绪论

一、问题的提出

清华大学宋心琦教授（2001）指出，“中学化学教学的第一目标是让学生牢牢地、无误地、尽管只是大概地形成化学学科观念。”化学学科核心观念是对具体化学知识之间的规律的反映，具有概括性和迁移性，它能够将具体的化学知识有机地联系在一起，使学生的思维超越对具体事实的理解，形成对知识的综合运用和迁移的能力。基础教育阶段的化学教学，要培养学生用化学学科的观念、思路和方法认识物质及其变化规律的能力，使学生能够从化学学科的角度去分析事物和解决问题，逐步建构化学核心观念，使学生具备化学核心观念应当成为中学化学教学有意义的价值追求，基于核心观念建构的化学教学是以下几点的需要。

（一）落实化学学科核心素养的需要

《教育部关于全面深化课程改革 落实立德树人根本任务的意见》强调要研究学生发展核心素养，明确学生应具备的适应终生发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。化学学科核心素养是学生必备的科学素养，是学生终身学习和发展的重要基础，学科核心素养指向本学科对培养学生核心素养的独特贡献，具有鲜明的学科特点。化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”5个方面。上述化学学科核心素养将化学知识与技能的学习、化学思想观念的建构、科学探究与问题解决能力的发展、创新意识和社会责任感的形成等多方面的要求融为一体，体现了化学课程在帮助学生形成未来发展需要的正确价值观念、必备品格和关键能力中所发挥的重要作用。东北师范大学郑长龙教授指出，化学学科的核心素养主要是指化学观念和探究能力。因此，基于核心观念建构的教学是落实化学学科核心素养的根本要求。

（二）深化中学化学教学改革的需要

中学化学教学改革提倡在教学中创设学习情境，组织学生进行探究性学习。教学改革的重点不仅是教学方式的改变，更重要的是教学重心的实质性的变动，要重视学生化学核心观念的建构，使学生的化学学习不再停留于符号与机械记忆水平，促使其始终能从化学学科的视角分析事物和解决问题，化学学科核心观念的建构不仅有助于学生对具体知识的理解，也能促进学生思维能力的提升和对学科基本思想的掌握，即可以帮助学生形成持久的学习能力，使学生真正地学会化学，在学生终生发展中发挥作用。

（三）学生对知识的理解和转化的需要

学科观念建构为本的教学能够促进学生对知识的理解和内化。相比以往知识为本的教学，观念为本的教学可以引发学生的深层次思维活动，深化学生对知识的牢固掌握。这是由于化学学科核心观念是以化学具体知识为载体而形成的对化学学科的总体性认识，是以对化学具体知识的深层领悟为基础的。学生要形成化学学科核心观念，就要对化学学科中具有广泛代表性的核心概念和原理进行深入的思考和反复的推敲，通过不断地反思、概括使自身对知识的理解以及思维水平更上一层楼，从而达成从具体的知识中获得可迁移的基本理解的目的。因此，在关注学科观念建构的教学中，学生在学习某个具体化学知识时不应该停留在知识的表面简单的字面理解和记忆，而应该深入到知识的内在本质，使学生深入理解具体知识的内涵，形成自己的观点和见解的过程。

同时，学科核心观念建构为本的教学还有助于学生将所学的知识向能力转化。学科核心观念的形成可以引领学生对具体知识及它们之间联系的掌握，因此，学科核心观念的建构可以增大应用范围。比如，如果学生在初中初步建立起结构观，那么他们会对物质的微粒构成非常敏感，倾向于从物质构成微粒的视角来分析他们所接触的所有物质，并将这些物质与他们所掌握的物质进行比较联系，尝试以物质的微粒构成为核心，建立起浩大的知识结构体系。于是，学生从教材中获得的知识就变得活跃起来，可以帮助学生将知识内化为能力，使学生科学素养的水平不断提升。

