基于发挥核心概念功能价值的教学解读

基于发挥核心概念功能价值的教学解读 按国际上对公民科学素养调查建议的内容来看，公众的科学素养至少应该包括 3 个方 面的内容：一是对科学术语和基本概念的基本了解；二是对科学研究过程和方法的了解； 三是对科学、技术和社会相互关系的基本了解 1。美国“2061 计划”认为科学素养应当包 括“理解一些重要的科学概念和原理” 。我国普通高中化学课程标准 （实验）把“学习 重要的化学概念，形成基本的化学观念和科学探究能力” “学习化学反应的基本原理，认识 化学反应中能量转化的基本规律，了解化学反应原理在生产、生活、科学研究中的应用” 作为课程目标之一。可见，科学概念是科学教育的重要组成部分。 一、 什么是核心概念？ 要理解“什么是核心概念” ，首先我们需要理解“概念”的内涵。 “概念”一词是我们 生活中非常熟悉的词语，从教育心理学的角度看，概念是用符号所代表的具有共同属性 （关键特征）的一类事物。每个概念包括四个方面：概念名称、概念定义、概念实例、概 念属性。例如：概念名称“置换反应” ，概念定义“由一种单质跟一种化合物起反应，生成 另一种单质和另一种化合物的反应叫做置换反应。 ”它是一类事物共同属性（关键特征）的 概括。概念实例，符合定义的实例称为正例，不符合定义的称为反例。概念属性是指概念 的一切正例的共同本质属性。可以认为，概念是对一类事物的概括。 化学概念是运用比较、综合、分析、归纳、类比等方法从化学现象、事实中抽象出来 的理性知识，它反映着化学现象和事实的本质。化学概念教学是化学教学的重要内容，是 学生认识物质和化学变化的基础。化学概念的学习，而不是仅仅学习具体的事实性知识， 有利于学生更好地了解学科结构，掌握化学知识。 需要强调，尽管概念具有概括性和迁移性，但是并非所有的概念都是核心概念。关于 核心概念，国内外学者有以下观点： 美国著名教育学家赫德(Hurd) 认为，组成科学课程中的概念和原理应该能够展现当代 学科图景，是学科结构的主干部分，它们被称为核心概念(key concepts or representative ideas)。美国课程专家埃里克森(Erickson)认为，核心概念是指居于学科中心，具有超越课 堂之外的持久价值和迁移价值的关键性概念、原理或方法。这些核心概念具有广阔的解释 空间，源于学科中的各种概念、理论、原理和解释体系，为领域的发展提供了深入的视角， 还为学科之间提供了联系。 赫德( Hurd) 列出选择核心概念的标准如下： 展现了当代科学的主要观点和思维结构； 足以能够组织和解释大量的现象和数据； 包含了大量的逻辑内容。有足够的空间用于解释, 概括, 推论等； 在教学中可以用上各类情境下的例子, 并可使用于日常生活中常见的情况和环境； 可以提供许多机会，用以发展与本学科特色相关的认知技能和逻辑思维过程； 可以用于组建更高阶的概念, 而且可望与其他学科的概念结构建立联系； 表达了科学在人类智力成果中所占有的地位。 2 综合来看，核心概念是位于学科中心的概念性知识，包括了重要概念、原理、理论等 1 尤月虹. 发展中学生化学核心概念理解的实践研究D. 山西师范大学，2010. 2 刘恩山，张颖之. 核心概念在理科教学中的地位和作用J. 教育学报,2010,6(1):57-61. 的基本理解和解释。这些内容能够展现当代学科图景，是学科结构的主干部分。 核心概念与我们通常意义上所说的概念是有区别的，核心概念居于学科领域中心，包 括一系列相关的具体概念，而概念包含核心概念和具体概念。例如：氧化还原反应作为一 个核心概念，包括了氧化性、还原性、氧化剂、还原剂等具体概念。 