人教版高中化学必修教材探讨

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摘要：厘清教材中的概念谱系，能对高中化学教学内容有更系统的结构化认识。通过统计必修教材中的概念分析概念的分布能获取学情的实证，依据课程性质分析概念的内容属性能说明采用真实情境进行教学的必要，依据课程特征对概念内涵进行关联能说明概念在形成化学观念上的作用，依据课程结构分析概念的发展与完善能说明化学教学要遵循的规律。基于对教材中概念谱系的整理，提出以化学学科核心素养为主旨的概念谱系教学设想。

概念是反映对象本质属性的思维形式[1]，从表达形式上说，概念就是反映事物本质属性的一个概括性的词或词组[2]。谱系从生物学上来说，表述的是一个家族各世代成员的数目、亲缘关系、特定基因和遗传标记在该家族内的传递、表达和分布的记载[3]。在学科教材中的概念谱系泛指教材所涉概念的分布、类属，各类属中概念的数目、相互关系及概念的发展变化。对人民教育出版社2019年版普通高中化学必修教材（以下简称“人教版必修教材”）中出现的概念进行甄别、统计，并进行类属归纳、内涵关联、概念发展的谱系整理和谱系学分析，以期对高中化学必修教材中的概念系统教学提供参考。

一、人教版必修教材中化学概念分布

教材单元内容中概念的密度、新概念的数量在一定程度上决定着知识难度的分布。新的人教版必修教材依据教育部《普通高中化学课程标准（2017年版）》编写，分必修第一册、必修第二册，共8章，其章节、栏目与内容相比于2004版必修教材有较大的调整。依据“概念”定义，剔除专名及摹状词，对人教版必修教材8章14个主要栏目的正文中所出现的概念进行人工枚举，剔除重复并按序编号，按章统计。对实验基本操作，若其有特定的化学含义，具有概念的特征，也可作为概念，并另列统计。由此，人教版必修教材中概念共得274个，各章列入的概念例举、统计见表1。人教版必修教材设置附录“名词索引”，主要收录本册教材中新出现的化学概念、物质名称等术语。必修教材两册的“名词索引”附录，分别收录52条和58条，共110条，剔除其中的专名和摹状词，如“次氯酸钙”“单键”等，枚举新概念分别得35条和36条，共71条，与表1所列的概念及序号比对，也按章序统计，具体见表2。表1表示在人教版必修教材中所呈现的化学概念总体情况，表2表示人教版必修教材中对学生而言是第一次出现的新概念。用EXCEL对表1、表2所计概念数在各章中的分布情况作折线图，如图1所示。图1各章概念数量分布情况由图1可见，第一，两条折线形态基本一致，概念、新概念的密度在“第一章物质及其变化”“第四章物质结构元素周期律”“第七章有机化合物”三章中相对较大，知识内容对学生存在着一定的认知难度。“第七章有机化合物”概念数在两条曲线中均位于最高点，在一定程度上说明中学有机化学内容在其知识表述上、认知方式要求上另成体系，这可能导致部分学生在学习有机化学时会产生不适应之感。第二，“第三章铁金属材料”与“第八章化学与可持续发展”两章的概念数目，在两条曲线之间的相对落差均较大，“名词索引附录概念数”与“教材章节正文概念”数之比均小于0.2，从两章的教材正文内容来看，主要是因为涉及STSE类的拓展性知识较多，多属一般性了解层次，需十分注意化学科学发展与应用的趋势对学生的教育作用。第三，“名词索引”附录中无实验类新概念名称，从表1所统计的实验基本操作类概念中可以发现，人教版必修教材的9个实验活动及章节正文中的演示实验、学生实验探究实验，主要是物质性质的验证或探究，是初中实验技能的延伸，而如“萃取”“中和滴定”等实验基本操作在选择性必修教材的“名词索引”附录中才出现，因此在实验教学时必须注意教学的难度与拓展的适切性。

二、对人教版必修教材中化学概念谱系的梳理

“谱系学的原义就是关于家族世系、血统关系和重要人物事迹的科学，也就是对事物的起源和演变过程的考察”[4]。谱系从表征形式来看就是归条缕析，以厘清相互间的关系和其发展的历程。对众多概念进行归属关联，能在教学中采用有的放矢的教学方式、学习方式，以便于学生建构对化学的认知体系。由此，从概念的属性、价值和发展进行谱系梳理。

