基于知识逻辑体系与认知发展规律的教材分析及教学建议

摘    要：不同版本的高中化学教材在不同程度上追求知识逻辑体系与认知发展规律之间的平衡，并尊重唯物辩证法下人类认识和改造客观世界的基本过程，以及化学作为自然科学学科本身的特点。基于知识逻辑体系与认知发展规律对不同版本的教材从编排位置、编排用意、学科教学等角度展开比较分析，有助于教师实施有针对性的教学。如可分别以项目式学习、单元整体教学破解因教材侧重知识逻辑体系、认知发展规律而带来的教学难题，或者基于实际学情，综合教材、知识特点合理组织教学，从而提高教学效率，助推教师个人成长以及学生全面发展。

关键词：教材分析；知识逻辑体系；认知发展规律；高中化学

化学教材是在对化学课程标准相关要求、化学学科知识逻辑与结构、学生认识与心理发展规律的综合考虑与正确分析下编写而成的。知识逻辑体系指以知识本身的系统性及内部逻辑为准则，根据整体知识框架体系下各知识点之间的联系与相互作用，由表及里，由浅层到内核，环环相扣完成知识的意义建构。认知发展规律指以人对外界事物形成认知的规律为准则，根据人对事物接受的顺序、阶段、差异等特点，由易到难，化繁为简，化抽象为具体，层层递进完成知识的意义建构。马宏佳在对国内外化学教材进行分析后指出，我国高中化学教材的编写主要以学科知识的逻辑顺序为主，并在充分考虑学生的认识顺序与心理发展顺序的前提下，对学科知识顺序进行恰当的调整，其具体表现为以物质结构的理论和物质变化的理论为基本框架，理论知识与元素化合物知识穿插编排，化学计算、化学实验与有关理论和元素化合物知识密切配合［1］。但不同版本的教材对知识的编排与处理，在知识逻辑体系与认知发展规律的角度上存在明显的差异与特点。揭示这些差异与特点，阐述如何结合教学实际合理运用，对新手教师在教材处理、教学设计等方面的成长，以及学生在学科知识的完整吸收与消化上都有着重要意义。

一、基于知识逻辑体系与认知发展规律比较分析教材

“氧化还原反应”与“离子反应”作为高中化学开篇物质变化部分的理论知识，对初中化学“四大反应”知识的衔接与高中化学常见无机物及其应用等知识的铺垫起着重要作用。根据《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“《高中化学课标》”）可知：在“氧化还原反应”上，要求从电子转移的层面了解其本质，摆脱初中阶段“得氧失氧”的片面认识，同时知道常见的氧化剂和还原剂，并能依据氧化还原反应原理预测物质的化学性质与变化；在“离子反应”上，要求认识酸、碱、盐等电解质的电离并能用电离方程式表示电离过程，同时了解常见电解质的检验方法，能用离子方程式正确表示典型物质的主要化学性质。

从事实性知识、工具性知识、理论性知识三个方面，整体分析人教版普通高中教科书《化学》必修第一册（以下简称“人教版教材”）与苏教版普通高中教科书《化学》必修第一册（以下简称“苏教版教材”）在知识逻辑体系与认知发展规律上的编排情况，可以发现二者都具有如下特点：先让学生在事实性知识的学习中发现并总结规律，形成工具性知识；再让学生学习并运用工具性知识去研究事实性知识；然后让学生运用理论性知识，从微观的角度去分析、概括、表征工具性知识与事实性知识的机理以体现学科逻辑；最后让学生回到生产生活实际，运用工具性、理论性知识去反哺事实性知识以彰显学科价值。二者在不同程度上追求知识逻辑体系与认知发展规律之间的平衡，并尊重唯物辩证法下人类认识和改造客观世界的基本过程，以及化学作为自然科学学科本身的特点。具体到“氧化还原反应”与“离子反应”上，以知识逻辑体系与认知发展规律的视角从编排位置、编排用意、学科教学等方面展开分析，能够发现人教版教材更侧重知识逻辑体系，苏教版教材则更追求认知发展规律。

