时代 变化,世纪更迭,科学技术成果日新月异,教材要改革,有些教材还可能会出现重大改革。新教材理应是时代的产物。
化学教材改革的目标是什么?
化学教学的目标是多方面的,暂且不谈一些放之各科皆准的大小目标,从理论与实践的角度看,有两个方面的目标是不能忽略的,一是使学生认识化学与自然、社会、生产、生活之间的关系,学习化学实验的方法和手段,提高解决问题 的能力;二是学习化学的学科思想与方法。一个学过现代高中化学的学生知道硫 化氢的种种性质,会做各种关于完全燃烧或不完全燃烧 (或部分完全燃烧、部分 不完全燃烧)的化学计算题,却不认识塑料,化学教学是失败的;会背诵元素周期表,却不知道化学反应的基本动力和方向,化学教学也是失败的。
根据以上目标,基础性的中学化学教材如何编写? 以下是笔者的一些看法 。
1 化学学科线索的现代化
化学比数学、经典物理学年轻。化学之所以年轻最主要原因是其研究领域深 人物质的微观世界,复杂程度更高,人们对其认识远未达到定量的境界,这就注定当今的化学教学还远不能像数学、物理学那样刻意去追求其不切实际的逻辑 性,不能勉强应用归纳与演绎的方法。这里一定要谈到元素周期律。元素周期律源于电子排布规律的精彩归纳,特别集中地体现了科学家追求科学规律的天然愿望和令人振奋的基础性成果,在化学历史上起到了里程碑式的作用,人们应用该 规律找到了许多当时未知的元素,推断了一些元素的性质。一百多年过去了,发现新元素的任务已基本完成,人们希望元素周期律派上更大的用场,希望它能演 绎物质变化的诸多事实和规律,象牛顿定律之于经典力学那样纲举目张,实际上却差强人意,其涵盖功能有限。卤素和碱金属、碱土金属算是最具变化规律的少数几族元素。氧族中氧没有+6价,硒酸的酸性甚至比硫酸强,氧化性则比硫酸强得多(氮族中硝酸的氧化性却比磷酸强得多);氮分子由稳定的共价三键构成,磷则有多种同素异形体,白磷分子是正四面体结构;碳族的碳和硅除化合价外相似之处不多,CO2是小分子的气态物质,SiO2却是坚硬的原子晶体;同是碱土金 属,铍、镁的氢氧化物难溶,锶、钡的氢氧化物易溶,它们的硫酸盐则相反,硫酸铍和硫酸镁易溶、硫酸锶和硫酸钡难溶。过渡元素的周期律则出格的更多。 诸如此类的问题实在是律不服人,化学教师站在元素周期律这面大旗下注定经常处 在“挨问”的境地,以元素周期律为化学演绎体系的基本出发点往往是作茧自缚。半个世纪以来,我国的无机化学教材一般以元素周期律为基本线索,一方面是受前苏联的影响(门捷列夫是俄罗斯的骄做;五十年代我国的许多教材是前苏联教材的译本或翻版),一方面可能与对陈旧的逻辑目标的刻意追求有关,教材没有 与时代的变迁发生同步的变化。今天讨论化学教材的改革,一方面要认识化学的“初级阶段”,一方面要认识毕竟一百年后化学的丰富内涵已不是一个元素周期 律能够大包大揽。元素周期律在新教材中应该有专门的介绍,但不能再作为主要 的理论线索出现,这个问题现在应该正式提出来。
这当然不是说化学中目前没有牛顿定律,其教材就不要再追求逻辑体系。没有逻辑就谈不上学科的思想和基本方法。实践证明,学生和教师都不喜欢逻辑性被削弱的教材。追求逻辑之美是人之常情,是最基本的心理需要,也是学科发展 的永恒主题。中学生不喜欢学化学的远比不喜欢学数学和物理学的多,本来就是因为化学被体会为“接近文科”。那么新的逻辑体系(理论线索)怎么组织?第一,新的理论线索应是现代式的,是与物理学和其它学科密切相关的;第二,它必须 是化学的,不是科普的;第三,它是有弹性的,不象乘法口诀表那样规范,不是封闭式的。
