化學基本觀念視域下的《普通高中化學課程標準（2017年版）》分析與啟示

覃 稔，許燕紅，黃昱璇

（廣西師范大學化學與藥學學院，廣西 桂林 541004）

2018年1月，教育部正式頒布了《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱2017年版課標），本次修訂的重點在于“突出學科核心素養(yǎng)導向，體現(xiàn)學科大概念統(tǒng)領(lǐng)，彰顯學科知識的核心素養(yǎng)發(fā)展功能”[1]。那么，化學基本觀念（大概念）在2017年版課標中的具體體現(xiàn)有哪些？它與核心素養(yǎng)有什么關(guān)系？它給一線高中化學教師帶來哪些教學啟示？

一、研究背景

從當前的國際科學教育看，美國國家研究理事會于2011年7月正式頒布《K-12科學教育框架：實踐、跨學科概念和核心概念》（A Framework for K-12 Science Education:Practice,Crosscutting Con?cepts,and Core Ideas），簡稱K-12科學教育框架，其主要特點中明確提到“聚焦于核心概念的科學教學”[2]。英國科學教育專家哈倫（Wynne Harlen）在《以大概念進行科學教育》一書中提到“為了達到科學教育的目的，不能僅僅依靠事實、現(xiàn)象和理論堆積起來的知識，而是應(yīng)該在理解核心概念的基礎(chǔ)上進行教學”[3]。

從國內(nèi)其他學科的相關(guān)研究上看，最新修訂的《普通高中物理課程標準（2017年版）》中指明“物理觀念與應(yīng)用”是物理學科核心素養(yǎng)中的四大構(gòu)成要素之一。[4]此外，物理學科的“觀念教學”和“觀念建構(gòu)”相關(guān)研究在中等物理教育教學類的兩大核心期刊中也呈現(xiàn)出逐年增長的趨勢，且近幾年增長趨勢顯著。通過對相關(guān)的研究內(nèi)容進行初步分析，發(fā)現(xiàn)物理觀念的建構(gòu)與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)存在密切聯(lián)系，是學生適應(yīng)現(xiàn)代生活和未來發(fā)展的需要。[5]

具體到化學學科，2017年版課標中指出“重視以學科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進學科核心素養(yǎng)的落實”[6]，“在必修課程階段，突出化學基本觀念（大概念）的統(tǒng)領(lǐng)作用”和“努力體現(xiàn)化學基本觀念與發(fā)展趨勢，促進全體學生化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展”。[7]從中學化學教學實踐上看，詹曉旭從定義、實質(zhì)和應(yīng)用三個指標對化學基本觀念的五個不同的次級維度：微粒觀、元素觀、守恒觀、物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀以及分類觀進行調(diào)查，研究發(fā)現(xiàn)，高一學生的化學基本觀念整體水平偏低，且不同次級維度的化學基本觀念呈現(xiàn)發(fā)展不平衡的特點。[8]

可見，基于學科基本概念的研究無論是在國際的科學教育中，抑或是在國內(nèi)學科教學中都具有重大意義，它們均有利于學生學科能力的發(fā)展以及學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。而目前我國基礎(chǔ)教育對基于學科基本觀念的教學重視程度遠遠不夠，不少教師的教學理念還停留在“知識為本”的層面，亟待轉(zhuǎn)變教師教育教學理念。

二、化學基本觀念的內(nèi)涵及其構(gòu)成要素

（一）化學基本概念的內(nèi)涵及其與具體知識、核心知識的關(guān)系

觀念，一般指的是客觀事物在我們?nèi)四X中存留的概括性形象，明晰的觀念可以指導人類的實踐活動，有利于我們?nèi)粘５挠媱澟c決策。宋心琦指出，無論是具體的事實性知識，還是公式和定理，它們都會慢慢地隨著時間的流逝而逐漸被我們遺忘，但我們在獲取知識的過程中所學到的一些觀察、分析事物視角和方法卻是我們可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。因此，在中學階段，我們應(yīng)該把建構(gòu)化學基本觀念當作首要任務(wù)。[9]畢華林認為，化學基本觀念指的是在學習化學的過程中，在領(lǐng)會學科特征的基礎(chǔ)上，獲得的有關(guān)化學學科的總體性認識，它的具體表現(xiàn)形式為學生能夠主動運用相關(guān)化學學科的基本思想和方法去認識身邊的事物以及形成處理問題的自覺意識或思維習慣。[10]

