王禹超 王后雄

摘要：化学基本观念的建构是中学化学教学的高层次目标，有助于學生在化学学习中达到更高的认知水平，能为学生提供有效的化学学习认知角度。基于学习进阶理论，对中学化学教学中“能量观”的建构方式和阶段进行了研究，紧扣普通高中化学课程标准，从物质的化学反应、微粒的相互作用、微粒的内在结构和情感态度价值观四个角度分析了中学化学“能量观”的内涵要素，确定了不同学习阶段的学生在建构上要达到的进阶水平，提出了中学化学“能量观”建构的教学策略。

关键词：中学化学;学习进阶;能量观;建构策略

文章编号：1008-0546（2019）03-0016-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.004

中学生的化学学习不但要获得学科内的知识与能力，还要掌握认识化学和用化学认识世界的方法，因此教师必须要引导学生建立起化学基本观念，而“能量观”正是其中的重要部分。开展基于学习进阶的“能量观”建构研究，对于提高化学学科理解能力，挖掘化学学科核心素养的内涵具有独特价值。

一、学习进阶的理论概述

学习进阶刻画了学生在不同时期学习同一科学领域核心概念时的认知发展路径，能够表征同一概念在不同认知层面学生具有的表现，与化学基本观念的建构过程完美契合。2012年美国正式发布的《K-12科学教育框架：实践、通用概念及核心概念》应用学习进阶的方式对学生在不同学段应当达到的目标进行表征，其目的在于解决科学教育中“广而不深”的问题，深化对核心概念的学习。

我国的科学教育也存在类似的“广而不深”的问题。在化学当中体现最明显的是初高中和高中与大学化学学习的衔接问题，而衔接的问题，实际上是前阶段学习程度不足的体现，更是化学基本观念没有建立的后果。学习进阶的方式能很好地刻画出中学生化学基本观念建构的路径，契合化学基本观念建构的要求。

学习进阶的本土化研究对我国的科学教育意义深刻，尤其是有助于新课程的实施和评价…。从学生角度来讲，学习进阶的方式能够促进学生的学习和认识发展，促进化学基本观念的形成;从教师角度来讲，能够为教师的教学和评价提供依据;从课标和教科书角度来讲，有助于其修订和完善;从科学素养的角度来讲，学习进阶为培养学生的核心素养提供了新视角、新思路和新方法。学习进阶理论可以引导我们将研究和实践的重心从关注单课时教学到关注单元整体教学、基于模块整体的教学、跨必修和选修、跨年级以及跨学段的层级发展，而这对于化学基本观念的建构非常有利。

二、基于学习进阶的中学化学“能量观”的学习进阶研究

1.“能量观”的内涵要素

化学基本观念是化学科学的基本认识角度和方法，它不是具体的化学事实、概念或理论，而是以此为基础抽象概括得到的总观性认识。它的确定要有一定的基本视角，要能够彰显化学学科的基本特征，内在地符合辩证唯物主义和科学哲学思想，体现化学与其他学科的相关性，并且适应世界科学教育的发展趋势、我国中学化学教育的理论和实践。学生学习化学，如果能够建立起化学基本观念，就可以事半功倍，尤其可以避免因不理解诸多化学知识的相互联系而陷入把化学当成“文科”的误区。

“能量观”是国内学者达成一致的对化学基本观念界定的重要内容之一。梁永平教授将中学化学“能量观”凝练成7点要素。徐敏认为“能量观”由“认识对象”“认识角度”“观念性认识”及“能力表现”四个要素构成，且存在一定的结构关系。简单地说，“能量观”就是从能量的视角认识化学。能量渗透在化学科学的方方面面，从宏观到微观、从物质到微粒、从变化到平衡。结合中学化学课程标准的要求，认为“能量观”可以从四个方面认识和概括：物质的化学变化、微粒的相互作用、微粒的内在结构和情感态度价值观。

（1）物质化学反应的能量观

“物质化学反应的能量观”指物质的化学变化与能量变化的相互关系。从能量的增减角度看，化学反应分为放热反应和吸热反应;从能量转化的方式看，除了化学能与热能的相互转化，还有化学能与电能的相互转化、化学能与光能的相互转化等。化学反应的发生受着两方面的影响，一个是热力学因素，一个是动力学因素：前者决定了反应是否能够发生、发生的方向和程度如何，后者决定了反应进行的快慢。在热力学上，中学生要有总观性的认识，理解热力学因素决定了化学反应发生的方向和限度：化学反应总是自发地向着能够使自身能量更低（即“更稳定”）的方向进行（包括“焓判据”和“熵判据”），热化学方程式能够对化学反应的能量变化给予准确表征;“所有化学反应都是可逆的”，学生要理解化学反应限度如何受到各因素的影响，建立平衡的思想去认识和表征可逆反应，明确平衡的建立过程，知道如何打破平衡并预测平衡被打破后的移动方向。在动力学上，中学生要能从数学建模的角度认识化学反应速率的定义，学会用反应中的不同反应物和生成物表示同一化学反应的快慢，能用“碰撞理论”解释化学反应速率的影响因素。

