化学学科核心素养视角下的化学知识观

方案，收集和处理数据，得出结论等[2]。还可以作为一种知识，即探究观。1962年，约瑟夫.施瓦布（Joseph Schwab）曾经提出7条探究观：（1）问题指引探究;（2）探究有多种方法;（3）探究可达成多个目标;（4）科学知识需要证实;（5）探究需要辨识并处理异常数据;（6）数据与证据不同;（7）科学实践共同体[3]。2014年，朱迪斯.莱德曼（Judith Lederman）等人提出8条探究观[4]：（1）科学探究总是始于问题但不一定检验一个假设;（2）科学探究有多种方法;（3）问题指引探究过程;（4）科学探究遵循相同的步骤但不一定得出相同的结果;（5）探究的程序影响探究的结果;（6）研究的结论必须与数据一致;（7）数据与证据不同;（8）探究根据现有数据和已有知识做出解释。学生如果理解探究，形成正确的探究观，会大大增强探究能力。

3.结果性知识（Resultant knowledge）。

元素化合物知识、化学概念、化学理论以及化学实验和化学计算等技能等都属于结果性知识，也是最常见的一种知识。结果性知识是化学家探究的结果。

4.本质性知识 （Nature of knowledge）。

本质性知识是指化学知识的特征。诺尔曼.莱德曼（Norman Lederman）认为，科学知识（包括化学知识）具有以下7条特征[5]：（1）暂时性;（2）猜想性与创造性;（3）主观性;（4）实证性;（5）观察与推理有区别;（6）事实不同于定律;（7）科学知识植根于社会文化。本质性知识与探究性知识有交叉，但有本质区别。蕾尼.施瓦兹（Renee Schwartz）认为，本质性知识针对探究的结果，即结果性知识的特征，探究性知识针对探究的过程，即科学知识是怎么产生并被接受的[6]。

5.价值性知识 （Value of knowledge）。

价值性知识是指关于结果性知识有什么用的知识。一般来说，科学知识的主要作用在于解释自然界中的物质及其变化;技术知识的主要作用在于获得改造自然界的方法和手段;工程知识的主要作用在于生产能直接满足人类需要的产品。

二、化学知识的整体性组织

上述五种知识有两种整体性的组织方式：一是基于“化学知识点”的环形组织;二是基于“化学知识进阶”的螺旋上升式组织。

1.基于“化学知识点”的环形组织方式。

环形组织是指某个知识点完整的产生过程，化学家在一定背景下，经过探究，获得结果性知识，该结果性知识具有什么特征，在解释和改造自然界以及如何满足人类需要等方面具有哪些作用。为了行文方便，背景性知识简称C，探究性知识简称I，结果性知识简称R，本质性知识简称N，价值性知识简称V。

2.基于“化学知识进阶”的螺旋上升式组织方式。

化学科学发展的历史长河表明，针对同一个问题，特定时代的特定化学家只能达到特定程度的认识。这种认识往往不全面，不深入，甚至缺乏足够科学证据的支撑。要想达到对某个问题全面、深入、充分地认识，需要一代又一代的化学家前赴后继，从多个不同角度，寻找更多证据，越来越贴近事物真相。造成的结果就是知识进阶，需要以螺旋上升的方式进行组织，相当于把多个基于知识点的环形组织叠加起来，如图2所示。

三、“五位一体”化学知识观的应用

1.“德谟克利特（Democritus）原子论”的环形组织方式。

以德谟克利特（Democritus）的“原子论”为例。从“背景性知识”来看，德谟克利特的老师，留基伯（Leucippus），已经提出了“原子论”。从“探究性知识”来看，德谟克利特是通过天才的猜想继承和发展了留基伯的原子论。从“结果性知识”来看，德谟克利特的原子论与留基伯的原子论有所差异，例如，留基伯虽然指出“万物运动源于原子运动”，但没有明确指出原子是怎么运动的，而德谟克利特则明确指出“万物运动源于原子的结合和分离”。从“本质性知识”来看，德谟克利特的原子论充满了猜想性、創造性、主观性和暂时性。从“价值性知识”来看，德谟克利特的原子论具有一定的解释功能，更重要的意义在于，德谟克利特通过他的原子论为后来的化学科学研究提出了一个本源性问题：世界的本源究竟是什么？正是受这个本源性问题的驱动，人们对原子结构的认识不断深入发展。

