基于學(xué)習(xí)進(jìn)階視角的化學(xué)核心概念的界定

童文昭 鄒國(guó)華 楊季冬

摘要： 學(xué)習(xí)進(jìn)階中的核心概念是介于學(xué)科觀念與基本概念之間的一種中位概念，基于國(guó)內(nèi)課程體系的特點(diǎn)，提出學(xué)習(xí)進(jìn)階視角下的化學(xué)核心概念的內(nèi)涵及界定思路。以“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”為例，通過“自上往下”的觀念建構(gòu)分析和“自下往上”的基本概念認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)分析，得出“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”的核心概念包括“結(jié)構(gòu)微?！薄拔⒘ｉg的相互作用”“微粒的空間分布”“結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系”等。

關(guān)鍵詞： 學(xué)習(xí)進(jìn)階; 中學(xué)化學(xué); 核心概念; 物質(zhì)結(jié)構(gòu)

文章編號(hào)： 1005-6629（2019）2-0003-05??????????? 中圖分類號(hào)： G633.8??????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

隨著學(xué)習(xí)進(jìn)階研究的興起，尤其是與學(xué)習(xí)進(jìn)階有著密切關(guān)系的2017版新課程標(biāo)準(zhǔn)的頒布，讓基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的核心概念教學(xué)研究也愈受重視。實(shí)際上，基于核心概念在學(xué)科中的重要價(jià)值和地位，化學(xué)核心概念一直都是化學(xué)教學(xué)研究中的熱點(diǎn)，相關(guān)研究成果和文獻(xiàn)也非常豐富。然而，通過文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)“化學(xué)核心概念”似乎缺少統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)或界定標(biāo)準(zhǔn)，以致其數(shù)量眾多。那么，核心概念與通常所說的基本概念、一般概念、重要概念、關(guān)鍵概念、大概念等之間有何區(qū)別？眾多的中學(xué)化學(xué)概念中，有哪些是核心概念？這些問題的存在顯然會(huì)給學(xué)習(xí)進(jìn)階視角下的核心概念教學(xué)及其研究帶來困惑。因此，有必要基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論厘清化學(xué)核心概念的內(nèi)涵和外延。

1? 學(xué)習(xí)進(jìn)階視角下的“核心概念”

1.1? 核心概念的基本內(nèi)涵

我國(guó)學(xué)者歐陽景根曾從哲學(xué)的角度對(duì)概念及核心概念進(jìn)行闡釋，他認(rèn)為，不論是自然科學(xué)還是人文與社會(huì)科學(xué)，關(guān)于核心概念的理解都有共通的地方：“概念是構(gòu)造理論的磚石，是研究范圍內(nèi)同一類現(xiàn)象的概括性表述。根據(jù)概念在理論中的地位，可理解為： 核心概念是理論的主要范疇，一般概念是附著于核心概念而存在的、為核心概念服務(wù)的普通概念”[1]。美國(guó)課程專家Erickson認(rèn)為“核心概念是居于學(xué)科中心，具有超越課堂之外的持久價(jià)值和遷移價(jià)值的關(guān)鍵性概念、原理或方法，具有廣闊的解釋空間，源于學(xué)科中的各種概念、理論、原理和解釋體系”[2]。

1.2? NGSS與核心概念

根據(jù)美國(guó)新一輪科學(xué)教育改革的“更少、更深、整合”目標(biāo)，《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（簡(jiǎn)稱NGSS）的編制指導(dǎo)文件——《K-12科學(xué)教育框架》（簡(jiǎn)稱“框架”）用更少的“大概念”（big ideas）對(duì)學(xué)科核心概念（disciplinary core ideas）進(jìn)行了學(xué)科間整合。“框架”對(duì)核心概念有明確的標(biāo)準(zhǔn)[3]： （1）對(duì)多個(gè)學(xué)科來說都非常重要的或某一學(xué)科的關(guān)鍵性原理;（2）為理解更復(fù)雜的概念和解決問題提供重要工具;（3）與學(xué)生興趣和生活經(jīng)驗(yàn)相關(guān)，或關(guān)系到社會(huì)和個(gè)人的、需要利用科學(xué)或技術(shù)知識(shí)來理解的利害關(guān)系;（4）在各年級(jí)都可進(jìn)行不同水平的教學(xué)，概念的深度和復(fù)雜度隨著年級(jí)的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。以本文主題為例，“框架”將“物質(zhì)科學(xué)”主題的核心概念確定為四個(gè)，并根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)拆分為次一級(jí)概念（見表1），NGSS再進(jìn)一步對(duì)各次一級(jí)概念在不同學(xué)段的具體表現(xiàn)期望進(jìn)行闡釋。

