国内高中化学核心概念研究及启示

梁弘文，谢桂芳，王秀红

（1.厦门第一中学，福建 厦门 361003；2.厦门第六中学，福建 厦门 361003；3.东北师范大学化学学院，吉林 长春 130024）

随着知识经济时代的来临，什么知识是最有价值的，如何能让学生在有限的时间里在不一味增加教科书厚度的前提下习得核心知识，一直是我们不断思考的一个问题。在科学教育中有关核心概念的研究是一个值得深入探究的视角。

一、化学核心概念的内涵

“核心概念”在我国是个舶来词，在英文中有多种表述，如“Core Ideas”（核心观念）、“Core Concepts”（核心概念）、“Major Concept”（主要概念）等。何为“核心概念”？综合文献分析，可以看出“核心概念”大致有如下特点：其一，是学科结构的主干部分；其二，具有统整性，可以整合相关概念；其三，经得起检验，且具有广泛的解释性。如果我们将某一学习领域的知识视为一棵树，那么核心概念就是树的主干，而树枝可以看作基本概念，树叶可以看作一些零散的知识点。

化学核心概念，是“化学”与“核心概念”的组合，指位于化学这一学科的中心地位的概念。概念、核心、化学三者的特性决定了化学核心概念具有以下特征：（1）抽象性。从“概念”的含义来看，它是对大量生动直观现象的本质概括，显示了其本质属性，具有抽象性。（2）统摄性。从“核心”二字来看，核心意味着位于知识网络中的各个节点，与上位概念、下位概念均具有关联，可四周延伸，既可解释已观察到的现象，又能预测某些现象。（3）阶段性。化学教材的编排一般采取螺旋式，同一概念随着学习时间的迁移而深化。因此，化学核心概念具有阶段性。（4）系统性。综合来看，任一概念都不是孤立存在的，相互之间都存在着某种关联，这种联系不仅限于本学科的，也涵盖了跨学科的。因此，厘清概念间的联系可以更好地帮助学生理解和应用概念。[1]

在化学学科中，核心概念居于化学学科的中心，是化学具体知识的凝聚器，概括了众多化学现象的本质，理解化学核心概念是学生学习其他化学知识的前提。另外，化学核心概念的学习也有助于建构学生头脑中的化学基本观念，发展其科学素养与化学学科核心素养。因此，研究化学核心概念具有很大的意义。

但概念的抽象性决定了学生对概念的模糊理解，加之化学学科是一门研究微观结构的科学学科，亦具有抽象性，这种“双重的抽象性”更加阻碍了学生对概念的理解。如何更好地进行概念教学就成为值得研究的课题。而本文之所以选择化学核心概念而非化学概念，一是由于化学概念众多，二是化学核心概念具有代表性，在化学概念及化学学科中占据着重要地位，三是化学核心概念对理解其他化学概念及知识具有迁移性，有助于建构化学学科的知识体系。

二、国内化学核心概念的研究现状及启示

化学核心概念的研究由来已久，通过文献梳理，认为其研究内容主要涉及化学核心概念的界定和选取、学生对核心概念的理解、学生对核心概念的转换、基于核心概念的教学设计等四个方面，基于化学核心概念的学习进阶研究成为了新的研究热点。

（一）有关化学核心概念界定和选取的研究及启示

美国《K-12科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》中提出了作为“核心概念”的4项标准，分别为：（1）是多个学科或者某一学科中的关键性原理；（2）是理解和解决更为复杂的概念和问题的重要工具；（3）与学生的生活经验、个人关注点、社会焦点相关；（4）其深度和难度随年级同步增长。[2]因此，可在不同年级进行不同水平的教与学。具体到我们要研究的化学核心概念，须具备下述两个条件：（1）重要性。将核心概念的内涵迁移至化学核心概念，其理应是化学学科的核心内容，在化学学科体系中应占据重要地位。（2）相当性。此处所说的“相当”是指概念的抽象水平与学生的认知水平相当，只有如此，学生才能通过概念的学习形成化学基本观念。

