邢麗娟 周青 陳偉

摘 要：由英國(guó)牛津大學(xué)出版社出版的《高級(jí)化學(xué)》十分重視化學(xué)基本概念和化學(xué)基礎(chǔ)理論的設(shè)計(jì)。分析其內(nèi)容選取和編排的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，可為我國(guó)高中化學(xué)教材和教學(xué)優(yōu)化提供借鑒。

關(guān)鍵詞：英國(guó)化學(xué)教材；基本概念；基礎(chǔ)理論；設(shè)計(jì)特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-010X（2011）01-0054-03

由宏觀深入至微觀、由定性至定量、由靜態(tài)至動(dòng)態(tài)是現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的基本特點(diǎn)。越來(lái)越多的化學(xué)家呼吁化學(xué)并不再是純實(shí)驗(yàn)科學(xué)，須認(rèn)真審視化學(xué)理論知識(shí)在化學(xué)學(xué)科中的地位[1]。化學(xué)理論知識(shí)在基礎(chǔ)化學(xué)教育中的作用日益引起世界各國(guó)化學(xué)教育者的重視，21世紀(jì)以來(lái)出版的英美高中化學(xué)教材，都非常重視化學(xué)理論知識(shí)對(duì)教學(xué)的有效指導(dǎo)作用。由牛津大學(xué)出版社出版的英國(guó)高中化學(xué)教材《高級(jí)化學(xué)》（Advanced Chemistry）在基本概念和基礎(chǔ)理論的設(shè)計(jì)方面具有代表性[2][3]，分析其內(nèi)容選取和編排的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對(duì)我國(guó)教材建設(shè)和教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化有著重大意義。

一、基本概念和基礎(chǔ)理論在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的重要地位

中學(xué)化學(xué)理論知識(shí)主要包括化學(xué)基本概念和化學(xué)基礎(chǔ)理論兩方面。

化學(xué)基本概念是化學(xué)現(xiàn)象本質(zhì)的反映，是構(gòu)成化學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)，是化學(xué)知識(shí)體系中的核心成分，也是學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的連接點(diǎn)及學(xué)習(xí)的核心，更是整個(gè)化學(xué)知識(shí)的“骨架”。我國(guó)中學(xué)化學(xué)教材中的概念粗略統(tǒng)計(jì)有200多個(gè)[4]，如物質(zhì)的量、化學(xué)鍵、溶液、原電池、氧化還原反應(yīng)、焓變、平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率等。學(xué)生只有建立清晰、穩(wěn)定、科學(xué)的概念，才能牢固系統(tǒng)地掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，形成探究化學(xué)問(wèn)題的能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

化學(xué)基礎(chǔ)理論是整個(gè)中學(xué)化學(xué)教學(xué)的核心，其重要性不僅體現(xiàn)在理論本身所具有的分析與解決問(wèn)題的作用，更重要的是其對(duì)學(xué)生智力與能力發(fā)展所起的不可低估的作用。化學(xué)基礎(chǔ)理論涵蓋了整個(gè)中學(xué)化學(xué)的重要領(lǐng)域，既是認(rèn)識(shí)元素及化合物、化學(xué)計(jì)算與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知基礎(chǔ)，也是指導(dǎo)學(xué)生獲取知識(shí)、訓(xùn)練思維和解決問(wèn)題的重要工具。中學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)理論內(nèi)容可分為物質(zhì)結(jié)構(gòu)、元素周期律和元素周期表、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡、電離平衡、電化學(xué)五部分。

