陳 進 前

(杭州市基礎教育研究室，浙江 杭州 310003)

諾貝爾物理學獎獲得者理查·德費曼曾說過：“學習科學后，你觀察世界的方式會全然不同，你看到的世界會更美麗。”中學化學教學能否改變學生認識世界的方式？張莉娜、王磊在關于高中化學基本概念教學的調查中發(fā)現(xiàn)學生“認識角度尚待豐富”“認識水平尚需提高”[1]，其他內容教學的調查也是如此，學生擁有了化學知識，卻難以建立相應的化學學科認識方式。從目前現(xiàn)狀看，中學化學教學需要從以化學知識本體獲得為核心向以促進學生化學學科認識方式發(fā)展為核心轉變，教師要“幫助學生建立實質的分析角度和思路方法，也就是幫助學生建立更高層級的認識方式”[2]，這是學生達成“掌握化學知識的同時學會用化學的視角來認識世界”的關鍵。我們認為，要讓學生在化學知識學習的同時形成穩(wěn)定的認識角度、認識思路，促進學生的化學學科認識方式發(fā)展，應該根據(jù)學生化學學科認識方式發(fā)展的特點和中學化學課程的內容編排特點作統(tǒng)籌規(guī)劃、逐步落實。

一、化學學科認識方式及其發(fā)展特點

認識方式是個體對客觀事物能動反映的方式，是學生在思考和處理問題時，所表現(xiàn)出來的傾向于使用某種思維模式或是從一定角度來解決問題的信息處理對策或模式。認識方式包含認識角度、認識路徑和認識方式類別等基本要素[3]?；瘜W學科有特有的研究領域，每個研究領域都有獨特的研究任務，有其特有的化學學科認識方式。化學學科認識方式是化學學科能力的內涵實質，是知識轉化為化學學科能力的核心機制[3]，化學學科能力的內在差異在于學生的認識角度、認識思路和認識方式類型上的差異，而導致其內在差異的主要因素為是否具備知識經驗基礎，以及知識經驗是否轉化為自覺主動的認識方式。

化學學科認識方式的發(fā)展與化學知識本體的學習不完全同步。如，用于研究元素化合物的認識角度、認識思路，需要在氧化還原反應、離子反應、元素周期律、化學平衡等內容的學習過程逐步形成并豐富起來，也就是說某個領域的化學學科認識方式的發(fā)展需要其他多個領域化學知識的學習來支撐。

化學學科認識方式的發(fā)展要靠學生自我體驗中內化，認識角度和認識思路的形成和豐富“重在意會，較難言傳”。教師可以將化學知識直接告知學生，講解式灌輸也能完成化學知識傳授，但認識角度、認識思路的形成和發(fā)展需要學生自我感悟，需要教師選擇素材、創(chuàng)設情境、設計任務和問題，讓學生自己“悟得”后才能真正納入其智慧體系之中。

化學學科認識方式的發(fā)展具有曲折性、復雜性，化學知識的傳授可以趕進度，快速填鴨式也有一定效果，但化學學科認識方式的形成和發(fā)展有一個漸進性的過程，有時甚至是一個曲折漫長的過程。不同階段會遇到不同的發(fā)展障礙，若教學中教師不能針對性地開展教學，就可能失去推動學生發(fā)展的機會。

化學知識本體的教學過程中，學生已掌握了哪些知識、有沒有漏洞、有沒有深入理解等都比較容易檢測和診斷，但化學學科認識方式的發(fā)展水平的檢測和診斷難度要大得多。另外，還要注意不同認識方式的發(fā)展有其差異性，如有的認識角度容易形成，有的認識角度的形成會受到更多干擾，對此教師要有充分了解。

二、中學化學課程內容編排特點

以蘇教版高中化學教材為例(本文中所舉教材均指蘇教版)，從《化學1》《化學2》到《化學反應原理》等，知識內容編排不追求知識體系的系統(tǒng)性，而是從化學與社會發(fā)展的關系入手，呈現(xiàn)分散、交替、螺旋式上升的編排特點，有一定的知識單元結構，但許多內容的知識單元明顯不完整。以元素化合物為例，只在《化學1》中用很短篇幅作了“蜻蜓點水”式的介紹，涉及元素少(氯、溴、碘、硅、硫、氮、鈉、鎂、鋁、鐵、銅等元素)，物質性質研究實例少(氯氣、二氧化硫、濃硫酸、氨氣、硝酸、鈉、鐵、亞鐵、三價鐵等)。但高中化學中要求學生解決的化學問題(如高考試題)中有關元素化合物的內容不受限于教材，且解決這類問題的化學學科能力要求高。若是教師不能根據(jù)教材中知識內容以點帶面引導，學生較難形成完整的元素化合物知識結構，對應的認識發(fā)展水平也較難提高，因為對學生來說“素材和原型欠豐富”是化學學科認識方式發(fā)展的一個障礙。

