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1、对高中化学教材理论知识编写的几点建议 摘要 本文从我国现行高中化学教材出发,结合课程编制理论和实际教学经验,并从几套教材演变的角度,评析理论知识的编写。指出现行版本教材中理论框架的优缺点,从克服教学难点、加强知识组块之间内部联系和培养学生综合素质的角度,提出一些改进的尝试和构建教科书理论体系的建议。关键词 课程编制 理论知识我国的化学课程的编制受布鲁纳(J.Bruner)等人倡导的学科结构理论的影响,基本上属于学科结构模式1。化学“学科结构”即指化学基础理论知识,包括物质结构、元素周期律、电离理论、化学平衡、化学变化规律等。我国早些时候使用的全日制十年制中学化学教科书元素化合物知识跟基本理论(
2、包括概念)的比例是64,以后理论部分比例有所减小2。理论部分比例虽不算太大,但却是教材的主线,显然理论知识的编写对于全套教材的教学效果起着举足轻重的作用。下文拟从几个方面谈谈笔者个人对于现行高中教材理论部分编写特色的认识,并就一些问题提出几点建议。1 理论体系编排与内容取舍上的矛盾从全日制十年制教材到现行教材,高中化学内容在不断调整,尤其是理论部分,但在编排顺序及内容的取舍上仍然存在一些缺陷。1.1 化学平衡的观念难以及时树立“化学平衡”是基本理论中的一大难点,在教学中一向受到重视。随着教学内容的不断调整,在现行教材中删去了“化学平衡常数”及与其相关的计算,可以说难度降了一大块。但是把“化学平
3、衡”的知识放到高三年级教材中似乎太迟了一些,没有机会让学生充分体会“化学平衡”的深刻含义及其重要性。笔者认为,“化学平衡”是最能体现化学变化的动态性与辩证性特点的一个规律,是化学学科的一种思维方法,远远不仅仅是一个孤立的理论知识,应当把它作为一种观念在教材中加以确立,贯穿于教材的始终,也应把它作为一种观念在学生的头脑中牢固地树立起来,帮助其理解复杂多变的化学反应及现象。例如,对“强酸制弱酸”规律的错误理解。学生对于诸如HCl+NaClO=NaCl+HClO此类反应的解释就是强酸可以制弱酸。可是H2S+CuSO4=CuS+ H2SO4为什么就能发生了呢(酸性: H2S H2SO4)?学生就解释不
4、了。究其原因,学生并不了解HCl与NaClO反应的本质,而只死记硬背某些“判据”,头脑中没有平衡移动的观念。其实所谓只能强酸制弱酸是在没有平衡概念的情况下教师总结给学生的经验规律,并没有从根本上解释此类反应,自然此“判据”不是放之四海而皆准的。学生在高一已经学习了离子反应的概念,此时倘能渗透平衡移动的观点(不一定非要讲“化学平衡”的概念)来解释该类反应,则必利于学生的正确迁移:因为H+与ClO-结合为HClO(弱电解质),HClO不能完全电离回来,使溶液体系中H+与ClO-的浓度减小而发生了反应。这样学生就好理解了:H2S在水中虽然不易电离,但与Cu2+结合生成的CuS既不溶于水也不溶于酸,成
5、为沉淀从溶液体系中脱离,使H2S浓度降低平衡右移,于是发生了反应。离子方程式为:H2S+Cu2+=CuS+2H+,反应的原因是生成了CuS沉淀,因此该反应实际上与酸的强弱无关。再如:学生不理解工业上为什么可用Na来制K(化学方程式为:Na+KCl高温NaCl+K)在他们看来,K比Na活泼,Na无论如何也不可能置换出K!若是有平衡移动的观点,则易理解:K沸点比Na低,控制条件使其为气体(钠仍为液体),从体系中逸出后促使平衡右移,于是反应就发生了。类似的例子还很多。总之若是能早些在教材中渗透平衡及平衡移动的观点(可以在稍后再系统总结),学生就可以早日掌握化学学科的这种思维方法,对化学反应的理解则会
