霍愛新，靳 瑩，鄧藝琳

學(xué)科核心概念是位于學(xué)科中心的概念性知識，是學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分，也包含了對重要概念和原理的基本理解和解釋，學(xué)習(xí)者對核心概念的理解水平直接影響其對整個學(xué)科的理解?；瘜W(xué)核心概念一直是化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)，如何促進(jìn)化學(xué)概念的理解也一直是化學(xué)教學(xué)研究的主題。那么，什么才是真正的理解？理解概念的評價標(biāo)準(zhǔn)是什么？如何通過教學(xué)實(shí)現(xiàn)真正深層次理解？

一、對化學(xué)核心概念教學(xué)的反思

我國基礎(chǔ)教育階段化學(xué)課程從九年級開始開設(shè)，初中只有一年的化學(xué)課程，但是包括了大部分的化學(xué)核心概念，化學(xué)反應(yīng)、原子、相對原子質(zhì)量、分子、相對分子質(zhì)量、元素、化學(xué)式、質(zhì)量守恒定律、化學(xué)方程式、酸、堿、鹽、中和反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)等，而且在第一單元到第五單元，概念相對集中。初中化學(xué)課程對概念教學(xué)的要求比較低，不要求學(xué)生記憶嚴(yán)密的定義和概念，只要求能夠理解和應(yīng)用，所以教材中概念的呈現(xiàn)也比較膚淺。同時，課程標(biāo)準(zhǔn)對概念的教學(xué)也要求概念的發(fā)展性和逐步深化，以實(shí)現(xiàn)概念的深層次理解。［1］（P32）初中化學(xué)課程設(shè)置的特點(diǎn)，導(dǎo)致了學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)不系統(tǒng)，概念理解不深刻，尤其是化學(xué)三重表征的重要思維方式很難形成，直接影響高中化學(xué)學(xué)習(xí)。

美國科學(xué)教育改革對概念教學(xué)也進(jìn)行了深刻的反思。2011年美國發(fā)布AFramwork for K-12 Science Education（《K-12科學(xué)教育框架：實(shí)踐、核心概念和跨學(xué)科概念》，以下簡稱“框架”），框架的核心思想是科學(xué)學(xué)習(xí)，通過實(shí)踐、核心概念和跨學(xué)科概念的學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)科學(xué)課程的深度學(xué)習(xí)。新框架的制定者認(rèn)為美國目前的K-12科學(xué)教育缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃，為了知識面的廣泛而強(qiáng)調(diào)離散的事實(shí)，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)缺乏深度。目前很多教師在教學(xué)中試圖對課程內(nèi)容的講解面面俱到，忽視核心概念的深層次理解。而聚焦于核心概念的教學(xué)，則可以避免淺顯地覆蓋大量的主題，使師生能夠有充分的時間進(jìn)行科學(xué)探究與討論，以獲得對核心概念持續(xù)和深入的理解，發(fā)展學(xué)生的綜合思維能力。學(xué)生也會因思維能力的提升實(shí)現(xiàn)學(xué)業(yè)水平的提高。［2］2013年，以“框架”為基礎(chǔ)，美國制定了 the Next Generation Science Standards（《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》，以下簡稱“NGSS”）。NGSS提出的三維學(xué)習(xí)是指綜合運(yùn)用學(xué)科核心概念、跨學(xué)科概念和科學(xué)與工程實(shí)踐，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)科學(xué)，理解科學(xué)本身的整體一致性。對于核心概念的教學(xué)尤其關(guān)注，強(qiáng)調(diào)深入理解核心概念，通過實(shí)踐和跨學(xué)科促進(jìn)概念深入理解。［3］

我國自上個世紀(jì)末之后的化學(xué)課程，開始進(jìn)行素質(zhì)教育，滲透STS、STSE教育，關(guān)注化學(xué)對社會、環(huán)境的影響，滲透學(xué)科交叉，關(guān)注化學(xué)與其它學(xué)科的聯(lián)系，所以在概念的教學(xué)方面或多或少存在與美國類似的情況。隨著核心素養(yǎng)教育的提出，核心概念教學(xué)再一次受到關(guān)注，尤其是概念的深層次學(xué)習(xí)。

