吳晗清 王連璉

摘要： 化學(xué)觀念表征著學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科的認(rèn)知。從本體論、認(rèn)識(shí)論、方法論、價(jià)值論四個(gè)維度建構(gòu)了化學(xué)觀念體系，具體包括元素觀、微粒觀、相互作用觀、變化觀、實(shí)驗(yàn)觀、價(jià)值觀等。以變化觀為例，深度分析了教材中“變化觀”的內(nèi)容架構(gòu)與層級(jí)進(jìn)階，并提出觀念建構(gòu)的相關(guān)教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)觀念; 化學(xué)哲學(xué); 化學(xué)認(rèn)識(shí)論; 變化觀

文章編號(hào)： 10056629（2022）01000306

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中所獲得的具體知識(shí)是非常容易遺忘的，而蘊(yùn)含其中的學(xué)科思想和方法等則會(huì)根植于學(xué)生的頭腦中，形成從化學(xué)視角認(rèn)識(shí)事物和處理問(wèn)題的思維習(xí)慣，即化學(xué)觀念[1]。因此，學(xué)生能否牢固地、準(zhǔn)確地、哪怕只是定性地建立起基本的化學(xué)觀念，應(yīng)當(dāng)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的第一目標(biāo)[2]。本研究從哲學(xué)視角出發(fā)，梳理化學(xué)觀念的相關(guān)研究，重構(gòu)化學(xué)觀念體系，并以其中最為典型的“變化觀”作為案例，試圖討論化學(xué)觀念的教學(xué)問(wèn)題。

1 化學(xué)觀念的哲學(xué)基礎(chǔ)與相關(guān)研究

1.1 化學(xué)觀念的哲學(xué)基礎(chǔ)

化學(xué)哲學(xué)，即以化學(xué)為研究對(duì)象的哲學(xué)[3]。一般來(lái)說(shuō)，化學(xué)哲學(xué)主要研究和探討以下幾個(gè)基本問(wèn)題： 化學(xué)哲學(xué)的本體論問(wèn)題、認(rèn)識(shí)論問(wèn)題、化學(xué)科學(xué)的方法論問(wèn)題、化學(xué)與技術(shù)革命和社會(huì)進(jìn)化的關(guān)系問(wèn)題[4]。本文結(jié)合教育理論與教學(xué)實(shí)踐，將其整合為“四論”，即本體論、認(rèn)識(shí)論、方法論及價(jià)值論。首先，關(guān)于本體論問(wèn)題，研究化學(xué)究竟是什么，化學(xué)運(yùn)動(dòng)的基本矛盾、化學(xué)運(yùn)動(dòng)的形式及其特點(diǎn)等內(nèi)容;其次，關(guān)于認(rèn)識(shí)論問(wèn)題，主要是通過(guò)化學(xué)史的哲學(xué)分析，探究化學(xué)的發(fā)展規(guī)律，化學(xué)家的科學(xué)思想和哲學(xué)思想，化學(xué)知識(shí)和理論的演化等問(wèn)題;再次，關(guān)于方法論問(wèn)題，就是化學(xué)研究的手段和重要途徑，包含不同時(shí)期化學(xué)研究的主要方法，著名化學(xué)家的典型研究方法，化學(xué)工程工藝研究的一般方法，方法論的研究對(duì)化學(xué)發(fā)展的意義等問(wèn)題;最后，關(guān)于價(jià)值論問(wèn)題[5]，主要關(guān)涉化學(xué)對(duì)于個(gè)體成長(zhǎng)、社會(huì)進(jìn)步、人類文明發(fā)展等維度的意義和價(jià)值。

1.2 化學(xué)觀念體系相關(guān)研究述評(píng)

