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初中化學知識分類研究

2017-04-29 00:00:00吳曉紅張媛田小蘭

摘要:知識分類是開展知識教學的基礎(chǔ)。通過對哲學、經(jīng)濟學、科學、心理學、教育學等學科領(lǐng)域知識分類的標準及類型的初步分析,得出化學知識可大體分為化學陳述性知識與化學程序性知識,并可將化學陳述性知識細分為化學符號性知識、化學事實性知識、化學理論性知識,將化學程序性知識細分為化學智慧技能與化學動作技能。對此,以初中化學知識為例進行說明。

關(guān)鍵詞:知識分類化學知識陳述性知識程序性知識

一、問題的提出

知識是人類在認識客觀世界時伴隨著復雜的生理和心理過程整合而成的產(chǎn)物。在知識生成和發(fā)展中,普遍存在著分化與整合兩種形式,這兩種形式有效地促使知識的分類產(chǎn)生新視角。不同學科領(lǐng)域根據(jù)各自學科特性,明確各個學科的研究對象、目的、方法等要素,將相關(guān)知識分化入不同的部分或整合到更大的范疇,從而使之條理化、系統(tǒng)化。

知識分類是開展知識教學的基礎(chǔ)。劉知新教授在《化學教學論(第一版)》中提出,化學知識由化學用語、基本概念、基本理論、元素的單質(zhì)及其化合物、化學計算、化學實驗六部分組成。這種“六分法”以化學知識為核心,廣泛涵蓋了化學各方面的知識,充分體現(xiàn)出化學知識的客觀性與系統(tǒng)性,且尤其重視具體的元素及其化合物知識和化學概念、原理的系統(tǒng)學習。而在馬建峰教授主編的《化學教學論(第二版)》中暗含了另一種化學知識的分類方法,即化學知識可以分為事實性知識、理論性知識、技能性知識和策略性知識。這種“四分法”比上述“六分法”更符合當前課程改革的教育理念,也便于操作,但其標準不統(tǒng)一,“以實驗為主”的化學學科特點不夠突出,與其他知識之間的聯(lián)系也不夠緊密,關(guān)于技能的學習較多地局限在計算和實驗操作層面,忽略了化學知識中的智慧技能。

基于此,本文從不同學科領(lǐng)域知識分類的標準及類型出發(fā),尋找一種能凸顯化學學科特點,符合學生心理認知規(guī)律的化學知識分類方法,從而努力構(gòu)建完整的、層次分明的初中化學知識分類體系,以期幫助初中化學教師在教學中引導學生快速明確學科知識體系,有效組織并形成良好的結(jié)構(gòu)化知識,提升與拓展思維能力。

二、理論依據(jù)

知識的分類沒有統(tǒng)一的標準和要求,從不同的視角出發(fā),每一種分類方式都有相應的應用范圍。筆者從哲學、經(jīng)濟學、科學、心理學、教育學等學科領(lǐng)域出發(fā),對歷史上形成的關(guān)于知識分類的多種觀點初步概括與對比,得到表1。

通過梳理、比較不同學科領(lǐng)域的知識分類理論,我們能夠發(fā)現(xiàn):在哲學與經(jīng)濟學領(lǐng)域,一般根據(jù)知識所體現(xiàn)的性質(zhì)與用途劃分知識的類型,主要凸顯知識的客觀性,并且將知識的客觀性通過可交流性、可實踐性來表現(xiàn),但未深入挖掘知識傳遞過程中接受主體的心理活動以及思維加工過程。這種知識分類停留在靜態(tài)的宏觀表象層面。在科學領(lǐng)域,培根從思維特征出發(fā),把知識與人的知性能力對應起來,進而將知識分為三類:記憶能力、想象能力、判斷能力。然而能力的形成是一個復雜的過程,其必定與頭腦對信息或知識的性質(zhì)、特點的辨識、加工、編碼等一系列思維活動密切相關(guān);思維方式不同,能力的獲得也會相應變化。培根的知識分類雖然將思維貫穿始終,但并未深入探析知識在頭腦中的表征過程,只是以頭腦中隱性的思維方式為基礎(chǔ),將與之相應能力的生成作為目標,對知識進行抽象性概括與分類。教育學、心理學領(lǐng)域的知識分類,其共同點是從人的主觀意識出發(fā),關(guān)注個體所接收的外界信息與知識的表征形式以及個體所進行的內(nèi)在心理活動進程,即憑借感官接受外界信息并通過頭腦進行加工處理后所形成的意識化信息。此外,認知心理學將知識分為陳述性知識和程序性知識,陳述性知識解決的是“是什么”的表1