化學基本觀念與具體知識、核心概念之間的關(guān)系可以用圖1來說明。[11]從圖1我們可以看出，化學基本觀念是在深入理解以及掌握具體的化學知識與核心概念的基礎(chǔ)上形成的，它對具體知識和核心概念具有引領(lǐng)作用，是化學知識能夠?qū)崿F(xiàn)有效遷移與運用的有效途徑，而具體的化學知識和核心概念是化學基本概念的基礎(chǔ)和源泉。因此，化學基本觀念與具體知識、核心概念之間是相互依存、相互促進的關(guān)系。

圖1 化學基本觀念與核心概念、具體知識的關(guān)系

（二）化學基本概念的構(gòu)成要素

畢華林以化學學科的基本特征為出發(fā)點，在深入理解化學學科特征的基礎(chǔ)上，概括總結(jié)出化學基本觀念的六個要素：元素觀、微粒觀、變化觀、實驗觀、分類觀以及化學價值觀[12]；朱玉軍從化學學科的本體、辯證唯物主義哲學以及科學哲學、世界科學教育發(fā)展趨勢、化學與其他自然學科的聯(lián)系以及我國化學教學的理論基礎(chǔ)和實踐基礎(chǔ)等五個方面的視角確定中學化學基本觀念的八個方面，它們包括：元素觀、微粒觀、化學變化觀、能量觀、實驗觀、分類觀、科學本質(zhì)觀、化學價值觀[13]；陸軍基于中學化學學科定義的視角，重構(gòu)了中學化學基本觀念，它們包括：元素觀、微粒觀、結(jié)構(gòu)觀、變化觀、化學價值觀、分類觀、實驗觀等七個方面[14]?？梢?，基于不同視角所提出的中學化學基本觀念存在一些差異，但大體上一致。在實施“觀念建構(gòu)”的教學實踐中，畢華林所提出的化學基本觀念在中學化學教師群體中獲得了較為廣泛的認可，也積累了不少相關(guān)的研究成果。基于以上考慮，本文從元素觀、微粒觀、變化觀、實驗觀、分類觀以及化學價值觀等六個方面對2017年版課標進行研究分析。

三、研究過程

為了更全面體現(xiàn)出化學基本觀念的內(nèi)涵，我們依據(jù)化學基本觀念的具體內(nèi)容，分別從元素觀、微粒觀、變化觀、實驗觀、分類觀以及化學價值觀的具體含義中選取兩個能夠代表其內(nèi)涵的詞來代表相應(yīng)的化學基本觀念展開研究，我們稱之為化學基本觀念關(guān)鍵詞（以下簡稱“關(guān)鍵詞”），它們分別是：元素觀（元素、性質(zhì)）、微粒觀（微粒、微觀）、變化觀（變化、轉(zhuǎn)化）、實驗觀（實驗、探究）、分類觀（分類、類別）、化學價值觀（環(huán)境、意識）。

利用Microsoft Office Word軟件中的關(guān)鍵詞查找功能，分別以《普通高中化學課程標準（實驗稿）》（2003年版）和2017年版課標為文本對象，對相應(yīng)的關(guān)鍵詞進行全文檢索與統(tǒng)計，具體詞頻如圖2所示。

圖2顯示，從整體上看2017年版課標中的關(guān)鍵詞詞頻相較于2003年版課標的關(guān)鍵詞詞頻增長均較為明顯，其中變化最為突出的是“微觀”“類別”“微?！薄稗D(zhuǎn)化”“變化”“分類”等六個關(guān)鍵詞，最高的詞頻比為42倍，最低的詞頻比為4.75倍。這與新舊課標對化學學科本質(zhì)特征的定義存在一定的聯(lián)系，2017年版課標更為明確指出：“化學學科的特征是從微觀層次認識物質(zhì)，以符號形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)?！币虼?，教師在教學過程中要注重培養(yǎng)學生認識物質(zhì)性質(zhì)以及化學反應(yīng)的角度，認識化學變化的轉(zhuǎn)化路徑，強調(diào)使用化學用語來表征過程。另外，從圖2我們也可以看出，無論是2017年版課標還是在2003年版課標中的“實驗”“探究”關(guān)鍵詞詞頻均排在第一位，說明實驗探究依舊是我們研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的主要手段，同時2017年版課標中明確規(guī)定了學生必做實驗，這與我國目前中學學生動手實驗能力的現(xiàn)狀存在一定的關(guān)系，其目的在于提高學生的實驗探究水平。

圖2 2017年版課標與2003年版課標的關(guān)鍵詞詞頻

為了進一步探究化學基本觀念在2017年版課標中的呈現(xiàn)方式，根據(jù)全文檢索與統(tǒng)計的結(jié)果，分別對包含關(guān)鍵詞的內(nèi)容進行提取和編碼分類，然后依次對化學基本觀念關(guān)鍵詞進行分析與討論。

