霍愛新，靳 瑩，鄧藝琳

學科核心概念是位于學科中心的概念性知識，是學科結構的主干部分，也包含了對重要概念和原理的基本理解和解釋，學習者對核心概念的理解水平直接影響其對整個學科的理解?；瘜W核心概念一直是化學教學的重點，如何促進化學概念的理解也一直是化學教學研究的主題。那么，什么才是真正的理解？理解概念的評價標準是什么？如何通過教學實現(xiàn)真正深層次理解？

一、對化學核心概念教學的反思

我國基礎教育階段化學課程從九年級開始開設，初中只有一年的化學課程，但是包括了大部分的化學核心概念，化學反應、原子、相對原子質量、分子、相對分子質量、元素、化學式、質量守恒定律、化學方程式、酸、堿、鹽、中和反應、復分解反應等，而且在第一單元到第五單元，概念相對集中。初中化學課程對概念教學的要求比較低，不要求學生記憶嚴密的定義和概念，只要求能夠理解和應用，所以教材中概念的呈現(xiàn)也比較膚淺。同時，課程標準對概念的教學也要求概念的發(fā)展性和逐步深化，以實現(xiàn)概念的深層次理解。［1］（P32）初中化學課程設置的特點，導致了學生化學學習不系統(tǒng)，概念理解不深刻，尤其是化學三重表征的重要思維方式很難形成，直接影響高中化學學習。

美國科學教育改革對概念教學也進行了深刻的反思。2011年美國發(fā)布AFramwork for K-12 Science Education（《K-12科學教育框架：實踐、核心概念和跨學科概念》，以下簡稱“框架”），框架的核心思想是科學學習，通過實踐、核心概念和跨學科概念的學習實現(xiàn)科學課程的深度學習。新框架的制定者認為美國目前的K-12科學教育缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃，為了知識面的廣泛而強調離散的事實，導致學生的學習缺乏深度。目前很多教師在教學中試圖對課程內容的講解面面俱到，忽視核心概念的深層次理解。而聚焦于核心概念的教學，則可以避免淺顯地覆蓋大量的主題，使師生能夠有充分的時間進行科學探究與討論，以獲得對核心概念持續(xù)和深入的理解，發(fā)展學生的綜合思維能力。學生也會因思維能力的提升實現(xiàn)學業(yè)水平的提高。［2］2013年，以“框架”為基礎，美國制定了 the Next Generation Science Standards（《新一代科學教育標準》，以下簡稱“NGSS”）。NGSS提出的三維學習是指綜合運用學科核心概念、跨學科概念和科學與工程實踐，幫助學生更好地學習科學，理解科學本身的整體一致性。對于核心概念的教學尤其關注，強調深入理解核心概念，通過實踐和跨學科促進概念深入理解。［3］

我國自上個世紀末之后的化學課程，開始進行素質教育，滲透STS、STSE教育，關注化學對社會、環(huán)境的影響，滲透學科交叉，關注化學與其它學科的聯(lián)系，所以在概念的教學方面或多或少存在與美國類似的情況。隨著核心素養(yǎng)教育的提出，核心概念教學再一次受到關注，尤其是概念的深層次學習。

二、概念的層次理解

克利斯認為概念的理解是學習者依托自己的經驗，了解某一概念所具有的共同本質，并能判斷出某一事物是否歸屬于這個概念?？死箤Ω拍罾斫馓岢隽巳齻€理解水平。表層的理解：經驗就是概念；智力水平的理解：能說出一個概念都包含哪些事物；活躍水平的理解：能說出概念的普遍特征，同時能確認個別的例外和異常。［4］可見，概念的理解有不同的角度和層次，為教學設計和教學實踐提供了依據。

學生能夠多角度的表征化學概念，從宏觀、微觀、符號三個角度表征問題，是學生深層次理解概念的標志，而且三重表征是化學學科特有的思維方式，初中階段是該思維方式形成的重要階段。以“化學反應”為例，如果學生完成“化學反應方程式”的學習，用自己的語言表達什么是化學反應，那么學生可以從三個角度描述：

有新物質生成的反應是化學反應（宏觀）；

參加反應的各物質的原子重新組合而生成其他物質是化學反應（微觀）；

C+O2=CO2就是化學反應（符號）。

學生能夠從不同的角度表征同一個概念，達到深層次的、真正的理解。這與課程標準的理念是一致的，對于概念的教學，不要求學生記憶嚴密的定義，要求學生能夠理解和應用概念。

三、深層次理解核心概念的教學策略

實現(xiàn)核心概念的深層次理解，需要與之相對應的教學策略，黃清輝、張賢金、吳新建對該課題進行研究，提出了化學課堂促進學生深度學習的四個策略，其中包括三重表征和思維導圖，在此基礎上，融合隨機進入的教學模式，三個策略相輔相成，實現(xiàn)學生深層次理解化學核心概念。［5］

