童文昭 鄒國華 楊季冬

摘要： 學習進階中的核心概念是介于學科觀念與基本概念之間的一種中位概念，基于國內課程體系的特點，提出學習進階視角下的化學核心概念的內涵及界定思路。以“物質結構”為例，通過“自上往下”的觀念建構分析和“自下往上”的基本概念認識結構分析，得出“物質結構”的核心概念包括“結構微?！薄拔⒘ｉg的相互作用”“微粒的空間分布”“結構與性質的關系”等。

關鍵詞： 學習進階; 中學化學; 核心概念; 物質結構

文章編號： 1005-6629（2019）2-0003-05??????????? 中圖分類號： G633.8??????????? 文獻標識碼： B

隨著學習進階研究的興起，尤其是與學習進階有著密切關系的2017版新課程標準的頒布，讓基于學習進階理論的核心概念教學研究也愈受重視。實際上，基于核心概念在學科中的重要價值和地位，化學核心概念一直都是化學教學研究中的熱點，相關研究成果和文獻也非常豐富。然而，通過文獻分析發(fā)現(xiàn)“化學核心概念”似乎缺少統(tǒng)一的認識或界定標準，以致其數(shù)量眾多。那么，核心概念與通常所說的基本概念、一般概念、重要概念、關鍵概念、大概念等之間有何區(qū)別？眾多的中學化學概念中，有哪些是核心概念？這些問題的存在顯然會給學習進階視角下的核心概念教學及其研究帶來困惑。因此，有必要基于學習進階理論厘清化學核心概念的內涵和外延。

1? 學習進階視角下的“核心概念”

1.1? 核心概念的基本內涵

我國學者歐陽景根曾從哲學的角度對概念及核心概念進行闡釋，他認為，不論是自然科學還是人文與社會科學，關于核心概念的理解都有共通的地方：“概念是構造理論的磚石，是研究范圍內同一類現(xiàn)象的概括性表述。根據(jù)概念在理論中的地位，可理解為： 核心概念是理論的主要范疇，一般概念是附著于核心概念而存在的、為核心概念服務的普通概念”[1]。美國課程專家Erickson認為“核心概念是居于學科中心，具有超越課堂之外的持久價值和遷移價值的關鍵性概念、原理或方法，具有廣闊的解釋空間，源于學科中的各種概念、理論、原理和解釋體系”[2]。

1.2? NGSS與核心概念

根據(jù)美國新一輪科學教育改革的“更少、更深、整合”目標，《新一代科學教育標準》（簡稱NGSS）的編制指導文件——《K-12科學教育框架》（簡稱“框架”）用更少的“大概念”（big ideas）對學科核心概念（disciplinary core ideas）進行了學科間整合?！翱蚣堋睂诵母拍钣忻鞔_的標準[3]： （1）對多個學科來說都非常重要的或某一學科的關鍵性原理;（2）為理解更復雜的概念和解決問題提供重要工具;（3）與學生興趣和生活經(jīng)驗相關，或關系到社會和個人的、需要利用科學或技術知識來理解的利害關系;（4）在各年級都可進行不同水平的教學，概念的深度和復雜度隨著年級的增長而增長。以本文主題為例，“框架”將“物質科學”主題的核心概念確定為四個，并根據(jù)學科特點拆分為次一級概念（見表1），NGSS再進一步對各次一級概念在不同學段的具體表現(xiàn)期望進行闡釋。

