科學(xué)教學(xué)聚焦核心概念已經(jīng)逐漸成為國(guó)內(nèi)外科學(xué)教育界的共識(shí)。美國(guó)最新發(fā)布的Kˉ12科學(xué)教育框架明確地提出了科學(xué)教學(xué)要聚焦于有限的學(xué)科核心概念和跨領(lǐng)域概念[1]。我國(guó)《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》提出，教學(xué)活動(dòng)不應(yīng)該僅僅停留在讓學(xué)生記住一些生物學(xué)事實(shí)，而是要幫助學(xué)生掌握生物學(xué)的重要概念并建構(gòu)合理的知識(shí)框架，為學(xué)生能夠在新的情境下解決相關(guān)問(wèn)題奠定基礎(chǔ)[2]。為了更好地開展聚焦核心概念的教學(xué)研究工作，本文將對(duì)國(guó)內(nèi)外科學(xué)教育文獻(xiàn)中有關(guān)化學(xué)核心概念的界定、選取及其表述進(jìn)行梳理。

一、化學(xué)核心概念的界定及其教學(xué)價(jià)值

核心概念譯自英文big idea或core concept，雖然英文用詞不同，但學(xué)者們用這些英文所闡述的含義是相同的，即核心概念是能對(duì)眾多事物和現(xiàn)象作出解釋的大概念[3]。對(duì)化學(xué)學(xué)科教學(xué)而言，核心概念是指居于化學(xué)學(xué)科中心，具有超越課堂之外持久價(jià)值和遷移價(jià)值的關(guān)鍵性概念、原理或方法[4]。

核心概念的特性是具有解釋力，可以統(tǒng)攝許多小概念和事實(shí)，并與其他核心概念關(guān)聯(lián)。這種特性使得核心概念具有以下教學(xué)價(jià)值[5][6]：

（1）將對(duì)核心概念的理解作為教學(xué)目標(biāo)，有助于學(xué)生理解與其生活相關(guān)的事件和現(xiàn)象；

（2）核心概念可以為新知識(shí)的獲取提供組織結(jié)構(gòu)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)期間及畢業(yè)之后都能夠運(yùn)用這些核心概念，迅速地獲取新知識(shí)；

（3）教師要選取典型性事實(shí)來(lái)幫助學(xué)生理解核心概念，讓學(xué)生學(xué)習(xí)融會(huì)貫通、舉一反三的方法，從而減輕學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)；

（4）學(xué)生能夠有充分的時(shí)間進(jìn)行科學(xué)探究，提升自身的思維能力，學(xué)生的學(xué)業(yè)水平會(huì)因思維能力的提升而有所進(jìn)步。

二、中學(xué)化學(xué)核心概念的選取及表述

由于西方科學(xué)課程多為綜合的，因此需要從科學(xué)核心概念的角度來(lái)分析中學(xué)化學(xué)的核心概念。溫·哈倫提出科學(xué)核心概念應(yīng)該具有以下標(biāo)準(zhǔn)[7]：

（1）能夠用于解釋眾多的物體、事件和現(xiàn)象，而且它們是學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)及畢業(yè)以后的生活中會(huì)遇到的；

（2）提供一個(gè)基礎(chǔ)，能夠幫助學(xué)生理解遇到的問(wèn)題并作出決策，而且這些決策會(huì)關(guān)系到學(xué)生自己和他人的健康、幸福以及環(huán)境和能源的使用；

（3）當(dāng)人們提出有關(guān)自身和自然環(huán)境的問(wèn)題時(shí)，他們?yōu)槟軌驅(qū)で蟮酱鸢付械接淇旌蜐M意；

（4）具有文化上的意義。

溫·哈倫根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)提出了科學(xué)教育的14個(gè)核心概念，如表1所示。

