基于認識思路結構化的化學教學研究

摘" " " 要：作為化學學科知識向學科素養轉化的三種結構化形式之一，“認識思路的結構化”內涵著知識的方法論系統、認識的邏輯統一、知識的學科實踐等三個方面的認識發展要求。基于認識思路結構化的化學教學設計，應結合具體知識深度解析這三個重要內涵，從認識對象、認識方法、認識路線、認識活動等四個方面展開。在教學實施中，教師應重視知識本體、認知思維及認知實踐模型在學生認識思路形成過程中的重要作用，引領學生對學科知識的產生追根溯源，從學科本原的角度去尋找和發現這些學科知識的認識方向、路線、方法和方案，實現認識過程的“程式化”。

關 鍵 詞：化學教學；知識結構化；認識思路

引用格式：童文昭，王后雄.基于認識思路結構化的化學教學研究[J].教學與管理，2024（16）：52-56.

一、認識思路結構化的內涵要求

學科核心素養是學生通過學科知識學習而形成的價值觀念、必備品格和關鍵能力[1]，其中的關鍵能力包含知識獲取能力、思維認知能力和實踐操作能力[2]。關鍵能力是以知識為中介的，而認識思路本質上又是對知識的認識能力的體現，因此認識思路結構化的主要目的是發展核心素養中的關鍵能力。“認識思路的結構化”作為促進知識向素養轉化的三種知識結構化形式之一，課程標準將其界定為“從學科本原對物質及其變化的認識過程的一種概括”[3]。為了更準確地理解“認識思路結構化”的內涵，從而落實其對核心素養的培育要求，本文嘗試從知識論（本體論）、認識論和學科論三個角度對其內涵要求進行溯源和解析。

1.知識論中的方法論系統

知識論回答的是“知識是什么”的問題，關注的是知識的本質和思維活動的內容。知識是一個復雜、抽象的哲學概念，若聚焦于教育的立場，那么任何知識的內在構成都應當包含符號、邏輯、意義三個不可分割的要素：符號是知識表達和存在的形式；邏輯是知識構成的法則，是知識得以被認識的方法論系統；意義是隱藏在知識符號背后的價值體系[4]。知識是人類理性認識的成果，這些理性認識包含著概念、判斷、推理等邏輯形式，也蘊含著形成這些邏輯形式所應用的邏輯方法。

人們一方面依靠著這些邏輯關系不斷地去生產或發現新知識，另一方面又利用這些邏輯關系不斷地將所生產的知識進行統整，尋找其間的有機聯系，確立這些知識在結構上的整體性，最終形成知識體系。因此，這套“方法論系統”是隱含于符號之中的“認知知識形式”，正如赫斯特所言，這是“最有價值的知識”[5]。有了這一知識形式的存在，人們才能化知為識、轉識成智。所以說，知識的內在邏輯才是知識具有認識功能的根本原因，它既是構成知識的法則，也是認識的起源和目的。認識活動的邏輯起點是核心素養之關鍵能力中知識獲取能力的來源，也是課程標準對認識思路界定中“學科本原”的內涵。

2.認識論中的邏輯統一

認識論回答的是“知識得以認識的可能條件”的問題，關注的是認識的發生機制。為了更好地研究各門學科的認識論問題，皮亞杰打破近代認識論專注于語言和邏輯分析的傳統，將認識論引入心理學領域，創立了“發生認識論”。發生認識論認為認識是個體對現實的一種心理適應，其核心是認知結構及其形成機制[6]。所謂認知結構，就是存在于認識主體大腦中的知識結構，是客體知識經主體認識、加工、轉化后所形成的主體屬性的知識形態，其內容既包含客觀知識本身，也包含個人認知加工的結果。作為認識活動中可遷移的圖式，認知結構是客觀知識得以轉化為主體性知識的關鍵，認識主體通過認知結構的同化和順應兩種思維活動實現自身的認知發展。