（一）思維層面的三重表征

化學學習的三重表征，就是指從宏觀、微觀和符號三種表征水平上認識和理解化學知識，并建立三者間的有機聯(lián)系。微觀與宏觀的聯(lián)系是化學不同于其他學科最特征的思維方式，微觀結構決定了宏觀物質的性質，同時，符號作為中介，有效地增進學習者對微觀與宏觀世界的理解。三重表征可以使學生多角度、深層次認識和理解概念。

張丙香、畢華林在“中學生化學反應三重表征的困難及原因分析”一文中分析了學生造成三重表征困難的原因。［6］北京師范大學王磊教授也認為化學學習的三重表征造成了化學學習的困難，阻礙了核心概念的深層次理解。

（二）表征形式的思維導圖

圖式理論主要研究知識是如何表征的，怎樣的表征方式有利于知識的理解。目前應用較多的是概念圖和思維導圖，尤其是思維導圖在化學教學中應用廣泛，對學生概念的系統(tǒng)化、網絡化起到很好的促進作用，使思維可視化。思維導圖是一種思維工具，作為一種圖形技術，是用來組織與表征知識的工具，強調思維發(fā)展過程的多向性、綜合性和跳躍性。

以思維導圖的形式呈現(xiàn)化學核心概念的三重表征，使思維可視化，更直觀，更系統(tǒng)，邏輯性更好，可有效地促進學生形成三重表征的思維方式。

（三）隨機進入教學模式

真正達到對所學知識的全面而深刻的意義建構，不是一次學習所能完成的。在學習過程中，從不同的角度考慮問題往往可以得出不同的理解。為克服這方面的弊病，在教學中就要注意對同一教學內容，要在不同的時間、不同的情境下，為不同的教學目的、用不同的方式加以呈現(xiàn)。也就是說，讓學習者可以隨意通過不同途徑、不同方式進入同樣教學內容的學習，從而獲得對同一事物或同一問題的多方面的認識與理解，這就是“隨機進入教學模式”，是建構主義教學理論下的一種重要教學模式。［5］隨機進入教學正是針對發(fā)展和促進學習者的理解能力和知識遷移能力而提出的，也就是根據彈性認知理論的要求而提出的。

四、教學案例：“化學反應”概念的復習

三重表征需要學生學習了宏觀性質、微觀結構、化學符號之后才能逐漸形成，所以，可以在完成化學反應方程式的學習后進行階段復習時，采用以上的學習策略加強三重表征的學習，達到深層次理解概念。

通過思維導圖表征方式和隨機進入教學模式，對“化學反應”的復習課進行設計，以培養(yǎng)學生三重表征的思維方式，深層次理解什么是化學反應。該復習課與期中階段復習相吻合，此時學生剛剛學習完化學反應方程式，是進行三重表征學習的較好時間段。

（一）教學目標

根據三重表征的教學思想，將教學目標設定為如下三個水平，若學生能夠具備這三個水平的能力，則說明他們對核心概念“化學反應”達到了深層次理解。

水平一：能夠從宏觀角度表征化學反應，即能說出化學反應的基本特征、常見的反應現(xiàn)象，會從宏觀現(xiàn)象判斷一個化學反應是否發(fā)生。

水平二：能夠從微觀角度表征化學反應，即理解化學反應發(fā)生的本質是原子之間的重新組合，并能夠從微觀角度判斷化學反應的發(fā)生。

水平三：能夠從符號角度表征化學反應，即知道每個化學反應必然對應一個化學反應方程式，能寫出化學反應方程式的一定是化學反應，并能準確使用化學反應方程式表征化學反應。

（二）教學過程

1.創(chuàng)設問題情境

教師創(chuàng)設問題情境：什么是化學反應？學生根據已有知識進行回答，可能出現(xiàn)的回答有：有新物質生成的變化就是化學反應、原子間重新組合是化學反應、直接寫出某個化學反應方程式來表示具體化學反應。結合學生的回答，教師給出如圖1思維導圖。

圖1 “化學反應”三重表征的思維導圖

教師要向學生明確這三種說法分別是從宏觀、微觀和符號這三個角度進行的表征，概念可以從這三個角度進行表征，分別從這三個角度來復習“什么是化學反應”。教師根據學生可能做出的不同回答，靈活組織教學，調整教學順序，隨機進入以下的教學環(huán)節(jié)（隨機進入一，隨機進入二，隨機進入三）。

教師創(chuàng)設問題情境，首先幫助學生理解表征的含義就是“什么是……”，并幫助學生明確：對于“化學反應”這一核心概念的表征，無論是從宏觀、微觀還是符號任一角度來表征都是正確的，然后教師根據學生的回答隨機進入本節(jié)復習課的教學。

2.隨機進入一：宏觀表征

針對“有新物質生成的變化就是化學反應”的回答，此時教師繼續(xù)設置問題：請同學們指出剛才的這種說法是從哪個角度來表征化學反應的（可以提示學生，宏觀、微觀還是符號）？學生思考回答，教師給出明確解釋后，從“隨機進入一：宏觀表征”開始教學即可。教師根據學生的回答——化學反應即有新物質生成的反應，繼續(xù)設置問題情境：宏觀上哪些現(xiàn)象能夠證明化學反應的發(fā)生呢？讓學生自由回答化學反應的常見現(xiàn)象，比如顏色變化，生成氣體或沉淀，伴有能量變化等等，讓學生根據不同現(xiàn)象和導圖提示依次舉出反應實例，教師也進行相應的補充，導圖如圖2所示。

