德國(guó)中學(xué)化學(xué)教材中核心概念的編寫(xiě)特色研究

耿秀梅 倪娟

摘要：以“化學(xué)平衡”為例，梳理德國(guó)教科書(shū)《今日化學(xué)SⅡ》中核心概念的編寫(xiě)特色。有以下五點(diǎn)可供教材編寫(xiě)與教學(xué)實(shí)踐借鑒：選擇真實(shí)的情境并一以貫之；突出圖像的直觀作用使抽象內(nèi)容具體化；充分運(yùn)用實(shí)驗(yàn)活動(dòng)助力概念形成；利用數(shù)據(jù)分析，調(diào)動(dòng)邏輯數(shù)理智能促進(jìn)概念同化；精心設(shè)置實(shí)踐型作業(yè)，在綜合應(yīng)用中理解概念。

關(guān)鍵詞：德國(guó)教材；化學(xué)平衡；核心概念；編寫(xiě)特色

文章編號(hào)：1005–6629（2016）8–0017–06 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

加德納提出課程應(yīng)圍繞核心概念來(lái)組織，使核心概念以不同的方式、從不同的角度、適應(yīng)不同的智能組合而反復(fù)呈現(xiàn)。德國(guó)教材素以重教育現(xiàn)代化和實(shí)用技術(shù)著稱，教材重視與生產(chǎn)生活實(shí)際及科學(xué)前沿聯(lián)系、加強(qiáng)化學(xué)學(xué)科知識(shí)微觀本質(zhì)的揭示，在與其他學(xué)科的聯(lián)系、綜合能力的培養(yǎng)以及學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能等方面均有顯著特色。本研究以德國(guó)萊茵蘭-普法爾茨州的高中化學(xué)教材《今日化學(xué)SⅡ》（ChemieHeute-sekundarbereich SⅡ）[1]中的“化學(xué)平衡”知識(shí)板塊為例，關(guān)注德國(guó)教材對(duì)核心概念這一重要內(nèi)容的編寫(xiě)特色，以期為我國(guó)的教材修訂及教學(xué)實(shí)踐提供借鑒。

1 核心概念的界定與教學(xué)功能

1.1 核心概念

核心概念是位于學(xué)科中心的概念性知識(shí)，包括重要概念、原理及理論等基本理解和解釋，內(nèi)容能夠展現(xiàn)當(dāng)代學(xué)科圖景，是學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分[2]。依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)實(shí)際，確定中學(xué)化學(xué)平衡內(nèi)容有以下核心概念：可逆反應(yīng)的限度，化學(xué)中的平衡，平衡常數(shù)，勒夏特列原理。

1.2 教學(xué)功能

核心概念是學(xué)科的靈魂，是經(jīng)過(guò)高度提煉概括后形成的超越事實(shí)的思考方式，具有統(tǒng)攝性和概括力。核心概念可以為新知識(shí)的獲取提供組織結(jié)構(gòu)，從而使學(xué)生于在校期間和畢業(yè)后能夠運(yùn)用這些核心概念迅速獲取新知識(shí)[3]。奧蘇貝爾提倡，教師要教給學(xué)生學(xué)科和教材的基本結(jié)構(gòu)，即那些最有“解釋力量”的高度抽象和概括性觀念，從而以有效的方式促進(jìn)學(xué)習(xí)和遷移。核心概念的體現(xiàn)方式反映了學(xué)習(xí)進(jìn)程。

2 德國(guó)教材核心概念的編排特色

2.1 德國(guó)教材中“化學(xué)平衡”內(nèi)容

在德國(guó)教材中，化學(xué)平衡各部分內(nèi)容采取了多樣化的呈現(xiàn)方式，見(jiàn)圖1。

國(guó)內(nèi)教材將化學(xué)平衡與溶液中的離子反應(yīng)分列兩個(gè)單元，德國(guó)教材則由化學(xué)平衡統(tǒng)領(lǐng)，采用“總-分-總”的方式呈現(xiàn)，從四大平衡事實(shí)的分析研究中總結(jié)出平衡學(xué)習(xí)的基本觀念，再提煉上升為核心概念，最后回歸到實(shí)際應(yīng)用中深化理解。

