分阶段促进学生化学学科认识方式发展

2018-03-23陈进前

现代中小学教育 2018年3期

陈进前

(杭州市基础教育研究室，浙江杭州 310003)

诺贝尔物理学奖获得者理查·德费曼曾说过：“学习科学后，你观察世界的方式会全然不同，你看到的世界会更美丽。”中学化学教学能否改变学生认识世界的方式？张莉娜、王磊在关于高中化学基本概念教学的调查中发现学生“认识角度尚待丰富”“认识水平尚需提高”[1]，其他内容教学的调查也是如此，学生拥有了化学知识，却难以建立相应的化学学科认识方式。从目前现状看，中学化学教学需要从以化学知识本体获得为核心向以促进学生化学学科认识方式发展为核心转变，教师要“帮助学生建立实质的分析角度和思路方法，也就是帮助学生建立更高层级的认识方式”[2]，这是学生达成“掌握化学知识的同时学会用化学的视角来认识世界”的关键。我们认为，要让学生在化学知识学习的同时形成稳定的认识角度、认识思路，促进学生的化学学科认识方式发展，应该根据学生化学学科认识方式发展的特点和中学化学课程的内容编排特点作统筹规划、逐步落实。

一、化学学科认识方式及其发展特点

认识方式是个体对客观事物能动反映的方式，是学生在思考和处理问题时，所表现出来的倾向于使用某种思维模式或是从一定角度来解决问题的信息处理对策或模式。认识方式包含认识角度、认识路径和认识方式类别等基本要素[3]。化学学科有特有的研究领域，每个研究领域都有独特的研究任务，有其特有的化学学科认识方式。化学学科认识方式是化学学科能力的内涵实质，是知识转化为化学学科能力的核心机制[3]，化学学科能力的内在差异在于学生的认识角度、认识思路和认识方式类型上的差异，而导致其内在差异的主要因素为是否具备知识经验基础，以及知识经验是否转化为自觉主动的认识方式。

化学学科认识方式的发展与化学知识本体的学习不完全同步。如，用于研究元素化合物的认识角度、认识思路，需要在氧化还原反应、离子反应、元素周期律、化学平衡等内容的学习过程逐步形成并丰富起来，也就是说某个领域的化学学科认识方式的发展需要其他多个领域化学知识的学习来支撑。

化学学科认识方式的发展要靠学生自我体验中内化，认识角度和认识思路的形成和丰富“重在意会，较难言传”。教师可以将化学知识直接告知学生，讲解式灌输也能完成化学知识传授，但认识角度、认识思路的形成和发展需要学生自我感悟，需要教师选择素材、创设情境、设计任务和问题，让学生自己“悟得”后才能真正纳入其智慧体系之中。

化学学科认识方式的发展具有曲折性、复杂性，化学知识的传授可以赶进度，快速填鸭式也有一定效果，但化学学科认识方式的形成和发展有一个渐进性的过程，有时甚至是一个曲折漫长的过程。不同阶段会遇到不同的发展障碍，若教学中教师不能针对性地开展教学，就可能失去推动学生发展的机会。

化学知识本体的教学过程中，学生已掌握了哪些知识、有没有漏洞、有没有深入理解等都比较容易检测和诊断，但化学学科认识方式的发展水平的检测和诊断难度要大得多。另外，还要注意不同认识方式的发展有其差异性，如有的认识角度容易形成，有的认识角度的形成会受到更多干扰，对此教师要有充分了解。

二、中学化学课程内容编排特点

以苏教版高中化学教材为例(本文中所举教材均指苏教版)，从《化学1》《化学2》到《化学反应原理》等，知识内容编排不追求知识体系的系统性，而是从化学与社会发展的关系入手，呈现分散、交替、螺旋式上升的编排特点，有一定的知识单元结构，但许多内容的知识单元明显不完整。以元素化合物为例，只在《化学1》中用很短篇幅作了“蜻蜓点水”式的介绍，涉及元素少(氯、溴、碘、硅、硫、氮、钠、镁、铝、铁、铜等元素)，物质性质研究实例少(氯气、二氧化硫、浓硫酸、氨气、硝酸、钠、铁、亚铁、三价铁等)。但高中化学中要求学生解决的化学问题(如高考试题)中有关元素化合物的内容不受限于教材，且解决这类问题的化学学科能力要求高。若是教师不能根据教材中知识内容以点带面引导，学生较难形成完整的元素化合物知识结构，对应的认识发展水平也较难提高，因为对学生来说“素材和原型欠丰富”是化学学科认识方式发展的一个障碍。

还有，促进化学学科认识方式发展的支撑内容的滞后性，是教学中必须面对一个方面。例如，研究元素化合物领域有其特有的认识角度、认识思路，形成这些认识角度和认识思路需要氧化还原反应、离子反应、元素周期表/律、化学反应速率和化学平衡等多方面知识内容的支撑。在《化学1》学习元素化合物知识前，教材中只是概念式地介绍了氧化还原反应、离子反应，其他的支撑内容都在《化学2》和《化学反应原理》等模块中才能学习到。也就是说，虽然是在高中第一学期可完成《化学1》的学习，但有关元素化合物内容的认识角度、认识思路还需要在后续学习中继续丰富和发展。所以，在教学中教师要对一个研究领域、一个知识单元进行统筹规划，再分阶段落实到必修、选修教学中，落实到不同章节、不同课时当中，才能实现化学学科认识方式发展的总目标。