縱觀化學(xué)觀念體系建構(gòu)的相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)它們大多是基于《現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典》對(duì)“觀念”的理解而演繹出來(lái)的，即觀念就是“客觀事物在人腦里留下的概括的形象”[6]。但是演繹的角度不同，主要有學(xué)科視角、學(xué)生視角和科學(xué)視角。首先是學(xué)科角度，比如認(rèn)為化學(xué)觀念體系應(yīng)與中學(xué)化學(xué)的定義相對(duì)應(yīng)，以物質(zhì)的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用為建構(gòu)角度，分別對(duì)應(yīng)元素觀和微粒觀、變化觀、結(jié)構(gòu)觀、化學(xué)價(jià)值觀等[7];其次是學(xué)生角度，比如認(rèn)為觀念是抽象思維的結(jié)果，并以學(xué)生的反思結(jié)果作為建構(gòu)角度，分為知識(shí)類、方法類、情意類，其中元素觀、微粒觀、變化觀屬于知識(shí)類的基本觀念，實(shí)驗(yàn)觀、分類觀屬于方法類的基本觀念，化學(xué)價(jià)值觀屬于情意類的基本觀念[8];再次是科學(xué)角度，比如從基本化學(xué)觀念和科學(xué)世界觀維度建構(gòu)化學(xué)觀念體系，前者包含化學(xué)觀、物質(zhì)觀、變化觀和過(guò)程方法觀，后者包含科學(xué)世界觀和科學(xué)社會(huì)觀[9]。

可見(jiàn)，已有化學(xué)觀念體系建構(gòu)的角度較為豐富，但是也存在一些有待完善之處。一是部分觀念認(rèn)知偏差問(wèn)題，比如分類并沒(méi)達(dá)到較深層次的概括性認(rèn)識(shí)，因此“分類”僅屬于方法、策略，并非一種觀念[10]。二是部分分類標(biāo)準(zhǔn)不太固定，如《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂）[11]中指出，化學(xué)研究“物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用”，較之以前增添了“轉(zhuǎn)化”這一項(xiàng)，使得依據(jù)以前概念演繹的觀念體系不夠全面。三是觀念分類標(biāo)準(zhǔn)不夠上位，主要分別從化學(xué)學(xué)科、學(xué)生、科學(xué)等角度出發(fā)，沒(méi)有很好地統(tǒng)籌學(xué)科與人的關(guān)系。

2 化學(xué)觀念體系的建構(gòu)

基于上面的分析，本研究從化學(xué)哲學(xué)的角度，對(duì)化學(xué)觀念體系進(jìn)行建構(gòu)。一方面，哲學(xué)視角比較上位且相對(duì)固定。涉及的本體論、認(rèn)識(shí)論、方法論及價(jià)值論，全面涵蓋了化學(xué)研究的各個(gè)維度。另一方面，較好地統(tǒng)整了學(xué)科與人的關(guān)系，本體論研究化學(xué)是什么，認(rèn)識(shí)論和方法論的主體是人，價(jià)值論討論學(xué)科與人的關(guān)系?？偟膩?lái)說(shuō)，以化學(xué)研究對(duì)象“物質(zhì)”為出發(fā)點(diǎn)，運(yùn)用哲學(xué)“四論”為分析框架來(lái)建構(gòu)化學(xué)觀念體系，內(nèi)容緊密結(jié)合了最新版本的義務(wù)教育和高中階段的課程標(biāo)準(zhǔn)。具體而言，本體論主要對(duì)應(yīng)物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)方面的元素觀、微粒觀及相互作用觀，認(rèn)識(shí)論對(duì)應(yīng)變化觀，方法論對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)觀，價(jià)值論對(duì)應(yīng)價(jià)值觀。需要提及的是，它們之間并非完全割裂的一對(duì)一的關(guān)系。如實(shí)驗(yàn)觀除了與研究物質(zhì)性質(zhì)相關(guān)，也涉及物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和組成等。為了表明它們之間相對(duì)清晰的主要關(guān)系，用圖1呈現(xiàn)。

