化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)視角下的化學(xué)知識(shí)觀

孫永平 王娜 劉俊玲 王玲 牛洪波

【摘 要】為了更加有利于落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，本研究提出了“五位一體”的化學(xué)知識(shí)觀。“五位”是指化學(xué)知識(shí)的五種類型，主要包括“背景性知識(shí)”、“探究性知識(shí)”、“結(jié)果性知識(shí)”、“本質(zhì)性知識(shí)”和“價(jià)值性知識(shí)”;“一體”是指五種類型化學(xué)知識(shí)的整體性組織，主要包括基于“知識(shí)點(diǎn)”的環(huán)形組織和基于“知識(shí)進(jìn)階”的螺旋上升式組織。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng);化學(xué)知識(shí)觀

【中圖分類號(hào)】G633.8 ??????【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】2095-3089（2019）09-0110-02

2017年版《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》[1]頒布以后，如何發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)成為熱點(diǎn)話題。長期以來，化學(xué)教育界達(dá)成的一個(gè)共識(shí)是，任何素養(yǎng)的落實(shí)，都離不開化學(xué)知識(shí)。但究竟需要哪些化學(xué)知識(shí)，卻有不同認(rèn)識(shí)，即化學(xué)知識(shí)觀?；瘜W(xué)知識(shí)觀影響化學(xué)知識(shí)的選擇和組織，進(jìn)而影響化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)。受國際科學(xué)教育研究的啟發(fā)，本文提出“五位一體”的化學(xué)知識(shí)觀，更加有利于落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。“五位”是指化學(xué)知識(shí)的五種類型，具體包括“背景性知識(shí)”、“探究性知識(shí)”、“結(jié)果性知識(shí)”、“本質(zhì)性知識(shí)”和“價(jià)值性知識(shí)”?！耙惑w”是指化學(xué)知識(shí)的整體性組織方式。這五種化學(xué)知識(shí)不是孤立的，需要構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。

一、化學(xué)知識(shí)的五種類型

1.背景性知識(shí)（Contextual knowledge）。

化學(xué)知識(shí)不是憑空產(chǎn)生的，總是基于一定的歷史背景。背景性知識(shí)是指化學(xué)知識(shí)產(chǎn)生之前，當(dāng)時(shí)已有的科學(xué)知識(shí)、思想、信念以及社會(huì)生產(chǎn)生活經(jīng)驗(yàn)等。背景性知識(shí)不一定局限于化學(xué)知識(shí)，其它學(xué)科知識(shí)甚至是生產(chǎn)生活經(jīng)驗(yàn)，只要能對(duì)化學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生有啟發(fā)或者貢獻(xiàn)，都會(huì)構(gòu)成背景性知識(shí)?；瘜W(xué)家正是基于這些背景性知識(shí)去生產(chǎn)新的化學(xué)知識(shí)。新化學(xué)知識(shí)一旦確立，又變成背景性知識(shí)。隨著化學(xué)的發(fā)展，背景性知識(shí)不斷豐富，構(gòu)成化學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的階梯。

2.探究性知識(shí)（Inquiry knowledge）。

化學(xué)知識(shí)是化學(xué)家探究出來的。探究總是要經(jīng)過一定的過程，使用一定的方法。這些有關(guān)過程和方法的知識(shí)統(tǒng)稱為探究性知識(shí)。探究，可以作為一種活動(dòng)，例如提出問題，設(shè)計(jì)方案，收集和處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論等[2]。還可以作為一種知識(shí)，即探究觀。1962年，約瑟夫.施瓦布（Joseph Schwab）曾經(jīng)提出7條探究觀：（1）問題指引探究;（2）探究有多種方法;（3）探究可達(dá)成多個(gè)目標(biāo);（4）科學(xué)知識(shí)需要證實(shí);（5）探究需要辨識(shí)并處理異常數(shù)據(jù);（6）數(shù)據(jù)與證據(jù)不同;（7）科學(xué)實(shí)踐共同體[3]。2014年，朱迪斯.萊德曼（Judith Lederman）等人提出8條探究觀[4]：（1）科學(xué)探究總是始于問題但不一定檢驗(yàn)一個(gè)假設(shè);（2）科學(xué)探究有多種方法;（3）問題指引探究過程;（4）科學(xué)探究遵循相同的步驟但不一定得出相同的結(jié)果;（5）探究的程序影響探究的結(jié)果;（6）研究的結(jié)論必須與數(shù)據(jù)一致;（7）數(shù)據(jù)與證據(jù)不同;（8）探究根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)和已有知識(shí)做出解釋。學(xué)生如果理解探究，形成正確的探究觀，會(huì)大大增強(qiáng)探究能力。