化学反应基本的两种形式和动力是氧化还原反应(电子得失)和离子反应。而电子得失和离子变化的方向受到能量最低原理的控制,反应方向的可逆性则表现 为化学平衡和平衡的移动。因此,笔者以为物质的微观结构、氧化还原反应、离 子反应、能量转换、化学平衡这五个方面及其关系集中体现了化学的基本思想和 基本方法,也是科学素养在化学中的具体体现,应该在新编教材中得以重点渲染。 根据前述三项原则,是否考虑以这种渲染作为教材的主要理论线索?五大要素或 分别列章,如氧化还原反应、离子 反应;能量转换和能量最低原理、平衡及其移动则不仅是化学概念,也是自然科学的普遍观念,甚至还是哲学的、社会学的观念,其精神可贯穿始终;或贯穿与分列结合。
这可能会引起严重的关注:中学化学的理论难度增加了,学生的负担增加了。教师们实际上最清楚以下两个问题。第一,高度不等于难度。高等数学的微积分 未必比初等数学的函数、几何难学,不懂解析几何的学生照样可以学微积分,主要看按什么要求教学。降低中学数学的教学难度就不应该以是否删去微积分教学为标志。何况以后的教学内容还有基础性和拓展性、探究性之分,难度是完全可 以分层的。渲染学科思想的目标不在于概念的深入,主要是观念的建立。理念的渗透和专业名词的呈现未必要同步。观念比概念长效,适用性更加宽泛。 第二,中学生学化学的负担很大程度上正是由于缺乏理论高度,死记硬背、“文科味道”是最大的课业负担和心理负担。不奢求概念,少纠缠细节,少“掘井”,把化学的学科特征、学科思想方法和学科的实用性交给学生是变学生被动为主动、以学生发展为本的最本质手段,是最本质的降低学生负担。
2 重新组织课题式单元、加强化学实验的比重
笔者曾对1999年之前九年的高考化学全国卷和上海卷共18份作过一项统 计:总分值2500分,主要针对H2S的氧化反应而设的试题约77分,占 31%;关于氮氧化物(NOx)产生和反应的试题约66分,占2.7%;专门用于猜测 (1—18号)元 素和原子的试题约71分,占2.8%(《掘井是盲目删减的必然结果》,《化学教学》1999年第 6期)不能否认这些试题照样考察了学生的能力,但这种比例与精彩之至的现代化学世界显然不相适宜,化学真的枯燥到要用31%的篇幅去 描述一个H2S吗?H2S是体现化学能力的精髓吗?显然不是。
按本文开头提到的化学教学两大目标,这里讲的能力应该是认识化学世界的能力和化学实验的动手能力。在这方面一些近年来编写的教材已作过有益的尝 试。比如教材中课题式章节或单元的组织。
课题式单元至少让学生系统认识了“能源”、“矿物资源”、“材料”、“环 境”、“化肥”等与化学相关的重要社会课题。但是完全以这些单元作教材的线索(或 主要线索)并分列成章并不成功,因为这些课题涉及了化学知识,竟还不是化学本身,表观上的实用化学不等于现代化学。通过课题来学习化学无可厚非,关键 问题之一是客观上强化了科普和文科的味道,不适应认知心理需求,“应该是”适合大部分学生需要的,却是大部分学生不喜欢。好比某一部重大题材的电影,各方面都无可挑剔,但内在魅力不够,不耐看,要观众喜欢就很难。正反两方面经验告诉我们,以后的教材还是要组织课题式的单元,但这些单元看来要处在二级纲目以下,要有机地镶嵌在整体线索之中。如在金属元素知识中设工业用材单元,介绍铁、铝、铜、钛的金属活动性、资源、冶炼和人类利用史;如在有机化学的后半段设人体营养素单元,包括脂肪、糖类、蛋白质、维生素;加强有机合成单元等。教材新编的一种代价是适当牺牲学科体系的严密性,但中学化学实验 的体系应该藉此机会初步建立起来。上海高考化学命题是以实验题比重较大著 称内地的,出现过许多成套的实验装置图,实际上绝大多数学生未见过实物,并不系统了解装置的要素,几乎完全没有拼装的技 能,完全靠演绎的方法解题。