学习进阶视域下电化学核心概念的认识功能分析*

2017-11-14邹国华

化学教学 2017年10期

摘要：日常教学中核心概念的认识功能容易被忽视，电化学核心概念在高中的教学是分阶段进行的，每个阶段有不同的教学目标和认识思路，建构电化学核心概念的学习进阶，并分析每个进阶阶段的认识深度、认识思路和认识功能，为促进认识发展的电化学核心概念教学提供参考。

关键词：核心概念；电化学；学习进阶；认识功能；教学建议

文章编号：1005–6629（2017）10–0022–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

已有研究表明，学生学过的关键性知识或者核心概念，对学生建构起相应的科学认识有决定性的影响，这说明知识本体是具有认识功能的，其认识功能主要体现在对相应认识对象的认识发展、对其他认识对象的认识发展[1]。例如，学生没学过电离的概念，学生看到硫酸铜溶液时只能看到蓝色溶液，但学习电离概念之后，学生再看硫酸铜溶液，懂得溶液中有铜离子和硫酸根离子，这就是电离核心概念的认识功能，它促进了学生对溶液认识的发展。

核心概念促进认识的发展可以从认识对象（knowing target）、认识域（knowing domain）、认识角度（knowing direction）、认识深度（knowing depth）和认识思路（knowing path）五个方面进行分析。

认识对象是指科学研究的对象，可以是某个具体的化学物质、化学反应，也可以是某个专题，如物质结构、氧化还原等；认识域可分为科学域、社会域和自然域；认识角度指的是具体认识域中研究某对象的方向，如化学反应在科学域中认识角度可以有化学反应的方向、限度等；认识深度主要有四个维度：宏观-微观，定性-定量，静止的孤立-动态的相互作用，文字描述-化学符号表征；认识思路指的是个体对知识或概念的理解过程[2]。

化学概念是由众多科学事实归纳推理得出的，是思维的产物，概念需要众多科学事实做支撑。概念与概念之间的经纬交织构成了化学学科的基本结构，而化学核心概念位于化学学科知识结构中一般概念的上层，对一般概念具有统摄作用，化学核心概念具有良好的认知功能。中学电化学包含原电池、电解池、化学电源、电解、电镀、金属的腐蚀和防护等核心概念，本文将这些核心概念统称为电化学核心概念。电化学核心概念的理解需要原有知识和科学事实的支持，电化学核心概念又有良好的认识功能，可促进学生对其他化学知识的认识发展。

1 电化学核心概念的特点及教学中存在的问题

1.1 电化学核心概念的特点

电化学核心概念贯穿整个高中阶段并逐级展开，随着知识层次的推进而发展深化；电化学核心概念与物理、化学的学科知识交叉融合，与电化学密切相关的知识有物质的量、氧化还原、离子反应、化学键、化学反应与能量等；电化学核心概念中蕴含转化观、微粒观、元素观、分类观、能量观、守恒观等化学基本观念；电化学核心概念的学习涵盖了宏观辨析和微观探究、变化观念和平衡思想、证据推理和模型认知、科学探究和创新意识、科学精神和社会责任等核心素养，是落实核心素養教学的良好载体。与电化学紧密相关的概念和蕴含的化学基本观念如图1所示。

1.2 电化学核心概念教学中存在的问题

由于每个阶段学生具有的基础知识不同，所以不同阶段学生对电化学核心概念的理解需要达到的认识深度是不同的，对应的认识思路也就不同。从目前的教学观察来看，电化学教学存在一些问题，主要表现为：

未按课标要求教学、缺乏整体规划意识：由于高中电化学知识分阶段学习，每个阶段的教学目标是不同的，但在实际教学中，教师没有宏观、整体的电化学教学意识，在电化学教学的初级阶段盲目提高教学要求，增加了学生的负担，影响化学学习兴趣。

忽视电化学核心概念的认识功能：目前高考在社会上的地位没变，考试分数作为教学评价的重要依据的事实没变，在各种压力下，为尽快提高学生应试能力，作业与高考接轨，大量高考、联考题出现在作业中的现象普遍存在[3]，日常教学中反复训练电化学习题，提高学生的应试能力而忽视了对概念的认识发展，忽略了核心概念本身的认识功能，学生习得知识转化为化学认识存在障碍。

基于此，笔者认为有必要对电化学核心概念的学习进阶和认识功能进行分析，以期为优化电化学核心概念教学提供参考。

2 电化学核心概念的学习进阶及认识功能分析

2.1 电化学核心概念的学习进阶建构

科学知识和技能的学习是分阶段有明确的路径的，思维要遵循一条连贯的、由简单到复杂的轨迹。人们在过往已经认识到学科知识和技能的形成、建立和深化是一个螺旋式的学习过程。学习进阶概念的提出更表明人们应该高度关注学生学习过程的方法、路径和阶段，以及每个学习阶段的预期水平[4]。电化学核心概念的学习进阶描述的是学生在不同阶段对电化学知识所需达到的预期水平，凸显了电化学核心概念认识层级的发展，也体现教师各阶段的教学要求。知识的学习是螺旋式深入的过程，学生的认识深度也是逐级加深的过程，电化学核心概念（鲁科版）的学习进阶建构如表1所示。