二、《高級(jí)化學(xué)》中基本概念和基礎(chǔ)理論知識(shí)簡(jiǎn)介

《高級(jí)化學(xué)》教材內(nèi)容范圍與我國(guó)現(xiàn)行中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容大致相同，分為基本概念和基礎(chǔ)理論、元素化合物、有機(jī)化學(xué)三部分，但它是以模塊劃分的：物理化學(xué)（Physical Chemistry，共15章）——即基本概念和基礎(chǔ)理論，無(wú)機(jī)化學(xué)（Inorganic Chemistry，共5章）——即元素化合物，有機(jī)化學(xué)（Organic Chemistry，共12章）——即有機(jī)化學(xué)?！陡呒?jí)化學(xué)》中的“物理化學(xué)”（即化學(xué)基本概念和化學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)）部分又細(xì)分為五個(gè)模塊：①物質(zhì)結(jié)構(gòu)、元素周期律（1~4章），包括化學(xué)的發(fā)展變化、元素周期表和原子結(jié)構(gòu)及其發(fā)現(xiàn)過(guò)程、用結(jié)構(gòu)解釋元素周期律；②化學(xué)鍵、物質(zhì)狀態(tài)（5~8章），包括化學(xué)鍵、鍵的極性、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、狀態(tài)變化和粒子間力以及氣體；③化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物的質(zhì)量和體積以及能量的變化（9~10章），包括對(duì)反應(yīng)中涉及的質(zhì)量和氣體的計(jì)算、溶液濃度計(jì)算以及酸堿滴定測(cè)定濃度及相關(guān)計(jì)算；④化學(xué)平衡、酸堿平衡和氧化還原平衡（11~13章），包括化學(xué)平衡概念、化學(xué)平衡移動(dòng)原理、平衡常數(shù)及應(yīng)用、酸堿性質(zhì)、酸堿反應(yīng)、酸堿滴定和緩沖溶液及其相關(guān)計(jì)算、氧化還原反應(yīng)概念、氧化還原反應(yīng)滴定、氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用（原電池和電解池）以及金屬置換規(guī)律等；⑤化學(xué)反應(yīng)的方向、速率（14~15章），包括向平衡自發(fā)變化、熵、Gibbs自由能以及化學(xué)動(dòng)力學(xué)相關(guān)知識(shí)。

總體來(lái)講，英國(guó)《高級(jí)化學(xué)》教材與我國(guó)現(xiàn)行的高中化學(xué)教材相比難度偏大，對(duì)學(xué)生素質(zhì)能力的要求較高，如其將Gibbs自由能、晶體結(jié)構(gòu)、溶度積、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)等較難理解的化學(xué)概念和理論納入到高中化學(xué)教材中。

三、《高級(jí)化學(xué)》中基本概念和基礎(chǔ)理論設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.內(nèi)容選取。

（1）注重知識(shí)的前沿性。

《高級(jí)化學(xué)》非常重視化學(xué)前沿知識(shí)素材的選取。例如，第二章第一節(jié)“原子核的概念”介紹了可以觀察到原子形貌的掃描隧道顯微鏡（STM），并在教材特設(shè)的工具欄中詳細(xì)介紹了掃描隧道顯微鏡的結(jié)構(gòu)和工作原理，供有更多學(xué)習(xí)需求的學(xué)生深入學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容；又如第十三章第十節(jié)“氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用”在介紹不同類別的電池及工作原理的基礎(chǔ)上，列舉了燃料電池、鈉-硫磺電池和鋅-空氣等幾種新型充電電池的原理和用途。將前沿性化學(xué)知識(shí)引入教材，不僅可以開(kāi)闊學(xué)生的視野，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科思維能力以及為學(xué)生清楚認(rèn)識(shí)化學(xué)學(xué)科的重要性提供了非常真實(shí)的素材，這對(duì)于培養(yǎng)化學(xué)后備人才以及普及化學(xué)教育是很有幫助的。