3.結(jié)果性知識(shí)（Resultant knowledge）。

元素化合物知識(shí)、化學(xué)概念、化學(xué)理論以及化學(xué)實(shí)驗(yàn)和化學(xué)計(jì)算等技能等都屬于結(jié)果性知識(shí)，也是最常見的一種知識(shí)。結(jié)果性知識(shí)是化學(xué)家探究的結(jié)果。

4.本質(zhì)性知識(shí) （Nature of knowledge）。

本質(zhì)性知識(shí)是指化學(xué)知識(shí)的特征。諾爾曼.萊德曼（Norman Lederman）認(rèn)為，科學(xué)知識(shí)（包括化學(xué)知識(shí)）具有以下7條特征[5]：（1）暫時(shí)性;（2）猜想性與創(chuàng)造性;（3）主觀性;（4）實(shí)證性;（5）觀察與推理有區(qū)別;（6）事實(shí)不同于定律;（7）科學(xué)知識(shí)植根于社會(huì)文化。本質(zhì)性知識(shí)與探究性知識(shí)有交叉，但有本質(zhì)區(qū)別。蕾尼.施瓦茲（Renee Schwartz）認(rèn)為，本質(zhì)性知識(shí)針對(duì)探究的結(jié)果，即結(jié)果性知識(shí)的特征，探究性知識(shí)針對(duì)探究的過程，即科學(xué)知識(shí)是怎么產(chǎn)生并被接受的[6]。

5.價(jià)值性知識(shí) （Value of knowledge）。

價(jià)值性知識(shí)是指關(guān)于結(jié)果性知識(shí)有什么用的知識(shí)。一般來說，科學(xué)知識(shí)的主要作用在于解釋自然界中的物質(zhì)及其變化;技術(shù)知識(shí)的主要作用在于獲得改造自然界的方法和手段;工程知識(shí)的主要作用在于生產(chǎn)能直接滿足人類需要的產(chǎn)品。

二、化學(xué)知識(shí)的整體性組織

上述五種知識(shí)有兩種整體性的組織方式：一是基于“化學(xué)知識(shí)點(diǎn)”的環(huán)形組織;二是基于“化學(xué)知識(shí)進(jìn)階”的螺旋上升式組織。

1.基于“化學(xué)知識(shí)點(diǎn)”的環(huán)形組織方式。

環(huán)形組織是指某個(gè)知識(shí)點(diǎn)完整的產(chǎn)生過程，化學(xué)家在一定背景下，經(jīng)過探究，獲得結(jié)果性知識(shí)，該結(jié)果性知識(shí)具有什么特征，在解釋和改造自然界以及如何滿足人類需要等方面具有哪些作用。為了行文方便，背景性知識(shí)簡(jiǎn)稱C，探究性知識(shí)簡(jiǎn)稱I，結(jié)果性知識(shí)簡(jiǎn)稱R，本質(zhì)性知識(shí)簡(jiǎn)稱N，價(jià)值性知識(shí)簡(jiǎn)稱V。

2.基于“化學(xué)知識(shí)進(jìn)階”的螺旋上升式組織方式。

化學(xué)科學(xué)發(fā)展的歷史長河表明，針對(duì)同一個(gè)問題，特定時(shí)代的特定化學(xué)家只能達(dá)到特定程度的認(rèn)識(shí)。這種認(rèn)識(shí)往往不全面，不深入，甚至缺乏足夠科學(xué)證據(jù)的支撐。要想達(dá)到對(duì)某個(gè)問題全面、深入、充分地認(rèn)識(shí)，需要一代又一代的化學(xué)家前赴后繼，從多個(gè)不同角度，尋找更多證據(jù)，越來越貼近事物真相。造成的結(jié)果就是知識(shí)進(jìn)階，需要以螺旋上升的方式進(jìn)行組織，相當(dāng)于把多個(gè)基于知識(shí)點(diǎn)的環(huán)形組織疊加起來，如圖2所示。