二、概念的層次理解

克利斯認(rèn)為概念的理解是學(xué)習(xí)者依托自己的經(jīng)驗(yàn)，了解某一概念所具有的共同本質(zhì)，并能判斷出某一事物是否歸屬于這個概念?？死箤Ω拍罾斫馓岢隽巳齻€理解水平。表層的理解：經(jīng)驗(yàn)就是概念；智力水平的理解：能說出一個概念都包含哪些事物；活躍水平的理解：能說出概念的普遍特征，同時能確認(rèn)個別的例外和異常。［4］可見，概念的理解有不同的角度和層次，為教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐提供了依據(jù)。

學(xué)生能夠多角度的表征化學(xué)概念，從宏觀、微觀、符號三個角度表征問題，是學(xué)生深層次理解概念的標(biāo)志，而且三重表征是化學(xué)學(xué)科特有的思維方式，初中階段是該思維方式形成的重要階段。以“化學(xué)反應(yīng)”為例，如果學(xué)生完成“化學(xué)反應(yīng)方程式”的學(xué)習(xí)，用自己的語言表達(dá)什么是化學(xué)反應(yīng)，那么學(xué)生可以從三個角度描述：

有新物質(zhì)生成的反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)（宏觀）；

參加反應(yīng)的各物質(zhì)的原子重新組合而生成其他物質(zhì)是化學(xué)反應(yīng)（微觀）；

C+O2=CO2就是化學(xué)反應(yīng)（符號）。

學(xué)生能夠從不同的角度表征同一個概念，達(dá)到深層次的、真正的理解。這與課程標(biāo)準(zhǔn)的理念是一致的，對于概念的教學(xué)，不要求學(xué)生記憶嚴(yán)密的定義，要求學(xué)生能夠理解和應(yīng)用概念。

三、深層次理解核心概念的教學(xué)策略

實(shí)現(xiàn)核心概念的深層次理解，需要與之相對應(yīng)的教學(xué)策略，黃清輝、張賢金、吳新建對該課題進(jìn)行研究，提出了化學(xué)課堂促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的四個策略，其中包括三重表征和思維導(dǎo)圖，在此基礎(chǔ)上，融合隨機(jī)進(jìn)入的教學(xué)模式，三個策略相輔相成，實(shí)現(xiàn)學(xué)生深層次理解化學(xué)核心概念。［5］

（一）思維層面的三重表征

化學(xué)學(xué)習(xí)的三重表征，就是指從宏觀、微觀和符號三種表征水平上認(rèn)識和理解化學(xué)知識，并建立三者間的有機(jī)聯(lián)系。微觀與宏觀的聯(lián)系是化學(xué)不同于其他學(xué)科最特征的思維方式，微觀結(jié)構(gòu)決定了宏觀物質(zhì)的性質(zhì)，同時，符號作為中介，有效地增進(jìn)學(xué)習(xí)者對微觀與宏觀世界的理解。三重表征可以使學(xué)生多角度、深層次認(rèn)識和理解概念。

張丙香、畢華林在“中學(xué)生化學(xué)反應(yīng)三重表征的困難及原因分析”一文中分析了學(xué)生造成三重表征困難的原因。［6］北京師范大學(xué)王磊教授也認(rèn)為化學(xué)學(xué)習(xí)的三重表征造成了化學(xué)學(xué)習(xí)的困難，阻礙了核心概念的深層次理解。

（二）表征形式的思維導(dǎo)圖

圖式理論主要研究知識是如何表征的，怎樣的表征方式有利于知識的理解。目前應(yīng)用較多的是概念圖和思維導(dǎo)圖，尤其是思維導(dǎo)圖在化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用廣泛，對學(xué)生概念的系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化起到很好的促進(jìn)作用，使思維可視化。思維導(dǎo)圖是一種思維工具，作為一種圖形技術(shù)，是用來組織與表征知識的工具，強(qiáng)調(diào)思維發(fā)展過程的多向性、綜合性和跳躍性。

以思維導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)化學(xué)核心概念的三重表征，使思維可視化，更直觀，更系統(tǒng)，邏輯性更好，可有效地促進(jìn)學(xué)生形成三重表征的思維方式。