（2）注重學(xué)科實(shí)證方法。

《高級(jí)化學(xué)》介紹化學(xué)基本概念和化學(xué)基礎(chǔ)理論時(shí)特別注重實(shí)證方法的運(yùn)用。例如，在第四章第一節(jié)引入原子概念后，為了讓學(xué)生認(rèn)識(shí)原子的結(jié)構(gòu)，深刻理解、認(rèn)識(shí)原子中電子的真實(shí)存在，編者通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)向?qū)W生詳細(xì)呈現(xiàn)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)電子的過(guò)程，即運(yùn)用光和電子輻射等物理知識(shí)，用分光計(jì)測(cè)量出波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)來(lái)確定原子中電子的存在。教材在引入抽象概念時(shí)，如果編者能用實(shí)證的科學(xué)方法將抽象概念的本質(zhì)特征反映出來(lái)，可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)概念是建立在科學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，同時(shí)讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)方法的應(yīng)用過(guò)程。這樣不僅有利于學(xué)生理解、建立抽象概念，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的信任感，更可培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)；又如，第十一章第六節(jié)為了幫助學(xué)生建立“平衡常數(shù)Kc”的概念，教材選用兩組真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（氮?dú)馀c氫氣反應(yīng)生成氨、乙酸與乙醇反應(yīng)生成乙酸乙酯和水的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)），通過(guò)計(jì)算得出上述兩個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)，使學(xué)生感性地、深刻地理解化學(xué)平衡常數(shù)。《高級(jí)化學(xué)》中實(shí)證方法的設(shè)計(jì)，不僅可以證明抽象的化學(xué)概念和化學(xué)理論是具有科學(xué)性的，同時(shí)在實(shí)證的過(guò)程中讓學(xué)生掌握了一定的科學(xué)方法。這種設(shè)計(jì)有利于學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)研究方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，從而使他們?cè)诿鎸?duì)各種問(wèn)題時(shí)，能更容易地激活儲(chǔ)備的知識(shí)，靈活地利用它們解釋新現(xiàn)象，解決新問(wèn)題。

（3）注重理論知識(shí)的拓展應(yīng)用。

《高級(jí)化學(xué)》在引入理論知識(shí)后，注重設(shè)計(jì)真實(shí)的問(wèn)題情景，讓學(xué)生充分運(yùn)用理論知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。例如，第十一章“化學(xué)平衡”共有十節(jié)內(nèi)容。第一節(jié)和第二節(jié)是幫助學(xué)生建立化學(xué)平衡概念；第三節(jié)和第四節(jié)主要介紹勒沙特列原理；第五節(jié)和第六節(jié)介紹平衡常數(shù)概念；接下來(lái)的四節(jié)內(nèi)容則是關(guān)于化學(xué)平衡、勒沙特列原理、化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用知識(shí)，包括應(yīng)用化學(xué)平衡知識(shí)求生成物的產(chǎn)量、溶度積常數(shù)等等；又如，第十二章“酸堿平衡”共有十二節(jié)內(nèi)容，介紹酸堿平衡理論以及強(qiáng)酸、弱酸、強(qiáng)堿、弱堿后，接下來(lái)的四節(jié)內(nèi)容則是對(duì)相關(guān)概念和理論的應(yīng)用，涉及到酸堿滴定、緩沖溶液及其相關(guān)計(jì)算。認(rèn)知主義認(rèn)為，將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行多元化的應(yīng)用和解釋，學(xué)生對(duì)知識(shí)之間關(guān)系與聯(lián)系的認(rèn)識(shí)就會(huì)變得更加清晰，運(yùn)用知識(shí)處理各種問(wèn)題就會(huì)變得更加靈活；同時(shí)，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)所學(xué)知識(shí)在許多方面都有應(yīng)用時(shí)，就會(huì)涌現(xiàn)出強(qiáng)烈的求知欲望，在化學(xué)學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出前所未有的自覺(jué)性和主動(dòng)性。