（四）学生终生发展的需要

当今社会科学技术飞速进步，已经渗透到我们的日常生产和生活中的每一领域。从化学的视角来看，化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科，其特征是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。化学不仅与经济发展、社会文明的关系密切，也是材料科学、生命科学、环境科学、能源科学和信息科学等现代科学技术的重要基础。化学在促进人类文明可持续发展中发挥着日益重要的作用，是揭示元素到生命奥秘的核心力量。毫无疑问，化学已经深入到我们生活的每一部分，并广泛影响着我们的生产、生活方式以及考虑事情的思维方式。面对信息的不断更迭，终生学习已经大势所趋。从长远角度来看，化学学科核心观念的形成有助于主导学生今后的发展，帮助学生更好地适应未来的学习、生活和工作。相比传统的知识为本的教学，观念建构为本的教学更加重视学生科学精神、科学方法以及科学态度的培养，即重视学生学会学习、学会思考、学会探究和获取新知识，以及学会搜集和处理各种信息的能力。而这些能力与素养也正是与现今社会同步的必备素质。

二、研究目的与任务

（一）研究目的

学生在中学阶段的化学学习中，最有价值的不是学习并记忆了多少具体的化学知识和原理，而是通过这些具体知识和原理的学习形成核心观念，能用化学眼光去认识世界，解决问题。化学教学的重要目标是让学生建构化学核心观念，本研究旨在使处于隐性状态的化学核心观念进入师生视野，为开展观念建构的化学教学提供理论支撑和实践案例。

（二）研究任务

（1）借鉴国内外研究成果，探讨能涵盖中学化学课程内容的化学核心观念。

（2）借鉴国内外研究成果，探讨促进学生化学核心观念建构的教学策略与教学设计。

（3）开展基于化学核心观念的教学实践研究，形成有价值的研究案例。

三、国内外相关研究

随着人们对化学教学本质的不断认识，化学核心观念的研究成为近年化学教学研究的热门议题。对于化学核心观念国内外许多学者都做了不少研究，但不同人对化学核心观念的提法有所不同，研究的角度也不尽相同。探索化学核心观念的形成更是化学教育者的关注焦点。

（一）国内相关研究

我国《普通高中化学课程标准（2017年版）》提到：“结合人类探索物质及其变化的历史与化学科学发展的趋势，引导学生进一步学习化学的基本原理和方法，形成化学学科的核心观念”“学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值理念、必备品格和关键能力”“化学学科核心素养包括‘宏观辨识与微观探析’‘变化观念与平衡思想’‘证据推理与模型认知’‘科学探究与创新意识’‘科学态度与社会责任’5个方面”“上述化学学科核心素养将化学知识与技能的学习、化学思想观念的建构、科学探究与问题解决能力的发展、创新意识和社会责任感的形成等多方面的要求融为一体，体现了化学课程在帮助学生形成未来发展需要的正确价值观念、必备品格和关键能力中所发挥的重要作用”。

清华大学宋心琦教授指出，具体化学知识应该作为化学观念的载体，有了化学基本认知、基本观念，就能轻车熟路地进行接下来的学习，化学基本观念有物质元素观、物质微粒观、微粒运动观。

北京师范大学王磊教授指出，教学的重点不是让学生掌握更多的事实性知识，而是提升学生的思维水平。她提出了新课程中基于核心观念建构的教学设计理念，并在进行高中化学“元素与物质的分类”教学设计时提出了“元素观”“分类观”“转化观”三个核心观念。

山东师范大学毕华林教授认为，化学核心观念是指学生通过化学学习，在深入理解化学学科特征的基础上所获得的对化学的总观性的认识，其中包括元素观、微粒观、变化观、实验观、分类观、化学价值观，并探讨了这些基本观念的内涵。并将这些化学基本观念分为三类：元素观、微粒观和变化观为化学知识类的基本观念；实验观和分类观为化学方法类的基本观念；化学价值观为化学情意类的基本观念。

山西师范大学梁永平教授指出，化学核心观念是解释物质及其转化规律的独特视角与思维方式。化学科学的核心观念包括元素观、能量观和科学本质观，元素观是从元素视角认识“物质及其转化”，能量观是从分子论、原子论、原子结构理论、化学键理论、有效碰撞理论、碳共价键理论等有关“物质及其转化”的微观认识理论中提取的，科学本质观是基于化学科学认识活动的认识论维度的概括。