6、更本质、更辩证、更真实,而不会去生搬教条而误入死胡同。1.2 编排分散但缺乏系统整合,难以形成理论体系的整体观念因为要降低学生理解及教学难度,教材过于注重“三序”(即教材的逻辑顺序、学生的认识顺序和学生的心理发展顺序)结合,将难点分散编排。特别典型的是“物质结构”知识块,教材中把原子结构、分子结构、晶体结构分散讲解,但又没有在讲完之后及时总结,系统归纳,学生难以对“物质结构”知识的全貌有了解。学生分不清几个层次的结构及其相互之间的关系,因而在解释某些现象时不知选择何种结构知识而陷于茫然。如:学生刚学完“物质结构”这一章后却不能解释为什么氮气不如白磷化学性质活泼。因为他们觉得根据元素周期律,N的
7、非金属性比P强,氮气应比白磷化学性质活泼才对。他们就犯了这样一个错误:只从原子结构上去分析(其实只能得出元素化学性质),却未从N2与P4分子结构(键能与分子构型的稳定性上)的差异去认识。从根本上来讲,学生没有用相应层次上的结构来解释相应的性质,不能“对号入座”。学生在分块学习时可能已经明白了,但所缺的就是将几块知识加以系统整合,明确几个知识组块之间的关系。1.3 理论之间联系不够充分,难以“学以致用”化学基本理论包括其中许多基本概念之间是有内在的逻辑性的,要充分挖掘它们的内在联系。这样,学生先学的理论或概念能够帮助其理解后续的知识,学生才会觉得所学的理论或概念是有用的,从而产生学习的兴趣,这也
8、正是布鲁纳所强调的“完美的结构使学习者不知疲倦”。否则,学生就会把这些理论或概念当作孤立的知识点而机械地记忆,而不去深究其内在联系。比如:这几个概念组成一个能自洽的理论知识,但现行教材(94年版)却将分子极性删掉了,“键角”与“键的极性”2个概念马上就有一种被架空的感觉,没有了落点。学生会问:我们学习这2个概念有什么用?仅仅为了考试?教材调整时删掉“分子极性”难道是为降低难度、减轻负担吗?但精减内容不能破坏知识之间的有机联系,否则学生学习起来更加吃力,反而加重了学生的负担。再比如:高一教材中给了金刚石晶体结构示意图,这很好,使学生对于原子晶体的空间网状结构有形象的认识。但遗憾的是,教材几次调整
9、,都未能在高二教材中及时指出金刚石、晶体硅、石英晶体(SiO2)几种晶体结构上的相似性与内在的必然性,割裂了知识之间的联系,又错过了一个应用周期律的生动例证。至于高二教材中采用平面图来表示SiO2晶体的空间结构,则更是南辕北辙了(参阅拙作3)。这样的编排使一些理论知识点显得孤立,也不利于引导学生养成挖掘教材内涵的良好习惯。1.4 有机化学与无机化学相脱离现有的理论体系,使学生感觉到所学的基本理论只适用于无机化学,而对有机化学则无效。于是,在学生眼里,有机化学是一个独立的王国,学生将其作为一门新课来学习,甚至有些原本成绩颇佳的同学学到有机化学以后也有点感到困惑。有机化学部分的理论稍显苍白,使得学
10、生在学习方法上容易陷于只死记反应事实,总结衍生规律,不利于灵活运用。当然,如何加入适当的理论知识,既能加深对反应规律的理解,又使学生不觉得太艰深,确是一个值得探讨的问题。2 理论体系缺乏开放性2.1 过于注重理论的经典意义在内容的选材及叙述方式上,现行教材给人的印象是,书上的理论是经典的、完美的,让人觉得是可信赖的,不容置疑。学生容易将其当做万能的教条,认为无需再加以改变。这样的后果是,学生不易形成怀疑的精神,也没有发展的观点。一旦升入大学以后,发现原来奉为金科玉律的一些理论不灵了,有些甚至是错的。即使在中学现阶段,学生把书本上理论全盘接受下来后,而在应用时却每每遇到一些“特例”,于是他们又觉
11、得简直无“法”可依。由于他们未看到任一理论的发展性与一定适用范围,太习惯于按步就班,所以在发觉不能绝对化时却又会认为化学知识毫无定规,说法太随意,简直无法学习(不像数学定理那样确定)。于是又转向死记硬背化学现象及对反应的解释,而不能辩证地、动态地看待这些问题。2.2 轻视理论的形成过程教材往往在“人们发现”几个字之后,很自然地给出化学原理,学生逐渐有一种印象,化学原理的发现是非常容易的,甚至可以说是显而易见的,他们根本想象不到某种理论的形成过程中还会有什么反复或争论。所以笔者认为教科书中最好能添加一些化学思想史小文章供学生阅读,让他们了解到许多理论或重大发现都是在前人的谬误上得出的,前人的谬误