在化学核心概念的界定和选取上，不同的学者有不同的界定标准。例如，国外学者从核心概念的内涵出发来界定和选取化学核心概念，认为“物质及其相互作用”“运动与稳定性”“能量”是和化学有关的三个核心概念。[3]在我国也有研究者通过概念在考试大纲或者课程标准中所出现的频率统计分析，或选取认知性学习目标中某概念所要求达到的理解及应用水平来确定化学核心概念。例如，胡久华等研究者还对化学核心概念的界定从认知角度进行了讨论，认为物质的量、物质分类、氧化还原反应、原电池、化学键、化学平衡、盐类水解等是化学核心概念。[4]

由此可以看出，化学学科领域对核心概念的界定和选取仍未达成一致的标准，已有研究中大都从课程标准、考试大纲的角度出发，却很少从学习者的角度出发界定和选取核心概念，而我们所说的核心概念在一定程度上却是学生在具体知识忘记后所剩下的东西。因此，我们认为化学核心概念的界定和选取，理应从三个维度进行分析研究，即教师教的维度、学生学的维度及课程标准（课程专家）的维度。针对不同维度可根据其特点选用合适的研究方法，如教师维度用访谈法、学生维度用问卷法、课程标准维度用文献法等。

（二）有关化学核心概念理解的研究及启示

在有关概念理解的研究中，大多是采取问卷调查、访谈或者两者相结合的方法探查存在于学生头脑中的迷思概念。早期有关迷思概念的调查问卷皆是采取二段式问卷，即将问卷分为评价学生的具体知识和评价学生对知识的理解。例如，杜玉霞采用二段式测验与访谈相结合的方法对高一新生头脑中的化学概念理解情况进行诊断并试图分析了学生迷思概念产生的原因。[5]乔蕾依据课程标准中对物质结构知识内容的目标要求，借鉴已有问卷对学生的有关物质结构的迷思概念进行了探查，结果显示自然现象的感觉印象、教师的语言、教材的文字、教材的图示、学生自身的学习兴趣及学习习惯、其他学科知识的干扰、大众媒体所提供的信息、日常习惯用语等对学生产生迷思概念的影响程度依次降低。[6]

由此可以看出，首先，目前我国对迷思概念的研究大都集中于对学生的调查，对教师关注很少，但教师对概念的错误理解在很大程度上影响了学生；其次，选择题式的问卷效度也是值得怀疑的；再次，大量研究集中于“化学平衡”“物质结构”等核心概念，过于集中；最后，学生对概念的理解大都从中学化学课程标准的角度去评价，很少有研究能站在整个化学学科的角度去衡量。

（三）有关化学核心概念转换的研究及启示

面对学生头脑中存在的迷思概念，研究者也开始关注如何将学生的迷思概念转换为科学概念。例如，有研究者调查了高一学生在化学概念学习中的一些相异构想，并分析了这些相异构想的特点和形成原因，进而提出概念图策略、认知冲突策略等来帮助学生形成科学的概念。[7]也有研究者在元认知理论的指导下，通过培养学生积极的元认知体验和元认知监控能力，从而发展学生元认知知识，实现概念转变，并通过教学实践表明了这种策略的可行性。

可见结合学科的特点，善用认知冲突策略来转变学生迷思概念是一种有效教学方式，值得研究。另外，在研究中大多都是通过理论探讨迷思概念的形成原因，基于此提出概念转换策略，或者是在某一理论指导下提出概念转换策略。而在提出某概念转换之后，大多并未对这一策略指导下的转换效果进行跟踪分析，且所有的概念转换策略都是针对学生已出现了迷思概念，而少有提及如何预防学生出现此类常见的迷思概念。

（四）有关化学核心概念教学设计的研究及启示

基于核心概念具有统摄性、解释性和蕴含思想方法三大特点，故围绕核心概念组织教学，既能有效促进学生对知识的结构化建构，又能促进三维目标的融合，是一种经济有效的教学方式。因此，有研究者提出了以核心概念为中心的教学模式：核心概念为中心的知识体系分析—学习者分析—教学目标预设—教学设计方案编写—评价试题编写，这其中以核心概念为中心的知识体系分析是与一般教学模式最大的不同，并以“氧化还原反应概念”“化学键概念”以及“原子结构理论”对这一模式进行了说明。赵长宏在教学实践中以“盐类的水解”为例，形成了围绕核心概念的教学设计模式，即“利用情境——引发冲突——提升认知——形成概念——推理验证——巩固认知——利用信息——总结规律——迁移知识——探究影响——学以致用——体会价值”[8]等几个环节。通过核心概念统整课堂教学中的有关概念和事实，能够使学生的概念学习站位更高。