这种目标与实践的脱节对“尊重事实”、“实践能力”的教育是很有害的。是否首先考虑在初三化学中大幅度提高实验课的比例(如60%以上),内容包括器具的认识和使用、物质的分离和测试(以试管和滴瓶为基础)、气体实验与合成实验装置的基本类型(知道实物如何搭建)、定量实验(简单酸碱滴定)等实验完全可以在相关化学原理的讲解之前进行。中学生应该见过三口瓶和回流装置。中学生从接触化学的最初阶段就应该了解化学是有趣的,是以实验为基础的,不是一开始就非得背出元素符号的。
高中化学课也要尽可能多地从教室转移到实验室,教材要为此创设条件。但做实验是要有课时的,一星期2—3节化学课,一项实验做半天是常事,加强实验岂不是空话?所以高中基础性化学课程中可能无法安排大量的学生实验,尤其是定量实验。“边讲边实验”应该是一条出路。“边讲边实验”是广大教师的一项重要创造,一 般来自教师对教学内容的重新整合和设计,以后也应是教材本身 的设计和对教学的基本要求。实验装置、操作顺序只能简化,但应该有美学的价 值取 向。更多的实验只能放在拓展性课程中供选修用。
强化社会课题和化学实验,就必须淡化甚至牺牲另一些内容。淡化才能为强 化腾出空间。
从认知策略上看,原有的一些按部就班式的教学顺序应该有所突破。注意到 一些小学英语的启蒙教育已不再采用“字母→单词→句子”的教学顺序,却是采用先说话、后认识单词、顺便认识字母的方法。化学教学似可借鉴此法,如先给 出质量守恒定律和化学方程式,在潜移默化中认识化学式,让学生自行探索化合 价,自然认识元素符号。这不仅符合认知的心理规律,避免机械记忆的枯燥,还 可节省课时。类似的例子还有变“先认识化学反应速度、后认识化学平衡”为“先认识化学平衡、结合认识反应速度”等。还要尽可能少下定义、少给“概念”,尤其对许多顾名即可思义的内容,如分解反应、化合反应、置换反应、电离度等,明白即可,用不着再定义和要求辨析 (辅以大量习题)。另一些名词、定义、概 念 则考虑暂且删去.如“四种基本反应类型”、“复分解反应”等。
改变一些传统的讲授程式,其实也是“以学生发展为本”的需要,给出机会让学生在探索中学会尊重事实,认识本学科的发展空间,获取弥补缺陷的愉悦,培养其追求真理的兴趣。如上述化合价的问题。化合价本身是有局限性的,如C是四价,C3H8、FeC3中C算多少价?学生的自行探索和修正、存疑、批判、追求远比强行给予、硬性解释主动,事半功倍,教学效果更好。
教学内容的策略必须重新安排。象“硫”那样的元素化学内容、溶解与结晶那样的常识性内容、“胶体”那样的突兀于整体线索外的内容要有所压缩。既然不以元索周期律为线索,1—18号元素的推断这类典型的文字游戏就可避免。“金 属”和“非金属”可分别作为一个或二个整体章节出现。有机化学可考虑将饱和烃、卤代烃安排为一节,不饱和烃为一节,碳、氢、氧化合物为一节,至少在基础型课程中不突出同系物的概念,烯烃和炔烃的性质不必作过细的区别。
要设法降低化学计算的难度和数量。习题的难度和丰度多数是习题编制者(社会力量)所为,与教材内容的取舍也有一定关系。目前在计算题方面最易“出戏”的内容就包括硫、氮”、铝等元素化学内容(初中的溶解度、溶液浓度计算也是题海中的一大支流)。不纠缠细节性的“知识点”,如删去一个“硫化氢”,可能会使一本习题集减少一 、二 十页。
教材 的现代化当然还要包括拓展性课题和探究性课题的理念现代化、教学手段的现代化(如电脑和网络的应用、实验仪器的更新)等。这是其它文章的主题,本文不再赘述。
(原载上海《化学教学》(2002第1期),感谢南京陈凯老师提供文稿印件。)