根据义务教育化学课程标准，初中化学课程中的核心概念主要包括：物质、元素、化 学变化、质量守恒定律。这些核心概念之间存在联系，并且由具体概念联结而成。物质由 微粒构成，元素包括原子、分子概念，物质之间可能发生化学变化，在变化过程中遵循质 量守恒定律。这些核心概念是用化学的眼光认识物质世界的开始和基础，并具有关键作用。 根据普通高中化学课程标准，高中化学课程主要涉及以下核心概念：物质的量、物质 分类、氧化还原反应、电解质与电离、盐类水解、原电池、电解、化学反应速率、化学反 应方向和限度、有机反应类型、化学键等。 二、 核心概念有哪些功能价值？ 教学的过程也是认识发生的过程。核心概念的教学功能价值在一定程度上可以认为是 其在个体认识事物的发展过程中概念的促进功能。核心概念在学科结构中的地位和可迁移 性，决定了它们的教学功能和价值。事实上， “核心”二字的意义也在于概念的功能价值。 下面以氧化还原反应这一核心概念为例来阐明核心概念的功能价值。化学 1 模块的氧 化还原反应具有以下功能价值 3： 促进学生建立对化学反应及其应用认识的新视角 氧化还原反应概念的建立，能够使学生建立对化学反应分类的新视角，特别是对化学 反应认识的新视角。原来学生对化学反应的宏观认识是有新物质的生成、发光发热等，微 观认识是原子间的重新组合。学习了氧化还原反应之后，学生认识到化学反应有存在电子 转移和不存在电子转移之分，即让学生建立起“原子在重新组合过程中是否发生电子转移” 这一认识视角，发展学生对化学反应的微观认识，建立起对化学反应分类的更本质的角度。 此外，通过氧化还原反应应用价值的分析，让学生初步构建化学反应利用的基本角度，如 制备新物质，实现物质中不同元素价态的转化；实现能量转变，为人类提供能量等。 促进学生对物质及其性质的认识发展 通过氧化性和还原性、氧化剂和还原剂概念学习，使学生建立认识物质性质的新视角， 建立物质分类的新视角。没有学习这些概念之前，学生对物质性质的认识，局限于酸性和 碱性，局限于哪些物质之间能否发生化学反应。学习概念之后，看到物质学生能够主动分 析该物质是否具有氧化性或还原性，什么样的物质具有氧化性，什么样的物质具有还原性， 并且学生对已经知道或接触的物质能够建立氧化性和还原性的认识角度。例如学生原先知 道金属 铁、锌等能与酸发生反应，学习氧化性与还原性、氧化剂与还原剂之后，学生应该认识到 金属一般具有还原性，通常可以作还原剂，能够脱离具体的化学反应，就物质来谈氧化性、 还原性问题。面对物质，学生是否自主地、能动地去分析物质的氧化性和还原性、氧化剂 和还原剂等问题，是判断学生是否真正建立认识物质性质新视角和物质分类新视角的重要 依据。 促进学生对研究物质性质思路和方法的认识 学生原先从物质类别的角度认识和研究物质的性质，学习氧化还原内容之后，学生应 3 胡久华, 王磊, 潘瑞静.促进学生认识发展的化学 1 模块氧化还原专题的单元整体教学研究J.化学教育， 2010（3）：22-27. 该建立认识和研究物质氧化性或还原性的思路和方法。面对一种新物质，学生应该能够从 所含元素的化合价角度预测物质是否具有氧化性或还原性。物质中具有多种价态元素，其 化合价处于高价，能够降低，即有氧化性。元素的化合价处于低价，能够升高，即有还原 性。若元素的化合价处于中间价态，既具有氧化性又具有还原性；然后选择合适的氧化剂 或还原剂，设计实验验证预测。如让假设具有还原性的物质与氧化剂接触，通过实验现象 分析是否发生了氧化还原反应，从而验证假设是否正确，从而得出物质是否具有还原性的 结论。 促进学生对实际现象和问题的解释分析。 通过氧化还原反应内容的学习，学生对于相关的实际现象和问题的解释分析能力将得 到进一步的发展。