地思考與化學(xué)內(nèi)容相關(guān)的情境以及如何利用這些情境來(lái)促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的建構(gòu)。研究表明，情境能夠?yàn)閷W(xué)生的學(xué)習(xí)提供生長(zhǎng)點(diǎn)，有助于學(xué)生有效運(yùn)用化學(xué)概念和原理解決相關(guān)問(wèn)題。蘊(yùn)含情境的學(xué)習(xí)任務(wù)需要教師對(duì)化學(xué)內(nèi)容及其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行深入分析，這樣的學(xué)習(xí)任務(wù)能夠使學(xué)生至少在以下三個(gè)方面運(yùn)用自己所學(xué)的化學(xué)知識(shí)和化學(xué)思維方式。

（1）解釋-預(yù)測(cè)：學(xué)生建構(gòu)關(guān)于物體的模型和過(guò)程的模型，能夠解釋和預(yù)測(cè)相關(guān)現(xiàn)象。情境問(wèn)題能夠使學(xué)生分析數(shù)據(jù)、建構(gòu)模型和解釋、基于證據(jù)生成結(jié)論以及陳述交流觀點(diǎn)從而達(dá)成共識(shí)。例如，大氣中溫室氣體的影響。

（2）轉(zhuǎn)變：學(xué)生設(shè)計(jì)物質(zhì)或者過(guò)程來(lái)解決相關(guān)問(wèn)題。情境問(wèn)題能夠使學(xué)生基于已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)來(lái)定義標(biāo)準(zhǔn)、確定約束條件以及設(shè)計(jì)測(cè)試和修正模型。例如，凈化社區(qū)污水。

（3）社會(huì)化學(xué)：學(xué)生分析、合成以及評(píng)價(jià)化學(xué)活動(dòng)和化學(xué)產(chǎn)品使用的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境成本與收益。情境問(wèn)題用來(lái)使學(xué)生參與社會(huì)決策，這些決策的生成需要學(xué)生非常了解化學(xué)核心概念、觀念和實(shí)踐，同時(shí)需要考慮道德和倫理問(wèn)題。例如，消費(fèi)塑料包裝品。

相關(guān)研究同時(shí)指出，學(xué)生的概念理解力、學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣、態(tài)度和動(dòng)機(jī)也能夠通過(guò)基于情境的教學(xué)得以加強(qiáng)。在文章所描述的這十個(gè)視角中，情境問(wèn)題可能是一個(gè)能夠引起大量創(chuàng)新課程的方面，已經(jīng)有不少?lài)?guó)家基于情境設(shè)計(jì)出相關(guān)化學(xué)課程，例如美國(guó)為中學(xué)生推出的《社會(huì)中的化學(xué)》（Chemistry in the Community）、為非科學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生設(shè)計(jì)的《情境中的化學(xué)》（Chemistry in Context），以及英國(guó)的索爾特化學(xué)（Salters Chemistry）、德國(guó)的《情境中的化學(xué)》（Chemie im Kontext）以及荷蘭的《實(shí)踐中的化學(xué)》（Chemistry in Practice）等。

9 哲學(xué)考量（philosophical considerations）

在過(guò)去的20年里，關(guān)于化學(xué)哲學(xué)的出版物大量增加?；瘜W(xué)哲學(xué)領(lǐng)域的研究揭示了化學(xué)和化工企業(yè)的關(guān)鍵特征，使化學(xué)與其他學(xué)科區(qū)分開(kāi)來(lái)，認(rèn)識(shí)和思考這些特征有助于加深教師對(duì)化學(xué)學(xué)科的理解。從化學(xué)哲學(xué)的視角，對(duì)化學(xué)內(nèi)容的分析和反思主要包括以下四個(gè)重要領(lǐng)域。

（1）化學(xué)概念：化學(xué)被歸類(lèi)為是一門(mén)物質(zhì)科學(xué)，人們通常認(rèn)為化學(xué)概念可以根據(jù)基本的物質(zhì)原理被簡(jiǎn)化或解釋。然而，對(duì)于許多核心化學(xué)概念的可簡(jiǎn)化性仍存在相當(dāng)大的爭(zhēng)論，例如組成、結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵以及芳香族化合物等。理解這場(chǎng)爭(zhēng)論的本質(zhì)可以幫助化學(xué)教育者更好地認(rèn)識(shí)化學(xué)概念和化學(xué)解釋的力量、范圍和局限性。