還有，促進化學學科認識方式發(fā)展的支撐內容的滯后性，是教學中必須面對一個方面。例如，研究元素化合物領域有其特有的認識角度、認識思路，形成這些認識角度和認識思路需要氧化還原反應、離子反應、元素周期表/律、化學反應速率和化學平衡等多方面知識內容的支撐。在《化學1》學習元素化合物知識前，教材中只是概念式地介紹了氧化還原反應、離子反應，其他的支撐內容都在《化學2》和《化學反應原理》等模塊中才能學習到。也就是說，雖然是在高中第一學期可完成《化學1》的學習，但有關元素化合物內容的認識角度、認識思路還需要在后續(xù)學習中繼續(xù)豐富和發(fā)展。所以，在教學中教師要對一個研究領域、一個知識單元進行統(tǒng)籌規(guī)劃，再分階段落實到必修、選修教學中，落實到不同章節(jié)、不同課時當中，才能實現(xiàn)化學學科認識方式發(fā)展的總目標。

三、分三個階段促進學生化學學科認識方式發(fā)展

根據(jù)學生學習的先后順序來看，可以分三個階段促進學生的化學學科認識方式的發(fā)展。

1.初見階段，建立新領域的基本認識角度和認識思路

這里的初見階段是指學生初次學習某知識模塊時期，每當學生初次接觸新領域時，需要教師在以下兩方面下功夫：第一，激活學生頭腦中對新領域學習可以起到支架作用的原有認識方式；第二，設計針對性的學習活動，催生新的認識方式，以幫助學生在新領域里順利展開深度學習。也即，教師應該多從“學生將要認識什么？可以利用哪些原有的認識角度？可以構建哪些新的認識思路？”等方面進行思考。

在《化學1》中學習元素化合物時，要激活并發(fā)展以下認識角度：一是基于“類別通性”研究物質性質；二是基于元素化合價(氧化還原)研究物質性質。如，可通過氯、溴、碘單質的學習形成研究非金屬單質性質的認識思路，通過鈉、鎂、鋁、鐵等單質的學習形成研究金屬單質性質的認識思路，通過氧化鋁、氫氧化鋁等學習形成研究兩性氧化物和兩性氫氧化物性質的認識思路；還可以通過氯氣、鐵的化合物、二氧化硫、濃硫酸、硝酸等物質的學習形成基于元素化合價研究物質的認識思路。

具體到某一課時的教學中，可讓學生在某一研究范圍中一邊構建知識體系、一邊自我感悟并形成適合該范圍的更具體的認識思路。以“氯氣的性質”為例，這是學生第一次以一種元素為線索探究物質，要創(chuàng)設情境讓學生在學習氯氣性質的同時了解所屬類型物質(鹵素單質的、非金屬單質)的通性，初步構建基于元素化合價研究氧化性物質或中間價態(tài)物質的思路。下面是浙大附中葉老師關于“氯氣的性質”的教學片斷：

【提問1】若要預測氯氣化學性質的活動性，可以從哪些角度入手？

引導學生激活原有認識思路。如，尋找已學過的同類物質類比、根據(jù)元素化合價推測、研究氯原子和氯分子結構來預測等。

【提問2】你認為可以依據(jù)哪種線索，用以研究氯氣跟其他物質的反應？

引導學生進行分類研究(氯氣跟金屬單質、其他非金屬單質、某些化合物的反應)，從中體驗物質分類的功能，促進學生自覺形成從物質分類角度去構建元素化合物知識。

【提問3】若要通過實驗來探究氯氣跟金屬反應，你將如何設計探究方案？

引導學生形成“提出目的→選擇樣本→完成實驗→獲得結論……”探究思路，從實驗目的(研究氯氣跟各種金屬的反應)入手，選擇樣本實驗(銅既是不活潑金屬又較常見，是理想的樣本)，通過銅絲在氯氣中燃燒來探究氯氣的氧化性，最后總結出氯氣跟金屬反應的一般規(guī)律。