1.3? 學習進階與核心概念

作為NGSS的核心理念，學習進階是“對不同學段學習同一核心概念時所遵循的連貫的、典型的思維路徑的描述，一般呈現(xiàn)為圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復雜、相互關聯(lián)的概念序列”[5]。該定義對核心概念的“范圍和大小”作出了要求： （1）長程性，即核心概念應能在不同學段中找到不同的表達。從概念的知識屬性理解，這一要求體現(xiàn)了知識學習的延續(xù)性和完整性，因此核心概念應統(tǒng)攝了由基本概念構成的、體現(xiàn)學科結構的知識體系，方能滿足進階學習的跨度要求;（2）復雜性，即核心概念應能隨著學習的深入呈現(xiàn)出趨于復雜的內涵。這一要求體現(xiàn)了概念的理論屬性，既然概念是構建學科理論的基石，核心概念理應蘊含了學科觀念、思想和方法的核心要義，方能實現(xiàn)趨于復雜的內涵解釋?？梢钥闯?，學習進階中的核心概念應當是介于基本概念與學科觀念之間的一個“有核的概念群”，是兼有歸納性和演繹性的統(tǒng)一體。

2? 基于國內課程的化學核心概念的界定——以“物質結構”為例

國內課程體系在上一輪課程改革中有了很大的變化，但與國外化學課程體系相比，兩者在核心概念的選擇范圍上仍有很大的差異。從表1可以看出，由于跨學科“整合”的需求，“框架”所列的核心概念無論是上一級核心概念還是次一級核心概念，對我國基礎教育課程體系來說都顯得太大了，不利于逐級進階教學的把握。例如，“物質結構與性質”在“框架”中僅是“物質及其相互作用”下屬的次一級核心概念，而在我國中學化學課程體系中，它不僅是重要的學科理論分支——物質結構理論，甚至是一個獨立的學科模塊。考慮到這些差異，結合前述學習進階視角下的核心概念內涵和要求，本文將從上位的學科觀念和下位的基本概念兩個層面對“物質結構”的核心概念進行界定分析。

2.1? 自上往下： 學科觀念的建構分析

作為學科觀念的下位概念，核心概念的凝練需要考慮其對學科觀念建構的意義。無論是上一輪課程改革還是本次以核心素養(yǎng)為導向的新一輪改革，化學學科觀念的建構始終是化學教學中的重要目標。2017版新課程標準更是在“課程理念”中提出要“引導學生進一步學習化學的基本原理和方法，形成化學學科的核心觀念”[6]（化學觀念為新增要求）?；瘜W作為一門在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性質、轉化及其應用的科學，這一學科定義本身便蘊含了諸多的化學基本觀念，如研究層次“原子、分子”中的微粒觀，研究對象“組成、轉化”中的元素觀、轉化觀、能量觀，研究對象“結構、性質、應用”中更是體現(xiàn)了“結構決定性質，性質決定轉化及應用”這一重要的化學觀念。這些觀念的建構都離不開“物質結構”——這座通過結構與性質的關聯(lián)在微觀與宏觀之間建構起的橋梁。所以2017版課程標準中明確提出“‘結構決定性質是化學學科的核心觀念，是‘宏觀辨識與微觀探析核心素養(yǎng)的具體表現(xiàn)形式”[7]。

“物質結構與性質”選修模塊作為中學化學“物質結構”理論體系的核心，全面闡釋了中學階段“物質結構”理論的知識框架。王磊等（2008）[8]在“促進學生認識能力發(fā)展”的相關研究中認為，該模塊的主要功能是促進學生物質結構微觀認識能力的形成和發(fā)展，具體包括： 關于物質結構核心認識域的構建、層級認識角度的建立、原有認識方式類別的轉變以及認識策略（路徑、思路、方法）的形成等。綜觀該模塊教科書的宏觀結構，可知其編排方式旨在幫助學生形成“微粒內→微粒間→物質的聚集”三個層次的認識，以期實現(xiàn)化學中“見著而知微”和“見微而知著”的方法論目的，以及初等化學“物質結構”理論中結構和性質兩個層面的認識論目的。

