化學思想的內涵及其對化學教育的啟示

龔文慧 邢紅軍

摘? ?要 作為化學教育的重要組成部分，化學思想具有重要的價值和意義。鑒于長期以來化學思想教育研究薄弱，有必要建構化學教育的結構，厘清化學思想的內涵，這對于進一步完善化學教育理論，促進對化學學科核心素養的認識，具有重要的啟示意義。

關鍵詞 化學思想 化學教育結構 化學學科核心素養

化學思想是在化學發展過程中由化學共同體對化學知識、化學方法進一步概括而形成的對于化學本質的深層認識。作為化學教育的重要組成部分，化學思想能夠為學生發展化學學科核心素養汲取營養，具有獨特的教育價值和實踐意義。遺憾的是，化學思想卻長期存在泛化現象，在一定程度上影響了化學教育的持續發展。本文通過建構化學教育結構，厘清化學思想的內涵，希冀為我國化學教育的發展提供有益的啟示。

一、化學教育結構的理論建構

長期以來，化學思想一直存在著邊緣化傾向，已有研究雖然能夠意識到化學思想與化學方法既有區別又有聯系，二者抽象概括程度不同，但卻認為化學思想和化學方法沒有明確的界限，進而將二者混為一談，并統稱為“化學思想方法”[1]。因此，厘清化學思想的內涵，就成為化學教育研究中亟須解決的重要問題。完整意義上的化學教育包括化學知識教育、化學方法教育、化學思想教育、化學觀念教育、化學精神教育。它們相輔相成，共同構筑起化學教育的結構（見圖1）。

1.化學知識教育

在化學教育中，人們對化學知識內涵的認識最為統一，也最為清晰。當前，化學教育須要在化學知識的選擇方面精選核心知識，凸顯化學學科核心素養，緊密結合社會生活實際，聯系科學技術發展趨勢，促進科學精神與人文精神的深度融合。因此，《普通高中化學課程標準》（2017版）對化學知識進行了增補、刪減和調整，其目的是為了使學生建立新的認識化學世界的視角，從而彰顯化學知識教育的重要價值。

2.化學方法教育

化學方法是人們在認識和改造化學世界的實踐活動中總結出來的正確的思維以及行為方式，是人們認識和改造化學世界的有效工具。通過化學方法揭示化學知識的獲得和應用過程，并對化學知識在化學發展中的作用進行解讀，從而實現學生智力發展與知識體系建構之間的平行和同步。我國教學目標從“雙基”教學到“三維目標”，將化學方法作為課程目標，這具有顯著的進步意義，但化學方法的內容卻一直未明確給出，因此，化學方法教育研究還有待進一步深入。

3.化學思想教育

當前，對化學思想與化學方法及化學觀念的認識之所以不甚清晰，是由于化學思想的內涵尚不明確。雖然化學思想隨著科學技術和社會發展不斷變化，但化學思想作為化學現象反映在人的意識中經過思維活動而產生的結果并沒有改變，作為對化學事實進行高度概括而形成對化學的概括認識沒有改變，作為在化學發展過程中由化學共同體對化學知識、化學方法進一步概括而形成的關于化學本質的深層認識沒有改變。因此，化學教育有必要厘清化學思想的本質，清晰界定化學思想的內涵，努力探索化學思想的構成。

4.化學觀念教育

《普通高中化學課程標準》（2017版）把化學思想觀念作為化學學科核心素養的重要構成部分[2]。關于化學觀念的內涵，代表性的觀點有：化學觀念是居于學科中心，具有超越課堂之外的持久價值和遷移價值的關鍵性概念、原理或方法[3];化學基本觀念，既不是具體的化學知識，也不是化學知識的簡單組合，而是學生學習化學后在頭腦中留存的，在考察化學問題時所具有的基本的觀念性的東西，是學生對化學的總觀性認識[4]。因此，化學觀念是對化學問題的概括性認識，它源于化學知識又超越化學知識，對學生的化學學習和發展具有重要的作用。