三、“五位一體”化學(xué)知識(shí)觀的應(yīng)用

1.“德謨克利特（Democritus）原子論”的環(huán)形組織方式。

以德謨克利特（Democritus）的“原子論”為例。從“背景性知識(shí)”來看，德謨克利特的老師，留基伯（Leucippus），已經(jīng)提出了“原子論”。從“探究性知識(shí)”來看，德謨克利特是通過天才的猜想繼承和發(fā)展了留基伯的原子論。從“結(jié)果性知識(shí)”來看，德謨克利特的原子論與留基伯的原子論有所差異，例如，留基伯雖然指出“萬物運(yùn)動(dòng)源于原子運(yùn)動(dòng)”，但沒有明確指出原子是怎么運(yùn)動(dòng)的，而德謨克利特則明確指出“萬物運(yùn)動(dòng)源于原子的結(jié)合和分離”。從“本質(zhì)性知識(shí)”來看，德謨克利特的原子論充滿了猜想性、創(chuàng)造性、主觀性和暫時(shí)性。從“價(jià)值性知識(shí)”來看，德謨克利特的原子論具有一定的解釋功能，更重要的意義在于，德謨克利特通過他的原子論為后來的化學(xué)科學(xué)研究提出了一個(gè)本源性問題：世界的本源究竟是什么？正是受這個(gè)本源性問題的驅(qū)動(dòng)，人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)不斷深入發(fā)展。

2.“原子結(jié)構(gòu)模型演化”的螺旋上升組織方式。

原子結(jié)構(gòu)模型的演化屬于化學(xué)學(xué)科的核心知識(shí)，大致歷經(jīng)德謨克利特原子論、約翰.道爾頓（John Dalton）原子論、約瑟夫·約翰·湯姆遜（Thomson，Joseph John）原子論、歐內(nèi)斯特.盧瑟福（Ernest Rutherford）原子論、尼爾斯.波爾（Niels Bohr）原子論和薛定諤原子論等發(fā)展階段，因而可以使用螺旋上升組織方式。

（1）約翰.道爾頓原子論。

在德謨克利特哲學(xué)模型的基礎(chǔ)上，道爾頓通過實(shí)驗(yàn)第一次建立了科學(xué)意義上的原子結(jié)構(gòu)模型。從“背景性知識(shí)來看”，道爾頓部分繼承了德謨克利特的原子論，比如原子是不可分的實(shí)心小球;從“探究性知識(shí)來看”，道爾頓并沒有直接證明原子的存在，而是基于他的原子論進(jìn)行推理，得出“定比定律”和“倍比定律”，并被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。后來，瓊斯·雅可比·貝采里烏斯（Jons Jakob Berzelius）等化學(xué)家進(jìn)行了更為精確的實(shí)驗(yàn)，也得出類似結(jié)論，進(jìn)一步確定了倍比定律的正確性，間接證明了道爾頓原子論的正確性。從“結(jié)果性知識(shí)”來看，道爾頓原子論的主要內(nèi)容包括：1）化學(xué)元素由不能再分的原子組成，原子是化學(xué)變化中的最小微粒;2）同種元素的原子性質(zhì)和質(zhì)量都相同，不同元素原子的性質(zhì)和質(zhì)量各不相同，原子質(zhì)量是元素基本特征之一;3）不同元素化合時(shí)，原子以簡(jiǎn)單整數(shù)比結(jié)合。從“本質(zhì)性知識(shí)”來看，道爾頓的原子論具有濃厚的實(shí)證性，是通過“假設(shè)—推理—驗(yàn)證”的方式得出來的;從“價(jià)值性知識(shí)來看”，道爾頓原子論已經(jīng)超越了思辨式猜想，是科學(xué)意義上的原子論。