2.1 本體論視角下的化學(xué)觀念

本體論問(wèn)題，即研究物質(zhì)是什么的問(wèn)題，主要從物質(zhì)的組成及其結(jié)構(gòu)兩個(gè)角度來(lái)討論。物質(zhì)從宏觀視角來(lái)看是由元素組成的，從微觀視角來(lái)看則是由分子、原子等微觀粒子構(gòu)成的;物質(zhì)的結(jié)構(gòu)受到微粒間相互作用的影響。因此，本體論視角下的化學(xué)觀念主要包括元素觀、微粒觀及相互作用觀。具體來(lái)說(shuō)，元素觀可以表述為，物質(zhì)都是由具有不同價(jià)態(tài)的元素組成的，且在化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的組成元素不變。微粒觀，即物質(zhì)是由分子、原子、離子等不斷運(yùn)動(dòng)的微粒構(gòu)成的，其中分子可以分為原子、原子可以結(jié)合成分子，同一元素的原子和離子可以通過(guò)得失電子相互轉(zhuǎn)化，原子核和核外電子構(gòu)成的原子是化學(xué)變化中的最小粒子。相互作用觀，也就是構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間存在相互作用，其中包括了使離子相結(jié)合或原子相結(jié)合的離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵和分子間作用力（即范德華力和氫鍵），而這些相互作用決定了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

2.2 認(rèn)識(shí)論視角下的化學(xué)觀念

認(rèn)識(shí)論問(wèn)題，即物質(zhì)研究的發(fā)展歷程問(wèn)題。物質(zhì)是在化學(xué)變化中被認(rèn)識(shí)的，化學(xué)變化的理論發(fā)展也影響對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)，二者既相互促進(jìn)又相互制約。所謂變化觀，即化學(xué)變化的本質(zhì)特征就是有新物質(zhì)生成并伴有能量變化，因此在反應(yīng)過(guò)程中必然遵循質(zhì)量守恒和能量守恒定律，同時(shí)在反應(yīng)過(guò)程中可以通過(guò)改變條件從而改變化學(xué)變化的快慢、反應(yīng)進(jìn)行的限度，甚至改變反應(yīng)方向，還可以通過(guò)控制條件使化學(xué)變化朝著人們期望的方向進(jìn)行。由于本研究以變化觀念為例來(lái)進(jìn)行深入探討，因此此處僅對(duì)近代化學(xué)中化學(xué)變化與物質(zhì)認(rèn)識(shí)的發(fā)展進(jìn)行較為詳細(xì)的梳理。

十六世紀(jì)以前，人們對(duì)物質(zhì)及化學(xué)變化的認(rèn)識(shí)比較淺顯。十七世紀(jì)以波義耳較為科學(xué)的元素概念為代表，打開了“質(zhì)性”認(rèn)識(shí)物質(zhì)組成的大門。十八世紀(jì)拉瓦錫的氧化學(xué)說(shuō)，推翻了燃素說(shuō)，是化學(xué)反應(yīng)理論的革命性進(jìn)步。十九世紀(jì)原子、分子等方面的學(xué)說(shuō)，是微觀層面對(duì)物質(zhì)組成的深度探索。元素周期律的發(fā)現(xiàn)，是對(duì)物質(zhì)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的成果，體現(xiàn)了“質(zhì)”與“量”的統(tǒng)一。到了二十世紀(jì)，人們已經(jīng)深入認(rèn)識(shí)了物質(zhì)的微觀動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。可以看出物質(zhì)的認(rèn)識(shí)與化學(xué)變化的認(rèn)識(shí)猶如DNA的兩條鏈，相互影響，螺旋上升。

一方面，物質(zhì)的認(rèn)識(shí)對(duì)化學(xué)變化的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生革命性的影響，如氧化學(xué)說(shuō)誕生的關(guān)鍵就是氧氣的發(fā)現(xiàn)。拉瓦錫之前，人們普遍認(rèn)同燃素說(shuō)。拉瓦錫做金屬燃燒的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)煅灰的質(zhì)量增加，于是懷疑燃燒與燃素?zé)o關(guān)，而是與空氣中的“有用氣體”化合的緣故。直到后來(lái)用聚光鏡加熱氧化汞，才確定這種“有用空氣”是氧。從而提出了氧化學(xué)說(shuō)，即“燃燒的本質(zhì)是物質(zhì)與氧的化合”。另一方面，化學(xué)變化的研究促進(jìn)人們對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)，如倍比定律與化合物的認(rèn)識(shí)。道爾頓在研究沼氣和油氣（乙烯）時(shí)，發(fā)現(xiàn)前者中氫的含量是后者的二倍，因此提出倍比定律，即每一種化合物，它的組分元素的質(zhì)量都有一定的比例關(guān)系。繼而認(rèn)為，物質(zhì)以原子為單位結(jié)合，在一切化學(xué)反應(yīng)中其本性保持不變。不同元素原子的性質(zhì)及重量不同，它們以簡(jiǎn)單數(shù)目的比例相結(jié)合，形成化合物。