學科領(lǐng)域分類標準代表人物類型哲學知識屬性柏拉圖理論部分、實踐部分、生產(chǎn)部分經(jīng)濟學知識經(jīng)濟的應用國際經(jīng)合組織What:事實知識;Why:原理知識;How:技能知識;Who:人力知識科學思維特征培根記憶能力、想象能力、判斷能力心理學信息加工安德森陳述性知識、程序性知識、策略性知識教育學從具體到抽象布魯姆事實性知識、概念性知識、程序性知識、元認知知識學習結(jié)果加涅言語信息、智慧技能、認知策略、動作技能、態(tài)度

問題,相當于加涅的知識分類中的言語信息;而程序性知識回答的是“怎么做”的問題,相當于加涅的知識分類中的智慧技能和動作技能。雖然兩種知識分類的方向大體上可以等同,但相比而言,認知心理學的知識分類更加直觀,概括性、目的性也更強。

化學學科屬于科學領(lǐng)域的研究范疇,化學知識在某種程度上具有哲學領(lǐng)域知識分類所表現(xiàn)的客觀實在性以及科學領(lǐng)域知識與人的知性能力一一對應的特點。此外,化學是在微觀層面上研究和創(chuàng)造物質(zhì)的,而物質(zhì)的微觀本質(zhì)需要宏觀實驗現(xiàn)象來表現(xiàn)。因此,在探析微觀本質(zhì)的過程中,需要將微觀層面看不見、摸不著的組成、結(jié)構(gòu)、變化通過實驗等宏觀手段進行思維加工和科學抽象,進而揭示其微觀本質(zhì),使抽象的知識形象化、具體化。若只是單一地從理性角度關(guān)注化學知識的客觀形態(tài)與能力對應是遠遠不夠的,還需要關(guān)注知識在傳遞過程中個體接受、領(lǐng)悟的主觀意識和思維過程。這就需要借助認知心理學的相關(guān)理論,解釋知識在人的頭腦中的表征形式以及思維運轉(zhuǎn)過程,從而建立客觀知識與能力之間的思維橋梁,讓知識意識化、邏輯化、科學化。

立足于以實驗為基礎(chǔ)的宏觀現(xiàn)象分析、解釋并表征微觀機理的化學學科特點,以反映學生學習化學的心理認知規(guī)律為目標,可以初步將初中化學知識分為陳述性化學知識(能表現(xiàn)客觀實在性的化學知識)與程序性化學知識(能反映人的知性能力的化學知識)兩大類別。

三、具體分類內(nèi)容

(一)陳述性化學知識

陳述性知識指有關(guān)“世界是什么”的知識,主要回答事物是什么、為什么、怎么樣的問題,是反映事物的狀況及其聯(lián)系的知識。化學學科根據(jù)自身形態(tài)與固有特性,通過人的感性思維加工過程賦予符號含義,進而形成化學學科的符號系統(tǒng),它是對化學現(xiàn)象本質(zhì)的抽象,其目的是簡潔、直觀地描述化學領(lǐng)域中“無法或難以用語言表達的”的相關(guān)知識,即“是什么”。憑借直觀的化學實驗現(xiàn)象或日常生活現(xiàn)象提煉、歸納出的事實性知識,其特點是對宏觀事實的描述,即“怎么樣”。根據(jù)宏觀現(xiàn)象進行抽象、概括得出的知識(包括基本概念、定律、原理、規(guī)則等),常用來解釋事物形成的原因及其本質(zhì),即“為什么”?;凇傲址ā薄八姆址ā焙蜕鲜龇治?,可以將陳述性化學知識分為符號性化學知識(有關(guān)化學的名稱或符號的知識)、事實性化學知識(簡單化學命題知識或事實知識)、理論性化學知識(有意義的命題的組合知識)。

1.符號性化學知識。

化學物質(zhì)與化學儀器的名稱以及用來表示化學物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律的化學符號及術(shù)語等,即為符號性化學知識。初中化學涉及的符號性化學知識包括:(1)化學圖示:原子結(jié)構(gòu)示意圖等;(2)物質(zhì)名稱:氧化物、酸、堿、鹽等類別的具體物質(zhì)名稱;(3)儀器的名稱:試管、燒杯、集氣瓶等;(4)元素符號:H、Na+、Cl-等;(5)化學式:H2、NH4+、NaOH等;(6)化學方程式中的符號: △(加熱)、↑(生成氣體)、↓(生成沉淀)等。

符號性化學知識可以簡明地表達物質(zhì)及其變化過程,將直觀化學現(xiàn)象抽象化,幫助學生加深對化學基礎(chǔ)知識的理解和記憶,發(fā)展學生的抽象思維能力。同時,它反映了化學學科特有的思維方式。