2.內(nèi)容編排。

（1）注重化學(xué)史的運(yùn)用。

《高級(jí)化學(xué)》在介紹化學(xué)基本概念和基礎(chǔ)理論時(shí)充分運(yùn)用了化學(xué)史的內(nèi)容。以第一章“化學(xué)的發(fā)展變化”為例，共有四節(jié)內(nèi)容。第一節(jié)從三個(gè)方面（化學(xué)的起源、早期冶金家和現(xiàn)代化學(xué)的建立）為學(xué)生勾畫出化學(xué)動(dòng)態(tài)發(fā)展的脈絡(luò)；第二節(jié)引出元素，將元素不斷發(fā)現(xiàn)及其分類的歷程（三素組分類、八音律分類）向?qū)W生呈現(xiàn)；在第二節(jié)的基礎(chǔ)上，第三節(jié)介紹了門捷列夫的元素周期表；第四節(jié)是現(xiàn)代元素周期表，現(xiàn)代元素周期表的建立是以原子結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。通過(guò)以上四節(jié)的內(nèi)容，可以讓學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)化學(xué)是由宏觀向微觀發(fā)展的過(guò)程，科學(xué)理論是在不斷深化發(fā)展的，同時(shí)可以使學(xué)生體會(huì)到前人在科學(xué)方法、創(chuàng)新意識(shí)方面的努力，進(jìn)而激發(fā)自己的學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)力。

（2）重視“前概念”的應(yīng)用。

認(rèn)知心理學(xué)家?jiàn)W蘇貝爾的一個(gè)重要觀點(diǎn)是有意義學(xué)習(xí)，即指新知識(shí)必須和學(xué)習(xí)者現(xiàn)有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相互作用，才是有意義的學(xué)習(xí)?！陡呒?jí)化學(xué)》在介紹化學(xué)概念時(shí)特別重視對(duì)學(xué)生在日常生活中已經(jīng)形成的“前概念”的應(yīng)用。例如：化學(xué)平衡概念的建立采用“平衡—?jiǎng)討B(tài)平衡—物理平衡—化學(xué)平衡”四個(gè)步驟完成：通過(guò)常見(jiàn)靜態(tài)平衡的例子——壓蹺蹺板時(shí)的平衡幫助學(xué)生理解“平衡”概念的本質(zhì)；再以人在扶手電梯上保持在某一特定水平位置為例幫助學(xué)生構(gòu)建動(dòng)態(tài)平衡概念；然后指出物理平衡屬于動(dòng)態(tài)平衡的一種，其前提是物理變化，特征是物質(zhì)處于各個(gè)物理相（氣、液、固）的量一定，實(shí)質(zhì)是發(fā)生物理變化的兩個(gè)過(guò)程的速度大小相等、方向相反；在構(gòu)建物理平衡概念的基礎(chǔ)上，將物理變化遷移到化學(xué)變化來(lái)幫助學(xué)生構(gòu)建化學(xué)平衡概念。

（3）注重知識(shí)的系統(tǒng)性。

整體而言，《高級(jí)化學(xué)》教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)十分注重知識(shí)的系統(tǒng)性。例如，教材在第十一章介紹化學(xué)平衡后，分別在第十二章和第十三章介紹了酸堿平衡和氧化還原平衡。酸堿平衡和氧化還原平衡是化學(xué)平衡的兩種類型，化學(xué)平衡的理論知識(shí)完全適用于酸堿平衡和氧化還原平衡，即化學(xué)平衡可以作為學(xué)習(xí)酸堿平衡和氧化還原平衡的基礎(chǔ)；而酸堿平衡和氧化還原平衡又是對(duì)化學(xué)平衡的拓展和深化。教材在介紹氧化還原反應(yīng)、氧化數(shù)、氧化還原反應(yīng)的滴定方法、氧化劑與還原劑、氧化還原反應(yīng)與電化學(xué)電池、電極電勢(shì)內(nèi)容之后，介紹原電池原理以及氧化還原反應(yīng)在原電池中的應(yīng)用，為學(xué)生學(xué)習(xí)原電池知識(shí)做了充分的概念及理論鋪墊。建構(gòu)主義認(rèn)為，如果教材有良好的內(nèi)在聯(lián)系，前一課題的學(xué)習(xí)是后一課題學(xué)習(xí)的前提，先前學(xué)習(xí)知識(shí)的概括和包攝水平高于后面學(xué)習(xí)的知識(shí)，那么學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的原有“固著觀念”就有了最大的可用性。

（4）強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，突出情境對(duì)概念建構(gòu)的重要作用。