表1中的10個(gè)科學(xué)核心概念中，與化學(xué)教育直接相關(guān)的有2個(gè)，即“宇宙中所有的物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的。當(dāng)事物發(fā)生變化或被改變時(shí)，會(huì)發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化，但是在宇宙中能量的總量總是不變的”。關(guān)于科學(xué)的4個(gè)核心概念則均是化學(xué)教育的任務(wù)。

美國(guó)發(fā)布的最新Kˉ12科學(xué)教育框架也給出了確定核心概念的4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)[8]：

（1）對(duì)多個(gè)學(xué)科來(lái)說(shuō)都是非常重要的，或是某一學(xué)科的關(guān)鍵性原理；

（2）能為理解和研究更為復(fù)雜的概念和解決問(wèn)題提供重要的工具；

（3）與學(xué)生的興趣和生活經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)，或需要利用科學(xué)或技術(shù)知識(shí)來(lái)理解利害關(guān)系；

（4）在各個(gè)年級(jí)都可以進(jìn)行不同水平的教與學(xué)，概念的深度和復(fù)雜度隨年級(jí)的增長(zhǎng)而增加。

可見(jiàn)，美國(guó)新科學(xué)教育框架更加明確核心概念是關(guān)鍵性的原理或方法，強(qiáng)調(diào)學(xué)生需要通過(guò)各個(gè)年級(jí)的不同內(nèi)容的學(xué)習(xí)而不斷深化和豐富對(duì)核心概念的理解。

美國(guó)新科學(xué)教育框架提出了8項(xiàng)科學(xué)與工程的實(shí)踐和7個(gè)跨領(lǐng)域概念（見(jiàn)表2）。這些跨領(lǐng)域概念和科學(xué)與工程的實(shí)踐是包括化學(xué)在內(nèi)的科學(xué)教學(xué)所要關(guān)注的重要核心概念和方法，它們可以使化學(xué)學(xué)習(xí)與其他科學(xué)的學(xué)習(xí)成為一體。學(xué)生可以從中體會(huì)概念的科學(xué)性與遷移性。

美國(guó)新科學(xué)教育框架提出的學(xué)科核心概念中，與化學(xué)教學(xué)直接相關(guān)的三個(gè)核心概念是“物質(zhì)及其相互作用”、“運(yùn)動(dòng)與穩(wěn)定性”和“能量”。這三個(gè)核心概念具有豐富的內(nèi)涵，因此需要對(duì)它們進(jìn)行進(jìn)一步的分解，如“物質(zhì)及其相互作用”可以分解為“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”、“化學(xué)變化”和“核變化”三個(gè)概念（見(jiàn)表3）。

由于學(xué)生需要通過(guò)各個(gè)年級(jí)不同內(nèi)容的學(xué)習(xí)來(lái)不斷深化和豐富對(duì)核心概念的理解，因此，教師需要以適合于學(xué)習(xí)者不同認(rèn)知發(fā)展階段的方式來(lái)表達(dá)對(duì)核心概念及分解概念的基本理解。例如，不同學(xué)段對(duì)“化學(xué)變化”概念的基本理解就存在很大的不同（見(jiàn)表4）。

高劍南教授指出中學(xué)階段的化學(xué)核心知識(shí)與學(xué)科意識(shí)主要體現(xiàn)在以下方面[9]：

（1）世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是分層次的，化學(xué)主要是在原子、分子層次上研究物質(zhì)；

（2）物質(zhì)皆由元素組成，元素之間存在相互聯(lián)系，目前發(fā)現(xiàn)的110種元素有秩序地排列在元素周期表中；

（3）化學(xué)反應(yīng)是化學(xué)研究的中心問(wèn)題，化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是舊鍵的斷裂與新鍵的形成，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)不僅能認(rèn)識(shí)物質(zhì)，還能合成新物質(zhì)；

（4）提高物質(zhì)反應(yīng)速率是實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵因素，催化劑通過(guò)改變反應(yīng)途徑來(lái)提高反應(yīng)速率；

