“结构与性质”学习进阶及初高中衔接初探

许志勤

摘要：“结构与性质关联”观念是中学化学中重要的核心观念。分析了中学化学中跟结构与性质有关的核心概念和非核心概念以及它们之间的联系情况、中学化学中结构与性质知识的分布、中学化学中结构与性质关联的知识、中学化学中结构与性质知识的学习进阶。探查了初三与高一学生的结构与性质学习差异及衔接困难。认为要改善初高中的衔接状况，必须努力减小初三化学中的学习分化程度。

关键词：结构与性质；化学结构观；核心概念；学习进阶；初高中衔接

文章编号：1005–6629（2017）11–0028–06 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

“结构”与“性质”是化学学科中两个非常重要和常见的概念。

“结构与性质”看似是并列词组（并列短语），其实在化学中可能是“结构与性质关系”的省略，也可能是“结构与性质关联”这个观念的非正规指代。本文中的“结构与性质”主要是后一种意思，是狭义的。广义的理解包括结构、性质以及结构与性质的关联。

1 “结构与性质关联”是中学化学中重要的核心观念

观念是人对于事物或者事物某些方面（问题）的概括性的、总结性的、综合性的认识（见解、看法），是人在对事物的感性认识基础上进行分析、抽象、概括、辩证和整合等思考活动的产物。结构问题是近代化学的基本问题之一[1]。

化学物质结构观是对于化学物质结构基本问题的概括性的、总结性的、综合性的认识（见解、看法）。只有在正确、合理的化学物质结构观的指引下，人们才能自觉地开展对物质结构的探索，进而逐步认识物质的结构，认识物质结构与性质的关系，加深对化学反应的物质基础的认识，进一步认识化学反应的规律性。因此，化学物质结构观是化学科学观念的重要组成部分，而“结构与性质关联”观念是化学物质结构观的主要内容，是中学化学中重要的核心观念。

“结构与性质关联”观念的重要性主要在于：观念常常具有方法论意义[2]。总结有关化学物质微观结构与其宏观性质关系的事实资料，人们发现，物质的内部结构决定着它的典型化学反应性能和其他方面许多性能；反过来，通过典型化学反应性能等宏观性质的研究，能够勾画物质微观结构的轮廓甚至细节。例如，由金刚石和石墨的硬度等性质，可以推测它们的不同的晶体结构。从系统的观点看，化学物质是由其基本单元相互作用、相互联系而构成的系统。系统的结构决定着系统的性质和功能，反过来，系统的性质和功能能够反映其结构。从物质的性质出发，最终可以弄清物质的结构。因此，“结构与性质关联”也是认识物质结构或性质的一个有效策略，是化学研究实现宏观与微观结合的桥梁。即使现在已经能够用特殊手段获得某些物质的结构图像，由于这并不能作出充分和必要的描述和解释，仍不能撼动物质结构与其性质关联策略的重要性。

观念总是跟某些概念联系在一起，有其核心概念。“结构”与“性质”就是“结构与性质关联”观念的核心概念，也是中学化学中重要的核心概念。

所谓结构，从系统科学的角度看，是指系统内部诸要素的组织形态，包括诸要素及其组织方式。化学中的结构则是指化学实体内部各构成要素以及各构成要素相互间的结合与构造方式[3]。

所谓性质，有人把它界定为“事物具有的特质”或者“一种事物区别于其他事物的根本属性”。其实，具体的某个性质并不一定是哪个事物“特”有、其他事物不具有的，也不一定是“根本”的；而且，上述界定没有说清楚“质”、“性”的含义，有循环定义之嫌。我们认为，性质是一事物跟其他事物的相互作用在人脑中的反映，或者说，是人對一事物跟其他事物相互作用的一种认知，它为事物所有，常能决定事物的归属，故可以解释为事物的属性。这个界定不是太通俗，但比较准确一些。

2 中学化学中结构与性质知识的分布

中学化学中跟结构与性质有关的核心概念和非核心概念以及它们之间的联系情况如图1所示。

具体知识的分布情况如表1所示。表1是根据现行课程标准[4，5]中规定的有关化学物质结构内容制作的，表中分别列出了课程标准规定的在初中化学阶段、高中化学必修阶段和高中化学选修阶段物质结构教学内容，以及在化学学科核心素养的基本组成（即基本观念及核心概念、关键能力、重要品格等）方面的分布情况，其中特别列出了结构与性质关联方面的内容以及整体目标方面的内容（楷体字为“活动与探究建议”内容）。