1.对化学概念内容的反映属性进行类属归纳对化学概念的分类有多种论述，有研究分为陈述性概念、程序性概念、具体性概念、抽象性概念等[5]。刘知新教授把化学概念按内容区分为两大类：一为反映化学所研究的那些物质和现象的概念；二为化学研究的方法和技术方面的概念[6]。换言之根据化学概念的反映属性可以认为，一类是反映化学本体实质的客观性概念，一类是反映化学的研究方法和描述方式的主观性概念。由此，根据普通高中化学的课程性质，对教材中的概念可先按物质的组成、结构、性质、转化、应用等五方面归类，再对每类中的概念按其反映属性进行“客观性概念”“主观性概念”归属。对某些在表达上具有复合性的概念，例如，“两性氧化物”既以物质的类别而归类，也因其具有特定的性质“两性”而作了性质归类，作重复计入。客观性概念、主观性概念作计数汇总、统计比对如图2所示。由图2可见，客观性概念数目远远多于主观性概念，各分类归属概念中客观性概念也均多于主观性概念；主观性概念主要是化学符号、计量、周期表等“化学表达语言”，而少化学研究方法类的概念；“应用”类中的概念数达到97个，在一定程度上表明了化学与STSE的密切程度。由此说明人教版必修教材所呈现的概念主要是对物质的存在、变化现象的客观性描述，以直接、直观为主，以激发兴趣为主，再辅以学生容易理解和掌握的分类、模型、符号表达等基本的化学方法。因此，在高一化学教学时教师更需要注重培养学生对真实情境进行化学认识的兴趣。

2.对建构化学基础知识体系的作用和价值进行内涵关联概念可分为“核心概念”与“一般概念”两类。“核心概念”指的是学科基础性强、知识间关联度高，能充分体现化学学科特质的主要或重要的概念[7]，如“氧化还原反应”；而“一般概念”指的是在构建中学化学基础知识体系中，在众多概念间的逻辑契合性不强，知识发展性关联度不高，或有其他概念名称可替代，是一种相对独立的概念，如“脱氧剂”等。根据概念在中学化学知识体系中的学科价值，对教材中的概念进行“核心概念”与“一般概念”的甄别分类，再以化学课程特征“从微观层次认识物质，以符号形式描述物质，在不同层面创造物质”，对核心概念进行内涵关联及其外延区分，构建3个“世家”谱系表，具体内容见表3、表4、表5。“结构决定性质”是学生需要形成的化学基本观念，在“宏观辨识与微观探析”的水平层次诠释中，用“结构解释”“结构图式”“结构说明”“微观特征”“微观结构”说明化学是从原子、分子水平上研究物质的组成与变化。在这一谱系的概念教学时，微粒种类上除原子、分子、离子，也要让学生了解构成原子的更小微粒中子、质子、电子及夸克，还要让学生知晓分子团簇、分子机器等；在微观结构上，要让学生了解物质微观结构的科学认知模型，如核外电子排布、同素异形现象、同分异构现象，也要让学生知道模型认知推理如杂化轨道理论等；在学习微粒性质、微粒结构类概念时，需要从微粒结构推测微粒性质，由此而去获得微观认识规律。从微观粒子认识物质及其变化，能激发和保持学生的好奇心和想象力，也能促使学生的求知欲和探究认知。由上述可知，从微观层次认识物质及其变化是化学科学的基石。化学学科对物质的组成、结构和变化，要运用化学符号描述、微粒结构图式描述、化学符号和定量计算等手段说明，运用数据、图表、符号等处理实验信息，运用物质模型和理论模型进行关联和合理匹配并作出解释或推测[8]。化学不同于数学、物理描述所用的只是公式，在一定意义上具有独有的“语言”系统，称为“化学用语”。“以符号形式描述”谱系的概念，主要有结构描述、变化描述、计量描述三类。对结构和变化描述是符号描述的重点，在讲解时必须清楚相关的描述规则，如电子式书写规划和局限、离子方程式中物质的主要存在形式用什么符号、热效应的符号表达等，使“化学用语”简洁明了。对于计量描述，要使学生理解公式、符号或名称所表达的微粒及动态变化的内在意义，使之正确理解物质及其变化的物理量，如化学反应速率、平衡常数、原子经济性反应等。“不同层面创造物质”谱系的发端须是理解不同层面的物质类别。物质分类一般先从物质的宏观或微观特征进行平行的不同层面分类，如化合物可分为离子化合物、共价化合物，也可分为电解质、非电解质，进而再按不同层级进行分类，如烃可分链烃、环烃、链烃，然后再进行烷烃、烯烃等分类，因此对分类的概念教学，就需要从不同“面”、不同“层”进行内涵说明，建立物质间谱系关联。分离与提纯类概念主要是化学实验基本技能，讲解时须让学生理解实验的原理和操作的基本过程。物质转化类概念主要是化学变化规律的总结，要让学生尝试理解反应机理，并作出对反应解释和预测。对于应用类概念，主要涉及的是化学在资源开发、环境保护、人类生活等方面的应用，这一系列的概念教学时要突出化学对人类文明的贡献。在教学中，对“核心概念”要注重内涵理解，因为一定意义上说它就是基础概念，是架构中学化学知识体系的重要基元，决定着学生对化学基础知识的掌握程度，具体体现在解决问题、表述结论中的理解运用；对“一般概念”要注重外延清晰，这类概念主要分布在化学与生产、生活、科技及环境的相关章节主题中，有利于了解化学科学的应用价值，主要体现在对具体问题的题干素材表述中。在组织教学时，需要厘清概念在学生建构化学基础知识和方法体系上的不同作用和意义。

