德国中学化学教材中核心概念的编写特色研究

耿秀梅 倪娟

摘要：以“化学平衡”为例，梳理德国教科书《今日化学SⅡ》中核心概念的编写特色。有以下五点可供教材编写与教学实践借鉴：选择真实的情境并一以贯之；突出图像的直观作用使抽象内容具体化；充分运用实验活动助力概念形成；利用数据分析，调动逻辑数理智能促进概念同化；精心设置实践型作业，在综合应用中理解概念。

关键词：德国教材；化学平衡；核心概念；编写特色

文章编号：1005–6629（2016）8–0017–06 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

加德纳提出课程应围绕核心概念来组织，使核心概念以不同的方式、从不同的角度、适应不同的智能组合而反复呈现。德国教材素以重教育现代化和实用技术著称，教材重视与生产生活实际及科学前沿联系、加强化学学科知识微观本质的揭示，在与其他学科的联系、综合能力的培养以及学生的实验技能等方面均有显著特色。本研究以德国莱茵兰-普法尔茨州的高中化学教材《今日化学SⅡ》（ChemieHeute-sekundarbereich SⅡ）[1]中的“化学平衡”知识板块为例，关注德国教材对核心概念这一重要内容的编写特色，以期为我国的教材修订及教学实践提供借鉴。

1 核心概念的界定与教学功能

1.1 核心概念

核心概念是位于学科中心的概念性知识，包括重要概念、原理及理论等基本理解和解释，内容能够展现当代学科图景，是学科结构的主干部分[2]。依据课程标准和教学实际，确定中学化学平衡内容有以下核心概念：可逆反应的限度，化学中的平衡，平衡常数，勒夏特列原理。

1.2 教学功能

核心概念是学科的灵魂，是经过高度提炼概括后形成的超越事实的思考方式，具有统摄性和概括力。核心概念可以为新知识的获取提供组织结构，从而使学生于在校期间和毕业后能够运用这些核心概念迅速获取新知识[3]。奥苏贝尔提倡，教师要教给学生学科和教材的基本结构，即那些最有“解释力量”的高度抽象和概括性观念，从而以有效的方式促进学习和迁移。核心概念的体现方式反映了学习进程。

2 德国教材核心概念的编排特色

2.1 德国教材中“化学平衡”内容

在德国教材中，化学平衡各部分内容采取了多样化的呈现方式，见图1。

国内教材将化学平衡与溶液中的离子反应分列两个单元，德国教材则由化学平衡统领，采用“总-分-总”的方式呈现，从四大平衡事实的分析研究中总结出平衡学习的基本观念，再提炼上升为核心概念，最后回归到实际应用中深化理解。

通过“事实提炼→基本观念→核心概念→应用”的编排特色，呈现出认识发展趋向而非知识解析取向，核心概念的“核心性”正是在这种认识发展的过程中得以体现。在知识点的具体呈现方式上，存在情境素材、图表图像、实验设计等特色，不同的内容有着不同的引入方式，同一主题也采用多样的方式方法，采用归纳式的教材生成路径，实现化学核心概念的理解、迁移、应用和创造。而且，不同概念的生成路径相同，这对于进行方法教育无疑会很有好处。

2.2 “化学平衡”的核心概念编排特色

2.2.1 真实的情境引入概念并贯穿前后，激发探究热情

化学概念的产生本身就是从感知具体的物质和现象开始，经过由表及里、由感性到理性的概括和抽象形成的[4]。化学史实、化学现象、生活场景、自然现象、化学技术发展等真实具体、生动丰富的情境素材，在德国化学教材中被高频度使用，如化学平衡的引入部分，提供了这样的情境素材：高原训练，家务中的钙沉积，由氨制造的肥料和炸药，食品香料，工业炼铁，尿结石等。通过这些真实的熟悉的生活场景，学生体验到化学平衡在生活生产中广泛存在。同时，以知识的重要性与实用性，让学生感觉到自己认识上的不足，激发出学生求知的原动力：工业上怎样做到大规模合成氨？一氧化碳还原氧化铁，为什么不能进行到底？可用什么办法更快更少花费地完成反应？草酸钙什么情况下能结晶出来？学生的质疑意识一旦苏醒，他们必定会积极地寻找证据，在探索的过程中解决问题。

附录部分，典型的情境素材有：水垢的形成与处理方式，高山病、潜水病、血红蛋白和高铁血红蛋白、氰中毒的治疗等。不仅如此，教材的作业设置，也依托真实情境。如，双效催化法生产硫酸、氨的合成、合成气和转化等。注重真实情境的全程性和发展性，可为学生提供检验和运用科学知识的载体，引领学生开展学习过程，体验将科学运用于解决实际问题的乐趣，同时形成清晰的知识体系，获得对知识的更深层次的理解。

