高中化学新教材中铝和硅元素的知识编排及教学逻辑

叶跃娟　林海斌

摘要：《普通高中化学课程标准（2017年版）》将铝、硅元素及其化合物的知识纳入元素周期表和元素周期律学习中，而从3套新教材相关知识的梳理中发现，铝、硅元素及其化合物的知识或集中或分散地分布于教材中，其知识仍然相对完整。从知识的内涵和价值视角分析课程标准提出的化学学科核心素养问的内在联系，在具体物质的学习中将知识的价值体现为认知价值、学科价值和社会价值。

关键词：新教材;铝;硅;化学学科核心素养

文章编号：1005-6629（2021）04-0087-06 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1梳理新教材：铝、硅知识的教材比较

《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称《新课标》）课程内容要求涉及铝和硅的表述仅仅是“以第三周期的钠、镁、铝、硅、硫、氯为例了解同周期元素性质的递变规律”及“学生必做实验：同周期元素性质的递变”。铝、硅元素及其化合物知识是否会淡出我们的“视线”而“引退”呢？为此，笔者对人教版、鲁科版、苏教版新教材中的相关知识进行了梳理（表1～表3）。

1.1元素周期表（律）中的铝与硅

3套新教材中采用的实验方案和相关表述大同小异，且均将铝、硅的相关知识列入元素周期表（律）的学习中（见表1），这既是《新课标》的要求，实质上又是由于铝、硅作为第3周期ⅢA族、ⅣA族的特殊位置，而使其成为元素周期表和元素周期律学习中无法回避的知识。

1.2其他章节中的铝

鲁科版教材基本上将铝的知识融入元素周期表的学习中，在其他章节中出现的频率相对较低;而人教版和苏教版则在“金属材料”和“自然资源的开发和利用”等章节中广泛涉及铝和氧化铝的性质、铝的钝化、铝热反应、铝的冶炼、铝合金等知识（见表2）。由此可见，铝的知识在人教版、苏教版教材中呈现分散分布，作为中学阶段铝及其化合物的相关知识还是相对完整的。

1.3其他章节中的硅

鲁科版教材将硅的知识集中安排在“元素周期表的应用”中的“预测硅元素及其化合物的性质”并介绍硅及其化合物在非金属材料中的地位和应用。人教版则在单列的“无机非金属材料”中学习相关知识。苏教版则在“金属材料的性能及应用”学习中紧接“无机非金属材料”中作介绍和拓展（见表3）。

由上述教材相关内容对比可以发现，铝、硅的知识并未“引退”，而是或分散或集中地“隐居”于“元素周期表（律）”“金属材料”“无机非金属材料”等章节中，且其知识点也是相对完整的，只是内容表述较为简洁，有些知识在呈现形式上出现在诸如“身边的化学”“拓展视野”等栏目中，意味着这些知识在教与学的要求上需要作出适当的调整。

2领会新课标：核心素养的内在逻辑

《新课标》从化学学科育人价值的视角提出了“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”等5个方面的化学学科核心素养，明确了化学知识学习的内在价值，为深化化学学科课程改革指明了方向：化学教育应着力于培养学生逐步形成正确价值观、必备品格和关键能力;同时《新课标》明确了化学学科的特征：从微观层次认识物质、以符号形式描述物质、在不同层面创造物质;也为化学学习和化学教学的实践指明了路线：认识物质、描述物质和创造物质应该成为化学学习的核心活动。化学学习的内在价值源白化学知识的价值内涵。化学知识的价值内涵事实上回答了“化学学什么”“化学怎么学”“为什么学化学”这3个历久弥新的化学学科教学追问（见表4）。

2.1知识的内容：化学学什么

化学学科的核心是创造物质，这是化学区别于所有其他科学的特色，认识物质是创造物质的前提，表征物质则是为了传播对物质的认识，从而让学习和研究化学的人一道创造物质，造福人类。因此，化学学习的对象是分子层次的物质，核心是物质的变化（合成），重点是物质的结构、性质及用途，这正是“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”这一化学学科核心素养所阐释的“物质”与“变化”，即化学知识的内容所在：研究对象——物质，研究内容——变化，研究视角——宏观与微观，概念与原理——变化与平衡，体现的是化学学科的学科价值，重在“知”。

2.2知识的形式：化学怎么学

要认识物质、表征物质、创造物质，就需要有研究物质的具体方法，“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”“变化观念与平衡思想”“科学探究与创新意识”这4个方面的化学学科核心素养正是化学学习的认识方式（认识视角）、思维方式（思想方法）、实践方式（形式），即化学知识的形式所在：思维方法、研究方法、检验方法、表达方式等，体现的是化学学科在认识、表征、创造物质过程中的认知价值，重在“行”。