既然認知結構是知識的一種結構形態，其三要素的內涵也有了主體性的變化：“符號”是指知識的符號化——抽象為語言和符號存在于主體大腦中的客觀知識的本體，是“關于世界的知識”；“邏輯”是指知識的認識邏輯——客體邏輯與主體邏輯的統一體，認識邏輯即認識的規律，是“認識世界的知識”；“意義”是指知識的主體意義——主體通過認知和實踐對客觀知識進行重構而建立起來的，在思想、精神和價值方面的理解，是“加入世界的知識”。因此，“認識思路”即是認知結構中的“邏輯”成分，它指向了消解主客二元對立的邏輯統一，要求學習主體在認識知識的過程中構建起自己的認識邏輯（規律），形成認識世界的思維認知能力。認識活動的邏輯交點是核心素養之關鍵能力的要求，也是課程標準對認識思路界定中關于“認識”的內涵要求。

3.學科論中的認知實踐

學科論回答的是“學科的本質、構成、價值和意義”的問題，關注的是學科領域知識的研究對象、研究方法及學科體系。學科核心素養是通過學科知識的學習而形成的，但由于學科知識與學生的認識兩者有著不同的結構邏輯，學科課程專家在尊重學科知識客觀邏輯的同時，按不同階段學生的總體認識規律進行了調適。所以，學科實質上是“主體為了發展的需要，通過認知結構與客體結構的互動而形成的具有一定知識范疇的邏輯體系”[7]，是為解決認識論中主客二元邏輯對立問題的產物。因此，布魯納在強調學科結構的同時，主張發現學習，注重知識的認識和獲得過程，而不是結果[8]。可見，對于知識的認識或學習，學科論所倚重的是認知性實踐中認知邏輯進入學科邏輯的方式。

認識過程是認識發生前針對認識對象所確立的認識方向、路線、方案、法則的展現過程[9]。“兩次倒轉”教學機制認為，學生的認識過程實際上經歷了兩次倒轉：第一次倒轉是把學科知識的發展史倒轉過來，先認識教材中的現代知識；第二次倒轉則是把教材知識倒轉回去，按科學家發現學科知識的方式經歷知識的形成過程[10]。傳統的學科教學往往只實現了第一次倒轉，發掘了現代學科結構，停留在符號化知識及其工具價值層面。要完成第二次倒轉，就必須帶領學生進入知識的社會歷史實踐，對學科知識的產生追根溯源，尋找認識的方向和路線，發現認識的工具、方法和方案等等，并將整個過程“程式化”。認識活動的邏輯過程是核心素養之關鍵能力從思維認知能力轉向認知實踐操作能力的過程，同時也是課程標準對認識思路界定中“認識過程”的內涵。

二、基于認識思路結構化的化學教學設計

基于認識思路結構化的化學教學設計應從認識對象、認識方法、認識路線、認識活動四個方面進行，具體的教學設計框架如圖1所示。

1.厘清認識對象，挖掘化學知識的內在邏輯

認識對象即知識構成的三要素：符號、邏輯和意義，但由于邏輯連接并規定著符號和意義，因此挖掘知識的內在邏輯成為厘清知識結構的關鍵，也是基于認識思路結構化的教學設計的首要任務。對于由課程專家精心挑選的化學知識，不管是陳述性知識還是程序性知識，背后必定都蘊含著化學學科知識的邏輯形式——概念、判斷和推理。在傳統的化學教學中，化學知識通常被分解成一個個“知識點”呈現，學生難以發現知識背后的邏輯聯系，也就難以通過上位的學科思想、觀念和方法對其進行統整而實現知識的結構化與系統化。這也是學生在面對陌生情境中的化學知識時難以利用已有知識去發現、理解和應用新知識的根本原因。

化學知識的內在邏輯就是化學知識背后的化學概念，以及由概念組成的判斷、由判斷組成的推理。挖掘這些內在的邏輯，一方面要建立起層次清晰的概念結構，即在準確理解概念的基礎上建立起概念之間的結構聯系，這是進行判斷和推理的物質基礎。如“離子反應”概念涉及電解質、電離、溶解性、氧化還原反應等諸多概念，只有理解了這些關聯概念并厘清了它們之間的關系，才能準確認識離子反應概念的本質，進而作出恰當的判斷和推理。另一方面要建立起嚴密的判斷和推理邏輯。判斷是對概念之間的關系和功能的反映，推理則是根據已知判斷推出新判斷，從已知推出未知的邏輯形式。這兩種邏輯的嚴密性，決定了能否將知識恰當地應用到陌生情境中。如“元素周期律”教學中，利用“元素位置反映原子結構”和“原子結構決定元素性質”兩種判斷，推理得出陌生情境中“同周期或同主族元素性質遞變規律”。

