孫永平 王娜 劉俊玲 王玲 牛洪波

【摘 要】為了更加有利于落實化學學科核心素養(yǎng)，本研究提出了“五位一體”的化學知識觀?！拔逦弧笔侵富瘜W知識的五種類型，主要包括“背景性知識”、“探究性知識”、“結果性知識”、“本質(zhì)性知識”和“價值性知識”;“一體”是指五種類型化學知識的整體性組織，主要包括基于“知識點”的環(huán)形組織和基于“知識進階”的螺旋上升式組織。

【關鍵詞】化學學科核心素養(yǎng);化學知識觀

【中圖分類號】G633.8 ??????【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）09-0110-02

2017年版《普通高中化學課程標準》[1]頒布以后，如何發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)成為熱點話題。長期以來，化學教育界達成的一個共識是，任何素養(yǎng)的落實，都離不開化學知識。但究竟需要哪些化學知識，卻有不同認識，即化學知識觀?；瘜W知識觀影響化學知識的選擇和組織，進而影響化學學科核心素養(yǎng)的落實。受國際科學教育研究的啟發(fā)，本文提出“五位一體”的化學知識觀，更加有利于落實化學學科核心素養(yǎng)?！拔逦弧笔侵富瘜W知識的五種類型，具體包括“背景性知識”、“探究性知識”、“結果性知識”、“本質(zhì)性知識”和“價值性知識”。“一體”是指化學知識的整體性組織方式。這五種化學知識不是孤立的，需要構成一個有機的整體。

一、化學知識的五種類型

1.背景性知識（Contextual knowledge）。

化學知識不是憑空產(chǎn)生的，總是基于一定的歷史背景。背景性知識是指化學知識產(chǎn)生之前，當時已有的科學知識、思想、信念以及社會生產(chǎn)生活經(jīng)驗等。背景性知識不一定局限于化學知識，其它學科知識甚至是生產(chǎn)生活經(jīng)驗，只要能對化學知識的產(chǎn)生有啟發(fā)或者貢獻，都會構成背景性知識?；瘜W家正是基于這些背景性知識去生產(chǎn)新的化學知識。新化學知識一旦確立，又變成背景性知識。隨著化學的發(fā)展，背景性知識不斷豐富，構成化學知識產(chǎn)生的階梯。

2.探究性知識（Inquiry knowledge）。

化學知識是化學家探究出來的。探究總是要經(jīng)過一定的過程，使用一定的方法。這些有關過程和方法的知識統(tǒng)稱為探究性知識。探究，可以作為一種活動，例如提出問題，設計方案，收集和處理數(shù)據(jù)，得出結論等[2]。還可以作為一種知識，即探究觀。1962年，約瑟夫.施瓦布（Joseph Schwab）曾經(jīng)提出7條探究觀：（1）問題指引探究;（2）探究有多種方法;（3）探究可達成多個目標;（4）科學知識需要證實;（5）探究需要辨識并處理異常數(shù)據(jù);（6）數(shù)據(jù)與證據(jù)不同;（7）科學實踐共同體[3]。2014年，朱迪斯.萊德曼（Judith Lederman）等人提出8條探究觀[4]：（1）科學探究總是始于問題但不一定檢驗一個假設;（2）科學探究有多種方法;（3）問題指引探究過程;（4）科學探究遵循相同的步驟但不一定得出相同的結果;（5）探究的程序影響探究的結果;（6）研究的結論必須與數(shù)據(jù)一致;（7）數(shù)據(jù)與證據(jù)不同;（8）探究根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)和已有知識做出解釋。學生如果理解探究，形成正確的探究觀，會大大增強探究能力。