5.化學精神教育

化學精神是化學教育的行為規范和價值標準，要求學生具有安全意識及生態文明意識;不迷信權威，具有探索未知、敢于批判、崇尚真理的意識以及嚴謹求實的科學態度;深刻認識化學對人類社會進步做出的重要貢獻;具有節約資源、熱愛自然、保護環境的意識，形成簡約適度、綠色低碳的生活方式;能對垃圾處理、環境保護等與化學有關的社會熱點問題做出正確的價值判斷，提出降低化學在應用于實踐的過程中可能帶來不良影響的建議，強化學生的社會責任意識，促使其積極參與有關化學問題的社會決策，認識化學對社會可持續發展的貢獻。

二、化學思想的理論內涵

由化學教育的結構可知，化學思想作為下接化學知識、化學方法，上承化學觀念、化學精神的關鍵環節，對化學教育理論的發展和完善至關重要。基于理論與文獻研究，歸納出體現化學學科本質的化學思想，以期對化學教育理論的發展有所裨益。

1.反應思想

化學反應是化學研究的中心問題，判斷一個反應是否為化學反應的依據是看是否有新物質生成。根據反應物與生成物的類型及反應前后物質種類的多少，化學反應分為化合反應、分解反應、置換反應與復分解反應;根據電子得失，化學反應可分為氧化還原反應、非氧化還原反應;根據化學反應的可逆性，化學反應可分為可逆反應與不可逆反應。化學反應的發生是需要一定條件的，從化學反應速率的角度來認識化學反應進行的快慢，從化學平衡角度來認識化學反應進行的方向和程度。前者屬于動力學研究的范疇，后者屬于熱力學研究的范疇。在實際生產應用中，會從這兩個方面考慮化學反應的可行性，而這恰恰是化學反應思想的核心內容。

2.催化思想

通常認為在化學反應中能改變其他物質的反應速率，而本身的質量和化學性質在反應前后都不發生變化的物質就是催化劑，催化劑在化學反應中所起的作用被稱為催化作用[5]。在現代化學工業中，重要的成就都與催化劑的應用密切相關。不僅如此，催化對生命科學也有重要的潛在意義。例如，綠色植物的光合作用過程極難模仿，麻省理工學院的安吉拉·貝爾切等人運用催化思想成功模擬出光合作用的第一部分。催化作用的發現與應用，不僅對社會的發展具有重要意義，而且賦予一種催化思想，即通過尋找并利用那些既不直接參與、又能產生重要作用的物質來改變化學反應速率的思想。

3.轉化思想

轉化思想是指在較為復雜的存在競爭反應的化學反應體系中，依照一定邏輯，分析、判斷并促成各反應發生先后順序的思想。在化學反應過程中，舊化學鍵的斷裂，勢必會形成離子、原子、自由基等新的微觀粒子，使原來的有序態逐漸變成無序態;之后，這些新的微粒通過相互碰撞和吸引，重新形成新的化學鍵，生成新物質，此時短暫的無序態便轉化成了有序態。從無序轉化為有序的過程中，有序化的方向不止一個，有多種可能性會產生，因此，多種副反應便會相伴而生。例如，在30℃時，甲苯可以與濃硫酸以及濃硝酸的混合物發生取代反應，主產物是領硝基甲苯和對硝基甲苯，副產物是間硝基甲苯。在一個存在多種“競爭反應”的化學反應體系中，若能合理運用這一思想便可以通過改變條件調控主、副反應，使化學反應向著有利的方向進行。

4.平衡思想

物質和物質變化體系都有向平衡狀態變化的趨勢。在同一化學反應體系中，不改變化學反應的條件，如果體系中所有的反應物以及生成物的質量或濃度保持不變，那么，化學反應就達到了平衡狀態。平衡思想適用于化學平衡、沉淀溶解平衡、水解平衡、電離平衡等體系中。比如，對于化學平衡體系而言，當正反應速率等于逆反應速率且都不等于零時，該體系中所有反應物和生成物的濃度保持不變，此時體系就處于平衡狀態，溫度一定時，化學平衡常數也是一定的。根據勒夏特列原理，如果改變影響該平衡體系的條件，如溫度、濃度、壓強等，則平衡向減弱這種改變的方向移動。平衡思想作為化學思想之一，有助于使學生認識到化學反應具有一定的限度和速率，可以根據實際需求來改變不同的條件，從而對化學反應加以調節和控制。