2.2? 自下往上： 基本概念的認知結構分析

為使梳理和界定的核心概念與當前課程結構及教學實際更貼切，本文采用筆者當?shù)厥褂玫南嗯涮椎?003版課程標準與教科書，九年級為滬教版，高中為魯科版。按九年級到高中必修、選修的順序進行梳理。其中，九年級階段“物質結構”內容集中在“物質構成的奧秘”主題，共涉及原子、分子等14個基本概念;高中必修階段“物質結構”內容集中在“物質結構基礎”主題，共涉及核素、同位素等23個基本概念;高中選修階段“物質結構”內容主要集中在《物質結構與性質》模塊，共涉及基態(tài)、激發(fā)態(tài)等66個基本概念。通過梳理并去掉模塊間重復的概念，將其按教學常用的分類方式，分為原子結構、分子結構、晶體結構三類92個基本概念（見表2），并畫出以概念關聯(lián)為中心的概念圖（見圖1～圖3）。

為更清晰地了解各組基本概念之間的關聯(lián)，本文通過溯源法對概念圖進行關聯(lián)分析。根據(jù)關聯(lián)復雜度及復雜原點找出概念群中的關鍵性概念，厘清基本概念體系的認知邏輯和核心思想。

從圖1中的概念關系可知，原子結構概念群中，去除本體概念“原子”后，大于四級關聯(lián)的關鍵性概念有： 元素周期律、核外電子排布。其中，“元素周期律”呈現(xiàn)的核心知識是原子內部結構與元素性質的關系?！昂送怆娮优挪肌背尸F(xiàn)的核心知識是原子的內部結構（微粒及其分布）。結合教科書編排的教學順序，原子結構概念群的整體的認知邏輯為： 基于原子結構模型，從原子的結構微粒（質子、中子、電子）及其數(shù)量關系，到這些微粒在空間的分布情況，再到結構微粒、微粒數(shù)量、微?？臻g分布三者對元素性質的影響。

同理分析圖2可知，分子結構概念群中的關鍵性概念為： 共價鍵、分子空間構型。其中“共價鍵”主要呈現(xiàn)的核心知識是分子的結構微粒間存在的相互作用，“分子空間構型”主要呈現(xiàn)的是分子的結構微粒及相互作用對分子空間構型的影響和解釋。結合教科書編排的教學順序，分子結構概念群的整體認知邏輯為： 基于分子的形成，從分子的結構微粒及其相互作用，到這些微粒間的相互作用對分子空間構型的影響，再到分子的結構微粒、微粒間的相互作用、分子的空間構型三者對分子性質的影響。

同理分析圖3可知，晶體結構概念群中的關鍵性概念有： 聚集狀態(tài)、晶體、晶胞。這些關鍵性概念主要呈現(xiàn)的核心知識是從宏觀與微觀相結合的視角審視宏觀物質（晶體）的微觀結構（微粒的類型、相互作用、聚集方式）。與原子結構和分子結構分別聚焦于原子內、分子內（原子間）相比，晶體結構突出的是構成物質的基本微粒是如何聚集形成宏觀物質的，是從原子到分子再到晶體這一“趨于長大”的物質結構研究順序中“離宏觀最近”的認知層面。結合教科書編排的教學順序，晶體結構概念群的整體認知邏輯為： 基于晶體，從晶體的結構微粒、微粒間的相互作用、微粒的空間聚集方式等三個層面解釋其對物質（晶體）的宏觀性質的影響。

2.3? 核心概念的凝練分析

通過自下而上的基本概念認知結構分析，以及自上而下的觀念建構分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，無論是原子層面的“原子結構”，還是分子層面的“分子結構”、“晶體結構”，這些“物質結構”的認知邏輯基本都是從四個方面進行的：

首先是結構微粒。圍繞著構成物質的三種基本微粒而展開的結構研究，既是物質結構的研究基礎，也是微粒觀的建構基礎。從認知邏輯來看，從宏觀物質到晶體的結構微粒，從分子的結構微粒到原子內部不斷趨于細分的粒子，其目的是逐步構建起“物質由微粒構成，微粒由更小的微粒構成”的微粒觀念意識。