（三）隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)模式

真正達(dá)到對所學(xué)知識的全面而深刻的意義建構(gòu)，不是一次學(xué)習(xí)所能完成的。在學(xué)習(xí)過程中，從不同的角度考慮問題往往可以得出不同的理解。為克服這方面的弊病，在教學(xué)中就要注意對同一教學(xué)內(nèi)容，要在不同的時間、不同的情境下，為不同的教學(xué)目的、用不同的方式加以呈現(xiàn)。也就是說，讓學(xué)習(xí)者可以隨意通過不同途徑、不同方式進(jìn)入同樣教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，從而獲得對同一事物或同一問題的多方面的認(rèn)識與理解，這就是“隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)模式”，是建構(gòu)主義教學(xué)理論下的一種重要教學(xué)模式。［5］隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)正是針對發(fā)展和促進(jìn)學(xué)習(xí)者的理解能力和知識遷移能力而提出的，也就是根據(jù)彈性認(rèn)知理論的要求而提出的。

四、教學(xué)案例：“化學(xué)反應(yīng)”概念的復(fù)習(xí)

三重表征需要學(xué)生學(xué)習(xí)了宏觀性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)符號之后才能逐漸形成，所以，可以在完成化學(xué)反應(yīng)方程式的學(xué)習(xí)后進(jìn)行階段復(fù)習(xí)時，采用以上的學(xué)習(xí)策略加強(qiáng)三重表征的學(xué)習(xí)，達(dá)到深層次理解概念。

通過思維導(dǎo)圖表征方式和隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)模式，對“化學(xué)反應(yīng)”的復(fù)習(xí)課進(jìn)行設(shè)計(jì)，以培養(yǎng)學(xué)生三重表征的思維方式，深層次理解什么是化學(xué)反應(yīng)。該復(fù)習(xí)課與期中階段復(fù)習(xí)相吻合，此時學(xué)生剛剛學(xué)習(xí)完化學(xué)反應(yīng)方程式，是進(jìn)行三重表征學(xué)習(xí)的較好時間段。

（一）教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)三重表征的教學(xué)思想，將教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為如下三個水平，若學(xué)生能夠具備這三個水平的能力，則說明他們對核心概念“化學(xué)反應(yīng)”達(dá)到了深層次理解。

水平一：能夠從宏觀角度表征化學(xué)反應(yīng)，即能說出化學(xué)反應(yīng)的基本特征、常見的反應(yīng)現(xiàn)象，會從宏觀現(xiàn)象判斷一個化學(xué)反應(yīng)是否發(fā)生。

水平二：能夠從微觀角度表征化學(xué)反應(yīng)，即理解化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的本質(zhì)是原子之間的重新組合，并能夠從微觀角度判斷化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。

水平三：能夠從符號角度表征化學(xué)反應(yīng)，即知道每個化學(xué)反應(yīng)必然對應(yīng)一個化學(xué)反應(yīng)方程式，能寫出化學(xué)反應(yīng)方程式的一定是化學(xué)反應(yīng)，并能準(zhǔn)確使用化學(xué)反應(yīng)方程式表征化學(xué)反應(yīng)。

（二）教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)問題情境

教師創(chuàng)設(shè)問題情境：什么是化學(xué)反應(yīng)？學(xué)生根據(jù)已有知識進(jìn)行回答，可能出現(xiàn)的回答有：有新物質(zhì)生成的變化就是化學(xué)反應(yīng)、原子間重新組合是化學(xué)反應(yīng)、直接寫出某個化學(xué)反應(yīng)方程式來表示具體化學(xué)反應(yīng)。結(jié)合學(xué)生的回答，教師給出如圖1思維導(dǎo)圖。

圖1 “化學(xué)反應(yīng)”三重表征的思維導(dǎo)圖

教師要向?qū)W生明確這三種說法分別是從宏觀、微觀和符號這三個角度進(jìn)行的表征，概念可以從這三個角度進(jìn)行表征，分別從這三個角度來復(fù)習(xí)“什么是化學(xué)反應(yīng)”。教師根據(jù)學(xué)生可能做出的不同回答，靈活組織教學(xué)，調(diào)整教學(xué)順序，隨機(jī)進(jìn)入以下的教學(xué)環(huán)節(jié)（隨機(jī)進(jìn)入一，隨機(jī)進(jìn)入二，隨機(jī)進(jìn)入三）。