国内对化学核心观念的界定主要是从化学学科的基本特征及其与其他自然科学的区别来考虑的，主要是针对中学化学来界定的，其中包括：

（1）化学学科的研究对象——物质及其转化，由此得出元素观、变化观、能量观等核心观念。

（2）化学学科的研究层次——原子、分子、离子等，由此得出微粒观。

（3）化学学科的研究方法和认识活动——化学家利用实验、分类、定量、模型等研究方法对“物质及其转化”的探索，由此得出实验观、分类观、定量观、模型观和科学本质观等核心观念。

（4）化学学科的研究目的——促进人类社会的进步和可持续发展，由此得出STSE观念和化学价值观等核心观念。

（二）国外相关研究

美国于2011年发布的《K-12科学教育框架》，强调学生不仅要学习科学知识，还要建构学科内的核心概念和跨领域的概念，在21世纪的课程与教学中，科学知识的日益增长，使得科学教育不能教给学生所有的科学知识，要为学生提供聚焦知识的核心概念，以核心概念为中心构建知识体系，使其能够学会自主学习。

1995年在美国化学会研讨会上，加拿大著名化学家吉利斯皮（R.J.Gillespie）指出，任何有科学素养的公民都必须懂得化学的基本概念，并将这些基本概念称为“化学主要观念”，在不同的学习阶段化学观念的深度是不同的，对于每一个观念的教学是逐步建构成体系的。

美国AP化学课程框架中也提出了6种核心观念（big ideas），其中包括：

（1）化学元素是构成物质的基础材料，物质的组成可以被理解为原子的排列，原子在化学反应中保持守恒。

（2）物质的化学性质和物理性质可以通过原子、离子或分子的结构、排列及它们之间的作用力来解释。

（3）物质的变化涉及原子的重新排列或组合，或电子的转移。

（4）化学反应的速率取决于分子碰撞的具体细节。

（5）热力学定律说明了能量的本质作用，解释和预测物质发生变化的方向。

（6）化学键或分子间的引力可以形成也可以被打破，形成与打破之间是动态竞争的，容易受到初始条件和外部条件的干扰。

美国化学会在给中学化学的教学指导建议中提出的化学核心观念（big ideas）包括：

（1）宏观世界其实是原子相互作用的结果。

（2）物质和能量守恒，涵盖原子在化学反应中的重新排列、能量的形式及变化、化学反应的配平及计量等主题。

（3）物质的状态和性质，涵盖元素周期表，气体定律，单质、化合物和混合物，化学键，分子间作用力等主题。

（4）物质的微粒性，涵盖分子运动理论，原子、离子和分子的结构等主题。

（5）平衡和驱动力，涵盖勒夏特列原理、化学反应速率、化学热力学（焓和熵）、酸碱反应、氧化还原反应、燃烧等主题。

美国学者艾里克森（H.Lynn Erickson）认为既能有效地压缩课程，又能保持学科整体性的途径是选择的观念，以核心观念作为课程与教学的主题，核心观念能促进学生思维的整合，促进知识的迁移与运用，如果不围绕核心观念教学，容易造成学生的机械学习、学生的认知水平较低。

国外对化学核心观念的界定主要是对化学学科基本内容和基本概念之间关系的提炼，以及对化学学科思想的提炼，概括起来主要包括：

（1）化学反应。

（2）化学动力学。

（3）化学热力学。

（4）物质的组成及其微粒性——元素、原子、分子、离子。

（5）物质的结构决定性质——化学键、分子间作用力、原子结构、分子构型等。

（三）相关研究总结

通过对国内外相关研究的阐述，有的研究侧重于从化学学科特点的角度来进行，有的侧重于从理论的角度来进行，集中于对化学观念内涵的研究、化学观念建构意义的研究，缺乏对化学观念建构的机制的研究，缺乏对如何促进学生建构化学观念的研究。

本研究借鉴以上研究的成果，以化学学科的发展与特点作为化学核心观念的学科基础，以教育心理学、教育科学研究方法的相关内容作为研究的指导理论，探讨能涵盖中学化学课程内容的化学核心观念，探讨观念建构为本的教学策略与教学设计，探讨化学核心观念在教学实践中的运用。