如从氧化还原角度对铁生锈、燃烧等现象的解释；从是否改变元素价态 的角度分析物质的转化，把氧化还原理论用于物质的转化。如自然界中存在含有低价硫元 素的物质，人类生产生活需要含有高价硫元素的硫酸，可通过选择合适的氧化剂实现硫元 素价态的改变；同理自然界中含有高价元素的金属矿物，人们生产需要金属材料（单质） ， 需要选择合适的还原剂实现金属矿物到金属单质的转化。 对核心概念功能价值的分析，需要基于对学生原有认识和化学学科结构的分析。分析 学生的原有知识基础，可以了解核心概念给学生带来的认识生长点和发展点；分析核心概 念在学科结构中的价值和联系，有助于明确核心概念与其它概念之间的关系；分析核心概 念的生产生活应用，能够丰富概念的内涵。认识到核心概念的功能价值，才能更好地在教 学中体现出功能价值，从而促进学生对概念本身形成深入理解，促进学生学习相关知识内 容，体现核心概念的持久性和可迁移性。 三、基于发挥核心概念功能价值的教学 核心概念教学中突出核心概念的功能价值，能够帮助学生理解核心概念之间的联系， 形成结构化的知识体系，而不是零散的、孤立的知识；使学生认识到核心概念的应用价值， 形成更具有保持价值和迁移价值的、稳定的学科能力。基于发挥核心概念功能价值的教学， 大致包括三个阶段：首先是核心概念的构建阶段，通过教学活动促进学生对核心概念的本 质、特征、内涵与外延的理解；然后是核心概念的功能化阶段，此阶段是对核心概念理解 的进一步发展，体现核心概念的功能，包括促进核心观念发展（观念化） 、建立核心概念思 路方法价值（工具化） ；最后是核心概念的应用实践阶段，基于学生对核心概念和核心概念 功能价值的理解，利用核心概念解决问题。 1 核心概念的建构 核心概念建构阶段的目标是使学生理解概念的本质属性（关键特征） 。那么，如何通过 教学达到这一目标？以往的一些概念教学，将重心放在概念定义的解析，逐字逐句分析概 念定义的文字意义，却忽视了概念的本质内涵。有学者认为“核心概念的学习包括两个部分： 第一个是必须将事实性知识置于学习者的概念框架中；第二个是概念被各种丰富的有代表 性的事实细节展现出来”，这个观点阐明了应当基于学习者的已有经验，通过对事实性知识 的概括来实现概念的建立，应用概念来分析具体事例。 根据核心概念的特点和学习价值，有以下促进学生理解核心概念的教学策略： 从学生的已有知识经验出发，通过实例形成核心概念 学生在生活中获得的经验和之前学习的知识，在学生的头脑中形成了独特的结构，他 们在面对问题和任务时，习惯于运用自己的已有经验去解释、预测、分析。当学生拥有的 观点与事物或现象的本质不一致或相抵触时，他们就会产生对概念和原理深入理解的迫切 需求。教师要提供与学生已有认识存在冲突的概念案例，激发学生进一步探究的兴趣。帮 助学生形成正确的核心概念，需要事实来支撑概念，因此教师应认识到科学概念的形成是 一个由特殊到一般、具体到抽象、现象到本质的认识过程；科学概念是在这种由感性认识 到理性认识的不断上升、循环中通过归纳、演绎等逻辑推理逐渐产生的。为此, 在教学设 计过程中教师应注意将有关理论具体化、形象化、直观化, 以启发学生的思维, 使之实现由 感性认识向理性认识的飞跃。通过事实总结、概括概念的关键特征，使学生理解核心概念 的本质。 创设促进核心概念理解的情境，使学生了解核心概念的应用 教师在进行概念教学设计时，一定要创设有利于概念认识的学习情境，从实际问题的 解决、自然现象的解释以及社会问题的分析等需要出发，让学生在解决问题和分析现象的 过程中建构科学概念，达到对科学概念的深层次理解，从而实现概念的认识功能与解决问 题功能。 