中学化学核心概念的界定与选取

科学教学聚焦核心概念已经逐渐成为国内外科学教育界的共识。美国最新发布的Kˉ12科学教育框架明确地提出了科学教学要聚焦于有限的学科核心概念和跨领域概念[1]。我国《义务教育生物学课程标准（2011年版）》提出，教学活动不应该仅仅停留在让学生记住一些生物学事实，而是要帮助学生掌握生物学的重要概念并建构合理的知识框架，为学生能够在新的情境下解决相关问题奠定基础[2]。为了更好地开展聚焦核心概念的教学研究工作，本文将对国内外科学教育文献中有关化学核心概念的界定、选取及其表述进行梳理。

一、化学核心概念的界定及其教学价值

核心概念译自英文big idea或core concept，虽然英文用词不同，但学者们用这些英文所阐述的含义是相同的，即核心概念是能对众多事物和现象作出解释的大概念[3]。对化学学科教学而言，核心概念是指居于化学学科中心，具有超越课堂之外持久价值和迁移价值的关键性概念、原理或方法[4]。

核心概念的特性是具有解释力，可以统摄许多小概念和事实，并与其他核心概念关联。这种特性使得核心概念具有以下教学价值[5][6]：

（1）将对核心概念的理解作为教学目标，有助于学生理解与其生活相关的事件和现象；

（2）核心概念可以为新知识的获取提供组织结构，使学生在学习期间及毕业之后都能够运用这些核心概念，迅速地获取新知识；

（3）教师要选取典型性事实来帮助学生理解核心概念，让学生学习融会贯通、举一反三的方法，从而减轻学生课业负担；

（4）学生能够有充分的时间进行科学探究，提升自身的思维能力，学生的学业水平会因思维能力的提升而有所进步。

二、中学化学核心概念的选取及表述

由于西方科学课程多为综合的，因此需要从科学核心概念的角度来分析中学化学的核心概念。温·哈伦提出科学核心概念应该具有以下标准[7]：

（1）能够用于解释众多的物体、事件和现象，而且它们是学生在学校学习及毕业以后的生活中会遇到的；

（2）提供一个基础，能够帮助学生理解遇到的问题并作出决策，而且这些决策会关系到学生自己和他人的健康、幸福以及环境和能源的使用；

（3）当人们提出有关自身和自然环境的问题时，他们为能够寻求到答案而感到愉快和满意；

（4）具有文化上的意义。

温·哈伦根据此标准提出了科学教育的14个核心概念，如表1所示。

表1中的10个科学核心概念中，与化学教育直接相关的有2个，即“宇宙中所有的物质都是由很小的微粒构成的。当事物发生变化或被改变时，会发生能量的转化，但是在宇宙中能量的总量总是不变的”。关于科学的4个核心概念则均是化学教育的任务。

美国发布的最新Kˉ12科学教育框架也给出了确定核心概念的4个标准[8]：

（1）对多个学科来说都是非常重要的，或是某一学科的关键性原理；

（2）能为理解和研究更为复杂的概念和解决问题提供重要的工具；

（3）与学生的兴趣和生活经验密切相关，或需要利用科学或技术知识来理解利害关系；

（4）在各个年级都可以进行不同水平的教与学，概念的深度和复杂度随年级的增长而增加。

可见，美国新科学教育框架更加明确核心概念是关键性的原理或方法，强调学生需要通过各个年级的不同内容的学习而不断深化和丰富对核心概念的理解。

美国新科学教育框架提出了8项科学与工程的实践和7个跨领域概念（见表2）。这些跨领域概念和科学与工程的实践是包括化学在内的科学教学所要关注的重要核心概念和方法，它们可以使化学学习与其他科学的学习成为一体。学生可以从中体会概念的科学性与迁移性。

美国新科学教育框架提出的学科核心概念中，与化学教学直接相关的三个核心概念是“物质及其相互作用”、“运动与稳定性”和“能量”。这三个核心概念具有丰富的内涵，因此需要对它们进行进一步的分解，如“物质及其相互作用”可以分解为“物质的结构与性质”、“化学变化”和“核变化”三个概念（见表3）。