《高級(jí)化學(xué)》在引入化學(xué)概念時(shí)特別重視從日常生活入手，與一定的社會(huì)文化背景即情境相聯(lián)系。例如，在引入物質(zhì)的量的概念時(shí)，先通過(guò)生活中常見(jiàn)的例子——銀行職員在清點(diǎn)客戶的存款金額（便士/硬幣）時(shí)，并不是逐個(gè)清點(diǎn)硬幣，而是事先稱量10便士、50便士、500便士甚至1000便士的質(zhì)量，以此作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)客戶前來(lái)存款時(shí)，銀行職員只需稱量客戶所帶存款硬幣的質(zhì)量，將其與計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)比較后便可得出金額數(shù)目。同樣，原子極其微小，我們難以對(duì)其進(jìn)行慣常的計(jì)數(shù)，為此引入“物質(zhì)的量”這一表征原子數(shù)目的物理量。通過(guò)前面日常生活例子的引導(dǎo)，學(xué)生便不難理解“物質(zhì)的量”的意義了。建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)總是與一定的情境相聯(lián)系的，在實(shí)際情境下進(jìn)行學(xué)習(xí)，能使學(xué)習(xí)者利用自己原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)去同化或順應(yīng)當(dāng)前學(xué)習(xí)的新知識(shí)，從而將新知識(shí)理解透徹。

（5）運(yùn)用圖片和原始圖表，加強(qiáng)直觀形象性。

《高級(jí)化學(xué)》在扉頁(yè)介紹了自身特點(diǎn)之一是“為了突出概念的形象介紹，使用了包括創(chuàng)新分子模型軟件創(chuàng)造的模型在內(nèi)的上百幅圖片和原始圖表”。學(xué)生可以從中了解有關(guān)概念的某些信息，為內(nèi)化這些概念奠定感性基礎(chǔ)。例如，教材在介紹分子、離子、化學(xué)鍵等概念時(shí)，運(yùn)用了大量的模型輔助學(xué)生理解。建構(gòu)主義主張?jiān)诮炭茣?shū)中更多地讓學(xué)生利用各種原始數(shù)據(jù)、素材進(jìn)行分析思考，而不是直接接受基于這些數(shù)據(jù)素材而得出的結(jié)論?；瘜W(xué)基本概念的抽象性往往成為學(xué)生學(xué)習(xí)的一個(gè)心理障礙。我國(guó)傳統(tǒng)教材主要以文字表述的形式呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，而當(dāng)代教材更加注重圖文并茂，加大以圖代文和利用圖畫、資料等創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境的力度，幫助學(xué)生應(yīng)用多種感官增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的進(jìn)行。

四、小結(jié)

化學(xué)教育工作者應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到化學(xué)基本概念和化學(xué)基礎(chǔ)理論在中學(xué)教學(xué)中的重要地位，改變化學(xué)學(xué)科只是一門“純實(shí)驗(yàn)科學(xué)”的觀念，重視基本概念和基礎(chǔ)理論在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的重要價(jià)值，從而最大限度地培養(yǎng)與提高學(xué)生的化學(xué)科學(xué)思維能力。同時(shí)，教材編寫者應(yīng)將化學(xué)學(xué)科知識(shí)與心理學(xué)研究成果有機(jī)結(jié)合，在保證化學(xué)學(xué)科知識(shí)體系完整的基礎(chǔ)上充分考慮學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律，突出學(xué)生的主體地位，充分考慮化學(xué)理論知識(shí)在教材中呈現(xiàn)方式，發(fā)揮其對(duì)化學(xué)教學(xué)有效的指導(dǎo)作用，使教材中教學(xué)內(nèi)容編排更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生意義建構(gòu)化學(xué)知識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)教材向?qū)W材轉(zhuǎn)化?？傊芯啃聲r(shí)代的教材編寫和評(píng)價(jià)，深入研究國(guó)外優(yōu)秀教材教學(xué)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對(duì)我國(guó)教材建設(shè)和教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化均有著重大意義。

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