2.“原子结构模型演化”的螺旋上升组织方式。

原子结构模型的演化属于化学学科的核心知识，大致历经德谟克利特原子论、约翰.道尔顿（John Dalton）原子论、约瑟夫·约翰·汤姆逊（Thomson，Joseph John）原子论、欧内斯特.卢瑟福（Ernest Rutherford）原子论、尼尔斯.波尔（Niels Bohr）原子论和薛定谔原子论等发展阶段，因而可以使用螺旋上升组织方式。

（1）约翰.道尔顿原子论。

在德谟克利特哲学模型的基础上，道尔顿通过实验第一次建立了科学意义上的原子结构模型。从“背景性知识来看”，道尔顿部分继承了德谟克利特的原子论，比如原子是不可分的实心小球;从“探究性知识来看”，道尔顿并没有直接证明原子的存在，而是基于他的原子论进行推理，得出“定比定律”和“倍比定律”，并被实验所证实。后来，琼斯·雅可比·贝采里乌斯（Jons Jakob Berzelius）等化学家进行了更为精确的实验，也得出类似结论，进一步确定了倍比定律的正确性，间接证明了道尔顿原子论的正确性。从“结果性知识”来看，道尔顿原子论的主要内容包括：1）化学元素由不能再分的原子组成，原子是化学变化中的最小微粒;2）同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量各不相同，原子质量是元素基本特征之一;3）不同元素化合时，原子以简单整数比结合。从“本质性知识”来看，道尔顿的原子论具有浓厚的实证性，是通过“假设—推理—验证”的方式得出来的;从“价值性知识来看”，道尔顿原子论已经超越了思辨式猜想，是科学意义上的原子论。

（2）约瑟夫·约翰·汤姆逊原子论。

在道尔顿原子论的基础上，汤姆逊提出了原子结构的“西瓜模型”。从“背景性知识”来看，汤姆逊继承了道尔顿的观点，认为不同原子有不同质量。在此基础上，又有所发展，他创造了分离不同质量原子的方法，为后人提出同位素概念奠定了基础。从“探究性知识”来看，汤姆逊通过阴极射线实验发现电子，为原子可分提供了证据，这是他最突出的贡献。从“结果性知识”来看，汤姆逊原子论假设“原子带正电的部分像‘流体’一样均匀分布在球形的原子体积内，而负电子则嵌在躯体的某些固定位置。”[7]从“本质性知识”来看，汤姆逊原子论带有明显的推理色彩，基于电子带负电这一事实，汤姆逊推测原子不仅可分，原子内部还存在带有正电的粒子。从“价值性知识”来看，汤姆逊原子论最大的贡献在于他基于证据，不仅打破了“原子不可分”的传统观念，还深入到原子内部，为质子的发现指出了方向。

（3）欧内斯特.卢瑟福原子论。

在汤姆逊原子论的基础上，欧内斯特.卢瑟福提出了原子结构的“行星模型”。从“背景性知识”来看，卢瑟福深受汤姆逊的影响，基于电子带负电而原子不带电这一事实，预示着质子的存在，为原子核的发现埋下了伏笔。从“探究性知识”来看，卢瑟福通过“粒子散射实验”，提出了原子核的存在。从“结果性知识”来看，卢瑟福原子论的要点是：原子的大部分体积是空的，电子按照一定轨道围绕着一个带正电荷的很小的原子核运转。原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。从“本质性知识”来看，卢瑟福的原子论有很大的实证性和推理性色彩。从“价值性知识”来看，卢瑟福的原子论是经典电磁理论在微观世界的推演，虽然有证据支持，但是随着新证据和新理论的发现，还会继续演化。

（4）尼尔斯.波尔原子论。

在卢瑟福原子论的基础上，波尔提出了过渡状态的原子模型。从“背景性知识”来看，波尔部分接受了行星结构，承认这种结构有很大程度的合理性。从“探究性知识”来看，波尔率先使用普朗克的量子理论来来解决卢瑟福原子模型在稳定性方面的困难，后来受到巴尔末等其他科学家的启发，最终成功地解释了经典电磁理论所不能解释的问题。从“结果性知识”来看，波尔原子论的要点是：电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动，离原子核越远能量越高。当电子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不吸收能量，只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射或吸收的辐射是单频的，辐射的频率和能量之间关系由 E=hv给出，h为普朗克常数。从“本质性知识”来看，波尔原子论有很大的主观性、猜想性和创造性。从“价值性知识”来看，波尔原子论最大的贡献就是把人们对原子结构的认识引入到了量子世界。

