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从能量视角认识化学物质及反应,是一种基本的化学思维方式。它可以更本质地解释化学事实、解决化学问题,更有利于学生正确科学观念的形成及科学素养的提高。现行中学化学新课程开始关注能量视角,引入了能级、电离能、电负性等能量指标,大多数一线教师对这些能量指标的价值不清晰,并质疑这些指标是否应该进入中学。有调查发现,现阶段中学理科教师缺乏整合能量知识教学的意识,大部分中学生只能从某一学科角度看到能量问题,没有形成能量的完整性认识。
针对此,本研究希望从课程论角度回答:什么样的课程内容才是有利于学生能量认识发展的?就促进中学生能量认识发展而言,现行中学化学新课程的安排是否合理?是否还有上升的空间?
本研究首先从能量本体的分析出发,结合化学中能量的特点,寻找到量子力学这一学科依据,界定了“能量视角”的内涵,即真正的能量视角应该是基于量子力学的,具有特有的认识思路和认识范式。在“基于量子力学的能量视角”这一总指挥下,本研究结合文献及量子力学、结构化学书籍中的相关讨论,确立了四个能量认识域:原子、分子、聚集态(晶体)、化学反应机理。对各个认识域,通过梳理量子力学在讨论该认识域时与能量相关的知识点,确立了从能量视角看该认识域的基本角度,再结合与能量相关的知识发展脉络图,参考学生认识发展的基本规律,进行了认识子角度和认识水平的确立,建立了基于量子力学的能量视角下四个认识域的认识模型图,最后将四个子认识模型图打通整合,建立基于量子力学的能量认识总模型。
接着,笔者采取类似的方法,以现行的中学化学课程标准和不同版本教材为文本依据,通过比较差异,选取共同内容,建立了现行中学化学课程中对这四个认识域的认识模型,将这四个模型进行整合、打通,得到现行中学化学课程对物质及反应相关内容的认识总模型。
在此基础上,本研究进行了“基于量子力学的能量认识总模型”与“现行中学化学课程中对物质及反应相关内容的认识总模型”的差异比较,评析了现行中学化学课程,主要得到如下结论:
1)基于量子力学的能量认识都蕴含了一个重要的前提--体系的能量是量子化,而现行中学化学课程体系下学生认为能量是连续的。
2)基于量子力学的认识是基于微粒的,无论是认识原子、分子、晶体还是反应,均直接深入到电子层次,关注电子、原子核之间的相互作用力及所承载的能量的本质,关注电子在体系中的运动状态及具有的能量;而现行中学中学课程中只到原子(离子)水平,关注原子(离子)及之间的相互作用。由此可知,由于加进了基于量子力学的能量视角,带来了看体系“认识范式”的变革。
3)基于量子力学的能量认识都遵循这样的认识思路:用能量的视角对构成体系的微粒间受力及具有的能量本质进行解构,以此为基础从能量视角认识体系中电子的运动状态,利用前两个基本角度的结论从能量的视角认识体系的性质,由此导致能量认识的结果具有整体性的,能量指标之间存在内在的联系。而现行课程中没有明确的认识思路,各能量指标之间缺少内在联系,是孤立的。但不可否认,新课程中引入的这些孤立的能量指标是有利于基于量子力学的能量认识发展的。正是能级、电离能、电负性等能量指标的引入,才让新课程相对于旧大纲更凸显了能量线索,但现行课程对于中学生能量认识发展的促进作用是不够的,需要进一步改进。
最后,笔者站在促进能量认识发展的立场提出了“加和”和“变革”两种课程编制模式,并对原子部分内容编制提出了具体建议。