（一）基于编排位置的分析

从编排位置方面来看，人教版教材以章节的形式编排，在第一章《物质及其变化》中以两个独立小节较为系统完整地编排“氧化还原反应”与“离子反应”的相关内容，随即在后续的第二章《海水中的重要元素——钠和氯》与第三章《铁    金属材料》等章节中利用“氧化还原反应”与“离子反应”的相关知识预测、分析相关物质的性质与变化。苏教版教材以专题单元的形式编排，分别在专题1“物质的分类及计量”（第一单元《物质及其反应的分类》、第三单元《物质的分散系》）、专题3“从海水中获得的化学物质”（第一单元《氯气及氯的化合物》、第二单元《金属钠及钠的化合物》）中，结合各专题主题内容特点分别穿插“氧化还原反应”与“离子反应”的相关知识，然后通过专题3第三单元《海洋资源的综合利用》完成两块知识的综合运用，到了专题4“硫与环境保护”（第一单元《含硫化合物的性质》、第二单元《硫及其化合物的相互转化》）才系统完成“氧化还原反应”与“离子反应”知识的建构，并利用两块知识完成硫及其化合物性质的预测与分析（具体如表1所示）。

（二）基于编排用意的分析

从编排用意的角度分析，由于“氧化还原反应”与“离子反应”对教材后续具体物质性质的分析与化学反应的表征具有重大意义，两版教材都将两部分内容置于必修第一册。人教版教材侧重知识逻辑体系，于第一章就较为完整系统地完成了相关知识的全部编排，并紧密联系后续章节完成知识的运用，强调将“氧化还原反应”与“离子反应”作为学习化学、研究物质的工具，并将其贯穿于后续章节中，体现了宏微结合的思想，反映了化学学科在研究物质时所必须严格遵守的化学观念与科学思维。而苏教版教材对“氧化还原反应”与“离子反应”的编排则较为分散，其相关内容几乎贯穿于整册教材。苏教版教材较为注重将理论性知识与事实性知识相结合，依托各专题主题，从认识物质到分析物质再到总结规律，从一般到特殊，从具体到抽象，严格遵循人类认识物质以及学生接受知识的发展规律。以“氧化还原反应”为例，从专题1中对初中阶段的“得氧失氧”片面认识的否定开始，逐步进阶发展以完成知识的建构，最后到专题3、4中知识的综合运用，一定程度上体现了辩证法中否定之否定、质量互变两大规律以及唯物辩证法的总特征——发展观（事物发展的前进性与上升性）。

（三）基于学科教学的分析

从学科教学的角度进行分析，两版教材的第一部分内容都是物质的分类及转化，以完成与初中阶段的四大基本反应等的衔接，并基于四大基本反应初步延伸出“氧化还原反应”与“离子反应”相关内容，力求科学快速地将学生的思维由初中阶段的简单片面转换至高中阶段的系统完整。两版教材由于在知识逻辑体系与认知发展规律上的侧重点不同，导致对学生的要求及学习的难度产生差异。人教版教材第一章中物质的“分类及转化”“离子反应”“氧化还原反应”涉及内容大多比较抽象，“离子反应”中从电解质到电离方程再到离子反应方程，“氧化还原反应”中从定义到特征再到本质最后到性质及配平，知识上系统完整且环环相扣，同时对宏微结合、证据推理、模型建构等学科素养均有涉及。在高一起始阶段，如此庞大的知识网络、素养要求和抽象定义给教师的教与学生的学带来了巨大的难度，导致在具体的教学实践中出现了教学进度缓慢、学生适应难度大等问题，虽在后续具体元素化合物知识的教学中这些问题有所缓解，但仍使部分学生对学好化学失去了信心。相较而言，苏教版教材则较容易接受，其分别在专题1、2中从物质的分类与计量、研究物质的基本方法两方面，引导学生完成高中化学学习“工具”的建构及科学思维、化学观念的培养，虽然整体内容较多，但在“氧化还原反应”与“离子反应”等知识上的难度不高，大多以简单的定义为主，在后续具体元素化合物知识中才逐步延伸出定义外的本质、性质、原理等内容。这样就使教学进度正常，学生学习难度递进式提升，不会在学生高中刚入学时就挫伤其学习化学的信心，但由于“氧化还原反应”与“离子反应”知识在建构过程中于时间和空间上的跨度较大，使得知识体系间割裂的情况较为严重。也就是说，前期未能建构较为系统完整的知识逻辑体系，使后续学习元素化合物部分“氧化还原反应”与“离子反应”等理论性知识，以及各物质性质、反应等事实性知识间的紧密联系与相互作用具有较高的难度，同时也提升了综合运用各知识的难度。