（5）埃尔温.薛定谔原子论。

在波尔模型的基础上，受德布罗意的启发，薛定谔提出了原子结构的量子模型。从“背景性知识”来看，除了波尔原子论以外，德布罗意已经提出所有运动粒子都具有波的属性。从“探究性知识”来看，薛定谔开始尝试用波而不是粒子去解释电子的行为。这种解释方法解决了波尔模型所不能解决的问题。从“结果性知识”来看，薛定谔原子论的要点是：核外电子以一定的几率密度分布在原子核周围，即电子云。这样就无法同时准确测出电子的位置和动量。从“本质性知识”来看，薛定谔的原子论完全用量子理论来解释，对原子结构的认识是一次科学革命。从“价值性知识”来看，薛定谔的原子论具有里程碑的意义，他为人类认识原子结构开辟了一个新纪元。

四、讨论与建议

“五位一体”的化学知识观是落实化学学科核心素养的重要保障。这种化学知识观把化学学科知识产生的背景、过程、结果以及本质和价值都包括在内，涵盖了化学学科知识产生的完整过程，特别是包含化学学科知识的本质和价值，大大地超越了传统的化学知识观。教师如果以这种知识观为依据进行教学，有助于学生逐步形成正确的价值观念、必备品格和关键能力。为了帮助教师形成这种知识观，特提出如下几点建议。一是化学知识的显性化。显性化是指五种化学知识都要以显性的而不是内隐的方式呈现在课程标准和教科书当中。在显性化方面，做的最好的是那些传统的“结果性知识”。但这远远不够，化学学科知识产生的背景、过程以及本质和价值都需要显性化。二是化学知识教学的活动化。从本质上看，化学知识的教学是一种建构过程。这意味着教师要引导学生认识化学学科知识产生的背景、产生的过程、产生的结果、化学学科知识的本质和价值，用探究活动的方式而不是直接傳授的方式进行教学。三是化学知识教学的真实化。到目前为止，探究教学已经不再是新鲜事物，但是相当一部分探究教学依然是模拟的而不是真实的。要反应真实的化学科学探究，教师一方面要如实地反应化学科学的发展史，另一方面要加强化学知识教学与实际生产生活的联系。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（2017年版）.北京：人民教育出版社，2018：3.

[2] Lederman， N. G. A powerful way to learn. Science and Children，2010， 9，8-9.

[3]Schwab， J. The teaching of science as enquiry. In J.J. Schwab and P.F. Brandwein （Eds.），The teaching of science. Cambridge， MA： Harvard University，1962： 1-103.

[4]Lederman， J. S.， Lederman， N.G.， Bartos， S.A.， Bartels， S.L.， Meyer， A.A. & Schwartz， R.S. Meaningful assessment of learner’s understanding about scientific inquiry-the views about scientific inquiry （VASI） questionnaire. Journal of Research in Science Teaching， 2014，51， 65-83.

[5]Norm G. Lederman， Fouad Abd-El-Khalick， Randy L. Bell， Rene ′e S. Schwartz. Views of Nature of Science Questionnaire： Toward Valid and Meaningful

Assessment of Learners’ Conceptions of Nature of Science.Journal of Research in Science Teaching，2002，（39），6： 497-521.

[6] Schwartz， R. S.， Lederman， N.， & Lederman， J. An instrument to assess views of scientific inquiry： the VOSI questionnaire. in paper presented at the international conference of the National Association for Research in Science Teaching （NARST）.Baltimore， MD.2008：3.

[7] 郭奕玲，沈慧君編著. 物理学史（第 2 版）[M]. 北京： 清华大学出版社，2005： 224 ～231.

作者介绍：孙永平（1974.11-）女，汉族，河北石家庄人，中学一级教师，硕士学位，主要从事高中教育教学工作。

省级“十三五”课题 课题名称 新课改对高中化学教学策略的影响研究 （1704191）。