12、并不可笑,而是弥足珍贵的思想财富。这样有利于培养学生历史唯物主义的思想,认识到科学发现的艰辛,从科学家的事迹中获得一些学科方法论的启示,最重要的是,从一些理论的提出或形成过程中,学生能逐渐学到一些学科思维方法,这不正是我们现在所倡导的素质教育的目标吗?2.3 忽视了技术的进步对理论发现的价值教材中应该提到实验手段的进步对于理论建立的重大价值,例如仪器的更新对于原子结构的逐层深入揭示就是一个明证。明白了这种联系之后,学生才会理解当今世界中经常谈论的基础研究、应用研究、开发研究几者之间关系及各自的价值,也会认识到技术进步的意义,使化学学习具有时代性,学生才不会觉得化学书上写的都是历史上的事情,而是
13、与现实紧密联系的,当代的科学家们正在推动着化学的发展。3 形象思维的训练不够当代心理学的研究,以及无数科学发现事件本身都说明了在科学研究过程中,除了逻辑思维以外,形象思维必不可少。即使是提倡学科结构的布鲁纳本人也十分强调“分析逻辑思维以外,形象思维必不可少”,强调“分析思维”与“直觉思维”的互补性。现行教材中理论体系缺少如上文所说的系统整合,因而难以形成布鲁纳所说的“结构直觉”。而且在理论知识的叙述方式上,也缺乏形象思维的训练。“分子的空间结构”是一个绝好的素材,笔者认为教材对此重视得不够。众所周知,空间构型、对称性与群论在当代化学中举足轻重,而现行高中化学教材中仅仅把“键角”作为一个知识点介
14、绍了一下,并未上升到分子空间构型的角度加以归纳、比较,若是能把H2O与H2S、CO2与CS2、CH4与SiH4(包括CCl4)、NH3与PH3等等分子的空间构型加以比较,不仅使学生有形象化的直觉,而且可以树立分子的空间结构观念,看到分子形状相似背后的原子结构层次上的必然性,促进学生对分子性质的理解与比较。对于有机化学来说,“空间构型”观念就更重要了。同样是碳原子,可在饱和烃、烯、炔、苯环中却有完全不同的构型, 1996年高考第16题中“CH3-CH=CH-CC-CF3的分子中碳骨架的形状”其实就是上述几类碳原子空间结构的简单组合。对于烃的衍生物的空间结构,教材中未提到。现代有机化学中,同分异构
15、体的寻找、化学反应的空间效应、不对称合成(一直方兴未艾)等领域中均以分子的空间结构为基础。中学化学中倘能加强分子的空间构型观念的树立,显然有利于形象思维的训练,对将来大学化学的学习无疑也是大有裨益的。现行教材中将“分子极性”知识删掉,如果因为这是一个难点的话,笔者认为这与教材的叙述方式有关系。原教材中是以“分子中电荷分布”是否对称来解释分子的极性的,学生本来对于“电子云”“电荷分布”等概念就似懂非懂,这种解释显然就显得更复杂化了。另外书中下文结合分子构型解释分子极性的说法也容易产生疑问:“CO2与CCl4分子是对称的,所以是非极性分子”。学生就经常质问“H2O的平面型结构中明明有对称轴和对称镜
16、面,也应该是对称型分子,为什么却是极性分子?”显然,这种对称、不对称的解释并不本质。在教学中,笔者采用矢量合成的方法讲分子的极性,效果非常好。也不必介绍偶极矩的概念,但给学生讲键的极性可用一矢量表示,余下的事情就简单了:由分子空间构型知道几个矢量的空间分布,至于“矢量合成”方法,学生早就在物理中学过了,结果自然水到渠成。这是一种非常直观的形象思维方法,学生极易接受,而且这种方法本身是科学的。这个知识点也就不再是难点了。4 理论联系实际不足教材中更多注意理论、概念上相互之间的关系,以及对于学习元素化合物知识的指导作用,却很少有指导工农业生产与生活的实例。让学生觉得学习化学就是由理论走向理论,学习化学就是做题、考试。这一点当然也是以学科为中心的教材的通病,不只在化学课程中出现。可喜的是,这一点已形成共识,改进也正在付诸实施。5 结论与建议(1)为了降低难度,可以将理论与元素化合物知识穿插编排,像现行教材那样。但在适当的