由于学生需要通过各个年级不同内容的学习来不断深化和丰富对核心概念的理解，因此，教师需要以适合于学习者不同认知发展阶段的方式来表达对核心概念及分解概念的基本理解。例如，不同学段对“化学变化”概念的基本理解就存在很大的不同（见表4）。

高剑南教授指出中学阶段的化学核心知识与学科意识主要体现在以下方面[9]：

（1）世界是物质的，物质是分层次的，化学主要是在原子、分子层次上研究物质；

（2）物质皆由元素组成，元素之间存在相互联系，目前发现的110种元素有秩序地排列在元素周期表中；

（3）化学反应是化学研究的中心问题，化学反应的实质是旧键的断裂与新键的形成，通过化学反应不仅能认识物质，还能合成新物质；

（4）提高物质反应速率是实现化学反应的一个关键因素，催化剂通过改变反应途径来提高反应速率；

（5）结构决定性质，性质体现结构；

（6）任何物质都具有两面性，关键在于人们对物质的用量和使用场合的控制；

（7）客观看待化学对人类社会和环境造成的负面影响；

（8）化学原理反应客观规律。

以上八个方面既有化学核心概念，如“结构决定性质”，也有关于化学学科的认识，如“化学主要是在原子、分子层次上研究物质”。

闫云龙提出中学化学的核心概念为原子、分子、离子、电子、质子、中子、原子结构、核素、同素异形体、原子核外电子排布、核外电子的量子化运动、化学键、离子键、金属键等，并从元素观与微粒观等角度给出了对这些核心概念的基本理解[10]。这些基本理解比较全面地概括了中学化学的核心内容，但在分类上存在某种程度的差异。例如，基本理解“微粒构成物质时是按一定的空间取向排列的，微粒在空间的排列结构是微粒之间相互作用平衡的结果”与基本理解“物质的化学结构不仅包括原子、离子在空间的排列次序，还包括元素的原子（或离子）之间的相互作用，特别是它们之间的强烈的相互作用，即化学键。这两者对物质的性质都有一定的影响，但后者对物质性质的影响是主要的”，两个“基本理解”都在阐述物质的结构与性质，但前者归为“微粒观”的基本理解，后者归为“物质的结构与性质”层面的基本理解。

三、小结

化学核心概念不管是用术语表示，如“物质及其相互作用”，还是用一句或一段话来表述，如“物质的宏观状态与特性是由所构成的原子和分子的种类、排列以及运动决定的”，一定是通过科学研究所发现的，是反映事物的本质特性与关系的概念、原理或方法。

“物质都是由很小的微粒构成的”、“在物质发生化学变化的过程中，质量与能量守恒”及“物质的宏观状态与特性是由所构成的原子和分子的种类、排列以及运动决定的”等是比较上位的化学核心概念，包含了高层次的抽象，因此需要以适合于学习者不同认知发展阶段的方式来表达。我们要依据我国化学课程设置特点与学生认知发展水平来设计不同学段的学生应该掌握的对核心概念的基本理解。此外，我们也要关注跨领域概念和重要的科学方法，在科学的整体视域里开展化学教学。

参考文献：

[1][8]National Research Council. A Framework for Kˉ12 Science Education： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas[Z]. Washington， D.C.：The National Academies Press， 2011.

[2]中华人民共和国教育部.义务教育生物学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012.

[3][7]温·哈伦.科学教育的原则和大概念[M].北京：科学普及出版社，2011.

[4][5]艾里克森.概念为本的课程与教学[M].北京：中国轻工业出版社，2003.

[6]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.

[9]高剑南.试论化学学科核心知识与化学学科意识[J].化学教学，2004（6）：1-2.

[10]闫云龙.构建学生化学基本观念的教学实践研究——以苏教版《物质结构与性质》教材为例[D].山东师范大学，2010.

（作者单位：北京教育学院生化环境系）

（责任编辑：孙建辉）endprint