四、化學基本觀念在2017年版課標中的具體內(nèi)容及呈現(xiàn)方式

（一）元素觀的內(nèi)容分析

從2017年版課標中提取與“元素”“性質(zhì)”關(guān)鍵詞有關(guān)的內(nèi)容，分別得到63和154句（段）話，然后進一步對每句（段）的具體內(nèi)容進行概括，歸納出與“元素”有關(guān)的內(nèi)容主要有五個方面，分別為：（1）具體元素的檢驗以及現(xiàn)代儀器分析在元素分析中的應(yīng)用；（2）基于元素化合價價態(tài)的視角預測物質(zhì)的轉(zhuǎn)化路徑；（3）元素周期律的應(yīng)用；（4）原子結(jié)構(gòu)、元素以及化合物性質(zhì)的內(nèi)在關(guān)系；（5）元素與生命的關(guān)系。歸納與“性質(zhì)”有關(guān)內(nèi)容主要有六個方面，分別為：（1）物質(zhì)性質(zhì)的影響因素——物質(zhì)構(gòu)成微粒、微粒間作用力的差異以及官能團；（2）物質(zhì)的性質(zhì)在生活中的應(yīng)用及其與能源、環(huán)境、健康之間的關(guān)系；（3）依據(jù)常見物質(zhì)性質(zhì)進行相關(guān)物質(zhì)的制備、分離、提純以及檢驗等一系列操作；（4）根據(jù)官能團的特點與有機物的性質(zhì)的關(guān)系做出有科學依據(jù)的判斷、評價以及決策；（5）能夠從元素周期律分析、預測、比較元素及其化合物的性質(zhì)；（6）結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—用途。

表明原子結(jié)構(gòu)、元素、物質(zhì)的性質(zhì)以及用途存在密切關(guān)系，其中最為根本的是元素的性質(zhì)，元素的性質(zhì)隨原子核外電子排布呈現(xiàn)出周期性變化是元素周期律的基礎(chǔ)，也是預測與創(chuàng)造新物質(zhì)的理論依據(jù)，更是物質(zhì)應(yīng)用的出發(fā)點。以上指明了元素觀在化學學科的基礎(chǔ)性和重要性。

（二）微粒觀的內(nèi)容分析

從2017年版課標中提取與“微?！薄拔⒂^”關(guān)鍵詞有關(guān)的內(nèi)容，分別得到20和31句（段）話，然后進一步對每句（段）的具體內(nèi)容進行概括，歸納出與“微?！庇嘘P(guān)的內(nèi)容主要有三個方面，分別為：（1）微粒間的相互作用；（2）微粒的構(gòu)成、空間排布及種類；（3）從微粒的視角分析問題。歸納與“微觀”有關(guān)內(nèi)容主要有三個方面，分別為：（1）微觀視角——微觀結(jié)構(gòu)、微粒種類；（2）微觀表征——微觀圖示、模擬動畫；（3）運用宏微觀結(jié)合的視角認識物質(zhì)性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

可以看出，物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的，不同的微粒間存在不同的相互作用，微粒間的相互作用是物質(zhì)具有空間結(jié)構(gòu)的原因。微觀圖示、模擬動畫是幫助學生建立微粒觀的有效途徑，尤其在幫助學生理解微觀下的化學變化具有重大意義。注重宏觀與微觀之間的聯(lián)系，能從微觀視角分析有關(guān)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)之間的關(guān)系。表明微粒觀在理解、解釋以及預測物質(zhì)轉(zhuǎn)化中具有理論指導作用。

（三）變化觀的內(nèi)容分析

從2017年版課標中提取與“變化”“轉(zhuǎn)化”關(guān)鍵詞有關(guān)的內(nèi)容，分別得到84和70句（段）話，然后進一步對每句（段）的具體內(nèi)容進行概括，歸納出與“變化”有關(guān)的內(nèi)容主要有七個方面，分別為：（1）新物質(zhì)的生成，同時伴隨著能量轉(zhuǎn)化是化學變化的本質(zhì)特征；（2）化合價變化；（3）元素性質(zhì)周期性變化；（4）認識化學變化是有條件的；（5）基于多視角對常見的典型物質(zhì)及其化學變化進行分類；（6）運用定量的方法分析化學變化及其反應(yīng)過程的能量轉(zhuǎn)化；（7）運用相關(guān)化學原理分析、預測化學變化的影響因素。歸納與“轉(zhuǎn)化”有關(guān)內(nèi)容主要有七個方面，分別為：（1）物質(zhì)轉(zhuǎn)化；（2）價態(tài)轉(zhuǎn)化；（3）有機化合物的轉(zhuǎn)化；（4）不同能量間的轉(zhuǎn)化，即化學能與電能以及熱能等其他形式能量間的轉(zhuǎn)化；（5）轉(zhuǎn)化率；（6）運用宏觀、微觀以及符號等不同方式描述、說明物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程；（7）分析與評估化學物質(zhì)、化學反應(yīng)可能對環(huán)境造成的影響。