通過(guò)“事實(shí)提煉→基本觀念→核心概念→應(yīng)用”的編排特色，呈現(xiàn)出認(rèn)識(shí)發(fā)展趨向而非知識(shí)解析取向，核心概念的“核心性”正是在這種認(rèn)識(shí)發(fā)展的過(guò)程中得以體現(xiàn)。在知識(shí)點(diǎn)的具體呈現(xiàn)方式上，存在情境素材、圖表圖像、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等特色，不同的內(nèi)容有著不同的引入方式，同一主題也采用多樣的方式方法，采用歸納式的教材生成路徑，實(shí)現(xiàn)化學(xué)核心概念的理解、遷移、應(yīng)用和創(chuàng)造。而且，不同概念的生成路徑相同，這對(duì)于進(jìn)行方法教育無(wú)疑會(huì)很有好處。

2.2 “化學(xué)平衡”的核心概念編排特色

2.2.1 真實(shí)的情境引入概念并貫穿前后，激發(fā)探究熱情

化學(xué)概念的產(chǎn)生本身就是從感知具體的物質(zhì)和現(xiàn)象開(kāi)始，經(jīng)過(guò)由表及里、由感性到理性的概括和抽象形成的[4]?；瘜W(xué)史實(shí)、化學(xué)現(xiàn)象、生活場(chǎng)景、自然現(xiàn)象、化學(xué)技術(shù)發(fā)展等真實(shí)具體、生動(dòng)豐富的情境素材，在德國(guó)化學(xué)教材中被高頻度使用，如化學(xué)平衡的引入部分，提供了這樣的情境素材：高原訓(xùn)練，家務(wù)中的鈣沉積，由氨制造的肥料和炸藥，食品香料，工業(yè)煉鐵，尿結(jié)石等。通過(guò)這些真實(shí)的熟悉的生活場(chǎng)景，學(xué)生體驗(yàn)到化學(xué)平衡在生活生產(chǎn)中廣泛存在。同時(shí)，以知識(shí)的重要性與實(shí)用性，讓學(xué)生感覺(jué)到自己認(rèn)識(shí)上的不足，激發(fā)出學(xué)生求知的原動(dòng)力：工業(yè)上怎樣做到大規(guī)模合成氨？一氧化碳還原氧化鐵，為什么不能進(jìn)行到底？可用什么辦法更快更少花費(fèi)地完成反應(yīng)？草酸鈣什么情況下能結(jié)晶出來(lái)？學(xué)生的質(zhì)疑意識(shí)一旦蘇醒，他們必定會(huì)積極地尋找證據(jù)，在探索的過(guò)程中解決問(wèn)題。

附錄部分，典型的情境素材有：水垢的形成與處理方式，高山病、潛水病、血紅蛋白和高鐵血紅蛋白、氰中毒的治療等。不僅如此，教材的作業(yè)設(shè)置，也依托真實(shí)情境。如，雙效催化法生產(chǎn)硫酸、氨的合成、合成氣和轉(zhuǎn)化等。注重真實(shí)情境的全程性和發(fā)展性，可為學(xué)生提供檢驗(yàn)和運(yùn)用科學(xué)知識(shí)的載體，引領(lǐng)學(xué)生開(kāi)展學(xué)習(xí)過(guò)程，體驗(yàn)將科學(xué)運(yùn)用于解決實(shí)際問(wèn)題的樂(lè)趣，同時(shí)形成清晰的知識(shí)體系，獲得對(duì)知識(shí)的更深層次的理解。

2.2.2 突出圖像圖片設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)概念，促進(jìn)思維加工

德國(guó)教材的化學(xué)平衡內(nèi)容，有著豐富的圖片信息，尤其在模型表達(dá)和微觀問(wèn)題方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。豐富的插圖有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的多感官參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，以感性思維促進(jìn)理性思維的加工，促進(jìn)核心概念的形成。圖片使用情況統(tǒng)計(jì)如表2。