三、分三个阶段促进学生化学学科认识方式发展

根据学生学习的先后顺序来看，可以分三个阶段促进学生的化学学科认识方式的发展。

1.初见阶段，建立新领域的基本认识角度和认识思路

这里的初见阶段是指学生初次学习某知识模块时期，每当学生初次接触新领域时，需要教师在以下两方面下功夫：第一，激活学生头脑中对新领域学习可以起到支架作用的原有认识方式；第二，设计针对性的学习活动，催生新的认识方式，以帮助学生在新领域里顺利展开深度学习。也即，教师应该多从“学生将要认识什么？可以利用哪些原有的认识角度？可以构建哪些新的认识思路？”等方面进行思考。

在《化学1》中学习元素化合物时，要激活并发展以下认识角度：一是基于“类别通性”研究物质性质；二是基于元素化合价(氧化还原)研究物质性质。如，可通过氯、溴、碘单质的学习形成研究非金属单质性质的认识思路，通过钠、镁、铝、铁等单质的学习形成研究金属单质性质的认识思路，通过氧化铝、氢氧化铝等学习形成研究两性氧化物和两性氢氧化物性质的认识思路；还可以通过氯气、铁的化合物、二氧化硫、浓硫酸、硝酸等物质的学习形成基于元素化合价研究物质的认识思路。

具体到某一课时的教学中，可让学生在某一研究范围中一边构建知识体系、一边自我感悟并形成适合该范围的更具体的认识思路。以“氯气的性质”为例，这是学生第一次以一种元素为线索探究物质，要创设情境让学生在学习氯气性质的同时了解所属类型物质(卤素单质的、非金属单质)的通性，初步构建基于元素化合价研究氧化性物质或中间价态物质的思路。下面是浙大附中叶老师关于“氯气的性质”的教学片断：

【提问1】若要预测氯气化学性质的活动性，可以从哪些角度入手？

引导学生激活原有认识思路。如，寻找已学过的同类物质类比、根据元素化合价推测、研究氯原子和氯分子结构来预测等。

【提问2】你认为可以依据哪种线索，用以研究氯气跟其他物质的反应？

引导学生进行分类研究(氯气跟金属单质、其他非金属单质、某些化合物的反应)，从中体验物质分类的功能，促进学生自觉形成从物质分类角度去构建元素化合物知识。

【提问3】若要通过实验来探究氯气跟金属反应，你将如何设计探究方案？

引导学生形成“提出目的→选择样本→完成实验→获得结论……”探究思路，从实验目的(研究氯气跟各种金属的反应)入手，选择样本实验(铜既是不活泼金属又较常见，是理想的样本)，通过铜丝在氯气中燃烧来探究氯气的氧化性，最后总结出氯气跟金属反应的一般规律。

【提问4】由于氯气有强氧化性，能跟大多数金属单质反应，氯气还能氧化其他类型的物质吗？设计实验方案加以验证。

再次引导学生根据物质分类，从氧化还原反应角度，进一步研究氯气跟非金属单质的反应、氯气跟某些化合物的反应等。

【提问5】生活中，氯气等含氯物质常用作自来水消毒剂，为此要研究氯气在水中的溶解性和氯气能否跟水发生化学反应？设计实验进行探究。

引导学生设计方案测定氯气在水中的溶解度，引导学生再一次基于元素化合价预测氯气的性质，形成具体的认识思路。

结合上述讨论，叶老师板书如下(这是元素化合物起始课中突出认识方式的点睛之笔)：

课堂小结时，叶老师又引导学生根据以下线索进行梳理，为学生形成基于元素化合价研究物质拓宽了思路：

课堂教学中要引导学生将新学的核心知识和原有知识构建成有意义的“知识组块”，这是促进学生将知识转化为认识方式的过程。例如，《化学1》中钠、镁、铝、铁、铜等金属元素及其化合物内容的教学都可以在“金属化学活动性顺序”的大背景下进行，构建成结构良好的金属元素及其化合物“组块”；《化学1》中的氯、溴、碘、硅、硫、氮等非金属元素及其化合物内容的教学，可以在“氧化还原反应”的大背景下进行，将其构建成具有良好结构的非金属及其化合物“组块”。学生经过特定活动获取的化学知识可以看作一种认识结果，在这一过程中他们的认识能力也会得到发展。

初见阶段的教学中，要重视搭建认识方式的框架，构建与模块知识匹配的基本认识角度与认识思路，力求知识结构的构建与认识角度、认识思路构建同步推进。

2.回眸阶段，丰富和完善已学领域的认识方式

后续教学过程中，已学领域的认识角度有待新领域学习过程中再丰富，已学领域的认识思路有待新领域学习过程再构建，新领域学习可以进一步促进已学领域的认识方式转变。例如，《化学1》中已将高中化学中元素化合物学完了，但学生对元素化合物的认识方式还处在较低水平，必须在(也只有在)《化学2》和《化学反应原理》学习中得以完善和发展。若将后续教学过程称为回眸阶段，此阶段不仅要重视已学知识与新学知识的关联，更要重视丰富和完善已学领域的认识方式。