2.3 方法論視角下的化學(xué)觀念

研究物質(zhì)的方法論問(wèn)題，即研究物質(zhì)的一般方法是什么。其中實(shí)驗(yàn)是化學(xué)研究的重要方法，主要應(yīng)用于探究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)觀，也就是實(shí)驗(yàn)是測(cè)定物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)或探索其性質(zhì)的重要途徑，可以依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)、檢驗(yàn)等選取相應(yīng)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。為此，要能夠進(jìn)行基本的實(shí)驗(yàn)操作，并具有控制實(shí)驗(yàn)條件的意識(shí)及安全意識(shí)，同時(shí)能夠認(rèn)識(shí)解決實(shí)驗(yàn)任務(wù)的一般思路和常用方法。要認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)科學(xué)中的地位和對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的重要作用，并了解化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法受到技術(shù)發(fā)展的限制。

2.4 價(jià)值論視角下的化學(xué)觀念

價(jià)值論問(wèn)題，即化學(xué)對(duì)于人類的有用性問(wèn)題，需討論物質(zhì)應(yīng)用的重要意義。價(jià)值觀的主要內(nèi)容包括，認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化對(duì)環(huán)境的影響，能夠依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)及其變化認(rèn)識(shí)環(huán)境污染的成因、主要危害及其防治措施，并體會(huì)化學(xué)對(duì)環(huán)境保護(hù)的作用。還需要了解元素對(duì)人體健康的作用、對(duì)生命活動(dòng)具有重要意義的有機(jī)物，辯證地看待化學(xué)物質(zhì)對(duì)人體的影響，最后需要了解通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可以探索物質(zhì)性質(zhì)、實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化在促進(jìn)社會(huì)文明進(jìn)步、自然資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)中的重要價(jià)值。

3 教材中“變化觀”的內(nèi)容構(gòu)架與層級(jí)進(jìn)階

“變化觀”作為中學(xué)化學(xué)觀念體系的重點(diǎn)之一，涉及內(nèi)容貫穿整個(gè)中學(xué)階段。認(rèn)識(shí)化學(xué)變化有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)、認(rèn)識(shí)化學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響。但建構(gòu)化學(xué)變化觀所需要的知識(shí)點(diǎn)零散分布于教材各個(gè)主題中，學(xué)生若僅依靠機(jī)械記憶而非積極建構(gòu)來(lái)習(xí)得知識(shí)，那么難以形成結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系，更談不上對(duì)變化觀的全面認(rèn)識(shí)。因此整合教材內(nèi)容，引導(dǎo)“變化觀”的合理建構(gòu)是重要的教學(xué)命題。以初中人教2012年版、高中人教2019年版教材為例，將其中涉及“變化觀”的內(nèi)容進(jìn)行比對(duì)分析。

3.1 義務(wù)教育階段： 初步認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的基本特征

義務(wù)教育階段主要是對(duì)身邊常見(jiàn)的物質(zhì)及其變化進(jìn)行研究。主要涉及從物質(zhì)變化和能量變化兩個(gè)一級(jí)維度認(rèn)識(shí)化學(xué)變化，其中物質(zhì)變化在宏觀特征層面表現(xiàn)為有新物質(zhì)生成，微觀本質(zhì)層面表現(xiàn)為分子分成原子、原子重新組合成分子，并分為定性和定量?jī)蓚€(gè)方面，具體是從反應(yīng)類型、反應(yīng)條件角度定性認(rèn)識(shí)化學(xué)變化，通過(guò)質(zhì)量守恒定律定量地認(rèn)識(shí)化學(xué)變化;能量變化涉及從現(xiàn)象角度認(rèn)識(shí)化學(xué)變化，形成初步的化學(xué)變化觀念。