2.分析認識基礎，選擇化學知識的認識方法

學生的已有認知結構是認識新知識的基礎。在傳統的化學教學中，常常因缺少對認識基礎的準確分析，導致教師所給出的學習材料與學生的認識基礎不匹配，使得學生在認知沖突產生后，頭腦中原有的知識結構無法同化和吸納新知，又不知該如何對原有知識結構進行改造和重組去順應新知，這是由主客邏輯矛盾或對立造成的。所謂主體邏輯就是頭腦中的先學知識邏輯的主體化反映，客體邏輯即新知識邏輯，兩者的對立實質上是新舊知識邏輯的沖突。解決主客邏輯矛盾的關鍵就是通過轉變或優化認識方法來修正原有的認知結構。而知識的邏輯形式都是經過分析和綜合、抽象和概括、比較和分類、系統化和具體化等“四類八種”邏輯方法形成的。例如，一個化學概念的形成需要對物質及其變化從宏觀表象到微觀本質的各部分屬性有清晰的認識，這必然要經過分析與綜合、抽象與概括的過程；一個化學判斷的成立需要對化學概念間的邏輯關系進行確認，這必須要經歷比較與分類的過程；化學推理也必然要通過系統化和具體化的方法來建立。因此，在教學設計中需要認真思考已有認識與新認識對象之間可能存在的邏輯矛盾，選擇恰當的邏輯方法來促進新舊邏輯的統一。

以“離子反應”為例，高一階段初學這一概念時，許多學生不理解“為何鈉離子與氯離子不會反應生成氯化鈉”。學生已有“化學反應”概念，已有“有新物質生成就會發生反應”判斷。當學生以原有邏輯來推理，就會得出“氯化鈉是新物質，所以鈉離子與氯離子會反應”的結論。而新知涉及的概念有“電解質”“電離”，內含“電解質會電離成離子，離子發生結合造成濃度減小才會發生反應”的判斷和推理。可以看出，新舊邏輯矛盾在于對“什么是新物質”的界定，進一步分析就是學生原有認識中對物質的表征停留在宏觀和符號層面，缺少微觀層面的認識。要解決這些認識沖突，教師就需要在認識方法上進行思考和設計，如將“物質的電離、離子的結合”具體化在溶解性、導電性、濃度的變化上，并從宏觀現象、微觀原因和符號變化等多個角度對其進行分析，然后綜合各部分分析獲得“離子反應的本質”，進而概括得到“離子反應的條件”，最終抽象出“離子反應”概念，再通過分類和比較的方法梳理離子反應與其他反應類型的關系，最后通過系統化的方法將離子反應與相關概念進行邏輯關聯，形成整體結構，促成學生對離子反應的全面認識。

3.確立認識視角，構建化學知識的認識路線

所謂認識思路的結構化，就是引導學生形成穩定的認識思維，使學生能夠按照一定的方向和路線科學地完成認識活動。一方面，要有明確的認識方向，即認識物質及其變化規律的視角。另一方面，要有清晰的認識路線，即認識物質及其變化規律的程序或路徑。化學認識視角的確立和劃分可按以下兩種方法進行：一是根據知識的構成要素，劃分為符號、邏輯和意義三個認識視角。這種劃分方法既確保了認識的完整性，也內涵了不同的認識要求。符號視角體現了知識辨識層面的認識要求，邏輯視角體現了知識理解應用層面的認識要求，意義視角體現了知識價值層面的認識要求。二是根據知識所蘊含的化學思想、觀念和方法進行提煉，因為這些思想、觀念和方法是學科專家依據知識邏輯提煉出來的具有高度統攝性的認識規律。例如，在離子反應認識中，可根據“宏—微—符”三重表征思想劃分為宏觀、微觀、符號三個認識視角，從離子反應的宏觀現象到離子反應的微觀本質，再到離子反應的符號表征（離子方程式），最終形成對離子反應深入而全面的認識。

認識路徑的規劃與構建是根據知識的“兩次倒轉”認識內涵，對從現實到歷史的認識過程進行科學合理的規劃。具體表現為對既定認識視角下認識環節和內容的安排，包括宏觀規劃和微觀計劃兩個方面。宏觀規劃是對不同認識視角的先后順序進行安排，一個認識活動通常會涉及多個認識視角，這些視角之間又存在密切的邏輯聯系，需要根據實際情況進行合理規劃。微觀計劃是對某一視角下的認識環節進行排序，每個視角有其特定的認識目的和要求，要根據知識自有邏輯和期望學生形成的認識邏輯環節、步驟和內容進行安排。例如，離子反應的視角路線及微觀視角下的環節路線可作如圖2所示的安排。