可见，目前有关概念教学设计的研究中出现了两种模式：一是从一般到特殊，即先提出某种教学设计的一般模式，而后以某一概念为例来说明；二是从特殊到一般，即以某概念的教学设计为例，总结出概念教学设计的一般模式。另外，在概念教学设计的研究中，无论是涉及某一概念的教学设计还是提出某一设计模式，对所取得的成效的具体表现并未进行细致描述，较为笼统；同时，其可操作性也未得到检验。

（五）化学核心概念研究的新趋势——基于化学核心概念的学习进阶研究

迷思概念的研究关注学生对概念的理解，概念转换关注学生概念的达成结果，在上述研究的基础上近期概念发展的阶段性又成为新的关注点。国外用“学习进阶”（LPs）来表征学生对核心概念的理解过程。所谓学习进阶，就是指学生在较长的一段时间内对学科的某一核心概念的认知发展逐渐深入、趋于复杂的过程。因此，我国大量学者围绕核心概念进行了学习进阶的研究。例如，有学者在“物质结构”学习领域界定出三个核心概念，并采用了“二段式”调查问卷对学生核心概念的理解水平进行了实证研究；苏莉虹通过研究“原电池”这一核心概念在课程标准、考试大纲以及不同教材版本中的要求，归纳总结出了整个中学阶段有关原电池的四个进阶水平[9]。

可见，利用围绕核心概念的学习进阶来指导教学，不仅能帮助学生系统地掌握学科知识体系，也能提高学生解决问题的能力。但在围绕化学核心概念学习进阶的研究中，更多的是横断研究，即在同一时期探查不同年级学生对同一概念的理解水平，而纵向研究，即对同一学生在不同时间段对同一概念的理解进行跟踪调查的则较少。

综上，我们可以看出，就国内自身有关化学核心概念的研究来看，其在研究内容的深广度上均有所拓展，在研究方法上也由原来的定性研究逐渐走向定量研究，科学性更强，研究方式上也更加注重实证，可信度更高。但无论是化学核心概念的哪一研究领域，其研究大多只局限于某一单个概念的研究，对于概念间的联系和概念认知结构的研究还较少，且研究的视角较为单一。例如，对核心概念的理解大多是调查学生的概念理解情况，缺乏从教师视角的系统研究。将国内外有关化学核心概念的研究范围和研究对象进行对比，国外的研究对象多为大学生及教师，而中学生较少；国内则主要集中在初中、高中，尤其以高中居多；研究范围国外主要以大学普通化学原理中的化学概念为多，涉及的学科也较多，遍及四大化学的学科领域。但无论是国内还是国外，对于化学核心概念的选取及界定皆是从课程标准、考试大纲的角度出发，而从学习者视角出发的研究还未出现。这些不足，也正是国内有关核心概念研究可以进一步挖掘的。

参考文献：

[1][9]苏莉虹.中学化学“原电池”核心概念的进阶教学设计研究[D].南昌：江西师范大学，2016.

[2][3]National Research Council.A Framework for K-12 Science Education:Pratices,Crosscutting Concepts,and Core Ideas[M].Washington,D.C.:The National Academies Press,2012.

[4]胡久华，陈欣，支瑶.不同教学处理方式对高中生化学核心概念建构的影响[J].中国教育学刊，2007（7）：61-64.

[5]杜玉霞.新课程背景下高中生化学模糊观念的探查与成因分析[D].郑州：河南大学，2010.

[6]乔蕾.延边地区高中生化学错误概念探查及对策研究——以物质结构错误概念为例[D].延吉：延边大学，2011.

[7]林明远.农村学生化学概念学习中的相异构想的调查研究[D].福州：福建师范大学，2012.

[8]赵长宏.围绕核心概念进行“盐类水解”的教学设计及实施[J].北京教育学院学报（自然科学版），2013（2）：29-32.