1.3? 學(xué)習(xí)進(jìn)階與核心概念

作為NGSS的核心理念，學(xué)習(xí)進(jìn)階是“對(duì)不同學(xué)段學(xué)習(xí)同一核心概念時(shí)所遵循的連貫的、典型的思維路徑的描述，一般呈現(xiàn)為圍繞核心概念展開的一系列由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的概念序列”[5]。該定義對(duì)核心概念的“范圍和大小”作出了要求： （1）長(zhǎng)程性，即核心概念應(yīng)能在不同學(xué)段中找到不同的表達(dá)。從概念的知識(shí)屬性理解，這一要求體現(xiàn)了知識(shí)學(xué)習(xí)的延續(xù)性和完整性，因此核心概念應(yīng)統(tǒng)攝了由基本概念構(gòu)成的、體現(xiàn)學(xué)科結(jié)構(gòu)的知識(shí)體系，方能滿足進(jìn)階學(xué)習(xí)的跨度要求;（2）復(fù)雜性，即核心概念應(yīng)能隨著學(xué)習(xí)的深入呈現(xiàn)出趨于復(fù)雜的內(nèi)涵。這一要求體現(xiàn)了概念的理論屬性，既然概念是構(gòu)建學(xué)科理論的基石，核心概念理應(yīng)蘊(yùn)含了學(xué)科觀念、思想和方法的核心要義，方能實(shí)現(xiàn)趨于復(fù)雜的內(nèi)涵解釋。可以看出，學(xué)習(xí)進(jìn)階中的核心概念應(yīng)當(dāng)是介于基本概念與學(xué)科觀念之間的一個(gè)“有核的概念群”，是兼有歸納性和演繹性的統(tǒng)一體。

2? 基于國(guó)內(nèi)課程的化學(xué)核心概念的界定——以“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”為例

國(guó)內(nèi)課程體系在上一輪課程改革中有了很大的變化，但與國(guó)外化學(xué)課程體系相比，兩者在核心概念的選擇范圍上仍有很大的差異。從表1可以看出，由于跨學(xué)科“整合”的需求，“框架”所列的核心概念無論是上一級(jí)核心概念還是次一級(jí)核心概念，對(duì)我國(guó)基礎(chǔ)教育課程體系來說都顯得太大了，不利于逐級(jí)進(jìn)階教學(xué)的把握。例如，“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”在“框架”中僅是“物質(zhì)及其相互作用”下屬的次一級(jí)核心概念，而在我國(guó)中學(xué)化學(xué)課程體系中，它不僅是重要的學(xué)科理論分支——物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論，甚至是一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科模塊。考慮到這些差異，結(jié)合前述學(xué)習(xí)進(jìn)階視角下的核心概念內(nèi)涵和要求，本文將從上位的學(xué)科觀念和下位的基本概念兩個(gè)層面對(duì)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”的核心概念進(jìn)行界定分析。