5.守恒思想

守恒思想是人們對化學反應過程中的某些不變屬性概括后，提煉升華而成的一種化學思想。其特點是忽略中間過程，把握化學變化的始態和終態，利用其中某物理量守恒的原則，從而達到避繁就簡的目的。一般來說，守恒思想主要包括以下內容：質量守恒（參加化學反應的反應物總質量等于生成物總質量）、電子守恒（氧化劑得電子總數等于還原劑失電子總數）、元素守恒（化學反應前后元素的種類和數目保持不變）、能量守恒（化學反應過程中，舊鍵斷裂吸收的能量、新鍵形成釋放的能量以及反應的能量變化三者之間的總能量保持不變）、物料守恒（溶液中某一組分的原始濃度等于它在溶液中各種存在形式的濃度之和）以及化合價守恒（化合價升、降總數保持相等）。

6.假說思想

化學假說是科學假說的一種類型，是以觀察化學實驗現象為事實依據，以化學思維形式為框架來反映物質的組成、結構、性質及其變化規律的一種化學思想。化學假說自產生之日起往往會經歷漫長的演變過程，也要經歷非常復雜的系統思維過程，化學假說本身就意味著具備某種不完備性和有待驗證性，它有可能上升為化學思想，也有可能被淘汰，正如恩格斯所言，只要自然科學在思維著，它的發展形式就是假說[6]。整體來看，對假說進行探索的過程本身就在不斷推動化學的發展。例如苯環結構假說的形成和發展就經歷過一系列的假設、推理及驗證過程，使研究逐漸逼近真理，最終苯分子結構的廬山真面目得以揭曉。這是科學家們不懈探索的結果，也是化學假說思想對化學發展促進作用的縮影。

7.價鍵思想

化學反應發生的原因是化學鍵的斷裂與生成或價電子的重新排列，這一變化可以通過價鍵結構的變化來表征。1927年，海特勒和倫敦用量子力學，揭示了化學鍵的本質問題，使共價鍵理論發展成為現代價鍵理論[7]。價鍵理論是在經典的化學鍵理論基礎上形成的，在其誕生發展的百余年中，一直有力地影響著化學界的思維方式，并已成為說明化學結構和化學鍵本質最有影響的化學理論[8]。基于價鍵思想，學生可以認識多種類型微粒間的相互作用，并了解不同類型微粒間的相互作用對物質性質的影響，將這一思想歷程適當融入到化學教學中，有助于學生深入理解價鍵理論，從而更好地體現價鍵理論的內在價值。

8.結構思想

結構思想是指在研究和學習化學過程中所形成的有關物質的組成、結構和性質之間相互聯系的思想[9]，即物質的結構決定性質，物質的性質反映結構。該思想最早由布特列洛夫于19世紀60年代提出，他認為可以從分子的化學結構去了解或預測它的許多化學性質;反過來，也可以從化學性質去確定分子的化學結構[10]，他本人依據此思想成功合成了預言的叔丁醇。化學是在分子、原子水平上研究物質的組成、結構、性質、轉化及其應用的一門基礎學科，所以物質的結構與性質是化學最基本的研究對象之一，物質的性構關系是化學學科最基本的關系之一。因此，結構思想被視作化學學科的核心思想之一，并對其他化學思想具有支撐和統領作用，貫穿于化學研究與學習過程的始終。

9.永恒思想

永恒思想即物質不滅思想，是宇宙發展運行的重要法則，也是化學思想中的重要思想之一，有著非常悠久的發展歷史。如戰國時期《莊子·至樂》中提到：“萬物皆出于機，皆入于機”。“機”是萬物之始，亦為萬物之終，萬物在發展演變過程中含有某種不變的東西，這種思想嚴格意義上尚未觸及永恒思想的根本，但卻有助于人們認識物質不滅的思想。明末學者王夫之以沸水的蒸發、水銀的升華等變化過程說明了物質的不滅性，并高度概括了物質的不滅性，他認為，在宇宙萬物的生滅變化過程中，“生非創生，死非消滅，陰陽自然之理也”。西方在18世紀末期由俄國科學家羅蒙諾索夫和法國化學家拉瓦錫等人通過化學實驗發現了物質不滅的原理。永恒思想認為任何物質都不是從“無”中產生的，而是從其他物質轉化而來的，事物的滅亡也并非從此變為“無”，而是轉化成了別的物質形態。