平衡建立的過(guò)程和平衡狀態(tài)的動(dòng)態(tài)性是化學(xué)平衡的核心概念之一，因?yàn)楦拍畹某橄笮?，學(xué)生理解十分困難。平衡建立模型實(shí)驗(yàn)圖（如圖2），用粗細(xì)玻璃管分別表示正逆反應(yīng)速率，模擬了瞬間速率的變化，直觀地表達(dá)了從兩個(gè)方向建立平衡的過(guò)程，為學(xué)生畫(huà)出速率時(shí)間圖、濃度時(shí)間圖提供了直觀的素材。隨著反應(yīng)物和生成物濃度的變化，正逆反應(yīng)速率也在逐漸變化，二者差距逐漸縮小，當(dāng)ν正=ν逆時(shí)，各物質(zhì)的濃度都不再變化，達(dá)到平衡狀態(tài)；如果繼續(xù)加入反應(yīng)物或生成物，ν正≠ν逆，平衡被打破，通過(guò)調(diào)整濃度再次達(dá)到ν正=ν逆，新平衡建立。用直觀的模型圖，以形象思維演示抽象的概念，這對(duì)我們的教學(xué)實(shí)踐有著重要的指導(dǎo)意義。

在氨的合成內(nèi)容中，為了消除學(xué)生的理論分析與化工生產(chǎn)的認(rèn)識(shí)差距，把陌生、復(fù)雜的生產(chǎn)場(chǎng)景以簡(jiǎn)明清晰的工藝流程方式加以展示（見(jiàn)圖3）。

氨的生成是一個(gè)放熱反應(yīng)，反應(yīng)中粒子數(shù)減少。根據(jù)勒夏特列原理，在較低溫度和較高壓力下更有利反應(yīng)的進(jìn)行。催化劑層之間連有熱交換器，用以帶走氣體混合物在生成氨時(shí)釋放出來(lái)的熱能。合成在循環(huán)操作方式下進(jìn)行：生成的氨用液化的方式不斷從混合物中除去，沒(méi)有反應(yīng)的氣體和新加進(jìn)去的合成氣一起重新通入反應(yīng)器。分析反應(yīng)特征，應(yīng)用勒夏特列原理，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，選擇有利于反應(yīng)轉(zhuǎn)化與速率的合適條件。學(xué)科能力的發(fā)展目標(biāo)，是在事實(shí)知識(shí)的學(xué)習(xí)中形成觀念與方法，在實(shí)際應(yīng)用中以有效的方式遷移。這同時(shí)也是核心概念的教學(xué)價(jià)值。

用不同長(zhǎng)度的箭頭，直觀表示反應(yīng)在低溫和高溫時(shí)的轉(zhuǎn)化程度（2000K、2700K），反映不同溫度對(duì)平衡的影響。突出表現(xiàn)了溫度決定了平衡的位置；溫度變化時(shí)，平衡向“對(duì)抗”的方向移動(dòng)。

2.2.3 在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中生成概念，形成科學(xué)方法

蘇教版教材在相關(guān)內(nèi)容中設(shè)計(jì)了5個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，而德國(guó)教材中有11個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，統(tǒng)計(jì)如表3。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)量上看，蘇教版教材與德國(guó)教材對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視程度沒(méi)有大的差異，從內(nèi)容與形式上來(lái)看，蘇教版教材多安排探究實(shí)驗(yàn)與方案設(shè)計(jì)，德國(guó)教材中，實(shí)驗(yàn)活動(dòng)安排在每節(jié)內(nèi)容之后，設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟、材料與作業(yè)，均有明確要求，實(shí)驗(yàn)的目的就在于指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用自然觀察智能，進(jìn)行思維加工，促進(jìn)概念形成與同化，見(jiàn)以下案例。

亞鐵離子與銀離子的反應(yīng)及其逆反應(yīng)

材料：漏斗，濾紙，塑料注射器（5mL），硝酸銀溶液（0.1 mol·L-1，稀），硫酸亞鐵（0.1 mol·L-1）在稀硫酸中的溶液，硝酸鐵Fe（NO3）3在硫酸（?。┲信涑傻臐馊芤海}酸（?。?/p>