教師創(chuàng)設(shè)問題情境，首先幫助學(xué)生理解表征的含義就是“什么是……”，并幫助學(xué)生明確：對于“化學(xué)反應(yīng)”這一核心概念的表征，無論是從宏觀、微觀還是符號任一角度來表征都是正確的，然后教師根據(jù)學(xué)生的回答隨機(jī)進(jìn)入本節(jié)復(fù)習(xí)課的教學(xué)。

2.隨機(jī)進(jìn)入一：宏觀表征

針對“有新物質(zhì)生成的變化就是化學(xué)反應(yīng)”的回答，此時教師繼續(xù)設(shè)置問題：請同學(xué)們指出剛才的這種說法是從哪個角度來表征化學(xué)反應(yīng)的（可以提示學(xué)生，宏觀、微觀還是符號）？學(xué)生思考回答，教師給出明確解釋后，從“隨機(jī)進(jìn)入一：宏觀表征”開始教學(xué)即可。教師根據(jù)學(xué)生的回答——化學(xué)反應(yīng)即有新物質(zhì)生成的反應(yīng)，繼續(xù)設(shè)置問題情境：宏觀上哪些現(xiàn)象能夠證明化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生呢？讓學(xué)生自由回答化學(xué)反應(yīng)的常見現(xiàn)象，比如顏色變化，生成氣體或沉淀，伴有能量變化等等，讓學(xué)生根據(jù)不同現(xiàn)象和導(dǎo)圖提示依次舉出反應(yīng)實(shí)例，教師也進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充，導(dǎo)圖如圖2所示。

圖2 “化學(xué)反應(yīng)”宏觀表征的思維導(dǎo)圖

教師結(jié)合圖2根據(jù)不同的現(xiàn)象進(jìn)行解釋，并且讓學(xué)生能夠舉出相應(yīng)的例子。引導(dǎo)學(xué)生按照導(dǎo)圖復(fù)習(xí)完畢之后，教師再次向?qū)W生強(qiáng)調(diào)化學(xué)反應(yīng)的宏觀表征——即有新物質(zhì)生成的反應(yīng)就是化學(xué)反應(yīng)——可以通過觀察獲得宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表征有新物質(zhì)生成。以化學(xué)反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象作為宏觀表征，讓學(xué)生明確可以多種方式觀察到新物質(zhì)的生成，即化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，根據(jù)宏觀反應(yīng)現(xiàn)象判斷反應(yīng)的發(fā)生。

3.隨機(jī)進(jìn)入二：微觀表征

教師引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度回顧課堂開始時創(chuàng)設(shè)的問題情境：什么是化學(xué)反應(yīng)？引導(dǎo)學(xué)生回憶在化學(xué)反應(yīng)中，分子可以分為原子，原子又可以結(jié)合成新的分子。教師繼續(xù)設(shè)置問題：既然是原子的重新組合，那么化學(xué)反應(yīng)前后原子的種類和個數(shù)有變化嗎？教師向?qū)W生明確這就是我們熟悉的質(zhì)量守恒定律的微觀本質(zhì)，也是我們書寫化學(xué)方程式必須遵循的原則。

教師給出一些常見的物理變化和化學(xué)變化，例如：冰融化成液態(tài)水，氧氣變成臭氧，二氧化碳溶于水等等。讓學(xué)生從微觀粒子的角度分析哪些是化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)學(xué)生能夠從原子是否重新組合來判斷化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生時，教師再設(shè)置問題情境：如何從微觀角度來回答什么是氧化反應(yīng)，什么是還原反應(yīng)？學(xué)生能夠回答出得到氧原子的反應(yīng)是氧化反應(yīng)，失去氧原子的反應(yīng)是還原反應(yīng)。然后教師帶領(lǐng)學(xué)生根據(jù)導(dǎo)圖提示從微觀角度來復(fù)習(xí)氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，讓學(xué)生回憶自己學(xué)習(xí)過的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的實(shí)例，并根據(jù)教師要求寫出相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式，導(dǎo)圖如圖3所示。