4.設計認識活動，優化化學知識的教學方案

基于認識思路結構化的認識活動設計就是以認識對象、認識方法、認識思路（視角和路線）為目標進行內容化、策略化和情境化設計，最終形成教學方案。認識活動的設計模型由“目標層”和“活動層”構成。目標層中的“目標”是指完成認識活動后在認識對象、方法及思路三個維度的結構化目標。其中，“認識對象”維度目標為：完成整個認識活動后，能夠正確認識知識的符號、邏輯和意義，建立起完整的知識結構；“認識方法”維度目標為：能夠從“四類八種”認識方法中選用恰當的方法來認識知識的內在邏輯——概念、判斷和推理；“認識思路”維度目標為：在認識活動中能夠采用科學的認識視角和合理的認識路線，實現科學、全面、快速地認識知識的結構。

“活動層”是對“目標層”進行教與學的活動化。其中，“活動內容”是對抽象的“認識對象”進行內容化和具體化，使其形成可實施的教學內容。教師在厘清認識對象之后，需要為這些對象落實內容載體，即選擇具體的學科知識要點或案例來承載需認識的符號、邏輯和意義。“活動策略”是為提高活動效率所采用的方法、媒介、手段的總和。教師不僅要通過“四類八種”一般邏輯方法幫助學生認識化學知識的內在邏輯，還要著重思考通過哪些策略來引導學生應用其掌握的一般認識方法和化學科學方法。“活動情境”是為“認識思路”的布置認識場景。情境是觸發認識思維的重要材料，情境的類型、陌生度和復雜度直接影響著認識思路的形成。教師應思考通過何種情境來銜接和協調所選擇的活動內容和活動策略，提升認識思路的清晰度和流暢度。

例如，離子反應知識的“符號”是“離子方程式”，那么在活動內容設計時，教師應思考選擇哪些具有代表性的離子反應作為認識離子方程式的教學內容，才更有利于學生認識和理解離子方程式的內涵意義、書寫方法、計算應用等等。如果通過分類和比較的認識方法來認識離子反應的條件、離子反應類型，那么在活動策略設計時，教師就應思考該如何設置問題鏈，如何設計探究實驗，如何實施方法導引等等。對于活動情境設計，為了成功實現“兩次倒轉”，使學生順利進入知識的現實和歷史實踐，那么教師應思考在所規劃的離子反應認識視角和路線中，可以借助哪些離子反應的化學史實、現代化學科技或現實生產生活情境素材來銜接和豐富各認識環節活動，使學生對離子反應知識形成序列化和程序化的認識。

三、基于認識思路結構化的化學教學策略

1.重視知識本體的解構與建構

從核心素養關鍵能力中的“知識獲取能力”角度來看，知識的獲取和獲取方式是認識思路結構化的應有之義。知識獲取能力就是以已有認知結構獲得新知的能力，而認識思路結構化的主要目的是促進學生對知識的組成及內在邏輯結構形成科學的認識方法、視角和路徑，以便其建構起良好的認知結構，形成功能完整、結構穩定的知識整體。因此，全面認識知識本體的構造是基于認識思路結構化的教學得以有效實施的前提條件，也是促進學生對個人知識進行科學建構的重要保障。作為認識的對象，知識本體是內涵和外延豐富、層次結構復雜的綜合體，不僅有表征的符號，關聯的邏輯，隱含的意義，還有廣闊的外延空間。所以，如何基于學生認識水平對知識本體進行合理解構，使呈現給學生的知識構造既不會超出其認知能力，也不會產生構造缺陷，還能為學生后續的知識建構預留空間，是教學實施過程中需要教師認真思考的問題。