在本階段的學(xué)習(xí)中，學(xué)生最先注意到的是化學(xué)反應(yīng)的宏觀表現(xiàn)，能夠從顏色、狀態(tài)等明顯的現(xiàn)象變化認(rèn)識(shí)到反應(yīng)的發(fā)生。當(dāng)現(xiàn)象不明顯的時(shí)候，則需要從有其他物質(zhì)生成這一基本特征來(lái)確定反應(yīng)的發(fā)生，并指明化學(xué)變化會(huì)伴隨能量變化，其宏觀表現(xiàn)為吸熱、放熱、發(fā)光等。在實(shí)驗(yàn)操作和氧氣性質(zhì)的學(xué)習(xí)后，學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生需要一定的條件，同時(shí)反應(yīng)受到條件影響，因此可以通過(guò)調(diào)控外界條件來(lái)控制反應(yīng)快慢。學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)是有規(guī)律的，可以從反應(yīng)類型的角度對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行初步歸納。在前兩個(gè)單元的學(xué)習(xí)中，學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)的基本認(rèn)識(shí)是孤立且表面的，對(duì)反應(yīng)類型的認(rèn)識(shí)也非常有限。自第三單元分子原子的學(xué)習(xí)完成后，學(xué)生對(duì)化學(xué)的認(rèn)識(shí)進(jìn)入微觀世界，學(xué)生能從微觀角度對(duì)化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化進(jìn)行解釋，并關(guān)注物質(zhì)變化中的定量關(guān)系;同時(shí)化學(xué)方程式的教學(xué)，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了反應(yīng)條件的重要性;最后聯(lián)系生活實(shí)際，讓學(xué)生體會(huì)可以利用化學(xué)變化獲得所需物質(zhì)與能量。

綜上分析，初中階段的“變化觀”相關(guān)內(nèi)容較為淺顯，主要圍繞化學(xué)反應(yīng)的基本特征進(jìn)行。僅從實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生體會(huì)反應(yīng)條件會(huì)影響反應(yīng)的快慢，但“反應(yīng)條件”如何影響反應(yīng)沒(méi)有涉及;認(rèn)識(shí)原子是化學(xué)變化的最小粒子，但化學(xué)反應(yīng)中分子是如何分成原子、原子又是如何結(jié)合成新分子未有涉及;僅從能量角度初步認(rèn)識(shí)化學(xué)變化，但化學(xué)反應(yīng)為何會(huì)伴有能量變化未有涉及。要想解決這些問(wèn)題，就需要后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)、化學(xué)鍵等內(nèi)容。

3.2 高中必修階段： 循序理解化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)

高中必修階段主要對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行定性研究，從化學(xué)鍵的角度體會(huì)化學(xué)反應(yīng)中原子間的重新組合和能量變化，并以認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)為標(biāo)志。同樣主要以物質(zhì)變化和能量變化兩個(gè)一級(jí)維度認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)，其中物質(zhì)變化在微觀層面進(jìn)階為舊化學(xué)鍵斷裂和新化學(xué)鍵形成，具體從反應(yīng)類型、反應(yīng)條件兩個(gè)角度定性認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng);能量變化進(jìn)階到微觀層面，從化學(xué)鍵斷裂吸收熱量、形成放出能量，涉及從途徑、形式角度定性認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)變化觀念的進(jìn)階。