由表1可见：

课程标准规定的结构与性质知识大体上是适宜的，只是现在看来，关于“重要品质”方面明确规定的内容少了一点。

初中化学只涉及物质微粒观，由于有关的知识技能较少、较浅，还不足以形成对物质结构最低程度的全面认识，物质微粒观的教学要求相应较低，在课程目标中只要求初步认识物质的微观构成。

高中化学必修部分涉及物质结构的基本观念和拓展观念，已经可以初步、概略地认识物质结构，但课程标准中没有具体要求。可能是由于有关物质结构知识技能内容还是不太丰富，物质微粒观的教学要求仍属较低，在必修部分课程目标只要求初步认识物质的微观结构，跟初中阶段要求相似。

高中化学选修部分（《物质结构与性质》模块）中，跟物质结构本体观念相应的知识（物质结构价值、方法等），跟物质结构基本观念相应的知识（结构微粒及其相互作用、空间结构等），跟物质结构拓展观念相应的知识（结构与物质状态、性质关系等）大幅增加，比较丰富，特别是还提出了不少应用性问题和活动任务，不但使有关的物质结构观念的形成有了可能，也很有必要。为了促进物质结构知识、技能和观念的学习，还注意了学习兴趣和科学态度的养育。

3 中学化学中“结构与性质关联”的知识

在中学化学中，关于“结构与性质关联”的具体内容大体上包括：endprint

（1）原子结构与元素或单质性质的关系，例如：

根据原子结构初步解释或推测、比较元素及其化合物的金属性或非金属性、氧化性或还原性等重要性质；

原子结构与元素周期律的关系；

元素的电离能、电负性跟元素性质的关系。

（2）分子结构（化学键）与化合物性质的关系，例如：

根据化学键（包括键能、键长、键角等）和分子间作用力初步解释或推测、比较物质的相应性质；

化学键的断裂和形成跟化学反应中能量变化的关系。

（3）晶体结构与物质性质的关系，例如：

根据金属键初步解释或推测、比较金属的物理性质；

根据晶体类型初步解释或推测、比较晶体的性质；

根据晶格能初步解释或推测、比较物质的相应性质；

分子间作用力对物质的状态等方面的影响。

（4）有机化合物的组成、结构和性质的关系，例如：

有机物分子中的官能团跟有机物性质的关系；

根据有机分子中基团之间存在相互影响初步解释或推测、比较物质的相应性质；

物质的组成、结构和性质的关系；

根据结构预测其化学性质。

4 中学化学中“结构与性质”知识的学习进阶

20世纪50年代之前，“学习进阶”这个名词曾在我国广被使用，不过当时似无明确的定义。近几年来，“学习进阶”在我国开始有重新流行之势，弄清什么是学习进阶，明确其界定是有实际意义的。

我们认为，“学习进阶”寓意着学习应该按照一些规律一步一步地进行，它应该遵循的规律主要有3个方面：

（1）学生身心发展规律，包括认知和思维发展规律、情感意志发展规律、行为发展规律，特别是核心素养发展规律；

（2）学习内容内在的逻辑和发展规律；

（3）学生思维和学习的个性特点以及发展的个体差异和需要。

学习进阶符合了这些规律，就能够使学习一步一步地实现由少到多、由浅入深、由简单到复杂、由低层次到高层次连贯地前进，有效地进行。

抓学习进阶，首先要抓好核心概念的学习进阶，因为核心概念是思维的基础和起点，能拓展形成学习内容的基本框架。抓好核心概念的进阶，就能进一步派生其他概念，进行判断、推理得到各种命题、推理等结果。

对于“结构与性质”来说，其一般学习进阶主线应为（见图2）：

制订学习进阶，并非意味着学习必须按照统一、僵化、一成不变的程序学习。教师对教学内容的认识理解不同、学情的变化以及教师风格的差异，可以使学习进阶在一定程度上呈现多样化色彩。

5 初三与高一学生的学习差异与衔接困难

一般说来，课程标准设计教学内容时，已经对学习内容的逻辑关系作了比较充分的考虑，也注意了学生多方面的发展规律，教科书的编写也是如此。按照上述进阶主线，引导学生逐步掌握表1和图1内容，基本上可以减少学生的衔接困难，减小学习差异。因此，进行教学设计及实施时，应该在这个基础上把调整学习进阶的关注重点放在学生学习和个性的差异及其需要方面。