在理解核心概念的关键特征之后，学生在情境中运用核心概念来分析问题，能够使学生对 核心概念的理解更加深刻，认识的概念的价值，而不再是孤立的概念。 结合以上分析，我们来看核心概念氧化还原反应的“核心概念建构”阶段教学： 第1阶段，以金属钠与氯气反应为例，引导学生分析钠原子和氯原子的原子结构特点， 然后展示给学生氯化钠形成过程( flash 动画) ，通过讨论钠与氯气反应前后化合价的改变， 得出化合价的改变是发生了电子转移的结果，让学生初步将化合价变化与电子转移联系； 第2阶段，让学生预测锌与硫酸铜反应中是否有电子转移，并解释原因；第3阶段，通过实 验验证预测，演示锌与硫酸铜反应的原电池实验，使学生切实地感受到电子转移这个微观 过程是有宏观表现的；第4 阶段，以氢氧燃料电池为例说明氧化还原反应的电子转移已经 被应用到实际中。 可见，核心概念的建立需要事实证据，并且需要为学生提供应用概念的情境。值得强 调的是，在概念建立的过程中， “定量、微观、本质”的教学处理比“定性、宏观、表层”教学 处理方式，更有助于学生建构核心概念，改变认识具体物质、看待化学变化的方式，实现 认知发展（参见本专题拓展资源“不同教学处理方式对高中生化学概念建构的影响”） 。 “定性-定量” 以定性为主的教学处理方式在分析具体问题时，注重实验所呈现的 结果，注重的是“是什么”和“ 怎么样”；以定量为主的教学处理方式则注重利用数 据和相关公式进行推理，通过应用相应的数据来分析具体问题。例如：化学平衡 移动是采用勒夏特列原理为主，还是平衡常数。 “宏观-微观” 以宏观为主的教学处理方式在分析问题时注重利用外显的实验结果 以及由此得出的相应规律；以微观为主的教学处理方式则注重分析化学过程中存 在的微粒以及微粒间发生的变化和相互作用。 “表面-实质” 以表面为主的教学处理方式在分析具体问题时注重探讨由化学规律 所造成的外显特征；以实质为主的教学处理方式则注重探讨化学规律产生的本质 原因。 4 2 核心概念的功能化阶段 学生对核心概念的学习不应该停留在对概念本身的语义理解，只有体会到核心概念的 认识价值和应用价值，才能够达到对概念的高水平理解。应用价值体现在运用核心概念解 释、分析、解决相关问题。认识价值则需要将概念放在整个学科结构中，关注核心概念之 间的联系，了解核心概念对于认识事物的价值，例如，氧化还原反应对于化学反应、物质 4 胡久华,陈欣,支瑶. 不同教学处理方式对高中生化学核心概念建构的影响J. 中国教育学刊, 2007(07): 61- 64. 性质和研究物质性质的方法思路都有着重要的认识价值。核心概念功能化的两个方面 工具化、观念化，正是对应于应用价值和认识价值。 核心概念工具化 核心概念作为对事实和现象的抽象概括，其本身会具有解释力，包括对相关现象的解 释和对相关学科知识问题的解释；再者，核心概念可以作为研究其它相关领域的思路和方 法。例如，氧化还原反应是研究不同价态物质间转化的理论基础，同时也是分析物质转化 的方法。在教学中，需要设计恰当的情境、问题和活动，使学生认识到核心概念作为“工 具” ，在哪些具体领域发挥工具作用。 我们以氧化还原反应教学中“如何建立研究物质性质的方法和思路”为例，来说明如 何实现核心概念工具化： 首先氧化性和还原性、氧化剂和还原剂的概念是研究物质性质的必要知识；其次需要 让学生建立如何预测物质氧化性和还原性的方法；第三，学生知道哪些物质具有氧化性通 常可以作为氧化剂，哪些物质具有还原性通常可以作为还原剂；第四，学生能够设计实验， 选择适当的氧化剂或还原剂验证预测，从而得出物质氧化性或还原性的结论；第五，学生 建立的认识和方法需要通过具体的应用加以巩固和强化。