在回眸阶段中，需要教师创设情境、设计问题来推动学生摒弃原先那些非本质的认识角度，转换为更本质的认识角度，摒弃原先那些经验性的认识思路，转换为原理性的认识思路。例如，《化学2》专题1教学后，必须帮助学生掌握基于“元素周期律”和基于“价键结构”比较、解释、预测物质性质，促进学生将新学到的元素周期律、物质结构等知识转变成研究物质性质和物质转化的认识方式；再到《化学反应原理》专题2教学后，应该针对元素化合物内容再布置一些针对性的任务，用任务驱动学生从“孤立要素化认识、定性静态认识发展到联系系统化认识和定量动态化认识”[4]，以提升学生对元素化合物的认识水平。

比如，在后续学习了元素周期律、化学平衡、电化学时，可用以下问题来完善学生对氯、溴、碘等元素化合物的认识：

【提问6】为什么Cl2化学性质比Br2和I2的化学性质活泼？预测At2的化学性质并写出有关At2反应的2～3例化学方程式。

可以提升学生对氯、溴、碘等元素化合物的微观本质认识水平。有的学生只能从“同主族元素性质递变”解释；也有学生只能单一地从氯、溴、碘的原子结构角度加以解释；认识方式较好的学生会将“原子结构、分子结构”联系起来解释；具有联系系统观点的学生会把“价键结构”“氧化还原反应”两种认识角度综合起来考虑并提出：若在化学反应中表现氧化性Cl2>Br2>I2，若在化学反应中表现还原性I2>Br2>Cl2。

【提问7】卤素气体单质和H2反应生成卤化氢的平衡常数(298 K时)如下：

根据上述数据，从原子结构、元素周期律、化学平衡等角度解释卤素单质化学性质的递变性和HX的稳定性的变化规律。引导学生将化学平衡、物质结构等理论知识跟元素化合物的性质相关联，让学生从定量、动态方面分析元素化合物性质，促进学生对物质的性质认识从“定性、静态、个例化”向“定量、动态、原理规律化”方向发展，让学生的化学学科认识方式发展有更坚固的理论支撑。

高中化学学习中，有关元素化合物的认识发展可简略表示成如图1所示：

图1 分阶段促进学生对元素化合物认识的发展

客观存在变化、发展了，人们的思想也必须适应已经变化了的情况[5]。化学学习也是如此，原有知识迁移创新能够引申出新知识，新知识的学习又能丰富已学领域的认识方式。

3.反刍阶段，重视通过诊断和评价来发展的认识方式

如同牛吃了草要经过“反刍”才能转化为营养，教学中要促进学生认识方式的发展也需要“反刍”，章节复习、综合复习都是学生的化学学科认识方式发展的重要阶段，可称为反刍阶段。学生对于每个化学领域的认识方式有一个由单维向多维、由低层级向高层次发展的过程。学生认识方式有没得到发展可从以下方面判断：针对某个领域的认识角度有没有增加？针对某个具体问题时认识深度有没有提升？等等。我们认为，在反刍阶段应该让学生多经历应用实践、迁移创新水平的问题解决活动，从中深化对知识的理解，内化认识角度，建立认识角度间的关联，发展进行系统分析、复杂推理的能力，形成问题解决思路[3]，在学生解决比较复杂的实际问题过程中诊断和评价其认识发展水平，促进认识角度形成的自觉系统化、认识思路的稳定流畅化，促进化学学科认识方式发展。

图2 氯元素化合价跟含氯物质类别二维图

反刍阶段，除了要针对学生的知识性错误进行诊断和评价以外，更要对学生的认识方式进行诊断，找出认识发展障碍点。教师可以通过创设情境、提问、追问，将学生的认识角度、推理路径、认识方式类别等外显出来，向学生提出“你已知道什么？”“你是怎么知道的？”“我们思考可靠吗？”“有没有例外？”“为什么有例外？”等问题[5]，在这个过程中作出诊断、评价，并推动学生的认识方式发展。学生的认识发展障碍点大多集中在以下几个情况：第一种是由于原有认识角度“过度硬化”导致无法实现认识角度的转变；第二种是认识方式类别转变困难(如：习惯于单一维度分析，不会多维度研究；习惯于孤立—静止—定性的分析，不会联系—动态—定量研究等)。

如，关于氯及其化合物的复习，可以先引导学生形成化合价—物质分类二维图(如图2)，促进学生对相关物质进行拓展并系统组织，再布置任务让学生基于二维图解决比较复杂的陌生问题。

【问题8】高氯酸铵可用作火箭推进剂。请预测NH4ClO4的性质，提出几种可能用于制取NH4ClO4的方法。有一种制备高氯酸铵的方法，流程如图3。分析上述流程发生的化学反应，请分析工业上为什么要选用电解法制取高氯酸?