解構即結構分解，就是將知識分解成若干組成部分，方便學生觀察知識內外構造的“全貌”，有助于學生對知識進行重組和建構。解構的思路主要有兩個方向：一是對內解構，即基于知識內在構成將其分解成符號、邏輯和意義，從內部發現知識的組成和關聯。這種解構有助于學生深層次理解核心知識的結構，這也是基于認識思路結構化教學的主要任務。二是對外解構，即基于知識單元的角度向外部尋找關聯的知識組成。這種解構是從宏觀上把握知識的外延，分析認識對象前后上下涉及哪些相關知識，如何作進一步處理，這有助于學生形成整體知識觀，學習上能承上啟下。例如，在離子反應平衡教學時，與之相關的化學平衡、電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡等都應納入，借以幫助學生在離子層次認識平衡的本質，建立大平衡觀。

2.關注認知思維的外顯與操作

核心素養關鍵能力中的“思維認知能力”是指認知加工的過程中表現出的穩定的個性心理特征[11]。認識思路本質上就是一種認知思維，反映了人們在形成理性認識階段的思維規律。但思維規律被當作一種無法明言的默會知識，從而無意或有意地忽視了對認識思維的訓練。一方面是因為教師不知怎么來傳遞這一類知識，另一方面是因為默會知識具有一定的非邏輯性，難以準確地進行論證和說明。事實上，默會知識與顯性知識并非截然對立。從默會知識到顯性知識是一個連續的演變過程，認知結構中的默會知識在一定程度上是可以進行顯性化表達的。如在認識方向、認識路徑上，教師可以通過范例教學的方式展示其過程，進而讓學生嘗試以同樣的方式對認知思維進行顯性化表達。所以，在教學實施中應設法讓學生的認知思維充分外顯，并在思維表達的時間和空間上給予足夠的保障。

對認知思維的外顯，是為了展現學生在認識過程中的思維操作，以便發現并排除其中的思維障礙，促進認知思維的科學建構，形成穩定的認識思路。作為認知結構的重要組成，認識思路也是在同化和順應的思維操作中形成和發展的。只有通過這兩種思維操作來化解新知識本體邏輯與學生原有認知邏輯之間的矛盾，才能形成新的認知思維——具有高遷移性的一般化認識思路。因此，在引導學生借助語言、符號、圖示等方式對認知思維進行外顯表征的基礎上，還應促使學生對認知思維進行反復的操作訓練，包括如何通過同化吸收新知，遇到障礙如何順應調整舊知，直至形成穩定的思維操作程序。

3.突出認識過程的實踐與模型

就知識的認識而言，核心素養關鍵能力中的“實踐操作能力”主要表現為對知識的認知實踐操作能力。知識的認識過程是在心理上、行為上對知識的發生與邏輯的展開過程，在這個過程中，學生需要經歷心理上和行為上的操作[12]。行為上的操作就是通過實踐的方式展開知識的認識、理解、應用和評價，實現知識的認識功能和育人價值。這也是進入知識的“兩次倒轉”認識過程的要求，不經過現實和歷史的實踐，學生不可能真正從學科本源的角度認識知識。通過情境還原或模擬出知識的探索和發現歷程，讓學生“親歷”知識的發現，這樣獲得的知識才是活的知識，是屬于學生個人的知識。特別是對于作為知識內在邏輯的概念、判斷和推理，只有將這些具有核心認識功能的陳述性知識以“做”的邏輯轉化成程序性知識并呈現于實踐中，通過陳述性知識的程序化和操作化，才能復現出知識是在“做”中產生或發現的歷史本源，真正達到“做中學”的目的。

作為學科實踐的重要組成，基于認識思路結構化的認知實踐還是一種強調學科典型的程式化探究活動。所謂學科典型，就是針對特定學科知識的認知實踐所采用的一套具有學科特征的典型做法[13]。這些典型做法與我們常說的學科知識的認知模型在本質上是同源的，元素及其化合物知識中的“價—類”二維認識模型便是如此。認識模型能有效地將同一類型的靜態學科知識轉化為行動性知識，進而使其成為實踐之知和能力之知，因此在強調認識過程實踐化的同時，還應重視認識的模型化問題，認真思考如何幫助學生將認識內容所涉及的認識角度、步驟、方法、內容等概括成便于理解和遷移的認識思路模型，在實踐過程中引導學生逐步構建這些模型，并通過實踐遷移和反思來深化對這些認知模型的認識和理解。

參考文獻

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【責任編輯" " 郭振玲】

該文為全國教育科學“十四五”規劃2022年度教育部重點課題“導向深度學習的知識結構化循證課例及行動路徑研究”（DHA220503）的研究成果