步驟：

正反應(yīng)：

1.在試管中放置5mL硝酸銀溶液，加入5mL硫酸亞鐵溶液。將混合物放十分鐘后立即過(guò)濾。

2.在濾液中滴入鹽酸。

逆反應(yīng)：

1.將濾紙上的銀用水徹底洗滌，直到濾液中不再能檢驗(yàn)出銀離子為止。

2.在銀上加幾毫升硝酸鐵溶液。

3.將滴下來(lái)的溶液收集在干凈試管中，加鹽酸檢驗(yàn)銀離子。

作業(yè)：

a）寫(xiě)出反應(yīng)方程式。在正反應(yīng)中如果過(guò)早過(guò)濾有什么影響？

b）在正反應(yīng)的濾液中溶入一些硫酸亞鐵，提高Fe2+離子的濃度，會(huì)有反應(yīng)發(fā)生嗎？

相比蘇教版設(shè)計(jì)通過(guò)檢測(cè)少量反應(yīng)物的存在來(lái)定義可逆反應(yīng)，德國(guó)教材通過(guò)濃度變化來(lái)控制反應(yīng)的方向，揭示可逆反應(yīng)存在的普遍性和影響平衡移動(dòng)的因素。在思維要求上有明顯不同，側(cè)重對(duì)確定結(jié)果的驗(yàn)證、解釋，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)。提供具體實(shí)驗(yàn)材料、明確的實(shí)驗(yàn)步驟，體現(xiàn)了嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)作業(yè)的完成有明確的導(dǎo)向和示范作用。不要求實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，思維訓(xùn)練主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中和實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的作業(yè)中，實(shí)驗(yàn)作業(yè)在知識(shí)延伸和思維拓展上存在明顯優(yōu)勢(shì)。

2.2.4 數(shù)據(jù)分析同化概念，調(diào)動(dòng)邏輯數(shù)理智能

硫酸鉛的物質(zhì)的量濃度乘以硫酸鉛的摩爾質(zhì)量（M=303 g·mol-1），得到以質(zhì)量濃度β表示的溶解度。

β（PbSO4）=0.039 g·L-1

通過(guò)歸納推理，將溶度積和溶解度關(guān)聯(lián)起來(lái)，理解二者在表述物質(zhì)溶解能力方面的異同，由此得出結(jié)論：鹽的溶解平衡可以定量地用溶度積Kw來(lái)描述，Kw是由飽和溶液中離子濃度計(jì)算出來(lái)的。并沒(méi)有限定難溶鹽存在的溶解平衡，鹽類只要達(dá)到飽和溶液，都存在溶解度平衡。根據(jù)離子濃度關(guān)系又回到“平衡常數(shù)是反應(yīng)限度的定量描述，利用Q與K的關(guān)系可以判斷反應(yīng)的狀態(tài)”的核心概念上來(lái)。同時(shí)，引入pKw分析方法，對(duì)于過(guò)小的數(shù)值，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)處理得出便于比較分析的數(shù)據(jù)，與用pH描述溶液的酸堿性相一致。經(jīng)過(guò)數(shù)理運(yùn)算和邏輯推理，這種方法指導(dǎo)有利于發(fā)展學(xué)生數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用、數(shù)形結(jié)合能力，對(duì)于思維能力的提高不言而喻。

2.2.5 實(shí)踐類作業(yè)解答應(yīng)用概念，促進(jìn)系統(tǒng)理解

概念學(xué)習(xí)要遵循“應(yīng)用至上”的原則，在應(yīng)用中深化理解。德國(guó)教材中的作業(yè)設(shè)置更加靈活多樣，除了章節(jié)末專門(mén)的復(fù)習(xí)練習(xí)題和擴(kuò)展題，章節(jié)中在實(shí)驗(yàn)部分與概念提出之后都有針對(duì)性的作業(yè)，數(shù)量不等，形式多樣。

從作業(yè)內(nèi)容來(lái)看，相比我國(guó)教材設(shè)置的側(cè)重概念辨析、知識(shí)理解為主的作業(yè)，德國(guó)教材提供大量的實(shí)踐型作業(yè)，均指向生產(chǎn)生活中平衡類實(shí)際問(wèn)題的解決，側(cè)重理論指導(dǎo)下實(shí)踐方案的優(yōu)化組合或選擇。如，冰面上的冰鞋效應(yīng)，霧的形成與消失；平衡在自然界和工業(yè)中的重要性是什么？夏季長(zhǎng)期炎熱使海里和河里的魚(yú)死亡，說(shuō)明這一事實(shí)。從實(shí)驗(yàn)中認(rèn)識(shí)到的平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的關(guān)系在日常生活中有什么用處？學(xué)習(xí)了硫酸的合成路線之后，針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程設(shè)計(jì)10個(gè)題目。