其次是結構微粒間的相互作用。作為物質結構認識的核心，微粒間的“相互作用”不僅是銜接微粒與微粒的空間結構的關鍵，也是承擔結構與性質之間的關聯(lián)解釋的關鍵。從認知邏輯來看，從原子核內質子與中子之間的“核力”到原子核對核外電子的引力，從原子、離子間的化學鍵到分子間的作用力。其目的是形成“構成物質的微粒之間普遍存在相互作用，這些相互作用決定著微粒間的結合方式”的作用力觀念意識。

再次是結構微粒的空間分布。作為微觀結構的“三維”描繪，微粒的空間結構承擔著微粒觀的直觀敘述，是形成完整空間結構意識的關鍵部分。從認知邏輯來看，從“原子結構”中核外空間的電子分布，到“分子結構”中分子的立體構型，再到“晶體結構”中結構微粒的空間堆積方式，逐層構建起“微粒間的相互作用決定了微粒以一定的空間分布聚集成宏觀物質，微粒的空間聚集方式又決定了物質的宏觀特性”這一空間觀念意識。

最后是結構與性質的關系。宏觀與微觀的關聯(lián)是化學重要的學科特征，該特征正是通過物質結構與性質的關系呈現(xiàn)。觀念及概念的形成需要具體性知識的支撐，由于微觀結構是肉眼所看不見的，對學生而言是“憑空想象”的抽象知識，觀念和概念具體化的任務自然落到了結構與性質相關聯(lián)的具體性知識身上。通過微粒、相互作用、空間分布各自對性質的影響，全面認識結構與性質之間的關系，不僅是學習“結構決定性質”本身的需求，更是促進學生對“結構”理解的需求。

綜上，“結構微?！薄拔⒘ｉg的相互作用”“微粒的空間分布”“結構與性質的關系”作為認識物質結構一般程序的四個核心內容，在各個學段，都既能找到相應的基本概念群，又能建構起完整的物質結構觀，符合學習進階視角下的核心概念的要求。

3? 結語

對于“物質結構”，中學課程總體遵循了大學課程結構，分原子結構與性質、分子結構與性質、晶體結構與性質三個部分，但對初等化學而言，這種劃分方式無法完全實現(xiàn)“螺旋式”的漸進編排，如晶體結構部分就會形成“斷跨”。類似地，傳統(tǒng)意義上的核心概念，如“化學鍵”也不適于學習進階要求。由于學習進階關注較長時間跨度內同一核心概念的學習過程，與之對應的教學必然需要從更高、更全面的知識視角進行整體規(guī)劃，這一點與我們當前所提倡的“單元整體教學”相似。尤其是在強調核心素養(yǎng)的當下，如何抓住更核心的內容，以“更少”的概念，進行“更深”層次的教學，實現(xiàn)學科知識的“整合”，促進學科核心素養(yǎng)乃至“學生發(fā)展核心素養(yǎng)”的發(fā)展，是我們需要思考的，也是我們需要改變的。這也是本文的出發(fā)點和落腳點，界定基于學習進階視角的核心概念，以期更好地實現(xiàn)： 從知識的整體結構及其形成過程的角度，進行基本概念的教學、觀念的建構、學科素養(yǎng)的培育。

參考文獻：

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[3]周玉芝. 美國新版K-12科學教育框架對我國基礎教育階段科學教育的啟示[J]. 課程. 教材. 教法， 2012， （6）： 120～124.

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

[5]劉晟， 劉恩山. 學習進階——關注學生認知發(fā)展和生活經(jīng)驗[J]. 教育學報， 2012， （4）： 81～87.

[6][7]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 69.

[8]王磊， 齊紅濤， 趙河林， 王明召. 高中化學選修模塊教材《物質結構與性質》對學生認識發(fā)展的影響研究[J]. 化學教育， 2008， （1）： 16～27.