摘 要：由英国牛津大学出版社出版的《高级化学》十分重视化学基本概念和化学基础理论的设计。分析其内容选取和编排的设计特点，可为我国高中化学教材和教学优化提供借鉴。
关键词：英国化学教材；基本概念；基础理论；设计特点
中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1009-010X（2011）01-0054-03
由宏观深入至微观、由定性至定量、由静态至动态是现代化学发展的基本特点。越来越多的化学家呼吁化学并不再是纯实验科学，须认真审视化学理论知识在化学学科中的地位[1]。化学理论知识在基础化学教育中的作用日益引起世界各国化学教育者的重视，21世纪以来出版的英美高中化学教材，都非常重视化学理论知识对教学的有效指导作用。由牛津大学出版社出版的英国高中化学教材《高级化学》（Advanced Chemistry）在基本概念和基础理论的设计方面具有代表性[2][3]，分析其内容选取和编排的设计特点，对我国教材建设和教学设计优化有着重大意义。
一、基本概念和基础理论在中学化学教学中的重要地位
中学化学理论知识主要包括化学基本概念和化学基础理论两方面。
化学基本概念是化学现象本质的反映，是构成化学知识的基础，是化学知识体系中的核心成分，也是学生认知结构中的连接点及学习的核心，更是整个化学知识的“骨架”。我国中学化学教材中的概念粗略统计有200多个[4]，如物质的量、化学键、溶液、原电池、氧化还原反应、焓变、平衡常数、化学反应速率等。学生只有建立清晰、稳定、科学的概念，才能牢固系统地掌握化学基础知识和基本技能，形成探究化学问题的能力，为后续学习奠定良好的基础。
化学基础理论是整个中学化学教学的核心，其重要性不仅体现在理论本身所具有的分析与解决问题的作用，更重要的是其对学生智力与能力发展所起的不可低估的作用。化学基础理论涵盖了整个中学化学的重要领域，既是认识元素及化合物、化学计算与化学实验的认知基础，也是指导学生获取知识、训练思维和解决问题的重要工具。中学化学基础理论内容可分为物质结构、元素周期律和元素周期表、化学反应速率和化学平衡、电离平衡、电化学五部分。
二、《高级化学》中基本概念和基础理论知识简介
《高级化学》教材内容范围与我国现行中学化学教学内容大致相同，分为基本概念和基础理论、元素化合物、有机化学三部分，但它是以模块划分的：物理化学（Physical Chemistry，共15章）——即基本概念和基础理论，无机化学（Inorganic Chemistry，共5章）——即元素化合物，有机化学（Organic Chemistry，共12章）——即有机化学。《高级化学》中的“物理化学”（即化学基本概念和化学基础理论知识）部分又细分为五个模块：①物质结构、元素周期律（1~4章），包括化学的发展变化、元素周期表和原子结构及其发现过程、用结构解释元素周期律；②化学键、物质状态（5~8章），包括化学键、键的极性、分子结构、晶体结构、状态变化和粒子间力以及气体；③化学反应中反应物的质量和体积以及能量的变化（9~10章），包括对反应中涉及的质量和气体的计算、溶液浓度计算以及酸碱滴定测定浓度及相关计算；④化学平衡、酸碱平衡和氧化还原平衡（11~13章），包括化学平衡概念、化学平衡移动原理、平衡常数及应用、酸碱性质、酸碱反应、酸碱滴定和缓冲溶液及其相关计算、氧化还原反应概念、氧化还原反应滴定、氧化还原反应的应用（原电池和电解池）以及金属置换规律等；⑤化学反应的方向、速率（14~15章），包括向平衡自发变化、熵、Gibbs自由能以及化学动力学相关知识。
总体来讲，英国《高级化学》教材与我国现行的高中化学教材相比难度偏大，对学生素质能力的要求较高，如其将Gibbs自由能、晶体结构、溶度积、标准电极电势等较难理解的化学概念和理论纳入到高中化学教材中。
三、《高级化学》中基本概念和基础理论设计特点
1.内容选取。
（1）注重知识的前沿性。