從解決方式來(lái)看，相比我國(guó)教材作業(yè)的直接應(yīng)用概念分析、類比、推理等思維活動(dòng)，德國(guó)教材中實(shí)踐型作業(yè)設(shè)置側(cè)重信息技能的培養(yǎng)。如查閱稀硫酸回收利用的可能性；查閱氨的最重要的應(yīng)用領(lǐng)域；查閱工業(yè)上如何由煤得到氮；查閱德國(guó)最重要的基本化學(xué)產(chǎn)品的年產(chǎn)量，并用圖表表示；查閱碘——直鏈淀粉包合物；查閱反應(yīng)中，為了取得盡可能高的轉(zhuǎn)化率，工業(yè)生產(chǎn)中采取了哪些方法？資源應(yīng)用的多元化，是學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的基本素質(zhì)，不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)素材使用的意識(shí)，也突出表現(xiàn)了教材以認(rèn)識(shí)發(fā)展為取向的價(jià)值觀念，與核心概念的呈現(xiàn)方式統(tǒng)一起來(lái)。二者對(duì)比，德國(guó)教材作業(yè)更注重層次性與功能性，以針對(duì)性、實(shí)用性和系統(tǒng)性為特色，強(qiáng)調(diào)個(gè)體在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，將知識(shí)和概念放在系統(tǒng)里理解，避免碎片化的事實(shí)知識(shí)的孤立記憶。

3 啟示

（1）對(duì)于化學(xué)學(xué)科而言，構(gòu)建出學(xué)科核心概念發(fā)展體系是擺在課程專家與一線教師面前的迫切任務(wù)[6]。教材設(shè)計(jì)要注意知識(shí)的前后聯(lián)系和系統(tǒng)性，同時(shí)注意開(kāi)發(fā)學(xué)生的多元智能，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。研究德國(guó)教材關(guān)于核心概念的編排特色，從精選真實(shí)的情境素材、豐富的圖片資料、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)理分析、目標(biāo)明確的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、靈活多樣的作業(yè)設(shè)置，都凸顯了基于核心概念的“為多元智能而教，通過(guò)多元智能而教”的教材意義。

（2）教材和教學(xué)要通過(guò)問(wèn)題與活動(dòng)的設(shè)計(jì)激活學(xué)生原有知識(shí)，幫助學(xué)生建立事實(shí)、概念和核心概念間的聯(lián)系。德國(guó)教材的優(yōu)勢(shì)對(duì)我國(guó)教材的改進(jìn)或教學(xué)實(shí)踐有著以下借鑒意義：運(yùn)用類比模型展示、解析抽象概念，選擇形象而生動(dòng)的示意圖都是注重學(xué)生心理、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣的切入點(diǎn)；內(nèi)容選擇要注意STSE理念的滲透，利用化學(xué)工作及知識(shí)的社會(huì)意義培養(yǎng)學(xué)生強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感；實(shí)驗(yàn)設(shè)置要強(qiáng)化情境真實(shí)、聯(lián)系生活，在培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和安全意識(shí)、評(píng)價(jià)方式等方面多加關(guān)注；作業(yè)注意要結(jié)合實(shí)踐設(shè)置，通過(guò)歸納類比、數(shù)據(jù)處理、演繹證明、反思與構(gòu)建等思維過(guò)程的作業(yè)有利于培養(yǎng)學(xué)生的理性思維。

參考文獻(xiàn)：

[1] Wolfgang Asseblbornusw.Chemieheute-SekundarbereichSⅡ. BildungshausSchulbuchverlage，2010：95～120.

[2]艾里克森著.蘭英譯.概念為本的課程與教學(xué)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003.

[3]周玉芝.以核心概念為統(tǒng)領(lǐng)設(shè)計(jì)化學(xué)教學(xué)[J].化學(xué)教育，2012，（6）：27～29.

[4]郭睿.我國(guó)化學(xué)概念教學(xué)二十五年[J].教育科學(xué)研究，2006，（4）：47～51.

[5][6]吳慶生.中學(xué)化學(xué)核心概念關(guān)鍵特征的建構(gòu)策略[J].化學(xué)教育，2015，（1）：34～38.