论化学概念的结构与教学组织

作者：周仁鸽

化学教学 2015年02期

　　化学研究视角的多层次性，造就了化学概念内涵的丰富性，而学生对核心概念的理解层次，决定了他们对化学学科的认知水平。由此，厘清化学概念的结构层次以及相关概念之间的关系，并结合学生学习能力，统筹概念的学习过程，形成适合学生认知的课堂结构，无疑是有效教学中值得探索的课题。

　　一、概念教学的常见误区

　　在实际教学中，教师往往缺少对概念进行有效的结构分析与教学整合，学生只能通过习题演练来习得概念不同层次涵义的片段，这样很难达成概念的完整结构与不同层次间的有效联系，从而难以构建概念整体、全面的认识。具体表现为如下几个方面：

　　1.忽视概念在知识体系中的地位，造成概念的孤立学习

　　学科体系是以学科概念为基本单位所构成的知识系统，在这一系统中，每个概念有其特定的地位与价值。学科核心概念及其相互关系的理解，是学科整体构建的关键。这种关系需要学生在不断的学习与比较中逐步领悟，并且，概念关系的理解也是学科体系构建的基础。孤立的概念学习容易导致学生“只见树木，不见森林”——只有松散的知识，而没有整体的结构。

　　例如“氧化还原反应”概念，在学科体系中，即涉及物质微观结构中电子排布与能量问题，又关系到化学反应方向及限度等化学热力学的基本问题，以及反应速率甚至反应历程的化学动力学问题，同时，其反应规律也体现于元素化合物（包括有机物）的性质中。因此，氧化还原反应概念的理解需要在这些相关内容学习中逐步形成，而无法在概念的孤立学习中一蹴而就。

　　2.忽视相关概念的联系及逻辑关系，导致知识的繁杂混乱

　　在化学概念的结构体系中，概念之间的联系包括由个别到一般的总括关系，由一般到个别的派生关系、相关关系，以及横向的并列关系。在学生特定的认知阶段，教科书有时并不会对概念关系加以严格区分，甚至用一种在科学上并不严密的方式进行阐述。这需要教师在学生的学习过程中逐步说明，若忽视这些概念之间的关系，会造成概念之间混淆，从而无法形成概念的准确理解。

　　如在“氧化还原反应”的相关概念中，除氧化反应、还原反应、氧化性、还原性、氧化剂、还原剂、氧化产物等关系比较明确的下属概念之外，还有一些与之关系相对“疏远”的相关概念，如电极反应、金属性、金属活动性等等。只有厘清这些相关概念的关系，才能统筹它们的教学时机与教学序列。

　　3.忽视概念的结构层次及相互关系，导致概念的片面理解

　　化学概念既联系着宏观与微观两个世界，又有着定性与定量层次之分。在不同的认知阶段，教材会表达不同层次的概念内涵，若对这些结构层次不加比较与区分，容易造成概念某些层次的内容缺失或者彼此的孤立，从而造成概念不完整或片面的理解。此外，化学概念的不同层次又会反映在相关符号的表达上，只有建立起宏观、微观、符号的完整联系，才能形成概念的完整理解；只有从定性到定量，才达成概念的精确认识。

　　在“氧化还原反应”学习中，在不同的学习阶段，教科书分别用典型的反应例子从化合价变化、电子转移、方程式的书写、配平与计算、原电池、电解池的原理及应用等多个层面展示概念的不同层次。并且，这些内容层次之间层层递进，又彼此交错，如果我们不加分析地孤立学习，不仅容易造成内容的杂乱无章，而且难以形成概念的深刻理解，从而降低学习效率。

　　二、化学概念的关系与结构分析

　　由上述分析可知，概念关系与层次分析，是概念有效教学的基础和关键。在实践中，可通过概念在学科知识分类中的位置、相关概念比较及概念层次分析，确定概念的结构关系。

　　1.化学概念的学科分类与关系

　　化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的自然科学。因此，就学科实质而言，化学核心概念则可划分为物质结构、物质性质、化学反应原理及研究方法等主要类别。因物质的结构决定性质、性质反映结构并体现在化学变化之中，因此这些概念的类别之间有着相互交联、互为印证的关系，任何一个类别概念均会具有其他类别的相关概念或例证，化学的学科体系正是通过这种相互联系形成一个整体。所以，概念的学习也只有在整体关系中才能达成它真正的理解。