《高级化学》非常重视化学前沿知识素材的选取。例如，第二章第一节“原子核的概念”介绍了可以观察到原子形貌的扫描隧道显微镜（STM），并在教材特设的工具栏中详细介绍了扫描隧道显微镜的结构和工作原理，供有更多学习需求的学生深入学习相关内容；又如第十三章第十节“氧化还原反应的应用”在介绍不同类别的电池及工作原理的基础上，列举了燃料电池、钠-硫磺电池和锌-空气等几种新型充电电池的原理和用途。将前沿性化学知识引入教材，不仅可以开阔学生的视野，而且对培养学生化学学科思维能力以及为学生清楚认识化学学科的重要性提供了非常真实的素材，这对于培养化学后备人才以及普及化学教育是很有帮助的。
（2）注重学科实证方法。
《高级化学》介绍化学基本概念和化学基础理论时特别注重实证方法的运用。例如，在第四章第一节引入原子概念后，为了让学生认识原子的结构，深刻理解、认识原子中电子的真实存在，编者通过物理实验向学生详细呈现物理学家发现电子的过程，即运用光和电子辐射等物理知识，用分光计测量出波长的数据来确定原子中电子的存在。教材在引入抽象概念时，如果编者能用实证的科学方法将抽象概念的本质特征反映出来，可以使学生认识到科学概念是建立在科学实验基础之上的，同时让学生体验科学方法的应用过程。这样不仅有利于学生理解、建立抽象概念，培养学生对科学的信任感，更可培养学生的科学素养；又如，第十一章第六节为了帮助学生建立“平衡常数Kc”的概念，教材选用两组真实实验数据（氮气与氢气反应生成氨、乙酸与乙醇反应生成乙酸乙酯和水的实验数据），通过计算得出上述两个反应的平衡常数，使学生感性地、深刻地理解化学平衡常数。《高级化学》中实证方法的设计，不仅可以证明抽象的化学概念和化学理论是具有科学性的，同时在实证的过程中让学生掌握了一定的科学方法。这种设计有利于学生学习实验研究方法，有利于培养学生应用科学方法解决实际问题的能力，有利于培养学生的科学精神，从而使他们在面对各种问题时，能更容易地激活储备的知识，灵活地利用它们解释新现象，解决新问题。
（3）注重理论知识的拓展应用。
《高级化学》在引入理论知识后，注重设计真实的问题情景，让学生充分运用理论知识来解决实际问题。例如，第十一章“化学平衡”共有十节内容。第一节和第二节是帮助学生建立化学平衡概念；第三节和第四节主要介绍勒沙特列原理；第五节和第六节介绍平衡常数概念；接下来的四节内容则是关于化学平衡、勒沙特列原理、化学平衡常数的应用知识，包括应用化学平衡知识求生成物的产量、溶度积常数等等；又如，第十二章“酸碱平衡”共有十二节内容，介绍酸碱平衡理论以及强酸、弱酸、强碱、弱碱后，接下来的四节内容则是对相关概念和理论的应用，涉及到酸碱滴定、缓冲溶液及其相关计算。认知主义认为，将所学知识进行多元化的应用和解释，学生对知识之间关系与联系的认识就会变得更加清晰，运用知识处理各种问题就会变得更加灵活；同时，当学生发现所学知识在许多方面都有应用时，就会涌现出强烈的求知欲望，在化学学习中表现出前所未有的自觉性和主动性。
2.内容编排。
（1）注重化学史的运用。
《高级化学》在介绍化学基本概念和基础理论时充分运用了化学史的内容。以第一章“化学的发展变化”为例，共有四节内容。第一节从三个方面（化学的起源、早期冶金家和现代化学的建立）为学生勾画出化学动态发展的脉络；第二节引出元素，将元素不断发现及其分类的历程（三素组分类、八音律分类）向学生呈现；在第二节的基础上，第三节介绍了门捷列夫的元素周期表；第四节是现代元素周期表，现代元素周期表的建立是以原子结构为基础的。通过以上四节的内容，可以让学生深刻认识化学是由宏观向微观发展的过程，科学理论是在不断深化发展的，同时可以使学生体会到前人在科学方法、创新意识方面的努力，进而激发自己的学习兴趣与动力。
（2）重视“前概念”的应用。
认知心理学家奥苏贝尔的一个重要观点是有意义学习，即指新知识必须和学习者现有的认知结构产生相互作用，才是有意义的学习。《高级化学》在介绍化学概念时特别重视对学生在日常生活中已经形成的“前概念”的应用。例如：化学平衡概念的建立采用“平衡—动态平衡—物理平衡—化学平衡”四个步骤完成：通过常见静态平衡的例子——压跷跷板时的平衡帮助学生理解“平衡”概念的本质；再以人在扶手电梯上保持在某一特定水平位置为例帮助学生构建动态平衡概念；然后指出物理平衡属于动态平衡的一种，其前提是物理变化，特征是物质处于各个物理相（气、液、固）的量一定，实质是发生物理变化的两个过程的速度大小相等、方向相反；在构建物理平衡概念的基础上，将物理变化迁移到化学变化来帮助学生构建化学平衡概念。