2.2 基于学习进阶路径的电化学核心概念认识功能分析

各进阶阶段学生的知识储备和理解能力有差异，教材预设的认识思路、学生所要达到的认识深度、对应核心概念的认识功能也有差异。纵向分析教材和课标，可意会编者为学生预设的认识思路：初中了解电解的装置能使水分解；到高中必修2学习化学键、化学反应伴随能量变化后，在人类利用化学反应的主题下，了解原电池装置可为人类提供电能，初步认识原电池工作原理；进入选修4模块学习后在化学反应与能量转化主题下，认识化学能与电能可以相互转化，先学习原理稍微简单的电解，并通过应用实例促进学生对电解原理的认识；学习完电能转化为化学能后，继续学习化学能转化为电能，在必修2的认识基础上深入研究电池工作原理，并通过化学电源、金属的电化学腐蚀和防护，发展学生对电化学核心概念的认识。高中对电化学核心概念的学习过程是基于物质的量、离子反应、氧化还原、化学键、化学反应与能量等知识的基础上，这些基础知识支撑学生对电化学核心概念的理解，电化学核心概念的学习又反过来促进这些基础知识的认识发展。教材预设的认识思路如下图2。endprint

对四个进阶阶段电化学核心概念的认识功能分析如下：

水平1阶段：第一次接触电解，该阶段引入电解的目的是让学生认识到水分解为氢气和氧气需要较高能量，条件为电解或者高温分解；水由氢元素和氧元素组成，水分子以氢氧原子2：1的比例构成。

水平2阶段：在掌握氧化还原、离子反应、化学键、化学反应与能量关系等基础知识后学习原电池。在化学反应的利用大情境下学习原电池，目的是了解人类利用化学反应提供能量的科学事实，该阶段学生认识到：化学反应伴随能量变化，化学能可转化为电能；原电池原理是释放能量的氧化还原反应；溶液中微粒的运动方向和运动规律，学生对体系中微粒的认识上升到微观的、动态的相互作用的认识。这个阶段的学生初步认识原电池原理，能解释简单原电池的现象，基本建立起分析原电池的思路和方法。原电池的学习反过来也促进了氧化还原、离子反应等知识的认识发展，如认识到氧化反应和还原反应可以拆分在两个电极表面进行。

水平3阶段：在必修2学习电化学知识的基础上，深入研究电解原理，认识深度更进一步，要求微观、定量地认识电解池，并要认识到溶液微粒间动态的相互作用，会用化学符号表征电解池中的反应。该阶段的学习使学生认识到电解是一种强的氧化或还原手段，能使不易进行的吸收能量的氧化还原反应发生；溶液中微粒有运动的方向和规律，微粒定向运动有动力来源。

水平4阶段：深入学习原电池的工作原理，从本质上认识原电池。与电解原理的对比学习中分析电解池与原电池装置、原理的共性和差异，并提炼分析电化学装置的基本思路：首先根据现象或装置特点确定是原电池还是电解池，然后分析其中的实质和原理，并用化学用语表征，最后应用原理分析解释现象和问题。同时也发展对氧化还原反应的认识。

3 电化学核心概念教学建议

分析电化学核心概念的学习进阶及认识功能，能了解学生对核心概念的认知发展规律，为教学提供参考。一方面，电化学知识教学是分阶段进行的，教师要有宏观、整体的教学意识，每个阶段的教学可参考课程标准和表1确定合适的教学目标，严格控制教学深度，避免盲目提高教学要求增加學生负担；另一方面，教师可参考图2分析教材预设的认识思路，设计促进学生的化学知识转化为化学认识、发挥概念的认识功能的教学。要促进认识发展，不仅要让学生清楚化学知识说明的是什么，而且要将化学知识转化为学生观察、分析现象和问题的方式和思路，并通过具体的实践活动，让学生形成稳定的认识方式。促进学生认识发展的化学教学具有以下特征[6]：具有激发学生已有认识的问题情境；具有构建认识的驱动性问题和活动；具有学生表达自我认识的空间；具有学生对自我认识进行梳理、实践和反思提升的空间；以学生认识发展为教学主线。

以必修2原电池教学为例，基于电化学核心概念的学习进阶和认识功能分析，笔者设计促进学生认识发展的原电池核心概念教学的流程为：

参考课程标准和表1、图2进行分析，必修2原电池知识的教学知识目标为初步认识原电池的工作原理（原电池的构成条件、电极反应的书写不要求），让学生体会化学能转化为电能，为人类提供能量。

本节课内容的认识深度：会准确描述并分析原电池实验的现象（定性、文字描述），认识到原电池中电子、离子的运动方向和运动规律（动态的相互作用）。

认识思路：分析锌铜原电池的工作原理和微粒的运动方向和规律，进而建立起分析原电池现象和问题的基本思路。