2.事實性化學知識。

事實性化學知識主要是對物質(zhì)的性質(zhì)、存在、制法和用途的陳述,這些知識與社會、生產(chǎn)和生活實際密切聯(lián)系,具有一定的客觀實在性。人教版初中化學教材中所涉及的事實性化學知識包括:空氣、水及相關(guān)的溶液、酸、堿、鹽以及與食品、健康、環(huán)境、材料能源等密切相關(guān)的化學物質(zhì)的性質(zhì)、用途的知識。比如,碳單質(zhì)有金剛石、石墨、C60三種存在形式,它們有不同的物理性質(zhì),還有相似的化學性質(zhì)……

事實性化學知識構(gòu)成了初中化學知識基礎(chǔ),是解決與化學相關(guān)的自然與社會問題的前提。沒有豐富具體的事實性化學知識,化學基本概念和原理(理論性化學知識)也就成了無源之水、無本之木。

3.理論性化學知識。

化學是在分子、原子等微觀粒子層面研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律的自然學科。能夠反映物質(zhì)及其變化的本質(zhì)屬性和內(nèi)在規(guī)律的有意義的命題組合知識,如化學基本概念、原理、規(guī)則,稱為理論性化學知識。其中,化學基本概念是對事實性化學知識經(jīng)過恰當?shù)貧w類、抽象、概括而形成的化學知識,化學原理、規(guī)則是為了闡述若干概念聯(lián)合構(gòu)成的復合意義以及彼此之間的復雜關(guān)系的、高度濃縮的化學知識。化學原理、規(guī)則的掌握是以化學基本概念的理解為基礎(chǔ)的。比如,滅火的原理是破壞燃燒的條件(著火點、可燃物、氧氣等);要了解滅火的原理,必須先掌握相關(guān)概念,弄清楚這些概念間的關(guān)系。初中化學教學內(nèi)容中涉及的理論性化學知識如表2所示。

理論性化學知識是化學知識的精髓,是對事實性化學知識微觀本質(zhì)的深入探析,它不僅能為學生搭建化學知識的基本構(gòu)架提供表2

種類內(nèi)容規(guī)則性知識元素周期表、核外電子的排布、化合價、化學方程式的書寫、金屬活動性順序等原理性知識化學方程式定律、質(zhì)量守恒定律、燃燒條件與滅火、乳化作用、金屬冶煉、溶液酸堿性等概念性知識物質(zhì)組成的概念混合物、溶液(飽和溶液、不飽和溶液、溶質(zhì)、溶劑、硬水、軟水)、濁液(乳濁液、懸濁液、乳化劑)、合金、空氣的組成、溶解度等;

純凈物、化合物(酸、堿、鹽、化學肥料)、氧化物(金屬氧化物、非金屬氧化物)、單質(zhì)(金屬單質(zhì)、非金屬單質(zhì))等物質(zhì)結(jié)構(gòu)的概念分子、原子(核外電子、原子核、質(zhì)子、中子)、離子、元素(金屬元素、非金屬元素、稀有氣體元素)等物質(zhì)性質(zhì)的概念物理性質(zhì)(顏色、狀態(tài)、密度、熔點、沸點、溶解性等);

化學性質(zhì)(可燃性、酸性、堿性、氧化性、還原性等)物質(zhì)變化的概念物理變化(溶解、結(jié)晶)、化學變化、化學反應、化合反應、分解反應、置換反應、中和反應、復分解反應、氧化反應、燃燒、緩慢氧化、pH等化學用語的概念元素符號、化學式、化合價、化學方程式等化學量的概念相對原子質(zhì)量、相對分子質(zhì)量、溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)等實驗操作的概念加熱、振蕩、攪拌、過濾、蒸發(fā)、蒸餾等化學計算的概念化學式的計算、化學方程式的計算、溶解度的計算等

支撐,還能加深學生對知識的理解,促進知識的有效遷移。

(二)程序性化學知識

程序性知識是個體具有的用于具體情境的算法或行為步驟,即“怎么做”。程序性知識的生成以陳述性知識的理解、內(nèi)化為前提,并且它們的界限劃分也并非絕對化;程序性知識不可能游離于陳述性知識而獨立存在,二者相互融合、相互轉(zhuǎn)換?;瘜W知識在生成與整合過程中,不僅形成了以客觀形態(tài)存在的“是什么”“為什么”“怎么樣”的陳述性的靜態(tài)化學知識,還形成了以理論為支持、以方法為指導的“怎么做”的程序性的動態(tài)化學知識。運用化學基本概念、原理、規(guī)則等陳述性化學知識解決具體的情境問題,是對這些知識的進一步辨識與應用,相當于智慧技能。此外,化學實驗不僅是化學學習內(nèi)容的重要組成部分,還是一種由感性到理性的認識活動。在開展化學實驗時需根據(jù)內(nèi)化的陳述性化學知識進行合理的實驗設(shè)計和操作等過程,相當于動作技能。