有關(guān)“變化”和“轉(zhuǎn)化”的內(nèi)容在數(shù)量上較多，這與化學的學科特征有一定的關(guān)系，表明化學變化是化學學科的主要研究對象。新物質(zhì)的生成，同時伴隨著能量轉(zhuǎn)化是化學變化的本質(zhì)特征。化學變化是在一定條件下才能進行的，它受許多因素的影響，可以通過定性、定量的方法分析化學變化的過程?；诨蟽r價態(tài)、物質(zhì)類別視角來研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化的路徑是一種認識思路。有機物的轉(zhuǎn)化與官能團的特點存在密切的聯(lián)系。以上體現(xiàn)了變化觀是化學的核心。

（四）實驗觀的內(nèi)容分析

從2017年版課標中提取與“實驗”“探究”關(guān)鍵詞有關(guān)的內(nèi)容，分別得到159和117句（段）話，然后進一步對每句（段）的具體內(nèi)容進行概括，歸納出與“實驗”有關(guān)的內(nèi)容主要有十一個方面，分別為：（1）基于真實問題情境，培養(yǎng)實驗探究的一般認識路徑；（2）操作、觀察、記錄、交流與合作實驗；（3）明確規(guī)定了學生必做的實驗，同時設(shè)計了大量內(nèi)容豐富的實驗探究活動；（4）實驗儀器的使用，實驗原理的分析；（5）現(xiàn)代儀器分析實驗手段在化學研究中的應(yīng)用；（6）輔助實驗手段，即球棍模型、計算機模擬實驗；（7）STSE綜合實驗；（8）學會分離、提純以及檢驗等基本實驗技能；（9）實驗形式豐富——微型實驗、家庭小實驗、數(shù)字化實驗、定量實驗和創(chuàng)新實踐活動等；（10）實驗安全；（11）實事求是的實驗態(tài)度。歸納與“探究”有關(guān)內(nèi)容主要有三個方面，分別為：（1）科學探究與創(chuàng)新意識；（2）具體物質(zhì)性質(zhì)的實驗探究；（3）通過實驗探究，分析現(xiàn)象背后的原因及影響因素。

化學學科的發(fā)展離不開實驗探究，化學實驗是人們認識與創(chuàng)造物質(zhì)的主要途徑，為物質(zhì)的豐富性奠定了基礎(chǔ)。真實問題情境具有趣味性、真實性、復雜性等特點，最容易激發(fā)學生的好奇心，要善于引導學生發(fā)現(xiàn)實際生活中的一些問題，培養(yǎng)問題意識，并在此基礎(chǔ)上進行實驗探究，采用多種實驗和實驗輔助手段驗證猜想。STSE綜合實驗可以培養(yǎng)學生的解決綜合問題能力。在實驗過程中，要注意實驗儀器的正確使用操作，注意實驗安全，以實事求是的實驗精神，從基于經(jīng)驗到基于概念原理對實驗結(jié)果進行綜合分析。以上說明了實驗觀是人們認識物質(zhì)與創(chuàng)造物質(zhì)的重要手段。

（五）分類觀的內(nèi)容分析

從2017年版課標中提取與“分類”“類別”關(guān)鍵詞有關(guān)的內(nèi)容，分別得到19和9句（段）話，然后進一步對每句（段）的具體內(nèi)容進行概括，歸納出與“分類”有關(guān)的內(nèi)容主要有五個方面，分別為：（1）基于不同視角，從不同層次認識物質(zhì)的多樣性，并對其進行分類；（2）從不同視角對化學反應(yīng)進行分類研究；（3）基于常見官能團對有機化合物進行分類；（4）從材料組成的角度對生活中常見的材料進行分類，并做出恰當?shù)奶幚矸绞剑唬?）實驗用品的分類、安全存放與使用。歸納與“類別”有關(guān)內(nèi)容主要有兩個方面，分別為：（1）基于物質(zhì)類別的視角說明物質(zhì)轉(zhuǎn)化路徑；（2）依據(jù)物質(zhì)的類別分析、預測物質(zhì)的性質(zhì)，并對其合理性做出評估。