（2）約瑟夫·約翰·湯姆遜原子論。

在道爾頓原子論的基礎(chǔ)上，湯姆遜提出了原子結(jié)構(gòu)的“西瓜模型”。從“背景性知識(shí)”來看，湯姆遜繼承了道爾頓的觀點(diǎn)，認(rèn)為不同原子有不同質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上，又有所發(fā)展，他創(chuàng)造了分離不同質(zhì)量原子的方法，為后人提出同位素概念奠定了基礎(chǔ)。從“探究性知識(shí)”來看，湯姆遜通過陰極射線實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電子，為原子可分提供了證據(jù)，這是他最突出的貢獻(xiàn)。從“結(jié)果性知識(shí)”來看，湯姆遜原子論假設(shè)“原子帶正電的部分像‘流體一樣均勻分布在球形的原子體積內(nèi)，而負(fù)電子則嵌在軀體的某些固定位置。”[7]從“本質(zhì)性知識(shí)”來看，湯姆遜原子論帶有明顯的推理色彩，基于電子帶負(fù)電這一事實(shí)，湯姆遜推測(cè)原子不僅可分，原子內(nèi)部還存在帶有正電的粒子。從“價(jià)值性知識(shí)”來看，湯姆遜原子論最大的貢獻(xiàn)在于他基于證據(jù)，不僅打破了“原子不可分”的傳統(tǒng)觀念，還深入到原子內(nèi)部，為質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)指出了方向。

（3）歐內(nèi)斯特.盧瑟福原子論。

在湯姆遜原子論的基礎(chǔ)上，歐內(nèi)斯特.盧瑟福提出了原子結(jié)構(gòu)的“行星模型”。從“背景性知識(shí)”來看，盧瑟福深受湯姆遜的影響，基于電子帶負(fù)電而原子不帶電這一事實(shí)，預(yù)示著質(zhì)子的存在，為原子核的發(fā)現(xiàn)埋下了伏筆。從“探究性知識(shí)”來看，盧瑟福通過“粒子散射實(shí)驗(yàn)”，提出了原子核的存在。從“結(jié)果性知識(shí)”來看，盧瑟福原子論的要點(diǎn)是：原子的大部分體積是空的，電子按照一定軌道圍繞著一個(gè)帶正電荷的很小的原子核運(yùn)轉(zhuǎn)。原子的全部正電荷在原子核內(nèi)，且?guī)缀跞抠|(zhì)量均集中在原子核內(nèi)部。從“本質(zhì)性知識(shí)”來看，盧瑟福的原子論有很大的實(shí)證性和推理性色彩。從“價(jià)值性知識(shí)”來看，盧瑟福的原子論是經(jīng)典電磁理論在微觀世界的推演，雖然有證據(jù)支持，但是隨著新證據(jù)和新理論的發(fā)現(xiàn)，還會(huì)繼續(xù)演化。

（4）尼爾斯.波爾原子論。

在盧瑟福原子論的基礎(chǔ)上，波爾提出了過渡狀態(tài)的原子模型。從“背景性知識(shí)”來看，波爾部分接受了行星結(jié)構(gòu)，承認(rèn)這種結(jié)構(gòu)有很大程度的合理性。從“探究性知識(shí)”來看，波爾率先使用普朗克的量子理論來來解決盧瑟福原子模型在穩(wěn)定性方面的困難，后來受到巴爾末等其他科學(xué)家的啟發(fā)，最終成功地解釋了經(jīng)典電磁理論所不能解釋的問題。從“結(jié)果性知識(shí)”來看，波爾原子論的要點(diǎn)是：電子在一些特定的可能軌道上繞核作圓周運(yùn)動(dòng)，離原子核越遠(yuǎn)能量越高。當(dāng)電子在這些可能的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)原子不發(fā)射也不吸收能量，只有當(dāng)電子從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)原子才發(fā)射或吸收能量，而且發(fā)射或吸收的輻射是單頻的，輻射的頻率和能量之間關(guān)系由 E=hv給出，h為普朗克常數(shù)。從“本質(zhì)性知識(shí)”來看，波爾原子論有很大的主觀性、猜想性和創(chuàng)造性。從“價(jià)值性知識(shí)”來看，波爾原子論最大的貢獻(xiàn)就是把人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)引入到了量子世界。