根据上述分析，在氧化还原教学 中除了让学生建立基本的概念外，还需要通过具体的案例分析让学生了解预测、设计实验 研究物质氧化性和还原性的思路和方法，比如通过双氧水或亚硫酸钠等物质氧化性或还原 性的研究活动，让学生初步建立思路和方法。 核心概念观念化 化学学科的基本观念是对化学的总观性认识，是在面对化学问题时应该具有的基本的 概括性认识 5。基本观念、核心概念、具体知识的关系可以用图1表示。 基本观念的形成需要通过对一系列的具体知识进行思维加工形成核心概念，学习者理 解了这一核心概念就形成了对化学基本观念的一个“基本理解” （即化学基本观念的具体表 述） ，这一基本理解虽然具有一定的概括性，但由于特定的事实所限仍带有一定的经验性。 当学习者通过对不同系列的具体事实的思维加工后，就形成反映基本观念不同侧面的不同 的核心概念，学习者通过对这些核心概念的进一步概括整合，从而升华为更上位的观念性 认识。这种观念性认识是不稳定的，有些对学习者来说甚至是“可疑的” ，当学习者利用所 形成的观念性认识去解释具体的化学事实时，在应用过程中对其确认、修正和完善，最终 形成稳定、可信的化学基本观念。 5 吴国庆.化学科学与初中化学课程内容改革./王磊,毕华林主编.基础教育新课程师资培训指导初中化学M. 北京:北京师范大学出版社,2003:45. 图1 化学基本观念、核心概念、化学知识间的关系 6 初中化学学习中学生要形成的基本观念包括元素观、微粒观、转化观、分类观。高中 化学进一步发展这些基本观念，增加能量观。元素观即用元素的观点看问题，基于核心元 素看待物质及物质转化；微粒观包括物质由微粒构成、微粒的存在形态、微粒间的相互作 用；转化观则是以物质转化为核心；分类观则是根据物质本质属性，分门别类地研究物质 7； 能量观是用能量的观点看物质结构、物质变化。基本观念犹如很多小伞撑起来的大伞，即 观念由多个核心概念联结概括而成，因此核心概念的功能之一是形成更加内化的、有持久 价值的观念。一个核心概念也可能同时对多个基本观念的形成有所贡献。比如：氧化还原 反应，从反应本质电子转移的角度看，可以认为是对微粒观的发展；从氧化还原反应 用作研究物质性质的方法思路来看，体现了元素观和转化观。通过学习氧化还原反应，需 要让学生学会基于核心元素预测物质氧化性和还原性，借助氧化还原反应实现物质转化。 与概念工具化类似，需要为学生搭建台阶促进概念的观念化。例如：要让学生真正学会 运用化合价预测和分析物质的氧化性或还原性，需要为他们搭建2个台阶：一是能够正确分 析化学反应中各元素的化合价；二是分析以后要学习的重点元素，又是典型的变价元素。 目的之一是为实践抓住物质中核心元素预测氧化性或还原性的思路方法，目的之二是为后 续的学习打下良好基础。 3 核心概念功能的应用阶段 通过核心概念的功能化阶段，为学生搭建了核心概念作为工具的台阶，学生初步形成 相关的基本观念，但是还需要进一步通过应用这些工具和观念来解决问题，才能巩固思路 方法，形成稳定的观念。因为概念和方法的学习过程需要通过应用环节促进发展，才能实 现概念和方法的内化，才能纳入学生的长时记忆系统。例如：通过铁及其化合物氧化性和 还原性的探究活动对建立的思路和方法进行应用。 应用阶段，关键是创设情境，将问题拆解为一系列可行的任务，为学生提供应用核心 概念解决问题的机会。在课堂组织过程中，注意以符合学生认识脉络的关键问题来组织课 堂，提供学生之间交流的机会。 （关于问题线索，参见本专题拓展资源“促进学生认识发展 的化学1 模块氧化还原专题的单元整体教学研究 ”） 6 毕华林,杜明成. 基于化学基本观念建构的教科书设计 J.化学教育，2007（10）:11-13,61. 7 王磊, 范晓琼, 宋万