（2）化學(xué)定律：雖然一些主要的物理定律被認(rèn)為是準(zhǔn)確的，例如能量守恒定律，但是化學(xué)哲學(xué)指出，很多化學(xué)定律是近似的、例外的和不精確的。因此，為了讓學(xué)生更好地判定和使用這些定律、原理和經(jīng)驗(yàn)法則的解釋力和預(yù)測(cè)力，教師在教學(xué)中應(yīng)認(rèn)真分析這些指導(dǎo)化學(xué)思維的定律、原理和經(jīng)驗(yàn)法則。

（3）化學(xué)模型：化學(xué)家們建構(gòu)和使用模型的方式不同于其他的科學(xué)學(xué)科。例如，他們可以使用不同的（如阿倫尼烏斯、Brфnsted-Lowry質(zhì)子理論、路易斯酸模型）、相互矛盾的（化學(xué)鍵的價(jià)鍵理論或者是分子軌道模型）模型來(lái)描述同一現(xiàn)象，可以根據(jù)自己的研究選擇更適合自己研究目的的模型。這種“多重性”的建模方式對(duì)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)是一種極大的困擾，因此應(yīng)該引起教師對(duì)這方面的反思。

（4）化學(xué)用語(yǔ)：化學(xué)思維在很大程度上依賴(lài)于一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的符號(hào)和圖示系統(tǒng)，這些符號(hào)和圖示不僅有助于信息交流，而且對(duì)建構(gòu)解釋和開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品都很重要。化學(xué)家們?nèi)绾卫眠@些符號(hào)語(yǔ)言來(lái)建構(gòu)經(jīng)驗(yàn)世界和分子模型世界是很多哲學(xué)分析的主題。

10 歷史觀點(diǎn)（historical views）

很多教科書(shū)在進(jìn)行內(nèi)容呈現(xiàn)時(shí)是從一個(gè)與歷史無(wú)關(guān)的角度進(jìn)行的，教科書(shū)中盡管會(huì)涉及很多重要的化學(xué)歷史人物，但是對(duì)其中能夠推動(dòng)化學(xué)觀念和實(shí)踐發(fā)展的中心問(wèn)題、困境和關(guān)注點(diǎn)卻較少地予以討論和分析，也沒(méi)有清晰地描述化學(xué)學(xué)科作為一種人類(lèi)的努力，其所扮演的角色和化學(xué)觀念是如何隨著時(shí)間而進(jìn)行發(fā)展的。

從歷史的角度審視化學(xué)有助于幫助化學(xué)教育者認(rèn)識(shí)到化學(xué)家們?cè)诶斫鈱W(xué)科中心概念和大觀念時(shí)所做的努力，而這些努力很多都與學(xué)生在課堂上面對(duì)的挑戰(zhàn)相似；也可以使我們開(kāi)闊眼界，從化學(xué)家的研究中了解貫穿于時(shí)代的潛在主題、基本問(wèn)題、分析尺度、概念維度、情境問(wèn)題和哲學(xué)考量等。例如，延森（Jensen）對(duì)化學(xué)歷史中的主要“變革”進(jìn)行了分析，在化學(xué)發(fā)展的重要?dú)v史階段和化學(xué)系統(tǒng)（在組成-結(jié)構(gòu)概念維度，從宏觀到分子再到亞原子水平）之間建立了相應(yīng)的聯(lián)系。奈特（Knight）遵循化學(xué)進(jìn)化的思想，從另外一個(gè)角度，揭示了化學(xué)在不同時(shí)期所扮演的不同角色：從神秘的到機(jī)械化的科學(xué)、從歸納到演繹的科學(xué)、從描述性的到簡(jiǎn)化的科學(xué)、從有用的到服務(wù)性的科學(xué)。關(guān)于在化學(xué)教學(xué)中如何運(yùn)用歷史和哲學(xué)的視角，已經(jīng)有很多研究者提出相關(guān)建議。

上述十個(gè)視角在幫助教師理解化學(xué)課程內(nèi)容方面是互相補(bǔ)充的，而不是競(jìng)爭(zhēng)性的。在化學(xué)教育中，同時(shí)關(guān)注化學(xué)知識(shí)的所有方面是一項(xiàng)極為艱巨的任務(wù)，本文的目的不是闡述如何詳盡地分析不同階段的化學(xué)內(nèi)容，而是旨在揭示化學(xué)內(nèi)容豐富、多維的本質(zhì)及其復(fù)雜性，從而引起更多的化學(xué)教育者從更加深入的視角來(lái)思考和反思化學(xué)教育。為此，塔蘭克教授建議化學(xué)教師從以下行動(dòng)做起：

（1）承認(rèn)這些視角的存在；

（2）在繁忙的日程中抽出時(shí)間來(lái)探索、分析和反思至少其中的一個(gè)視角；

（3）在教學(xué)中敢于做出改變，積極反思對(duì)化學(xué)內(nèi)容更加多維的理解。