（2）微粒相互作用的能量观

“微粒相互作用的能量观”指对化学键和分子间作用力的认识。以H20（由两个或两个以上的原子形成的小分子物质）为例，H20分子内部氧原子和氢原子之间的相互作用是化学键，它们之所以能够结合成分子是由于化学键的作用，化学键决定水的化学性质;化学键根据形成过程和构成要素的不同，分为离子键和共价键;共价键根据成键方式的不同分为σ键和π键等、根据成键过程的不同分为一般共价键和配位共价键等、根据成键电子的偏向分为极性和非极性共价键;共价键有饱和性和方向性，其基本参数“键长”、“键能”、“键角”等影响着分子性质;根据内部结构和化学键的不同，晶体有着不同的分类，晶胞是研究晶体的经典模型。独立H2O分子之间的相互作用为分子间作用力，主要指范德华力和氢键（这里把“范德华力”和“氢键”作为分子间作用力的两种主要类型），它影响着物质的物理性质如熔、沸点和溶解性等。

（3）微粒内在结构的能量观

这里的微粒主要指原子。原子是由原子核和核外电子构成的，两者电性相反，相互吸引;核外电子的排布是有规律的，受能量最低原理的影响，按照能级分布排列，电子的失去是从能量最高的电子开始的，核外电子的跃迁会吸收或放出光子。电子云模型是认识核外电子的运动状态的理想模型。原子轨道杂化理论和价键理论能够共同解释原子在形成多原子分子过程中电子排布的变化。

（4）情感态度价值观的能量观

这里主要结合课程标准中“情感态度与价值观”的目标进行探讨。中学生要认识到能量的利用对于人类的重要性、化学在能量利用上的重要性：化学可以简化能量利用的方式，提高能量利用效率，如将传统的化学能一热能一机械能一电能路径转变为利用原电池装置实现化学能一电能的一步转化路径;能量的错误利用会对自然环境和人类生活带来负面影响，化学在解决环境问题上起着关键作用;控制化学反应速率和平衡对于工业生产和人类生活有重大意义。

2.“能量观”的学习进阶

围绕上述对“能量观”的分析，基于学习进阶理论从物质的化学变化、微粒的相互作用、微粒的内在结构和情感态度价值观四个角度进行了“能量观”建构的研究。学生在“能量观”的认知层面发展上主要是从“知道”和“了解”某概念、理论，到“理解”相应原理，再到“运用”该理论进行“解释”和“预测”，思维层级逐渐上升，为后续更深层次或更高概括性理论和模型的学习奠定基础。

根据人教版教材的安排顺序，结合中学化学课标的要求划定了不同学习阶段中学生应学习的核心知识，及在该阶段应达到的建构水平，如表1、表2、表3、表4。

三、基于学习进阶的中学化学“能量观”教学策略

1.纵观全局，跨越学段设计教学

想要在教学中帮助学生建立起“能量观”，首先需要教师自身对化学基本观念、对“能量观”有深刻的认识，深入理解其内涵及与其相关的中学化学教学内容;其次要有帮助学生建构的自发意识，将观念建构融入教学目标，将“能量观”融入教学内容，对学生进行引导;再次要站在宏观教学角度关注“能量观”，教学设计不要只针对某一课时、某一单元，而要针对整个高中阶段进行2-3年的整体教学设计和规划，再细化到具体学年、学期、单元和课时;最后要将工作落在实处，不能只呈现在教师的教学思想中，而要在教学设计和实际教学工作中贯彻执行。

如引导学生“从能量观认识微粒的相互作用”时，教师设计教学要充分考虑到学生对化学键学习的逐级进阶，注意不同层次之间的衔接完整。第一阶段“初识”，学生通过感知和解释化学反应带来的能量变化，认识到化学键的存在、不同的原子可能形成不同的化学键，它们对化学反应产生着重要影响;第二阶段“理解”，通过学习电子云模型，形成对共价键本质的认识，理解共价键其实是原子之间的共用电子对，且不同的原子轨道会形成形状不同的共价键--盯键和π键;第三阶段“深化”，将化学键与晶体的模型认知结合，理解不同原子之间化学键的多样性，多样的化学键形成多样晶体结构和类型，不同类型晶体的性质受共价键、晶格能、金属键等因素的影响。