为了解学生学习和个性的差异，我们对初三、高一学生“结构与性质”核心概念学习水平进行了探查。

5.1 研究工具与对象

笔者采用自编化学核心概念测试卷对初三和高一学生进行化学核心概念学习水平测试。测试卷以初三化学与高中化学都有的内容为测试题材，包括判断题和主观题两种题型。判断题要求学生判断命题是否正確；主观题要求学生在一定的情境中运用“结构与性质”核心概念解决问题。

测试样本为江苏4所中学397名学生，分布情况如表2所示。测试回收有效卷397份。

5.2 研究方法与过程

以班级为单位进行整体测试，测试时间为2017年4月，学生完成测试时间40分钟。测试后用统计软件SPSS17.0对调查结果进行分析，从不同角度进行分析讨论。

5.3 研究结果与讨论

5.3.1 初三、高一学生“结构与性质”核心概念学习存在差异

以“结构与性质”测试总分为变量、年级作为影响因子，用SPSS17.0作单因素方差分析，得到输出（见表3）。

由0.042<0.05可见，初三、高一学生“结构与性质”的学习差异达到了显著水平。

5.3.2 初三、高一学生“结构与性质”核心概念学习水平整体分析

对初三、高一学生核心概念“结构与性质”的学习水平进行了对比分析可得到图3和表4。

通过初、高中化学核心概念学习水平的对比分析，我们发现：

（1）样本测试结果大体上呈正态分布。

（2）初三被试学生“结构与性质”问题解决的得分率为48.2%，高一被试学生的得分率为57.3%，他们的“结构与性质”核心概念学习水平整体处于中等水平。

（3）学生“结构与性质”核心概念学习水平从初中到高中呈发展上升的趋势。从表4我们可以看出，无论是判断题还是主观题，高一学生“结构与性质”核心概念的最低分、最高分和平均得分均高于初三学生的得分，且存在统计意义的显著性差异；初三被试学生“结构与性质”核心概念得分的标准差大于高一被试学生的得分标准差，说明“结构与性质”核心概念学习水平初三被试学生间的差异大于高一被试学生间的差异（前述方差分析结果中，组内平方和占比达到2260.101/2283.975=98.95%，也印证了这个情况）。如果初三学生间的差异过大，将会影响初、高中教学的衔接。要改善初高中的衔接状况，必须努力减小初三化学中的学习分化程度。endprint

（4）表4表明，学生的“结构与性质”核心概念判断题的得分率较高，统计时发现所有被试对判断题作答无一放弃，而主观题有不少被试放弃作答。这表明对化学核心概念水平测试，学生更愿意完成判断、选择类试题。一方面这类试题答题往往只需要用符号表示，比较简便；另一方面判断、选择类试题具有一定的可猜测性。因此，在对学生进行化学核心概念学习程度测试时，主观题更能反映学生的真实水平。对学生化学核心概念学习水平的测试应更多地采用主观题进行测试。

5.3.3 初三、高一学生“结构与性质”核心概念学习水平的差异分析

初三和高一被试学生在“结构与性质”核心概念测试的客观判断题的解答上存在差异。表5给出了高一被试学生和初三被试学生“结构与性质”核心概念判断题的得分比较。

从表5中可以看出：

第9题要求根据结构示意图对8种微粒作出判断、分类并写出化学符号，看起来难度不太大，该题正确率较低，表明大多數初、高中学生对此都不太熟练。

第10-3题初、高中学生正确率都较低，表明不少学生对原子结构示意图以及核反应过程图示的认知存在较大困难，这方面的教学有待改进、加强。

由第6-1和3-4的得分情况看，一部分学生对化学变化中原子、分子成键性质的规律及其实际应用不太熟悉。

从整体看，各题得分率都不太高（只有第10-1题高中生得分率达到93%，其余均低于90%）。初三和高一被试学生在“结构与性质”核心概念的学习未达到优秀水平。这些问题会造成初、高中化学在“结构与性质”学习衔接和进一步学习的困难，需要关注，深入探查原因并采取有效应对措施。限于篇幅，我们将另文予以讨论。

参考文献：

[1]张嘉同.化学哲学[M].南昌：江西教育出版社，1994：35～42，257，58，124～140.

[2]吴俊明，吴敏.为什么要关注科学观念[J].化学教学，2014，（4）：3.

[3]吴俊明，吴敏.刍议化学物质结构观的内涵与形成[J].化学教学，2014，（11）：9.

[4]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2011.

[5]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003.endprint