3.从谱系的成分丰富化进行概念间延续关联关于中学化学概念谱系的发展，可分为初中化学、普通高中必修主题、普通高中选择性必修模块及选修系列4个阶段而逐渐发展完善。梳理《初中化学科学标准（2011版）》中的基本概念，并与人教版必修教材中的基本概念进行分类比较，参考普通高中化学选择性必修三个模块中各类属的基本概念，举例比较同类概念的发展变化。物质的类别逐渐多元与细化。基于初中化学根据物质组成的分类，人教版必修教材出现了根据组成微粒和微粒间作用力对物质分类，如“离子化合物”“共价化合物”；根据性质对氧化物的分类，如“酸性氧化物”“碱性氧化物”“两性氧化物”；出现了分散系、胶体概念，对材料系列的细化概念；出现了体现物质之间关系的概念，如“同素异形体”“同分异构体”“同系物”，也对有机物的分类作了进一步的细分。这些分类体现了研究物质可从物质的不同特性进行分类，发展了概念的内涵也充实了物质类别概念谱系的成分，说明了分类是化学的基本研究方法。教师在教学中需注意的是要做到应教尽教，但不要提前作概念的下移，如弱电解质、晶体的类型、有机物的更细分类等均是选择性必修模块中的内容。物质的结构从“粒”趋向“力”。初中化学对组成物质的微粒，叙述了原子、分子、离子，涉及了构成原子的更小微粒，原子核、电子、质子、中子及夸克，说明物质是由微粒组成的，微粒由更小的微粒构成，原子不是最小的微粒，但不要求了解原子结构和微粒间的作用力。而人教版必修教材在微粒结构上，陈述了科学家对原子结构的探究，叙述了电子能量和分层排布及规律，从原子间的电子得失、共用电子对分析了原子之间的作用力，提出了化学键，说明了离子键、共价键和极性共价键、非极性共价键，并对分子的空间结构作了初步的模型推理。物质结构概念谱系的丰富不仅是概念个数的增加，更是从微粒间作用力角度去理解微粒构成物质的实质。但对电子的核外电子排布规律及表达、共价键参数、分子空间构型等概念主要在选择性必修“物质结构与性质”模块提出，在必修课程教学中不必过难过深，以便保持高一学生对物质结构探究的好奇性和求知欲。物质的性质和转化从“形”趋向“实”。初中化学给一些学生的印象是“更像文科”，究其原因就是很多要“记牢”，化学反应的四种基本类型就是让学生依其概念叙述的“形式”而进行判断，氧化还原反应的判断是从元素化合价是否变化的形式进行判断，化学反应的表达只是化学方程式的书写。人教版必修课程对物质的性质分析，开始体现“结构决定性质”的观念，从原子结构与元素周期律分析元素的金属性、非金属性，从化学反应能量角度分析化学能、放热反应、吸热反应，从参加化学反应的微粒角度说明离子反应及离子方程式的表述，从化学反应中原子之间的电子转移说明氧化还原反应的实质，从化学反应的平衡思想说明可逆反应、化学反应的限度。物质的性质和转化从简单的“形式”叙述，更多地趋向对物质结构、化学反应机理进行“实质”的分析。但对元素原子性质的概念，如电离能、电负性，对基元反应、焓变、熵、盖斯定律及热化学方程式书写等化学反应的动力学、热力学相关概念是选择性必修模块中出现的概念，在教学中必须注意概念谱系发展的阶段性。化学概念谱系是一个不断完善和丰富发展的生态系统，需要注意同一概念的内涵在不同阶段发展的深刻性，如氧化还原反应、物质结构；注意同一类概念谱系在不同阶段发展的丰富性，如对化学反应的认识，从物质形式的变化到化学能量的变化到反应条件的分析和控制。同时也要认识到有些概念还将在大学专业课程中进一步发展、完善，不能一蹴而就，在概念教学时要遵循学生对学科理解的认知规律。