【提問4】由于氯氣有強氧化性，能跟大多數(shù)金屬單質反應，氯氣還能氧化其他類型的物質嗎？設計實驗方案加以驗證。

再次引導學生根據(jù)物質分類，從氧化還原反應角度，進一步研究氯氣跟非金屬單質的反應、氯氣跟某些化合物的反應等。

【提問5】生活中，氯氣等含氯物質常用作自來水消毒劑，為此要研究氯氣在水中的溶解性和氯氣能否跟水發(fā)生化學反應？設計實驗進行探究。

引導學生設計方案測定氯氣在水中的溶解度，引導學生再一次基于元素化合價預測氯氣的性質，形成具體的認識思路。

結合上述討論，葉老師板書如下(這是元素化合物起始課中突出認識方式的點睛之筆)：

課堂小結時，葉老師又引導學生根據(jù)以下線索進行梳理，為學生形成基于元素化合價研究物質拓寬了思路：

課堂教學中要引導學生將新學的核心知識和原有知識構建成有意義的“知識組塊”，這是促進學生將知識轉化為認識方式的過程。例如，《化學1》中鈉、鎂、鋁、鐵、銅等金屬元素及其化合物內容的教學都可以在“金屬化學活動性順序”的大背景下進行，構建成結構良好的金屬元素及其化合物“組塊”；《化學1》中的氯、溴、碘、硅、硫、氮等非金屬元素及其化合物內容的教學，可以在“氧化還原反應”的大背景下進行，將其構建成具有良好結構的非金屬及其化合物“組塊”。學生經過特定活動獲取的化學知識可以看作一種認識結果，在這一過程中他們的認識能力也會得到發(fā)展。

初見階段的教學中，要重視搭建認識方式的框架，構建與模塊知識匹配的基本認識角度與認識思路，力求知識結構的構建與認識角度、認識思路構建同步推進。

2.回眸階段，豐富和完善已學領域的認識方式

后續(xù)教學過程中，已學領域的認識角度有待新領域學習過程中再豐富，已學領域的認識思路有待新領域學習過程再構建，新領域學習可以進一步促進已學領域的認識方式轉變。例如，《化學1》中已將高中化學中元素化合物學完了，但學生對元素化合物的認識方式還處在較低水平，必須在(也只有在)《化學2》和《化學反應原理》學習中得以完善和發(fā)展。若將后續(xù)教學過程稱為回眸階段，此階段不僅要重視已學知識與新學知識的關聯(lián)，更要重視豐富和完善已學領域的認識方式。

在回眸階段中，需要教師創(chuàng)設情境、設計問題來推動學生摒棄原先那些非本質的認識角度，轉換為更本質的認識角度，摒棄原先那些經驗性的認識思路，轉換為原理性的認識思路。例如，《化學2》專題1教學后，必須幫助學生掌握基于“元素周期律”和基于“價鍵結構”比較、解釋、預測物質性質，促進學生將新學到的元素周期律、物質結構等知識轉變成研究物質性質和物質轉化的認識方式；再到《化學反應原理》專題2教學后，應該針對元素化合物內容再布置一些針對性的任務，用任務驅動學生從“孤立要素化認識、定性靜態(tài)認識發(fā)展到聯(lián)系系統(tǒng)化認識和定量動態(tài)化認識”[4]，以提升學生對元素化合物的認識水平。

比如，在后續(xù)學習了元素周期律、化學平衡、電化學時，可用以下問題來完善學生對氯、溴、碘等元素化合物的認識：

【提問6】為什么Cl2化學性質比Br2和I2的化學性質活潑？預測At2的化學性質并寫出有關At2反應的2～3例化學方程式。

可以提升學生對氯、溴、碘等元素化合物的微觀本質認識水平。有的學生只能從“同主族元素性質遞變”解釋；也有學生只能單一地從氯、溴、碘的原子結構角度加以解釋；認識方式較好的學生會將“原子結構、分子結構”聯(lián)系起來解釋；具有聯(lián)系系統(tǒng)觀點的學生會把“價鍵結構”“氧化還原反應”兩種認識角度綜合起來考慮并提出：若在化學反應中表現(xiàn)氧化性Cl2>Br2>I2，若在化學反應中表現(xiàn)還原性I2>Br2>Cl2。

【提問7】鹵素氣體單質和H2反應生成鹵化氫的平衡常數(shù)(298 K時)如下：

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，從原子結構、元素周期律、化學平衡等角度解釋鹵素單質化學性質的遞變性和HX的穩(wěn)定性的變化規(guī)律。引導學生將化學平衡、物質結構等理論知識跟元素化合物的性質相關聯(lián)，讓學生從定量、動態(tài)方面分析元素化合物性質，促進學生對物質的性質認識從“定性、靜態(tài)、個例化”向“定量、動態(tài)、原理規(guī)律化”方向發(fā)展，讓學生的化學學科認識方式發(fā)展有更堅固的理論支撐。