（5）結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)；

（6）任何物質(zhì)都具有兩面性，關(guān)鍵在于人們對(duì)物質(zhì)的用量和使用場(chǎng)合的控制；

（7）客觀看待化學(xué)對(duì)人類社會(huì)和環(huán)境造成的負(fù)面影響；

（8）化學(xué)原理反應(yīng)客觀規(guī)律。

以上八個(gè)方面既有化學(xué)核心概念，如“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”，也有關(guān)于化學(xué)學(xué)科的認(rèn)識(shí)，如“化學(xué)主要是在原子、分子層次上研究物質(zhì)”。

閆云龍?zhí)岢鲋袑W(xué)化學(xué)的核心概念為原子、分子、離子、電子、質(zhì)子、中子、原子結(jié)構(gòu)、核素、同素異形體、原子核外電子排布、核外電子的量子化運(yùn)動(dòng)、化學(xué)鍵、離子鍵、金屬鍵等，并從元素觀與微粒觀等角度給出了對(duì)這些核心概念的基本理解[10]。這些基本理解比較全面地概括了中學(xué)化學(xué)的核心內(nèi)容，但在分類上存在某種程度的差異。例如，基本理解“微粒構(gòu)成物質(zhì)時(shí)是按一定的空間取向排列的，微粒在空間的排列結(jié)構(gòu)是微粒之間相互作用平衡的結(jié)果”與基本理解“物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)不僅包括原子、離子在空間的排列次序，還包括元素的原子（或離子）之間的相互作用，特別是它們之間的強(qiáng)烈的相互作用，即化學(xué)鍵。這兩者對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)都有一定的影響，但后者對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響是主要的”，兩個(gè)“基本理解”都在闡述物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，但前者歸為“微粒觀”的基本理解，后者歸為“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”層面的基本理解。

三、小結(jié)

化學(xué)核心概念不管是用術(shù)語(yǔ)表示，如“物質(zhì)及其相互作用”，還是用一句或一段話來(lái)表述，如“物質(zhì)的宏觀狀態(tài)與特性是由所構(gòu)成的原子和分子的種類、排列以及運(yùn)動(dòng)決定的”，一定是通過(guò)科學(xué)研究所發(fā)現(xiàn)的，是反映事物的本質(zhì)特性與關(guān)系的概念、原理或方法。

“物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的”、“在物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的過(guò)程中，質(zhì)量與能量守恒”及“物質(zhì)的宏觀狀態(tài)與特性是由所構(gòu)成的原子和分子的種類、排列以及運(yùn)動(dòng)決定的”等是比較上位的化學(xué)核心概念，包含了高層次的抽象，因此需要以適合于學(xué)習(xí)者不同認(rèn)知發(fā)展階段的方式來(lái)表達(dá)。我們要依據(jù)我國(guó)化學(xué)課程設(shè)置特點(diǎn)與學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平來(lái)設(shè)計(jì)不同學(xué)段的學(xué)生應(yīng)該掌握的對(duì)核心概念的基本理解。此外，我們也要關(guān)注跨領(lǐng)域概念和重要的科學(xué)方法，在科學(xué)的整體視域里開展化學(xué)教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[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]中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[3][7]溫·哈倫.科學(xué)教育的原則和大概念[M].北京：科學(xué)普及出版社，2011.

[4][5]艾里克森.概念為本的課程與教學(xué)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003.

[6]周玉芝.以核心概念為統(tǒng)領(lǐng)設(shè)計(jì)化學(xué)教學(xué)[J].化學(xué)教育，2012（6）：27-29.

[9]高劍南.試論化學(xué)學(xué)科核心知識(shí)與化學(xué)學(xué)科意識(shí)[J].化學(xué)教學(xué)，2004（6）：1-2.

[10]閆云龍.構(gòu)建學(xué)生化學(xué)基本觀念的教學(xué)實(shí)踐研究——以蘇教版《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》教材為例[D].山東師范大學(xué)，2010.

（作者單位：北京教育學(xué)院生化環(huán)境系）

（責(zé)任編輯：孫建輝）endprint