2.2.2 突出图像图片设计认识概念，促进思维加工

德国教材的化学平衡内容，有着丰富的图片信息，尤其在模型表达和微观问题方面有着明显的优势。丰富的插图有利于调动学生的多感官参与学习活动，以感性思维促进理性思维的加工，促进核心概念的形成。图片使用情况统计如表2。

平衡建立的过程和平衡状态的动态性是化学平衡的核心概念之一，因为概念的抽象性，学生理解十分困难。平衡建立模型实验图（如图2），用粗细玻璃管分别表示正逆反应速率，模拟了瞬间速率的变化，直观地表达了从两个方向建立平衡的过程，为学生画出速率时间图、浓度时间图提供了直观的素材。随着反应物和生成物浓度的变化，正逆反应速率也在逐渐变化，二者差距逐渐缩小，当ν正=ν逆时，各物质的浓度都不再变化，达到平衡状态；如果继续加入反应物或生成物，ν正≠ν逆，平衡被打破，通过调整浓度再次达到ν正=ν逆，新平衡建立。用直观的模型图，以形象思维演示抽象的概念，这对我们的教学实践有着重要的指导意义。

在氨的合成内容中，为了消除学生的理论分析与化工生产的认识差距，把陌生、复杂的生产场景以简明清晰的工艺流程方式加以展示（见图3）。

氨的生成是一个放热反应，反应中粒子数减少。根据勒夏特列原理，在较低温度和较高压力下更有利反应的进行。催化剂层之间连有热交换器，用以带走气体混合物在生成氨时释放出来的热能。合成在循环操作方式下进行：生成的氨用液化的方式不断从混合物中除去，没有反应的气体和新加进去的合成气一起重新通入反应器。分析反应特征，应用勒夏特列原理，结合生产实际，选择有利于反应转化与速率的合适条件。学科能力的发展目标，是在事实知识的学习中形成观念与方法，在实际应用中以有效的方式迁移。这同时也是核心概念的教学价值。

用不同长度的箭头，直观表示反应在低温和高温时的转化程度（2000K、2700K），反映不同温度对平衡的影响。突出表现了温度决定了平衡的位置；温度变化时，平衡向“对抗”的方向移动。

2.2.3 在实验活动中生成概念，形成科学方法

苏教版教材在相关内容中设计了5个实验活动，而德国教材中有11个实验活动，统计如表3。

从实验数量上看，苏教版教材与德国教材对实验的重视程度没有大的差异，从内容与形式上来看，苏教版教材多安排探究实验与方案设计，德国教材中，实验活动安排在每节内容之后，设计严谨，对实验步骤、材料与作业，均有明确要求，实验的目的就在于指导学生运用自然观察智能，进行思维加工，促进概念形成与同化，见以下案例。

亚铁离子与银离子的反应及其逆反应

材料：漏斗，滤纸，塑料注射器（5mL），硝酸银溶液（0.1 mol·L-1，稀），硫酸亚铁（0.1 mol·L-1）在稀硫酸中的溶液，硝酸铁Fe（NO3）3在硫酸（稀）中配成的浓溶液，盐酸（稀）。

步骤：

正反应：

1.在试管中放置5mL硝酸银溶液，加入5mL硫酸亚铁溶液。将混合物放十分钟后立即过滤。

2.在滤液中滴入盐酸。

逆反应：

1.将滤纸上的银用水彻底洗涤，直到滤液中不再能检验出银离子为止。

2.在银上加几毫升硝酸铁溶液。

3.将滴下来的溶液收集在干净试管中，加盐酸检验银离子。

作业：

a）写出反应方程式。在正反应中如果过早过滤有什么影响？

b）在正反应的滤液中溶入一些硫酸亚铁，提高Fe2+离子的浓度，会有反应发生吗？

相比苏教版设计通过检测少量反应物的存在来定义可逆反应，德国教材通过浓度变化来控制反应的方向，揭示可逆反应存在的普遍性和影响平衡移动的因素。在思维要求上有明显不同，侧重对确定结果的验证、解释，培养学生的实证意识。提供具体实验材料、明确的实验步骤，体现了严谨求实的特点，对学生的实验设计和相应的实验作业的完成有明确的导向和示范作用。不要求实验方案的设计，思维训练主要体现在实验过程中和实验结束后的作业中，实验作业在知识延伸和思维拓展上存在明显优势。