在本階段的學(xué)習(xí)中，學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)從宏觀現(xiàn)象階段進(jìn)入到微觀實(shí)質(zhì)階段。如能夠認(rèn)識(shí)酸堿鹽在水溶液中的反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是離子間的反應(yīng)，氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移，并能從化學(xué)鍵的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)變化、能量變化的實(shí)質(zhì)。在化學(xué)反應(yīng)與能量變化的學(xué)習(xí)中，豐富了學(xué)生對(duì)能量變化形式和途徑的認(rèn)識(shí)，知道化學(xué)能能通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為熱能、化學(xué)能能通過(guò)原電池轉(zhuǎn)化為電能。最后發(fā)展了學(xué)生對(duì)反應(yīng)條件的認(rèn)識(shí)，能夠定性地認(rèn)識(shí)影響反應(yīng)速率的條件，并知道化學(xué)反應(yīng)有限度，能夠通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)條件控制反應(yīng)的發(fā)生。

可見(jiàn)，本階段學(xué)習(xí)已經(jīng)進(jìn)入到了微觀階段，主要圍繞化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)進(jìn)行教學(xué)。但對(duì)于反應(yīng)過(guò)程的認(rèn)識(shí)還處于較淺層階段，僅從反應(yīng)條件的角度定性認(rèn)識(shí)影響反應(yīng)速率的因素，但反應(yīng)條件是如何影響化學(xué)反應(yīng)速率未有涉及。僅知道可以通過(guò)改變條件調(diào)控反應(yīng)的限度，但如何定量地表示化學(xué)反應(yīng)的限度、化學(xué)反應(yīng)的限度如何調(diào)控并未涉及。要想解決這些問(wèn)題，就需要后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理、反應(yīng)規(guī)律等內(nèi)容。

3.3 高中選擇性必修階段： 深入把握化學(xué)反應(yīng)的原理

高中選擇性必修階段主要是對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行定性和定量的研究，從化學(xué)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度了解化學(xué)反應(yīng)并以認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的原理和能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律為標(biāo)志。依舊以物質(zhì)變化和能量變化兩個(gè)一級(jí)維度認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)，其中物質(zhì)變化分為定性和定量?jī)蓚€(gè)方面，具體是從速率、限度的原理角度定性認(rèn)識(shí)化學(xué)變化，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)、焓變熵變定量地認(rèn)識(shí)化學(xué)變化。能量變化發(fā)展到認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)體系中內(nèi)能的變化，并能從原理角度定性地認(rèn)識(shí)電化學(xué)體系中能量的轉(zhuǎn)化途徑和形式，同時(shí)通過(guò)焓變的計(jì)算定量認(rèn)識(shí)反應(yīng)中的能量變化，最終形成中學(xué)階段的化學(xué)“變化觀”。

在本階段學(xué)習(xí)中，學(xué)生首先從內(nèi)能的角度認(rèn)識(shí)了化學(xué)變化中的能量變化，并能運(yùn)用焓變定量地表述化學(xué)反應(yīng)體系中能量的轉(zhuǎn)化。在化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡一章中，學(xué)生能夠從原理角度認(rèn)識(shí)反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的影響。具體從活化能和有效碰撞理論來(lái)解釋濃度、溫度、催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響，從化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋濃度、壓強(qiáng)、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響。并能通過(guò)化學(xué)反應(yīng)速率定量認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的快慢，通過(guò)化學(xué)平衡常數(shù)認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的限度，并運(yùn)用焓變和熵變綜合判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。最后綜合運(yùn)用速率和平衡的原理調(diào)控實(shí)際生活中的化學(xué)反應(yīng)。在水溶液的離子反應(yīng)與平衡一章中，能夠從原理角度認(rèn)識(shí)鹽類的水解反應(yīng)，并認(rèn)識(shí)該反應(yīng)受到溫度、濃度等條件的影響。難溶電解質(zhì)在水溶液中也存在動(dòng)態(tài)平衡，并可以運(yùn)用溶度積定量地表述這種平衡狀態(tài)且可以通過(guò)平衡移動(dòng)原理進(jìn)行沉淀的生成、溶解和轉(zhuǎn)化。在化學(xué)反應(yīng)與電能的章節(jié)中，發(fā)展了學(xué)生從原電池、電解池的原理角度認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。