2.3知识的价值：为什么学化学

《新课标》明确指出：化学不仅与经济发展、社会文明关系密切，也是材料科学、生命科学、环境科学、能源科学和信息科学等现代科学技术的重要基础，在促进人类文明可持续发展中发挥着日益重要的作用，是揭示元素到生命奥秘的核心力量。可见，化学学科的意义正是在回答“我们在哪里我们到哪里去”“我们从哪里来”这三大终极问题。“科学态度与社会责任”这一核心素养正是体现化学学科的社会价值，这也是化学知识的旨趣所在：价值取向和目标追求，重在“心”。

可见，化学学科核心素养是具有内在联系的知识的内容、形式、旨趣构成的统一整体（见图1），从知识的价值导向的视角重新审视高中化学新教材中铝和硅元素的知识编排，可以发现其中的内在逻辑（见图2）。

从知识的内容（学科价值）来看，铝和硅元素的知识隶属于元素化合物知识，以研究单质、氧化物或氢化物、酸或碱及其盐的性质为重点，这是构成元素化合物知识的基本内容;从知识的形式（认知价值）来看，研究物质性质所使用的实验等方法、建构元素及其化合物的联系与转化形式、用Al（OH）₃和H₂SiO₃及其他元素最高价氧化物对应水化物的酸碱性认识元素性质递变规律等，这正是认识由单一到多元、由独立到联系、由零碎到系统的逐步提升的过程;从知识的旨趣（社会价值）来看，铝和硅元素所涉及的主要领域是材料，从古老的砖瓦、陶瓷到现代的水泥、玻璃、铝合金，乃至新兴的信息材料光导纤维和半导体材料等，由此反观铝和硅元素知识的学习价值，联系铝和硅元素在地壳中的含量，更能体会铝和硅元素研究的廣阔前景。

3实践新课程：价值导向的知识学习

化学课堂是实践化学学科核心素养的主阵地。在领会《新课标》的基础上重新梳理教材编排逻辑，融入化学学科认识物质的视角和方法，让化学课堂焕发应有的精彩，发挥化学课程应有的育人价值。

3.1教材细节展示认知价值

鲁科版教材“元素周期表的应用”一节中先“认识同周期元素性质的递变规律”再“研究同主族元素的性质”，在此基础上“预测元素及其化合物的性质”，将硅及其化合物的化学性质的学习巧妙地融入元素周期表和周期律的学习中：由元素的原子结构特点及在周期表中的位置预测元素的性质，从物质的类别、元素的化合价及在周期表中的位置等角度认识有关物质的化学性质。其中展示了“实践-认识-再实践”的认识发展规律，即在研究同周期、同主族元素性质的实践中形成新的认识（元素周期律、元素周期表），再利用新认识和新工具在实践（预测新元素和新物质）中检验与改进认识，同时也不乏化学研究的认识视角（物质类别和化合价等）和认识方法（类比推理和演绎推理）。由此可见，教材设计者早已将化学学科特有的认知方式和人类认识世界的一般方法融入到化学知识的学习中。

3.2特殊位置蕴含学科价值

作为元素周期表第3周期ⅢA和ⅣA族的铝和硅，处于金属与非金属元素的分界线上，通性（一般性质）和个性（特殊性）并存。学习通性时，可以由金属或非金属的一般性质演绎得出，其结论往往是比较可靠的。但每一种物质总是有自己的个性，此时往往需要根据物质与物质之间的某些相似性，由已知物质的某些性质预测陌生物质也可能具有的某些相似的性质，即便这种类比的结论往往是不可靠的，但至少可为研究陌生物质开辟了新的视角（见表5）。

3.3丰富储量预示社会价值

硅元素和铝元素在地壳中的含量仅次于氧元素，其开发和利用的潜能可想而知。

由表6可知，近40年来铝产量增速显著超过钢铁，生活中很多铁制品也被铝制品所取代。正如人教版新教材中描述的“半导体器件的研制正是开始于锗，后来发展到研制与它同族的硅”，是因为硅的储量远比锗来得丰富，其利用和研究的价值得以充分体现。

反观中学阶段化学学习中的研究对象（物质）：水、氧气、氢气、二氧化碳、酸碱盐、有机物……可以发现，我们很长一段时间都是围绕着“水和空气”做研究，这不由让笔者有很多联想：大需之物，平淡之性，中和之质。水、空气和阳光是维持生命的大需之物，它们的平淡之性是在生命体生存演化中逐渐形成的，也是由于各具特性的诸多成分“中和”而使其整体性地归于平淡。当今欲求绿色之发展、安定和谐之社会，必当戒浮躁之心，育中和之质，养平淡之气。

3.4化学学习彰显知识价值

中学化学学习的价值在于统整认知价值、学科价值和社会价值，从而实现“知行心”的统一。若将中学阶段关于铝单质的性质和用途进行梳理，以价值导向的视角构建相应的学习流程（见图3），设计相应的学习任务或活动（见表7），则能帮助学生在学习中体验知识蕴含的丰富價值。