高中化學學習中，有關元素化合物的認識發(fā)展可簡略表示成如圖1所示：

圖1 分階段促進學生對元素化合物認識的發(fā)展

客觀存在變化、發(fā)展了，人們的思想也必須適應已經變化了的情況[5]?；瘜W學習也是如此，原有知識遷移創(chuàng)新能夠引申出新知識，新知識的學習又能豐富已學領域的認識方式。

3.反芻階段，重視通過診斷和評價來發(fā)展的認識方式

如同牛吃了草要經過“反芻”才能轉化為營養(yǎng)，教學中要促進學生認識方式的發(fā)展也需要“反芻”，章節(jié)復習、綜合復習都是學生的化學學科認識方式發(fā)展的重要階段，可稱為反芻階段。學生對于每個化學領域的認識方式有一個由單維向多維、由低層級向高層次發(fā)展的過程。學生認識方式有沒得到發(fā)展可從以下方面判斷：針對某個領域的認識角度有沒有增加？針對某個具體問題時認識深度有沒有提升？等等。我們認為，在反芻階段應該讓學生多經歷應用實踐、遷移創(chuàng)新水平的問題解決活動，從中深化對知識的理解，內化認識角度，建立認識角度間的關聯(lián)，發(fā)展進行系統(tǒng)分析、復雜推理的能力，形成問題解決思路[3]，在學生解決比較復雜的實際問題過程中診斷和評價其認識發(fā)展水平，促進認識角度形成的自覺系統(tǒng)化、認識思路的穩(wěn)定流暢化，促進化學學科認識方式發(fā)展。

圖2 氯元素化合價跟含氯物質類別二維圖

反芻階段，除了要針對學生的知識性錯誤進行診斷和評價以外，更要對學生的認識方式進行診斷，找出認識發(fā)展障礙點。教師可以通過創(chuàng)設情境、提問、追問，將學生的認識角度、推理路徑、認識方式類別等外顯出來，向學生提出“你已知道什么？”“你是怎么知道的？”“我們思考可靠嗎？”“有沒有例外？”“為什么有例外？”等問題[5]，在這個過程中作出診斷、評價，并推動學生的認識方式發(fā)展。學生的認識發(fā)展障礙點大多集中在以下幾個情況：第一種是由于原有認識角度“過度硬化”導致無法實現(xiàn)認識角度的轉變；第二種是認識方式類別轉變困難(如：習慣于單一維度分析，不會多維度研究；習慣于孤立—靜止—定性的分析，不會聯(lián)系—動態(tài)—定量研究等)。

如，關于氯及其化合物的復習，可以先引導學生形成化合價—物質分類二維圖(如圖2)，促進學生對相關物質進行拓展并系統(tǒng)組織，再布置任務讓學生基于二維圖解決比較復雜的陌生問題。

【問題8】高氯酸銨可用作火箭推進劑。請預測NH4ClO4的性質，提出幾種可能用于制取NH4ClO4的方法。有一種制備高氯酸銨的方法，流程如圖3。分析上述流程發(fā)生的化學反應，請分析工業(yè)上為什么要選用電解法制取高氯酸?

圖3 一種工業(yè)制取高氯酸銨的流程圖

面對陌生物質、陌生的生產流程圖，要求學生預測其性質并提出多種可能的制備方法、分析生產流程相關的反應原理，一方面可促進學生將元素化合物與化學理論相關聯(lián)，另一方面需要學生形成自覺系統(tǒng)的認識能力才能完成任務。

復習課中還可以根據(jù)學生情況選用NH2Cl和NaClO2等其他含氯化合物，有目的設計成驅動性問題，讓學生開展不同的學習活動，找出學生的“認識發(fā)展障礙點”：他有沒有具備一定的認識方式？有沒有穩(wěn)定的認識思路？解決問題時他習慣于用什么樣的認識思路或哪種推理模式？他有沒有主動自覺的認識角度和清晰思路?等等。

人們對客觀真理的認識不是一次完成的，而是一個逐步加深、不斷完善的過程[5]。學生的化學學科認識方式發(fā)展也有一個逐步加深、不斷完善的過程。

[1] 胡久華，潘瑞靜.高中生對化學反應認識的測查研究[J].化學教育，2011(5)：14-19.

[2] 胡久華，張麗，袁紅.促進學生有機物認識方式發(fā)展的烴、鹵代烴單元復習教學研究[J].化學教育，2016(13)：28-34.

[3] 王磊，支瑤.化學學科能力及其表現(xiàn)研究[J].教育學報，2016(8)：46-56.

[4] 王磊，姜言霞，支瑤.促進學生認識發(fā)展的“化學反應原理”緒言課教學研究[J].教育研究，2012(11)：12-20.

[5] 陽作華.哲理與情趣[M].武漢：華中科技出版社，2002：63，308.