結(jié)合三個(gè)階段的分析發(fā)現(xiàn)，變化觀主要從物質(zhì)變化和能量變化兩個(gè)一級(jí)維度來(lái)進(jìn)行認(rèn)識(shí)，其中每個(gè)一級(jí)維度又包含定性和定量?jī)蓚€(gè)二級(jí)維度，且這種認(rèn)識(shí)具有進(jìn)階性。定性認(rèn)識(shí)，可以從化學(xué)反應(yīng)類型和影響化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)條件兩個(gè)角度定性地認(rèn)識(shí)物質(zhì)變化，從能量間的轉(zhuǎn)化形式及其轉(zhuǎn)化途徑兩個(gè)角度定性地認(rèn)識(shí)能量變化。定量認(rèn)識(shí)，可以從化學(xué)反應(yīng)表達(dá)式及其遵循的規(guī)律等角度定量地認(rèn)識(shí)物質(zhì)和能量變化。另外，探討反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響，總結(jié)得出反應(yīng)規(guī)律，形成化學(xué)平衡的移動(dòng)等原理?！白兓^”的內(nèi)容結(jié)構(gòu)與進(jìn)階路徑，如表1所示。

4 促進(jìn)學(xué)生變化觀建構(gòu)的教學(xué)建議

化學(xué)教育要結(jié)合人類探索物質(zhì)及其變化的歷史與化學(xué)科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)的基本原理和方法，形成化學(xué)學(xué)科的核心觀念[12]。本文從觀念建構(gòu)的手段、過(guò)程、策略等方面，提出以下教學(xué)建議。

4.1 以實(shí)驗(yàn)探究促進(jìn)變化觀的主體建構(gòu)

化學(xué)觀念從內(nèi)容的文字表達(dá)來(lái)講，它屬于知識(shí)。然而它并不能通過(guò)講授獲得，需要經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間的探索，如在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并收集數(shù)據(jù)、結(jié)果分析和評(píng)估等，才能形成一定水平的從化學(xué)角度解決問(wèn)題的整體思維和實(shí)踐能力[13]。因此，實(shí)驗(yàn)探究是觀念建構(gòu)必要而有效的方法和手段。以化學(xué)平衡的探究為例，學(xué)生往往不清楚“平衡只與體系的狀態(tài)有關(guān)，與建立的途徑無(wú)關(guān)”[14]，不了解化學(xué)平衡的本質(zhì)。因此，可以讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)并探究“條件對(duì)化學(xué)平衡的影響”。

以濃度為例，首先教師準(zhǔn)備所需的實(shí)驗(yàn)藥品（0.05mol/L的FeCl3溶液，0.15mol/L及1mol/L的KSCN溶液）和必備儀器，并引導(dǎo)學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)探究的目的。其次，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)化學(xué)平衡的認(rèn)識(shí)偏差。事實(shí)上，很多學(xué)生錯(cuò)誤地將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為FeCl3與不同濃度KSCN的反應(yīng)，即觀測(cè)濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。此時(shí)，要強(qiáng)調(diào)探究“濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響”，顯然需要預(yù)先建立起兩個(gè)完全相同的平衡體系，然后控制變量，改變某一物質(zhì)的濃度，而后觀測(cè)平衡移動(dòng)的差異。再次，實(shí)驗(yàn)操作，發(fā)現(xiàn)其他條件不變時(shí)，加入物質(zhì)的濃度越高，促進(jìn)平衡移動(dòng)的程度越大。濃度如此，那么壓強(qiáng)、溫度、催化劑等對(duì)平衡移動(dòng)又有什么影響呢？均以自主實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)探究，學(xué)生就會(huì)在實(shí)踐活動(dòng)中不斷加深對(duì)化學(xué)平衡的認(rèn)識(shí)。