10.綠色思想

“綠色化學”又稱清潔化學、環境友好化學，是利用化學學科方法和有關原理來降低或消除對人類生存和發展不利的物質的一門新興科學。目前，綠色化學思想教育開展的還不充分，這是因為綠色化學思想不僅僅涉及到理念問題、教育問題和技術問題，而且涉及社會、經濟、政策乃至政治問題，是一個巨大的社會系統工程，需要全社會的廣泛參與。化學學科無疑需要背負起這一重任，從節約資源、開發新能源以及防治污染的視角做出自己特有的貢獻。例如學生學習化學反應與能量這一內容時，可以從研發新型燃料電池、提高燃料燃燒效率、開發高能清潔燃料等角度逐步滲透綠色化學思想。

三、化學思想對化學教育研究的啟示

化學方法、化學思想以及化學觀念教育屬于化學教育結構的中心環節，三者依次遞進，逐漸逼近化學教育的本質。只有當這三個環節的內涵及分類體系都得以明確，化學教育結構體系才可以被系統地建構起來，才能夠促進人們對化學學科核心素養的理解與認識，并為化學教育的發展提供一種新的視角。

1.有助于促進化學教育理論的發展

化學思想作為獨立存在的化學教育理論，既能夠引領化學方法的形成和運用，也能夠為化學觀念的形成和發展提供支撐。因此，化學思想對化學教育理論的發展起著重要的作用。劉知新教授曾指出，化學教育學科建設的關鍵環節是學界同仁努力提高學科自身的建構與研究水平[11]。隨著教育理論的不斷豐富與發展，化學教育理論面臨諸多挑戰，如化學教育理論學術話語大多來源于其他學科，包括心理學、哲學、社會學等，很少有化學教育理論內生性的話語存在。因此，化學教育的發展亟需內生性的理論，而化學思想作為化學教育的一部分，完全有理由被納入化學教育理論大廈之中，并為化學教育理論的發展提供支撐。

2.有助于促進對化學教育本質的認識

化學思想研究不僅豐富了化學思想本身的理論內涵，而且有助于促進對化學教育的認識。化學思想由化學方法生成，但只有最能反映化學普適價值的化學方法才能上升為化學思想;只有能代表化學本質規律，反映化學普遍性價值的思想才能上升為化學觀念。《普通高中化學課程標準》（2017版）并沒有明確指出化學觀念的具體內容。但《普通高中物理課程標準》（2017版）不僅將“物理觀念”列為物理核心素養之一，而且明確指出物理觀念主要包括物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念等[12]。相比于物理學科，化學學科關于化學觀念的研究還不夠。因此，化學思想就可以為化學觀念的完善提供借鑒，從而有助于建構完整的化學教育結構。

3.有助于促進對化學學科核心素養的認識

化學學科核心素養作為學生發展核心素養的重要組成部分，是化學課程的重要目標，也是衡量化學課堂教學效果的重要指標。《普通高中化學課程標準》（2017版）提出化學學科核心素養包括宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學態度與社會責任[2]。由化學學科核心素養的構成可知，化學思想作為化學學科核心素養的重要組成部分，明確厘清化學思想的內涵有助于發展學生的化學學科核心素養。例如，基于結構思想，學生可以推斷物質所具有的性質及用途，甚至構建相應的模型，進而預測化學反應體系中可能進行的化學反應，并且對他人提出的問題解決方案進行有效評估，這些思維過程都可以促進學生“證據推理與模型認知”素養的發展。顯然，展開對化學思想的研究，無疑有助于促進人們對化學學科核心素養的認識。

參考文獻

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[11] 劉知新.對化學教學論學科名稱的認識與建議[J].化學教育，2018，39（09）.

[12] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[作者：龔文慧（1995-），女，山西渾源人，首都師范大學教育學院，博士研究生;邢紅軍（1960-），男，河南平輿人，首都師范大學教師教育學院，教授，博士生導師，博士。]

【責任編輯? 郭振玲】