2.1? 自上往下： 學(xué)科觀念的建構(gòu)分析

作為學(xué)科觀念的下位概念，核心概念的凝練需要考慮其對(duì)學(xué)科觀念建構(gòu)的意義。無論是上一輪課程改革還是本次以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的新一輪改革，化學(xué)學(xué)科觀念的建構(gòu)始終是化學(xué)教學(xué)中的重要目標(biāo)。2017版新課程標(biāo)準(zhǔn)更是在“課程理念”中提出要“引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)的基本原理和方法，形成化學(xué)學(xué)科的核心觀念”[6]（化學(xué)觀念為新增要求）?；瘜W(xué)作為一門在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的科學(xué)，這一學(xué)科定義本身便蘊(yùn)含了諸多的化學(xué)基本觀念，如研究層次“原子、分子”中的微粒觀，研究對(duì)象“組成、轉(zhuǎn)化”中的元素觀、轉(zhuǎn)化觀、能量觀，研究對(duì)象“結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、應(yīng)用”中更是體現(xiàn)了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定轉(zhuǎn)化及應(yīng)用”這一重要的化學(xué)觀念。這些觀念的建構(gòu)都離不開“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”——這座通過結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)聯(lián)在微觀與宏觀之間建構(gòu)起的橋梁。所以2017版課程標(biāo)準(zhǔn)中明確提出“‘結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)是化學(xué)學(xué)科的核心觀念，是‘宏觀辨識(shí)與微觀探析核心素養(yǎng)的具體表現(xiàn)形式”[7]。

“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”選修模塊作為中學(xué)化學(xué)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”理論體系的核心，全面闡釋了中學(xué)階段“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”理論的知識(shí)框架。王磊等（2008）[8]在“促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)能力發(fā)展”的相關(guān)研究中認(rèn)為，該模塊的主要功能是促進(jìn)學(xué)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)微觀認(rèn)識(shí)能力的形成和發(fā)展，具體包括： 關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)核心認(rèn)識(shí)域的構(gòu)建、層級(jí)認(rèn)識(shí)角度的建立、原有認(rèn)識(shí)方式類別的轉(zhuǎn)變以及認(rèn)識(shí)策略（路徑、思路、方法）的形成等。綜觀該模塊教科書的宏觀結(jié)構(gòu)，可知其編排方式旨在幫助學(xué)生形成“微粒內(nèi)→微粒間→物質(zhì)的聚集”三個(gè)層次的認(rèn)識(shí)，以期實(shí)現(xiàn)化學(xué)中“見著而知微”和“見微而知著”的方法論目的，以及初等化學(xué)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”理論中結(jié)構(gòu)和性質(zhì)兩個(gè)層面的認(rèn)識(shí)論目的。

2.2? 自下往上： 基本概念的認(rèn)知結(jié)構(gòu)分析

為使梳理和界定的核心概念與當(dāng)前課程結(jié)構(gòu)及教學(xué)實(shí)際更貼切，本文采用筆者當(dāng)?shù)厥褂玫南嗯涮椎?003版課程標(biāo)準(zhǔn)與教科書，九年級(jí)為滬教版，高中為魯科版。按九年級(jí)到高中必修、選修的順序進(jìn)行梳理。其中，九年級(jí)階段“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”內(nèi)容集中在“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”主題，共涉及原子、分子等14個(gè)基本概念;高中必修階段“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”內(nèi)容集中在“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”主題，共涉及核素、同位素等23個(gè)基本概念;高中選修階段“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”內(nèi)容主要集中在《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊，共涉及基態(tài)、激發(fā)態(tài)等66個(gè)基本概念。通過梳理并去掉模塊間重復(fù)的概念，將其按教學(xué)常用的分類方式，分為原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)三類92個(gè)基本概念（見表2），并畫出以概念關(guān)聯(lián)為中心的概念圖（見圖1～圖3）。

為更清晰地了解各組基本概念之間的關(guān)聯(lián)，本文通過溯源法對(duì)概念圖進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。根據(jù)關(guān)聯(lián)復(fù)雜度及復(fù)雜原點(diǎn)找出概念群中的關(guān)鍵性概念，厘清基本概念體系的認(rèn)知邏輯和核心思想。