3.結果性知識（Resultant knowledge）。

元素化合物知識、化學概念、化學理論以及化學實驗和化學計算等技能等都屬于結果性知識，也是最常見的一種知識。結果性知識是化學家探究的結果。

4.本質(zhì)性知識 （Nature of knowledge）。

本質(zhì)性知識是指化學知識的特征。諾爾曼.萊德曼（Norman Lederman）認為，科學知識（包括化學知識）具有以下7條特征[5]：（1）暫時性;（2）猜想性與創(chuàng)造性;（3）主觀性;（4）實證性;（5）觀察與推理有區(qū)別;（6）事實不同于定律;（7）科學知識植根于社會文化。本質(zhì)性知識與探究性知識有交叉，但有本質(zhì)區(qū)別。蕾尼.施瓦茲（Renee Schwartz）認為，本質(zhì)性知識針對探究的結果，即結果性知識的特征，探究性知識針對探究的過程，即科學知識是怎么產(chǎn)生并被接受的[6]。

5.價值性知識 （Value of knowledge）。

價值性知識是指關于結果性知識有什么用的知識。一般來說，科學知識的主要作用在于解釋自然界中的物質(zhì)及其變化;技術知識的主要作用在于獲得改造自然界的方法和手段;工程知識的主要作用在于生產(chǎn)能直接滿足人類需要的產(chǎn)品。

二、化學知識的整體性組織

上述五種知識有兩種整體性的組織方式：一是基于“化學知識點”的環(huán)形組織;二是基于“化學知識進階”的螺旋上升式組織。

1.基于“化學知識點”的環(huán)形組織方式。

環(huán)形組織是指某個知識點完整的產(chǎn)生過程，化學家在一定背景下，經(jīng)過探究，獲得結果性知識，該結果性知識具有什么特征，在解釋和改造自然界以及如何滿足人類需要等方面具有哪些作用。為了行文方便，背景性知識簡稱C，探究性知識簡稱I，結果性知識簡稱R，本質(zhì)性知識簡稱N，價值性知識簡稱V。

2.基于“化學知識進階”的螺旋上升式組織方式。

化學科學發(fā)展的歷史長河表明，針對同一個問題，特定時代的特定化學家只能達到特定程度的認識。這種認識往往不全面，不深入，甚至缺乏足夠科學證據(jù)的支撐。要想達到對某個問題全面、深入、充分地認識，需要一代又一代的化學家前赴后繼，從多個不同角度，尋找更多證據(jù)，越來越貼近事物真相。造成的結果就是知識進階，需要以螺旋上升的方式進行組織，相當于把多個基于知識點的環(huán)形組織疊加起來，如圖2所示。

三、“五位一體”化學知識觀的應用

1.“德謨克利特（Democritus）原子論”的環(huán)形組織方式。

以德謨克利特（Democritus）的“原子論”為例。從“背景性知識”來看，德謨克利特的老師，留基伯（Leucippus），已經(jīng)提出了“原子論”。從“探究性知識”來看，德謨克利特是通過天才的猜想繼承和發(fā)展了留基伯的原子論。從“結果性知識”來看，德謨克利特的原子論與留基伯的原子論有所差異，例如，留基伯雖然指出“萬物運動源于原子運動”，但沒有明確指出原子是怎么運動的，而德謨克利特則明確指出“萬物運動源于原子的結合和分離”。從“本質(zhì)性知識”來看，德謨克利特的原子論充滿了猜想性、創(chuàng)造性、主觀性和暫時性。從“價值性知識”來看，德謨克利特的原子論具有一定的解釋功能，更重要的意義在于，德謨克利特通過他的原子論為后來的化學科學研究提出了一個本源性問題：世界的本源究竟是什么？正是受這個本源性問題的驅(qū)動，人們對原子結構的認識不斷深入發(fā)展。

2.“原子結構模型演化”的螺旋上升組織方式。

原子結構模型的演化屬于化學學科的核心知識，大致歷經(jīng)德謨克利特原子論、約翰.道爾頓（John Dalton）原子論、約瑟夫·約翰·湯姆遜（Thomson，Joseph John）原子論、歐內(nèi)斯特.盧瑟福（Ernest Rutherford）原子論、尼爾斯.波爾（Niels Bohr）原子論和薛定諤原子論等發(fā)展階段，因而可以使用螺旋上升組織方式。