圖2 “化學反應”宏觀表征的思維導圖

教師結合圖2根據不同的現(xiàn)象進行解釋，并且讓學生能夠舉出相應的例子。引導學生按照導圖復習完畢之后，教師再次向學生強調化學反應的宏觀表征——即有新物質生成的反應就是化學反應——可以通過觀察獲得宏觀實驗現(xiàn)象表征有新物質生成。以化學反應的宏觀現(xiàn)象作為宏觀表征，讓學生明確可以多種方式觀察到新物質的生成，即化學反應的發(fā)生，根據宏觀反應現(xiàn)象判斷反應的發(fā)生。

3.隨機進入二：微觀表征

教師引導學生從微觀角度回顧課堂開始時創(chuàng)設的問題情境：什么是化學反應？引導學生回憶在化學反應中，分子可以分為原子，原子又可以結合成新的分子。教師繼續(xù)設置問題：既然是原子的重新組合，那么化學反應前后原子的種類和個數(shù)有變化嗎？教師向學生明確這就是我們熟悉的質量守恒定律的微觀本質，也是我們書寫化學方程式必須遵循的原則。

教師給出一些常見的物理變化和化學變化，例如：冰融化成液態(tài)水，氧氣變成臭氧，二氧化碳溶于水等等。讓學生從微觀粒子的角度分析哪些是化學反應。當學生能夠從原子是否重新組合來判斷化學反應的發(fā)生時，教師再設置問題情境：如何從微觀角度來回答什么是氧化反應，什么是還原反應？學生能夠回答出得到氧原子的反應是氧化反應，失去氧原子的反應是還原反應。然后教師帶領學生根據導圖提示從微觀角度來復習氧化反應和還原反應，讓學生回憶自己學習過的氧化反應和還原反應的實例，并根據教師要求寫出相應的化學反應方程式，導圖如圖3所示。

圖3 “化學反應”微觀表征的思維導圖

在劇烈氧化部分讓學生分別說出各物質和氧氣反應的現(xiàn)象（包括空氣中和純氧中）并寫出化學方程式。還原反應部分涉及到的所有化學反應均讓學生寫出化學方程式，并提醒學生注意條件。導圖復習完畢之后，教師再次提問學生：從微觀角度來看，什么是化學反應？再次向學生強調化學反應的微觀表征——即原子之間發(fā)生了重新組合。教師幫助學生明確化學反應的微觀本質，使學生學會運用分子中原子是否重新組合來判斷化學反應的發(fā)生，從本質上區(qū)分物理變化和化學變化，通過化學反應的微觀表征來幫助學生正確書寫化學方程式。

4.隨機進入三：符號表征

教師帶領學生再次回到課堂之初的問題情境：什么是化學反應？用化學反應方程式這種化學用語來表示化學反應——從符號的角度來解釋“什么是化學反應”，因為每一個化學反應都對應著一個化學反應方程式，如圖4所示。（強調：每個化學反應都能用化學反應方程式這種化學符號來表示，能寫出化學反應方程式的反應都是化學反應）。

圖4 “化學反應”符號表征的思維導圖

教師幫助學生理解從符號角度表征化學反應，就是用化學反應方程式這種化學符號來回答“什么是化學反應”的問題。明確每個化學反應都能用化學反應方程式這種化學符號來表示，能寫出化學反應方程式的反應都是化學反應。

5.總結提升

三個角度都學習完之后，向學生明確這種從宏觀、微觀和符號三個角度來說明“什么是化學反應”的方法是三重表征。在教師和思維導圖的引導下分別從宏觀、微觀和符號三個角度對“置換反應”進行歸納總結，如圖5所示。

圖5 “置換反應”三重表征的思維導圖

教師帶領學生最后再回到課堂之初的問題情境：什么是化學反應？學生從宏觀、微觀和符號三個角度進行回答。此時向學生再次強調這種從宏觀、微觀和符號這三個角度出發(fā)表征同一概念的方法叫做三重表征，并提醒學生在之后的復習中都會使用這種方法。學生自己將“什么是置換反應”從宏觀、微觀和符號三個角度進行表征，利用熟悉的知識再次鞏固學生對于使用三重表征思維方式學習核心概念的方法，并利用思維導圖的形式幫助學生擴散思維。課堂最后再回到最初設置的問題情境：什么是化學反應？此時學生必須能從三個角度回答問題。

五、研究小結

根據化學學習三重表征的思維方式，以思維導圖為表征手段，利用隨機進入式教學模式，實現(xiàn)化學核心概念的深度理解，進而實現(xiàn)化學學科理解。對于原子、分子、元素、化學式、化學反應方程式等概念，在期中階段復習都可以用該策略，并輔以習題進行鞏固。