　　2.相关概念的分化与整合

　　在教材编排中，化学中很多涵义相近或相关的概念，在一定的学习阶段往往将它们作为一个整体学习，首先认识这些相关概念的共同或相近属性，再在后续的学习中逐步分化，逐步认识概念的准确内涵及相互关系，避免过早分化导致学习内容太过繁杂而影响学生学习的兴趣和效率。

　　这些相关概念之间往往具有相同、相近或一定层面上交叉的内涵，并有着互为并列的关系。如在物质还原性比较时，会先后涉及“金属活动性”和“金属性”等相关概念，从表1的比较可知[1]，“金属活动性”即为通常条件水溶液中金属的还原性，而“金属性”在各层面的涵义却并不相同。但它们之间又有着内在的联系，在很多金属之间，“金属活动性”和“金属性”在定性范畴的变化趋势是一致的。

　　

　　在学习的初始阶段，教师常会利用与同一物质反应的剧烈程度（速率大小）来说明物质氧化性、还原性或元素非金属性、金属性的强弱；高中教材中也曾通过钠、镁、铝单质分别与水及盐酸的反应现象来说明它们金属性的大小关系[2]。若单纯从概念的科学性上看，这种借用动力学上反应速率不同来说明热力学上反应趋势的大小并不严密，并且此处反映的是金属单质性质，与元素性质也并不相同。对于这些在特定学习阶段的特殊教学处理，需要依据学生实际权衡它们在概念建构中的促进作用与对后续学习的负面影响之后，再作合理的教学编排。

　　3.化学概念的层次分析

　　化学的研究视角与学科特点决定了化学概念的内涵包含了从宏观到微观、由定性至定量、从语言叙述到符号表达的多重内涵（见下页图1）。物质在宏观上表现的性质与变化规律是化学概念形成的基本依据，而原子、分子层面的结构与变化则是化学性质与反应规律的本质原因，原子、分子结构与变化的丰富性，不仅决定了物质宏观性质与变化的丰富多彩，也决定了化学符号与模型在概念涵义表达上的独特价值。

　　

　　如“氧化还原反应”概念，在初中学生曾从物质与氧的反应来认识氧化反应，这是概念形成中从例子到规则的认识方式，从物质与氧的反应的典型例子入手，在后续学习中再以电子转移来定义氧化还原反应。考虑到微观的抽象性，高中“氧化还原反应”概念的学习内容则体现在宏观与微观、定性与定量、语义与符号等结构层次上：首先通过化合价分析确定化合价发生变化的反应为氧化还原反应，再从电子转移层面认识其化合价变化的微观实质，以达成概念宏观到微观的本质认识。而后又通过氧化还原反应方程式的配平、电化学原理及元素化合物知识的学习，逐步从定性深入到定量，认识电子转移及物质转换之间的定量关系，并突出化学方程式、电极方程式等化学符号的应用。

　　三、化学概念的教学组织

　　上述概念关系和结构的分析，能帮助我们深入理解概念的内涵。在实际教学中，我们要以此为基础，再结合教学要求和学生能力进行教学组织。

　　1.明确概念分层与分化的依据

　　在教学中，对于一些涵义相近或包含的相关概念以及概念的微观、定量层次，是否有必要进行严格区分、在什么阶段进行区分、以怎样的方式进行区分都是值得深入探讨的问题。这些问题没有统一的答案，教学中可依据如下的分析而定：（1）课程标准、考纲的要求。不同学习群体（如侧文与侧理），其后续学习的学科素养要求层次不同，因此对概念准确性要求也不同，以此甄别所任教学生对概念学习的要求层次，再考虑概念区分的必要性。（2）现行教学编排对后续相关内容学习的影响，是先行组织性的促进还是概念混淆式的干扰，以此筹划概念分化的阶段。（3）学生学习能力与概念层次的匹配性，考察学生在规定时间所能形成概念理解的层次，以此确定概念区分与分层的方式及时间序列。在此综合评估的基础上，再统筹编排概念的分化与分层。