（1）約翰.道爾頓原子論。

在德謨克利特哲學模型的基礎上，道爾頓通過實驗第一次建立了科學意義上的原子結構模型。從“背景性知識來看”，道爾頓部分繼承了德謨克利特的原子論，比如原子是不可分的實心小球;從“探究性知識來看”，道爾頓并沒有直接證明原子的存在，而是基于他的原子論進行推理，得出“定比定律”和“倍比定律”，并被實驗所證實。后來，瓊斯·雅可比·貝采里烏斯（Jons Jakob Berzelius）等化學家進行了更為精確的實驗，也得出類似結論，進一步確定了倍比定律的正確性，間接證明了道爾頓原子論的正確性。從“結果性知識”來看，道爾頓原子論的主要內(nèi)容包括：1）化學元素由不能再分的原子組成，原子是化學變化中的最小微粒;2）同種元素的原子性質(zhì)和質(zhì)量都相同，不同元素原子的性質(zhì)和質(zhì)量各不相同，原子質(zhì)量是元素基本特征之一;3）不同元素化合時，原子以簡單整數(shù)比結合。從“本質(zhì)性知識”來看，道爾頓的原子論具有濃厚的實證性，是通過“假設—推理—驗證”的方式得出來的;從“價值性知識來看”，道爾頓原子論已經(jīng)超越了思辨式猜想，是科學意義上的原子論。

（2）約瑟夫·約翰·湯姆遜原子論。

在道爾頓原子論的基礎上，湯姆遜提出了原子結構的“西瓜模型”。從“背景性知識”來看，湯姆遜繼承了道爾頓的觀點，認為不同原子有不同質(zhì)量。在此基礎上，又有所發(fā)展，他創(chuàng)造了分離不同質(zhì)量原子的方法，為后人提出同位素概念奠定了基礎。從“探究性知識”來看，湯姆遜通過陰極射線實驗發(fā)現(xiàn)電子，為原子可分提供了證據(jù)，這是他最突出的貢獻。從“結果性知識”來看，湯姆遜原子論假設“原子帶正電的部分像‘流體一樣均勻分布在球形的原子體積內(nèi)，而負電子則嵌在軀體的某些固定位置?！盵7]從“本質(zhì)性知識”來看，湯姆遜原子論帶有明顯的推理色彩，基于電子帶負電這一事實，湯姆遜推測原子不僅可分，原子內(nèi)部還存在帶有正電的粒子。從“價值性知識”來看，湯姆遜原子論最大的貢獻在于他基于證據(jù)，不僅打破了“原子不可分”的傳統(tǒng)觀念，還深入到原子內(nèi)部，為質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)指出了方向。

（3）歐內(nèi)斯特.盧瑟福原子論。

在湯姆遜原子論的基礎上，歐內(nèi)斯特.盧瑟福提出了原子結構的“行星模型”。從“背景性知識”來看，盧瑟福深受湯姆遜的影響，基于電子帶負電而原子不帶電這一事實，預示著質(zhì)子的存在，為原子核的發(fā)現(xiàn)埋下了伏筆。從“探究性知識”來看，盧瑟福通過“粒子散射實驗”，提出了原子核的存在。從“結果性知識”來看，盧瑟福原子論的要點是：原子的大部分體積是空的，電子按照一定軌道圍繞著一個帶正電荷的很小的原子核運轉(zhuǎn)。原子的全部正電荷在原子核內(nèi)，且?guī)缀跞抠|(zhì)量均集中在原子核內(nèi)部。從“本質(zhì)性知識”來看，盧瑟福的原子論有很大的實證性和推理性色彩。從“價值性知識”來看，盧瑟福的原子論是經(jīng)典電磁理論在微觀世界的推演，雖然有證據(jù)支持，但是隨著新證據(jù)和新理論的發(fā)現(xiàn)，還會繼續(xù)演化。