4.2 以歷史重演促進(jìn)變化觀的時(shí)空鏈接

學(xué)生化學(xué)觀念建構(gòu)的過(guò)程，類似于化學(xué)史上這些觀念的發(fā)展歷程。教學(xué)中若以歷史重演的方式，讓學(xué)生在探究活動(dòng)中，重走化學(xué)家之路，體驗(yàn)科學(xué)知識(shí)的動(dòng)態(tài)生成過(guò)程，不僅有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，獲得扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)，更重要的是水到渠成地實(shí)現(xiàn)觀念的建構(gòu)[15]。例如，學(xué)習(xí)催化劑時(shí)，絕大多數(shù)教師都只是強(qiáng)調(diào)了催化劑的相關(guān)性質(zhì)和特點(diǎn)，但對(duì)于催化劑參與反應(yīng)過(guò)程很少提及，導(dǎo)致學(xué)生形成諸多錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。

教學(xué)中，可以引入化學(xué)史中發(fā)現(xiàn)并定義催化劑的故事。貝采里烏斯在某次聚會(huì)上喝酒，不料喝出了一種醋酸的味道。原來(lái)，粘在他手上的鉑金粉掉入酒杯中，導(dǎo)致酒迅速變酸。這一偶然的發(fā)現(xiàn)，促使他多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)鉑金粉末的確可以變酒為醋。同時(shí)鉑金粉末的質(zhì)量并未改變，也沒(méi)有生成可溶物進(jìn)入酒溶液或產(chǎn)生什么氣體。后來(lái)，他就提出了“催化”與“催化劑”的概念。在這則故事中，生動(dòng)、自然地將催化劑在化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)都沒(méi)有發(fā)生改變的知識(shí)呈現(xiàn)給了學(xué)生，有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)催化劑的性質(zhì)。然而，不能到此為止，還要揭秘“變酒為醋”背后的原因。必須強(qiáng)調(diào)催化劑雖然不是反應(yīng)物也不是生成物，但反應(yīng)過(guò)程中它和反應(yīng)物相互作用，其作用就在于“活化”反應(yīng)分子，降低活化能，從而加快反應(yīng)速率。因而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，催化劑是一種能夠改變化學(xué)反應(yīng)速率，卻不改變化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)平衡位置，本身在化學(xué)反應(yīng)中不被明顯消耗的化學(xué)物質(zhì)。

4.3 以深度學(xué)習(xí)促進(jìn)變化觀的螺旋進(jìn)階

正如前面所談到的，化學(xué)觀念的形成需要主體經(jīng)歷循序漸進(jìn)的體驗(yàn)過(guò)程。因此，深度學(xué)習(xí)策略契合了觀念的螺旋進(jìn)階。在深度學(xué)習(xí)的過(guò)程中，學(xué)生需要思考知識(shí)點(diǎn)之間內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)展高階思維，學(xué)以致用、靈活遷移。以能量變化這一觀念為例，初中只要求學(xué)生了解化學(xué)變化伴隨著能量變化，并認(rèn)識(shí)常見(jiàn)的吸、放熱現(xiàn)象，如生石灰與水反應(yīng)放熱，并不涉及抽象概念的構(gòu)建。

高中必修模塊，在“化學(xué)反應(yīng)與熱能”方面，學(xué)生需要認(rèn)識(shí)吸、放熱反應(yīng)，還要了解化學(xué)反應(yīng)中能量改變與化學(xué)鍵的斷裂和形成之間的關(guān)系。在“化學(xué)反應(yīng)與電能”方面，以原電池為例，認(rèn)識(shí)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化，掌握轉(zhuǎn)化的原理和過(guò)程。在選擇性必修中，在“熱能”與“電能”兩個(gè)方面又有進(jìn)階?！盁崮堋辈糠?，除了要認(rèn)識(shí)能量守恒定律，知道焓變的概念，還要了解蓋斯定律及其簡(jiǎn)單應(yīng)用;“電能”部分，要了解原電池及常見(jiàn)化學(xué)電源、電解池的工作原理，認(rèn)識(shí)電解在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存能量中的應(yīng)用，還要認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要應(yīng)用?？梢?jiàn)，觀念的構(gòu)建貫穿于整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程。教師要不斷地強(qiáng)化，并引導(dǎo)學(xué)生基于已有觀念，架構(gòu)新觀念，一以貫之地深化整個(gè)觀念體系，不斷趨于完善。

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