1.化學智慧技能。

化學智慧技能是指在頭腦中進行的認知活動的操作方式,強調(diào)的是對內(nèi)部思維進行調(diào)控的技能,是運用基本概念、原理、規(guī)則對外部世界進行預測和控制的能力。如區(qū)分物理變化和化學變化,首先要理解物理變化和化學變化的概念,然后才能對物理變化和化學變化加以區(qū)分,辨別概念的過程就屬于智慧技能?;瘜W智慧技能所涉及的概念、原理、規(guī)則,不單單局限于能夠復述出來,而是要運用它們?nèi)ソ鉀Q實際問題。因此,要想獲得化學智慧技能,需要抓住基礎(chǔ)——概念和原理、規(guī)則的靈活使用,明確關(guān)鍵——技巧與思維的提煉,才能發(fā)展獨立解決化學問題的能力。初中化學教學內(nèi)容中涉及的化學智慧技能如表3所示。

2.化學動作技能。

化學動作技能是通過肢體動作協(xié)調(diào)運動呈現(xiàn)出外顯行為的技能,主要以凸顯實驗操作中的行為動作為主,如過濾、加熱、攪拌、洗滌等操作過程。它需要通過不斷地練習,才能達到自動化的程度。化學動作技能與化學智慧技能不同,化學智慧技能雖然有時也會有肢體動作的參與,但是更多的是關(guān)注頭腦中的內(nèi)部思維的轉(zhuǎn)化與生產(chǎn),如“動手計算”表3

種類內(nèi)容識別物質(zhì)、

解釋現(xiàn)象識別物質(zhì)的類別,看懂某些商品標簽上標示的組成元素及其含量;用微粒的觀點解釋某些常見的現(xiàn)象;舉例說明結(jié)晶、乳化現(xiàn)象;用四大基本反應解釋一些生活中化學現(xiàn)象等化學計算化學式

的計算核電荷數(shù)的計算、化合價的計算、相對分子質(zhì)量的計算、元素質(zhì)量分數(shù)的計算、各元素質(zhì)量比的計算等化學方程式

的計算方程式的配平、有關(guān)混合物的計算、多步反應的計算、有關(guān)過量的計算、有關(guān)純度的計算等溶液的計算配制溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)一定的溶液、溶解度的計算、溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的計算、溶解度與溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)之間的換算等化學實驗設(shè)計實驗方案、收集實驗數(shù)據(jù)、處理實驗數(shù)據(jù)等

表4

種類內(nèi)容實驗基本操作①常見儀器基本操作:藥品的取用、簡單儀器的連接、物質(zhì)的加熱、儀器的洗滌、托盤天平的使用等;

②常見實驗基本操作:配制溶液、過濾與蒸發(fā)等常見氣體的制取、

凈化、檢驗與鑒別①常見氣體的制備:氧氣、二氧化碳、氫氣等;

②常見氣體的干燥、凈化:氧氣、二氧化碳、氫氣等;

③常見氣體的檢驗和鑒別:氧氣、二氧化碳、氫氣、一氧化碳、甲烷、氨氣等物質(zhì)的檢驗、分離

和提純①離子檢驗:H+、OH-、CO2-3、Cl-、SO2-4、NH+4、Fe3+、Cu2+等;

②物質(zhì)的鑒別:酸、堿、鹽的鑒別等;

③物質(zhì)的分離和提純:粗鹽提純等實驗方案設(shè)計①改進實驗;

②觀察、記錄實驗現(xiàn)象,填寫實驗報告這一動作可以看作是表達思維的一種形式,對化學智慧的生成起輔助作用?;瘜W智慧技能是化學動作技能的基礎(chǔ)與前提,化學動作技能是對化學智慧技能進一步的應用與拓展;動作與思維同步,共同促進個體的發(fā)展。初中化學教學內(nèi)容中涉及的化學動作技能如表4所示。

四、總結(jié)

符號性化學知識、事實性化學知識、理論性化學知識是化學學科的基礎(chǔ)知識,而由其內(nèi)容拓展并引發(fā)出的化學智慧技能與化學動作技能,則需要通過個體行為動作的發(fā)生來體現(xiàn)所隱含的知識內(nèi)容,具有一定的動態(tài)性與內(nèi)隱性。這種分法符合新型的化學能力觀,即“能力=知識+智慧+技能+……”。初中化學知識的分類,一方面建立了不同類型知識之間的聯(lián)系,在一定程度上避免了長期以來將知識與能力割裂開的現(xiàn)象;另一方面為初中化學教師在教學過程中整體上把握知識體系,明確知識在傳遞過程中的邏輯性與規(guī)律性,針對不同類型的知識選擇不同的方法和策略提供依據(jù)。

本文系寧夏大學2016年度自治區(qū)研究生教育創(chuàng)新計劃學位點建設(shè)計劃項目“能力為本的全日制化學教育碩士培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新”(編號:YXW201603)的階段性研究成果。

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