（4）尼爾斯.波爾原子論。

在盧瑟福原子論的基礎上，波爾提出了過渡狀態(tài)的原子模型。從“背景性知識”來看，波爾部分接受了行星結構，承認這種結構有很大程度的合理性。從“探究性知識”來看，波爾率先使用普朗克的量子理論來來解決盧瑟福原子模型在穩(wěn)定性方面的困難，后來受到巴爾末等其他科學家的啟發(fā)，最終成功地解釋了經(jīng)典電磁理論所不能解釋的問題。從“結果性知識”來看，波爾原子論的要點是：電子在一些特定的可能軌道上繞核作圓周運動，離原子核越遠能量越高。當電子在這些可能的軌道上運動時原子不發(fā)射也不吸收能量，只有當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時原子才發(fā)射或吸收能量，而且發(fā)射或吸收的輻射是單頻的，輻射的頻率和能量之間關系由 E=hv給出，h為普朗克常數(shù)。從“本質(zhì)性知識”來看，波爾原子論有很大的主觀性、猜想性和創(chuàng)造性。從“價值性知識”來看，波爾原子論最大的貢獻就是把人們對原子結構的認識引入到了量子世界。

（5）埃爾溫.薛定諤原子論。

在波爾模型的基礎上，受德布羅意的啟發(fā)，薛定諤提出了原子結構的量子模型。從“背景性知識”來看，除了波爾原子論以外，德布羅意已經(jīng)提出所有運動粒子都具有波的屬性。從“探究性知識”來看，薛定諤開始嘗試用波而不是粒子去解釋電子的行為。這種解釋方法解決了波爾模型所不能解決的問題。從“結果性知識”來看，薛定諤原子論的要點是：核外電子以一定的幾率密度分布在原子核周圍，即電子云。這樣就無法同時準確測出電子的位置和動量。從“本質(zhì)性知識”來看，薛定諤的原子論完全用量子理論來解釋，對原子結構的認識是一次科學革命。從“價值性知識”來看，薛定諤的原子論具有里程碑的意義，他為人類認識原子結構開辟了一個新紀元。

四、討論與建議

“五位一體”的化學知識觀是落實化學學科核心素養(yǎng)的重要保障。這種化學知識觀把化學學科知識產(chǎn)生的背景、過程、結果以及本質(zhì)和價值都包括在內(nèi)，涵蓋了化學學科知識產(chǎn)生的完整過程，特別是包含化學學科知識的本質(zhì)和價值，大大地超越了傳統(tǒng)的化學知識觀。教師如果以這種知識觀為依據(jù)進行教學，有助于學生逐步形成正確的價值觀念、必備品格和關鍵能力。為了幫助教師形成這種知識觀，特提出如下幾點建議。一是化學知識的顯性化。顯性化是指五種化學知識都要以顯性的而不是內(nèi)隱的方式呈現(xiàn)在課程標準和教科書當中。在顯性化方面，做的最好的是那些傳統(tǒng)的“結果性知識”。但這遠遠不夠，化學學科知識產(chǎn)生的背景、過程以及本質(zhì)和價值都需要顯性化。二是化學知識教學的活動化。從本質(zhì)上看，化學知識的教學是一種建構過程。這意味著教師要引導學生認識化學學科知識產(chǎn)生的背景、產(chǎn)生的過程、產(chǎn)生的結果、化學學科知識的本質(zhì)和價值，用探究活動的方式而不是直接傳授的方式進行教學。三是化學知識教學的真實化。到目前為止，探究教學已經(jīng)不再是新鮮事物，但是相當一部分探究教學依然是模擬的而不是真實的。要反應真實的化學科學探究，教師一方面要如實地反應化學科學的發(fā)展史，另一方面要加強化學知識教學與實際生產(chǎn)生活的聯(lián)系。

參考文獻

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[7] 郭奕玲，沈慧君編著. 物理學史（第 2 版）[M]. 北京： 清華大學出版社，2005： 224 ～231.

作者介紹：孫永平（1974.11-）女，漢族，河北石家莊人，中學一級教師，碩士學位，主要從事高中教育教學工作。

省級“十三五”課題 課題名稱 新課改對高中化學教學策略的影響研究 （1704191）。