2.2.4 数据分析同化概念，调动逻辑数理智能

硫酸铅的物质的量浓度乘以硫酸铅的摩尔质量（M=303 g·mol-1），得到以质量浓度β表示的溶解度。

β（PbSO4）=0.039 g·L-1

通过归纳推理，将溶度积和溶解度关联起来，理解二者在表述物质溶解能力方面的异同，由此得出结论：盐的溶解平衡可以定量地用溶度积Kw来描述，Kw是由饱和溶液中离子浓度计算出来的。并没有限定难溶盐存在的溶解平衡，盐类只要达到饱和溶液，都存在溶解度平衡。根据离子浓度关系又回到“平衡常数是反应限度的定量描述，利用Q与K的关系可以判断反应的状态”的核心概念上来。同时，引入pKw分析方法，对于过小的数值，经过对数处理得出便于比较分析的数据，与用pH描述溶液的酸碱性相一致。经过数理运算和逻辑推理，这种方法指导有利于发展学生数据处理和应用、数形结合能力，对于思维能力的提高不言而喻。

2.2.5 实践类作业解答应用概念，促进系统理解

概念学习要遵循“应用至上”的原则，在应用中深化理解。德国教材中的作业设置更加灵活多样，除了章节末专门的复习练习题和扩展题，章节中在实验部分与概念提出之后都有针对性的作业，数量不等，形式多样。

从作业内容来看，相比我国教材设置的侧重概念辨析、知识理解为主的作业，德国教材提供大量的实践型作业，均指向生产生活中平衡类实际问题的解决，侧重理论指导下实践方案的优化组合或选择。如，冰面上的冰鞋效应，雾的形成与消失；平衡在自然界和工业中的重要性是什么？夏季长期炎热使海里和河里的鱼死亡，说明这一事实。从实验中认识到的平衡状态时各物质的关系在日常生活中有什么用处？学习了硫酸的合成路线之后，针对生产过程设计10个题目。

从解决方式来看，相比我国教材作业的直接应用概念分析、类比、推理等思维活动，德国教材中实践型作业设置侧重信息技能的培养。如查阅稀硫酸回收利用的可能性；查阅氨的最重要的应用领域；查阅工业上如何由煤得到氮；查阅德国最重要的基本化学产品的年产量，并用图表表示；查阅碘——直链淀粉包合物；查阅反应中，为了取得尽可能高的转化率，工业生产中采取了哪些方法？资源应用的多元化，是学生独立学习的基本素质，不仅有利于培养学生证据素材使用的意识，也突出表现了教材以认识发展为取向的价值观念，与核心概念的呈现方式统一起来。二者对比，德国教材作业更注重层次性与功能性，以针对性、实用性和系统性为特色，强调个体在解决实际问题的过程中，将知识和概念放在系统里理解，避免碎片化的事实知识的孤立记忆。

3 启示

（1）对于化学学科而言，构建出学科核心概念发展体系是摆在课程专家与一线教师面前的迫切任务[6]。教材设计要注意知识的前后联系和系统性，同时注意开发学生的多元智能，促进学生全面发展。研究德国教材关于核心概念的编排特色，从精选真实的情境素材、丰富的图片资料、严谨的数理分析、目标明确的实验活动、灵活多样的作业设置，都凸显了基于核心概念的“为多元智能而教，通过多元智能而教”的教材意义。

（2）教材和教学要通过问题与活动的设计激活学生原有知识，帮助学生建立事实、概念和核心概念间的联系。德国教材的优势对我国教材的改进或教学实践有着以下借鉴意义：运用类比模型展示、解析抽象概念，选择形象而生动的示意图都是注重学生心理、培养学习兴趣的切入点；内容选择要注意STSE理念的渗透，利用化学工作及知识的社会意义培养学生强烈的社会责任感；实验设置要强化情境真实、联系生活，在培养学生的环保意识和安全意识、评价方式等方面多加关注；作业注意要结合实践设置，通过归纳类比、数据处理、演绎证明、反思与构建等思维过程的作业有利于培养学生的理性思维。

参考文献：

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

[2]艾里克森著.兰英译.概念为本的课程与教学[M].北京：中国轻工业出版社，2003.

[3]周玉芝.以核心概念为统领设计化学教学[J].化学教育，2012，（6）：27～29.

[4]郭睿.我国化学概念教学二十五年[J].教育科学研究，2006，（4）：47～51.

[5][6]吴庆生.中学化学核心概念关键特征的建构策略[J].化学教育，2015，（1）：34～38.