分類觀是一種科學的思維方式，指明認識事物的方向?；谖镔|(zhì)組成及性質(zhì)進行分類，根據(jù)類別分析、預測物質(zhì)的性質(zhì)，并做出合理的判斷。分類觀同樣可以指導我們的日常生活，使生活更加合理、有序。

（六）化學價值觀的內(nèi)容分析

從2017年版課標中提取與“環(huán)境”“意識”關(guān)鍵詞有關(guān)的內(nèi)容，分別得到49和47句（段）話，然后進一步對每句（段）的具體內(nèi)容進行概括，歸納出與“環(huán)境”有關(guān)的內(nèi)容主要有四個方面，分別為：（1）化學學科是環(huán)境科學的基礎(chǔ)；（2）化學在環(huán)境保護中的作用——新技術(shù)的出現(xiàn)、新物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)；（3）認識物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化過程中對環(huán)境可能造成的影響，增強環(huán)境保護意識；（4）STSE（科學·技術(shù)·社會·環(huán)境）之間的相互關(guān)系。歸納與“意識”有關(guān)內(nèi)容主要有七個方面，分別為：（1）問題和參與意識；（2）科學探究與創(chuàng)新意識；（3）保護環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意識；（4）真理面前人人平等的意識；（5）社會責任意識；（6）合作探究意識；（7）合理使用化學品的意識。

從上面可以看出，物質(zhì)既可以豐富我們的生活，同時也可能對我們的生活環(huán)境造成影響，這就需要我們具備正確的化學價值觀。多展現(xiàn)化學學科在人類發(fā)展中的積極性作用，同時我們也應(yīng)該意識到科學、技術(shù)、社會、環(huán)境之間存在相互關(guān)系，增強我們的問題與參與意識，合理使用化學品，提高創(chuàng)新意識，創(chuàng)造環(huán)境友好型的技術(shù)或化學品，為保護環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻?；瘜W價值觀在化學學習過程中具有價值導向作用。

五、結(jié)論與啟示

（一）理解化學基本觀念與核心概念、具體知識的關(guān)系

“觀念建構(gòu)”教學容易流于形式，其原因在于部分教師未能深刻理解基本觀念與核心概念、具體知識的關(guān)系，在實際教學過程中未充分考慮授課的具體內(nèi)容特點?；瘜W基本觀念的實質(zhì)是什么？在授課內(nèi)容中的具體體現(xiàn)形式有哪些？它與具體知識之間存在怎樣的邏輯關(guān)系？如何將具體知識中的基本觀念外顯？這些問題應(yīng)該是每一位教師都應(yīng)該思考的問題，否則脫離了具體知識和核心概念的觀念教學，便如同空中樓閣，站不住腳，更經(jīng)不起推敲。

（二）豐富學生認識物質(zhì)及其性質(zhì)的視角、思路及路徑

首先，化學基本觀念彼此并不是孤立的存在，它們之間存在一定的關(guān)聯(lián)，這說明，在實際教學過程中，要引導學生從多視角分析真實問題情境下的化學問題。其次，化學基本觀念具有層次性，習題的選擇與設(shè)計應(yīng)具有針對性與層次性的特點，以促進學生問題解決、觀念建構(gòu)、知識遷移等能力的多方面發(fā)展。在進行教學設(shè)計時，應(yīng)從“具體的化學知識有哪些？如何幫助學生獲取這些具體知識？”轉(zhuǎn)變成“這些物質(zhì)有哪些特點？可以從哪些角度認識具體物質(zhì)？”，以此促進學生的認識發(fā)展。

（三）實施“觀念建構(gòu)”教學

王磊課題組基于學習理解、應(yīng)用實踐和遷移創(chuàng)新導向的多維整合模型進行大樣本學生能力表現(xiàn)測試，結(jié)果表明，高中生的學習理解能力表現(xiàn)較好，應(yīng)用實踐能力表現(xiàn)有待提高，遷移創(chuàng)新能力表現(xiàn)水平較低。[15]而這與學生是否學習過具有重要認識角度的知識，能否將具體性和事實性知識轉(zhuǎn)化為核心概念和觀念，以及將知識的結(jié)構(gòu)化、觀念化和經(jīng)驗圖式化程度關(guān)系密切。實施“觀念建構(gòu)”教學，聚焦學科基本觀念（大概念），有利于知識的結(jié)構(gòu)化和功能化，是將具體的化學知識轉(zhuǎn)化為學科核心素養(yǎng)的有效途徑。▲