（3）注重知识的系统性。
整体而言，《高级化学》教学内容设计十分注重知识的系统性。例如，教材在第十一章介绍化学平衡后，分别在第十二章和第十三章介绍了酸碱平衡和氧化还原平衡。酸碱平衡和氧化还原平衡是化学平衡的两种类型，化学平衡的理论知识完全适用于酸碱平衡和氧化还原平衡，即化学平衡可以作为学习酸碱平衡和氧化还原平衡的基础；而酸碱平衡和氧化还原平衡又是对化学平衡的拓展和深化。教材在介绍氧化还原反应、氧化数、氧化还原反应的滴定方法、氧化剂与还原剂、氧化还原反应与电化学电池、电极电势内容之后，介绍原电池原理以及氧化还原反应在原电池中的应用，为学生学习原电池知识做了充分的概念及理论铺垫。建构主义认为，如果教材有良好的内在联系，前一课题的学习是后一课题学习的前提，先前学习知识的概括和包摄水平高于后面学习的知识，那么学生认知结构中的原有“固着观念”就有了最大的可用性。
（4）强调以学生为中心，突出情境对概念建构的重要作用。
《高级化学》在引入化学概念时特别重视从日常生活入手，与一定的社会文化背景即情境相联系。例如，在引入物质的量的概念时，先通过生活中常见的例子——银行职员在清点客户的存款金额（便士/硬币）时，并不是逐个清点硬币，而是事先称量10便士、50便士、500便士甚至1000便士的质量，以此作为计量标准。当客户前来存款时，银行职员只需称量客户所带存款硬币的质量，将其与计量标准比较后便可得出金额数目。同样，原子极其微小，我们难以对其进行惯常的计数，为此引入“物质的量”这一表征原子数目的物理量。通过前面日常生活例子的引导，学生便不难理解“物质的量”的意义了。建构主义认为，学习总是与一定的情境相联系的，在实际情境下进行学习，能使学习者利用自己原有认知结构中的有关经验去同化或顺应当前学习的新知识，从而将新知识理解透彻。
（5）运用图片和原始图表，加强直观形象性。
《高级化学》在扉页介绍了自身特点之一是“为了突出概念的形象介绍，使用了包括创新分子模型软件创造的模型在内的上百幅图片和原始图表”。学生可以从中了解有关概念的某些信息，为内化这些概念奠定感性基础。例如，教材在介绍分子、离子、化学键等概念时，运用了大量的模型辅助学生理解。建构主义主张在教科书中更多地让学生利用各种原始数据、素材进行分析思考，而不是直接接受基于这些数据素材而得出的结论。化学基本概念的抽象性往往成为学生学习的一个心理障碍。我国传统教材主要以文字表述的形式呈现教学内容，而当代教材更加注重图文并茂，加大以图代文和利用图画、资料等创设学习情境的力度，帮助学生应用多种感官增强感性认识，促进学生自主学习的进行。
四、小结
化学教育工作者应充分认识到化学基本概念和化学基础理论在中学教学中的重要地位，改变化学学科只是一门“纯实验科学”的观念，重视基本概念和基础理论在中学化学教学中的重要价值，从而最大限度地培养与提高学生的化学科学思维能力。同时，教材编写者应将化学学科知识与心理学研究成果有机结合，在保证化学学科知识体系完整的基础上充分考虑学生的身心发展规律，突出学生的主体地位，充分考虑化学理论知识在教材中呈现方式，发挥其对化学教学有效的指导作用，使教材中教学内容编排更符合学生的认知规律，便于学生自主学习，有利于学生意义建构化学知识体系，实现教材向学材转化。总之，研究新时代的教材编写和评价，深入研究国外优秀教材教学设计特点，对我国教材建设和教学设计优化均有着重大意义。
参考文献：
［1］钮泽富.理论化学在基础教育中的地位与作用［J］.化学教学，2003，（3）:1~3.
［2］田 红，周 青，杨辉详.英国Advanced Chemistry教材有机化学内容编排的评析［J］.化学教育，2008，（3）:10~12.
［3］陈 伟，周 青，刘光琼.英国高中教材《高级化学》中化学平衡概念构建的四环节［J］.中学化学教学参考，2007，（11）:59~60.
［4］周 青，杨妙霞，杨辉祥.中英化学教材中概念引入方式的比较［J］. 福建教育学院学报，2004，（9）:124~126.