圖3 “化學(xué)反應(yīng)”微觀表征的思維導(dǎo)圖

在劇烈氧化部分讓學(xué)生分別說出各物質(zhì)和氧氣反應(yīng)的現(xiàn)象（包括空氣中和純氧中）并寫出化學(xué)方程式。還原反應(yīng)部分涉及到的所有化學(xué)反應(yīng)均讓學(xué)生寫出化學(xué)方程式，并提醒學(xué)生注意條件。導(dǎo)圖復(fù)習(xí)完畢之后，教師再次提問學(xué)生：從微觀角度來看，什么是化學(xué)反應(yīng)？再次向?qū)W生強(qiáng)調(diào)化學(xué)反應(yīng)的微觀表征——即原子之間發(fā)生了重新組合。教師幫助學(xué)生明確化學(xué)反應(yīng)的微觀本質(zhì)，使學(xué)生學(xué)會運(yùn)用分子中原子是否重新組合來判斷化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，從本質(zhì)上區(qū)分物理變化和化學(xué)變化，通過化學(xué)反應(yīng)的微觀表征來幫助學(xué)生正確書寫化學(xué)方程式。

4.隨機(jī)進(jìn)入三：符號表征

教師帶領(lǐng)學(xué)生再次回到課堂之初的問題情境：什么是化學(xué)反應(yīng)？用化學(xué)反應(yīng)方程式這種化學(xué)用語來表示化學(xué)反應(yīng)——從符號的角度來解釋“什么是化學(xué)反應(yīng)”，因?yàn)槊恳粋€化學(xué)反應(yīng)都對應(yīng)著一個化學(xué)反應(yīng)方程式，如圖4所示。（強(qiáng)調(diào)：每個化學(xué)反應(yīng)都能用化學(xué)反應(yīng)方程式這種化學(xué)符號來表示，能寫出化學(xué)反應(yīng)方程式的反應(yīng)都是化學(xué)反應(yīng)）。

圖4 “化學(xué)反應(yīng)”符號表征的思維導(dǎo)圖

教師幫助學(xué)生理解從符號角度表征化學(xué)反應(yīng)，就是用化學(xué)反應(yīng)方程式這種化學(xué)符號來回答“什么是化學(xué)反應(yīng)”的問題。明確每個化學(xué)反應(yīng)都能用化學(xué)反應(yīng)方程式這種化學(xué)符號來表示，能寫出化學(xué)反應(yīng)方程式的反應(yīng)都是化學(xué)反應(yīng)。

5.總結(jié)提升

三個角度都學(xué)習(xí)完之后，向?qū)W生明確這種從宏觀、微觀和符號三個角度來說明“什么是化學(xué)反應(yīng)”的方法是三重表征。在教師和思維導(dǎo)圖的引導(dǎo)下分別從宏觀、微觀和符號三個角度對“置換反應(yīng)”進(jìn)行歸納總結(jié)，如圖5所示。

圖5 “置換反應(yīng)”三重表征的思維導(dǎo)圖

教師帶領(lǐng)學(xué)生最后再回到課堂之初的問題情境：什么是化學(xué)反應(yīng)？學(xué)生從宏觀、微觀和符號三個角度進(jìn)行回答。此時向?qū)W生再次強(qiáng)調(diào)這種從宏觀、微觀和符號這三個角度出發(fā)表征同一概念的方法叫做三重表征，并提醒學(xué)生在之后的復(fù)習(xí)中都會使用這種方法。學(xué)生自己將“什么是置換反應(yīng)”從宏觀、微觀和符號三個角度進(jìn)行表征，利用熟悉的知識再次鞏固學(xué)生對于使用三重表征思維方式學(xué)習(xí)核心概念的方法，并利用思維導(dǎo)圖的形式幫助學(xué)生擴(kuò)散思維。課堂最后再回到最初設(shè)置的問題情境：什么是化學(xué)反應(yīng)？此時學(xué)生必須能從三個角度回答問題。

五、研究小結(jié)

根據(jù)化學(xué)學(xué)習(xí)三重表征的思維方式，以思維導(dǎo)圖為表征手段，利用隨機(jī)進(jìn)入式教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)化學(xué)核心概念的深度理解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)化學(xué)學(xué)科理解。對于原子、分子、元素、化學(xué)式、化學(xué)反應(yīng)方程式等概念，在期中階段復(fù)習(xí)都可以用該策略，并輔以習(xí)題進(jìn)行鞏固。