　　如“金属性”与“金属活动性”概念，对一般学生，在必修学习阶段可以不作区别，等到学习《物质的结构与性质》模块时，再区分两者的内涵并认识其定量标度的方法。而对于学业水平优秀的学习群体，则可尝试将概念直接分化，提前学习“元素电离能”等相关内容，一步达成概念的科学认识。

　　此外，有些类属关系的概念，学习的初级阶段会用某一上位概念代替其类属的下位概念，或将两者不加区分地混用，直至学生对其共性形成基本认识后，再进一步区分其下位概念，形成概念更为准确的认识。如“反应热”与“焓变”（即恒压反应热）、“分子间作用力”与“范德华力”等。

　　2.优化概念的教学组织

　　概念的层次性决定了教学分层的必要性，从宏观、定性、局部层面入手，由表及里，逐步深入到微观、定量、符号层面，最后形成概念的整体性认识，是概念认识与发展的基本历程。

　　在现实中，能与学生经验直接联系的通常是概念的宏观层面。因此，教学应从概念的外部特征入手，通过生活生产实例或实验现象认识概念的宏观属性；而后通过微观分析认识概念的实质。由于微观的抽象性，并且远离学生的生活经验，教学中往往需要对微观结构或变化进行宏观模拟，根据学生的认知水平，可分别采用动画、实物模型、图片、形象语言等一种或多种方式，帮助学生理解概念的微观内涵。如对初学“氧化还原反应概念”的学生，用动画模拟化学反应中电子转移的微观过程，能帮助他们形成概念宏观与微观层面的有效联系，从而促进概念的整体理解。

　　化学符号联系着概念的宏观与微观层次，同时又蕴含了定性与定量的双重内涵，既精练又抽象，是教学的难点也是关键点，在教学中不仅要厘清符号的表示规则，更要以概念的理解为基础，建立符号与概念宏观、微观及定量涵义之间的联系（如图2），并达成符号的熟练应用。

　　

　　如“氧化还原反应”概念的教学，我们可以依上述组织方法，对概念的结构层次进行分析、分解与教学重构（如表2），而后根据学生的学习能力与经验基础，进一步设计教学情境与教学流程。

　　

　　在概念层次分析与内容组织的基础上，还要依据概念本身的复杂程度与学生的认知能力、经验背景，对具体教学过程作进一步统筹安排。具体包括如下几个方面：（1）依据学生学习能力选择一步到位或分层螺旋的学习方式，并确定整个学习阶段分层螺旋的次数与时间间隔；（2）依据学生已有经验，选择合适的教学情境与必要的课堂实验；（3）选择符合学生兴趣与能力的宏观模拟方式；（4）依据概念关键属性（如微观实质、影响因素等）选择有针对性的应用实例与习题检测。

　　从本质上看，基于概念结构分析的教学是一种追求达成概念整体理解的教学探索。但概念的整体性是相对的，会随人们认识的深入而发展变化。如氧化还原反应的概念，高中并未涉及从电极电位角度的定量分析，并且在有机化学中，考虑到电子转移的复杂性，通常也只是从有机物中氢、氧的得失上认识氧化还原反应。另如“活化能”的概念，高中也只介绍它在基元反应中的局部内涵，并未涉及复杂反应。因此，概念的整体性只是学科教学与研究的基本目标与方向，在特定的学习与认识阶段，只能追求一种相对的完整性。

　　从学科的知识结构上看，教学应严格保持概念的整体性与科学性。但就学生的认知规律而言，绝大部分知识难以做到一步到位，而需要构建逐步分层、循序渐进的学习过程，通过反复的螺旋来达成概念的完整理解。所以，在教学中根据学生实际，对教材内容再次开发，合理编排概念的分层与分化，是提高学生学习效率与兴趣的切实途径。

作者介绍：周仁鸽，浙江温州中学（浙江 温州 325014）。