三、教学建议

化学概念是学生建构化学知识体系的基本单元、建构节点，化学概念种类的逐渐丰富、内涵的不断完善促进学生化学观念的更新与发展[9]。对化学概念教学的研究与实践，可以从教学过程、教学原则、教学方法、教学模式与教学评价等方面进行[10]，也可从概念的不同类属而采用不同的教学方法[11]。

1.设计概念教学方法教学中需要突破传统的“讲解定义、展现要点、辨析难点、举例说明、匹配习题”方式，在理解化学概念内涵与化学学科核心素养内涵的关联基础上，去选择和设计适合的教学内容和教学方式。例如，对原子结构概念教学，可基于对模型认知与创新意识的培育，选择原子结构模型发展的化学史展开；对溶解度概念教学，可基于证据推理和平衡思想的培育，选择控制变量下的实验数据记录展开；对原电池概念教学，可基于科学探究与创新意识的培育，选择以电流可视化为要求的实验设计而展开。

2.构建概念教学谱系教学中需要构建以发展化学学科核心素养为主旨的概念教学谱系：“化学学科核心素养五个方面为5个族名———每一方面（族）适合的化学概念群———每一个化学概念适合的真实情境素材建议———每一个化学概念适合的教学策略与活动建议”。例如，“科学态度与社会责任”这一“族”中的概念群，可以列入“原子经济性反应”“环境保护”“绿色化学”“化石燃料”“氢能”“化学能”“原电池”“食品添加剂”等概念，“化石燃料”的真实情境素材可以采用我国对能源的进口数据，教学建议可采用文献查阅、合作讨论、结论表达等。

3.选择真实情境素材教学中需要对适合于基本概念教学的真实情境素材进行高质量的选择。能体现某个概念的真实情境素材资源较多，例如适合于“同位素”概念的真实情境素材，可以选择原子弹中的铀元素、我国化学家张青莲院士在同位数研究上的贡献、医疗中对同位素的应用等，在教学中需要根据教学目标和教学过程的要求，选择既能体现基本概念内涵，又能促使学生用化学思维去探究和理解基本概念，而且能促使学生养成正确的价值观，以达成化学学科核心素养培育旨归的情境素材。对适合于基本概念教学的真实情境素材，教师可以从化学史、最新的化学研究成果、生活中有关的化学物品或现象中进行获取。而一学期或更长时段的概念教学将应用众多的真实情境素材，这就需要作合理、均衡的系统性选择，如此才能使学生的化学视角中既有现代最新的化学成果，又有历史发展的化学认识，也有现实生活的化学应用，让学生对化学世界的认识是完整的。

4.需要充分体现概念教学中的科学价值科学教育不只是科学知识教学，还需要培育学生的科学精神，认识到什么才是真正的科学家精神，从而养成正确的科学价值观，化学概念教学也不例外。例如对“化学平衡———合成氨”的教学，可以利用德国化学家哈伯对合成氨的研究与发明，博施对合成氨催化剂的改进，2007年关于合成氨作用机理的诺贝尔化学奖及我国的侯氏制碱法等真实情境素材组织教学，从而不但能使学生掌握化学平衡等概念的知识，还能从化学史实上了解科学思维、方法的运用，体会到科学研究具有探究、质疑、精益求精、勇于创新的科学精神。化学基本概念教学，教师还需要挖掘出能促动学生对概念认识的好奇心，激活学生认识概念内涵的求知欲，给学生提供学习概念的支架，使学生能自主学习、自主建构。如此而去进行“呈现基于真实情境的具体化问题而感悟概念，通过师生共同解决问题而建构概念”的化学概念教学。

参考文献

[1]中国人民大学哲学院逻辑学教研室.逻辑学[M].北京：中国人民大学出版社，2008：10.

[2]吴家国.什么是概念[J].前线，1962（06）：20-21.

[3]杨明全.西方课程理论谱系：溯源与考辨[J].全球教育展望，2011，40（03）：23-27.

[4]钱翰.福柯的谱系学究竟何指[J].学术研究，2016（03）：155-159+178.

[5][11]唐诗，李艳玲，苏慨，等.化学基本概念分类及教学基本原理[J].化学教与学，2015（04）：5-7.

[6]刘知新.加强化学基本概念的教学[J].化学通报，1962（04）：57-60.

[7]彭慧，王后雄，雷宇.中美化学教材核心概念的比较研究[J].化学教育，2011，32（04）：10-12+37.

[8]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020：89-92.

[9]万莉，彭蜀晋，樊敏.高中化学3套必修教材中化学概念的比较[J].化学教育，2009，30（07）：17-19.

[10]郭睿.我国化学概念教学二十五年[J].教育科学研究，2006（04）：47-51.

作者:沈旭东 单位:浙江省杭州市拱墅区教育研究院