從圖1中的概念關(guān)系可知，原子結(jié)構(gòu)概念群中，去除本體概念“原子”后，大于四級(jí)關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵性概念有： 元素周期律、核外電子排布。其中，“元素周期律”呈現(xiàn)的核心知識(shí)是原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系?！昂送怆娮优挪肌背尸F(xiàn)的核心知識(shí)是原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（微粒及其分布）。結(jié)合教科書編排的教學(xué)順序，原子結(jié)構(gòu)概念群的整體的認(rèn)知邏輯為： 基于原子結(jié)構(gòu)模型，從原子的結(jié)構(gòu)微粒（質(zhì)子、中子、電子）及其數(shù)量關(guān)系，到這些微粒在空間的分布情況，再到結(jié)構(gòu)微粒、微粒數(shù)量、微?？臻g分布三者對(duì)元素性質(zhì)的影響。

同理分析圖2可知，分子結(jié)構(gòu)概念群中的關(guān)鍵性概念為： 共價(jià)鍵、分子空間構(gòu)型。其中“共價(jià)鍵”主要呈現(xiàn)的核心知識(shí)是分子的結(jié)構(gòu)微粒間存在的相互作用，“分子空間構(gòu)型”主要呈現(xiàn)的是分子的結(jié)構(gòu)微粒及相互作用對(duì)分子空間構(gòu)型的影響和解釋。結(jié)合教科書編排的教學(xué)順序，分子結(jié)構(gòu)概念群的整體認(rèn)知邏輯為： 基于分子的形成，從分子的結(jié)構(gòu)微粒及其相互作用，到這些微粒間的相互作用對(duì)分子空間構(gòu)型的影響，再到分子的結(jié)構(gòu)微粒、微粒間的相互作用、分子的空間構(gòu)型三者對(duì)分子性質(zhì)的影響。

同理分析圖3可知，晶體結(jié)構(gòu)概念群中的關(guān)鍵性概念有： 聚集狀態(tài)、晶體、晶胞。這些關(guān)鍵性概念主要呈現(xiàn)的核心知識(shí)是從宏觀與微觀相結(jié)合的視角審視宏觀物質(zhì)（晶體）的微觀結(jié)構(gòu)（微粒的類型、相互作用、聚集方式）。與原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)分別聚焦于原子內(nèi)、分子內(nèi)（原子間）相比，晶體結(jié)構(gòu)突出的是構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒是如何聚集形成宏觀物質(zhì)的，是從原子到分子再到晶體這一“趨于長(zhǎng)大”的物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究順序中“離宏觀最近”的認(rèn)知層面。結(jié)合教科書編排的教學(xué)順序，晶體結(jié)構(gòu)概念群的整體認(rèn)知邏輯為： 基于晶體，從晶體的結(jié)構(gòu)微粒、微粒間的相互作用、微粒的空間聚集方式等三個(gè)層面解釋其對(duì)物質(zhì)（晶體）的宏觀性質(zhì)的影響。

2.3? 核心概念的凝練分析

通過自下而上的基本概念認(rèn)知結(jié)構(gòu)分析，以及自上而下的觀念建構(gòu)分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，無論是原子層面的“原子結(jié)構(gòu)”，還是分子層面的“分子結(jié)構(gòu)”、“晶體結(jié)構(gòu)”，這些“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”的認(rèn)知邏輯基本都是從四個(gè)方面進(jìn)行的：

首先是結(jié)構(gòu)微粒。圍繞著構(gòu)成物質(zhì)的三種基本微粒而展開的結(jié)構(gòu)研究，既是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究基礎(chǔ)，也是微粒觀的建構(gòu)基礎(chǔ)。從認(rèn)知邏輯來看，從宏觀物質(zhì)到晶體的結(jié)構(gòu)微粒，從分子的結(jié)構(gòu)微粒到原子內(nèi)部不斷趨于細(xì)分的粒子，其目的是逐步構(gòu)建起“物質(zhì)由微粒構(gòu)成，微粒由更小的微粒構(gòu)成”的微粒觀念意識(shí)。