（5）埃爾溫.薛定諤原子論。

在波爾模型的基礎(chǔ)上，受德布羅意的啟發(fā)，薛定諤提出了原子結(jié)構(gòu)的量子模型。從“背景性知識(shí)”來看，除了波爾原子論以外，德布羅意已經(jīng)提出所有運(yùn)動(dòng)粒子都具有波的屬性。從“探究性知識(shí)”來看，薛定諤開始嘗試用波而不是粒子去解釋電子的行為。這種解釋方法解決了波爾模型所不能解決的問題。從“結(jié)果性知識(shí)”來看，薛定諤原子論的要點(diǎn)是：核外電子以一定的幾率密度分布在原子核周圍，即電子云。這樣就無法同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)出電子的位置和動(dòng)量。從“本質(zhì)性知識(shí)”來看，薛定諤的原子論完全用量子理論來解釋，對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)是一次科學(xué)革命。從“價(jià)值性知識(shí)”來看，薛定諤的原子論具有里程碑的意義，他為人類認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)開辟了一個(gè)新紀(jì)元。

四、討論與建議

“五位一體”的化學(xué)知識(shí)觀是落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要保障。這種化學(xué)知識(shí)觀把化學(xué)學(xué)科知識(shí)產(chǎn)生的背景、過程、結(jié)果以及本質(zhì)和價(jià)值都包括在內(nèi)，涵蓋了化學(xué)學(xué)科知識(shí)產(chǎn)生的完整過程，特別是包含化學(xué)學(xué)科知識(shí)的本質(zhì)和價(jià)值，大大地超越了傳統(tǒng)的化學(xué)知識(shí)觀。教師如果以這種知識(shí)觀為依據(jù)進(jìn)行教學(xué)，有助于學(xué)生逐步形成正確的價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。為了幫助教師形成這種知識(shí)觀，特提出如下幾點(diǎn)建議。一是化學(xué)知識(shí)的顯性化。顯性化是指五種化學(xué)知識(shí)都要以顯性的而不是內(nèi)隱的方式呈現(xiàn)在課程標(biāo)準(zhǔn)和教科書當(dāng)中。在顯性化方面，做的最好的是那些傳統(tǒng)的“結(jié)果性知識(shí)”。但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，化學(xué)學(xué)科知識(shí)產(chǎn)生的背景、過程以及本質(zhì)和價(jià)值都需要顯性化。二是化學(xué)知識(shí)教學(xué)的活動(dòng)化。從本質(zhì)上看，化學(xué)知識(shí)的教學(xué)是一種建構(gòu)過程。這意味著教師要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)學(xué)科知識(shí)產(chǎn)生的背景、產(chǎn)生的過程、產(chǎn)生的結(jié)果、化學(xué)學(xué)科知識(shí)的本質(zhì)和價(jià)值，用探究活動(dòng)的方式而不是直接傳授的方式進(jìn)行教學(xué)。三是化學(xué)知識(shí)教學(xué)的真實(shí)化。到目前為止，探究教學(xué)已經(jīng)不再是新鮮事物，但是相當(dāng)一部分探究教學(xué)依然是模擬的而不是真實(shí)的。要反應(yīng)真實(shí)的化學(xué)科學(xué)探究，教師一方面要如實(shí)地反應(yīng)化學(xué)科學(xué)的發(fā)展史，另一方面要加強(qiáng)化學(xué)知識(shí)教學(xué)與實(shí)際生產(chǎn)生活的聯(lián)系。

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作者介紹：孫永平（1974.11-）女，漢族，河北石家莊人，中學(xué)一級(jí)教師，碩士學(xué)位，主要從事高中教育教學(xué)工作。

省級(jí)“十三五”課題 課題名稱 新課改對(duì)高中化學(xué)教學(xué)策略的影響研究 （1704191）。