2.逐层递进，明晰位置厘清目标

在实际教学中，教师经常会为了赶年级的整体教学进度而省略某些教学过程，但观念建构的教学在过程上是不能省略的。“能量观”的建构并非一朝一夕之事，必须循序渐进、逐层进阶。因此，在整体规划的基础上，要时刻明确目前所处阶段在总体规划中的位置，明确学生的认知层次和认知发展规律，不能盲目拔高也不能停滞不前。这也是学习进阶意义所在，能够作为进度的参考依据，让教师明确自己的教学、学生已有的“能量观”在整体中所处的位置，以便教师厘清本阶段教学的目标，避免发生产生“断层”或“跳级”现象。

3.紧扣本质，利用冲突引导进阶

教师要增进化学学科理解，紧紧抓住“能量观”的本质，洞悉“能量观”上升的阶梯，选择合适的上升方法。对于同一概念进行进阶的学习时，要让学生产生认知上的冲突。一方面，学生产生认知冲动，能够内在地意识到自己的概念理解需要升级，增进学习动力;另一方面，在进行升级学习时，冲突能够帮助学生充分认识低层次与高层次的差距所在，自发地找到并“登上台阶”。

如在难溶电解质溶解平衡的教学中，要引导学生将沉淀溶解过程用化学平衡的思想进行模型建构。教师进行演示实验，对比含硫酸钡沉淀的浊液与纯水的导电性，学生预测现象时认为所谓的“沉淀”就是完全不溶于水的，两者导电性应该相同，但实验后发现前者导电性更佳，冲突产生;之后逐步引导学生从平衡移动的角度理解沉淀的溶解、生成和转化。这样一来，学生加深了对平衡和化学反应本质的理解，在“能量观”上更进一步。

4.思维外显，超越具体概念认知

学生具有怎样的表现才是达到了“能量观”建构的相应进阶目标，怎样进行教学才能帮助学生更好地建构和进阶，这些问题需要有科学的评价体系提供参考依据、需要能够清楚地认识到学生已达到的进阶水平。因此，在教学中必须让学生的思维外显，不能只看到学生“学会了”哪些具体概念，而是要通过问答，让学生显露出自己的思维过程，方便教师进行诊断性教学。

如面对问题“CO2、NaCl、SiO2的物理性质和化学性质分别由什么决定？”，教师要让学生给出答案，并“说出”得到相应答案的原因。学生很容易便能够正确判断出三者的化学性质依次取决于共价键、离子键和共价键，原因是三者内在的微粒构成分别为原子、离子和原子，对应的相互作用分别为共价键、离子键和共价键;而物理性质上，学生可能会给出错误答案“三者物理性质均取决于分子间作用力”，解释是“分子间作用力决定物理性质”。经过这样的思维过程外显，教师发现学生认知上的偏差主要在于没有理解微粒相互作用在化学性质和物理性质上产生影响的方式。学生关于二氧化碳的判断和解释没有问题，而氯化钠物理性质的决定因素和化学性质一样也是离子键，错误原因在于没有“看到”氯化钠宏观物理变化下的微观变化，氯化钠融化时，在微粒层面上的变化也是离子之间的相互作用，并没有分子的存在，决定因素依然是离子键;二氧化硅虽然和二氧化碳一样是酸性氧化物，但却没有和二氧化碳类似的“小分子”，而是所有原子都通过共价键相连接，物理变化的过程中破坏或生成的是共价键，因此其物理性质也取决于共价键。这样的“言语报告法”能讓教师准确抓住学生的思维漏洞，找到错误根源，针对性地进行教学，让学生获得超越具体概念认知的思维提升。

5.注重评价，促进教、学、评一体化

化学学习评价的根本目的是促进学生科学素养的主动、全面发展，在“能量观”的建构上，适当的教学评价显得弥足珍贵。教师要把教、学、评相结合，以教促学、以学定评、以评改教。教学要从知识解析为本转向促进学生认识发展为本，在促进学生发展的过程中不断地进行评价;创设真实问题情境，运用多样化的评价方式，在情景中进行教学评价;积极探索和实践“教、学、评”一体化，将评价常规化、渗透化，任何一个教学单元无论是学期、单元还是课时乃至知识点，都要伴随着对应的教学评价，任何一个教学过程不论形式和规模都要渗透着教学评价。

四、结语

中学化学教学中渗透化学基本观念的建构势在必行，从学习进阶的角度进行探讨、研究和教学是一个相对有效的思路，但体系上还不够成熟。基于学习进阶进行“能量观”的建构不但需要理论上的研究和探讨，还需要教师努力将其落实到教学实践，真正让学生受益。