其次是結(jié)構(gòu)微粒間的相互作用。作為物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的核心，微粒間的“相互作用”不僅是銜接微粒與微粒的空間結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，也是承擔(dān)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)解釋的關(guān)鍵。從認(rèn)知邏輯來看，從原子核內(nèi)質(zhì)子與中子之間的“核力”到原子核對(duì)核外電子的引力，從原子、離子間的化學(xué)鍵到分子間的作用力。其目的是形成“構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間普遍存在相互作用，這些相互作用決定著微粒間的結(jié)合方式”的作用力觀念意識(shí)。

再次是結(jié)構(gòu)微粒的空間分布。作為微觀結(jié)構(gòu)的“三維”描繪，微粒的空間結(jié)構(gòu)承擔(dān)著微粒觀的直觀敘述，是形成完整空間結(jié)構(gòu)意識(shí)的關(guān)鍵部分。從認(rèn)知邏輯來看，從“原子結(jié)構(gòu)”中核外空間的電子分布，到“分子結(jié)構(gòu)”中分子的立體構(gòu)型，再到“晶體結(jié)構(gòu)”中結(jié)構(gòu)微粒的空間堆積方式，逐層構(gòu)建起“微粒間的相互作用決定了微粒以一定的空間分布聚集成宏觀物質(zhì)，微粒的空間聚集方式又決定了物質(zhì)的宏觀特性”這一空間觀念意識(shí)。

最后是結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。宏觀與微觀的關(guān)聯(lián)是化學(xué)重要的學(xué)科特征，該特征正是通過物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系呈現(xiàn)。觀念及概念的形成需要具體性知識(shí)的支撐，由于微觀結(jié)構(gòu)是肉眼所看不見的，對(duì)學(xué)生而言是“憑空想象”的抽象知識(shí)，觀念和概念具體化的任務(wù)自然落到了結(jié)構(gòu)與性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的具體性知識(shí)身上。通過微粒、相互作用、空間分布各自對(duì)性質(zhì)的影響，全面認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系，不僅是學(xué)習(xí)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”本身的需求，更是促進(jìn)學(xué)生對(duì)“結(jié)構(gòu)”理解的需求。

綜上，“結(jié)構(gòu)微?！薄拔⒘ｉg的相互作用”“微粒的空間分布”“結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系”作為認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)一般程序的四個(gè)核心內(nèi)容，在各個(gè)學(xué)段，都既能找到相應(yīng)的基本概念群，又能建構(gòu)起完整的物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀，符合學(xué)習(xí)進(jìn)階視角下的核心概念的要求。

3? 結(jié)語

對(duì)于“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”，中學(xué)課程總體遵循了大學(xué)課程結(jié)構(gòu)，分原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)三個(gè)部分，但對(duì)初等化學(xué)而言，這種劃分方式無法完全實(shí)現(xiàn)“螺旋式”的漸進(jìn)編排，如晶體結(jié)構(gòu)部分就會(huì)形成“斷跨”。類似地，傳統(tǒng)意義上的核心概念，如“化學(xué)鍵”也不適于學(xué)習(xí)進(jìn)階要求。由于學(xué)習(xí)進(jìn)階關(guān)注較長(zhǎng)時(shí)間跨度內(nèi)同一核心概念的學(xué)習(xí)過程，與之對(duì)應(yīng)的教學(xué)必然需要從更高、更全面的知識(shí)視角進(jìn)行整體規(guī)劃，這一點(diǎn)與我們當(dāng)前所提倡的“單元整體教學(xué)”相似。尤其是在強(qiáng)調(diào)核心素養(yǎng)的當(dāng)下，如何抓住更核心的內(nèi)容，以“更少”的概念，進(jìn)行“更深”層次的教學(xué)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識(shí)的“整合”，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)乃至“學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”的發(fā)展，是我們需要思考的，也是我們需要改變的。這也是本文的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，界定基于學(xué)習(xí)進(jìn)階視角的核心概念，以期更好地實(shí)現(xiàn)： 從知識(shí)的整體結(jié)構(gòu)及其形成過程的角度，進(jìn)行基本概念的教學(xué)、觀念的建構(gòu)、學(xué)科素養(yǎng)的培育。

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