二、基于教材分析的教学建议

侧重知识逻辑体系与侧重认知发展规律分别代表了以“学科知识”和以“学生”为中心的两种不同教学风格，分别对教学过程中知识的处理方式与学生的接受程度有着重要影响。以知识逻辑体系建构为主的教学往往过于注重所授知识的科学性、系统性，力求建构逻辑清晰、结构完整的知识框架，而往往忽视人对知识接受的循序渐进的过程，这容易使教学内容难以理解，给部分学习能力较弱的学生在知识的吸收与消化上带来困难。以注重认知发展规律为主的教学则将视角放在学生对知识的接受过程及其反映出的特点上，力求运用举例说明、抽象模型、内容细化等方式对知识进行加工，以尽可能地使学生轻松地将所学知识内化，但在加工过程中往往存在各知识点之间的割裂、理想模型与现实机理之间的差异等问题，从而可能导致知识结构的系统性与知识本身的科学性之间存在问题。因此，需要结合上述教材分析实施有针对性的教学。

（一）以项目式学习破解因教材侧重知识逻辑体系而带来的教学难题

为解决因教材侧重知识逻辑体系而带来的教学内容难以理解、学生消化吸收困难等问题，教师要对传统教学方式进行创新与改进。项目式学习，因关注学生主体地位、教学目标指向明确、注重理论与实践相结合、可控性强、效率高等优点，被一线教师广泛使用。项目式学习基于建构主义学习理论，充分利用学科思维，从生产生活中选取典型案例或事件创设教学情境，设计教学活动，形成知识逻辑顺序链，并通过抽象与具体相结合，在保证学科知识体系完整、科学、系统的前提下，使学生在教师的引导下于教学活动中自主完成知识体系的吸收、梳理、内化、建构。

具体到课堂教学中，以“氧化还原反应”为例，某教师基于氧化还原反应知识的逻辑体系，以食品脱氧剂的应用为主线开展项目式学习［2］。该教师将该内容的教学规划为三个课时，以常见月饼包装中的小包装袋——脱氧剂为线索，设计脱氧原理分析、氧化还原反应概念发展历程的认识、基于氧化性与还原性视角分析物质性质、基于电子转移视角认识氧化还原反应规律、应用规律解决实际问题、模型提炼六大学习任务。课堂教学根据知识逻辑体系，从概念建立到本质分析再到实际问题解决层层进阶，并从“物质—元素—化合价—微粒”视角使宏微结合，将静态知识素养功能化。这样的设计，可以更有效地帮助学生吸收消化并建构氧化还原反应的整体知识体系。

（二）以单元整体教学破解因教材侧重认知发展规律而带来的教学难题

为缓解因教材侧重认知发展规律而带来各知识点“散、多、浅”等问题，教师应重视《高中化学课标》提出的以学科大概念为核心，使课程内容结构化的要求。据此，近年来以学科大概念为基础的单元整体教学广受教育专家与一线教师重视。根据实际学情、知识体系建构的一般规律、学生认知特点、学科核心素养要求等，有专家提出通过基于大概念划分单元、凝练单元大概念、设计单元教学目标、规划单元教学进阶、实施“教—学—评”一体化这一路径开展单元整体教学［3］，以层层递进地实现散碎知识点之间的系统化、结构化。

具体到课堂教学中，以“离子反应”为例，某教师立足学生认知发展规律及知识建构思路，基于“物质的组成及结构决定其性质”大概念，分别从电离、离子反应、离子反应的应用（离子检验、离子除杂）三个角度展开单元结构分析，以“宏观—微观—符号”三重表征相结合及证据推理意识与思维模型建构为整体单元目标，设计了三个课时。在教学中，该教师将海水使LED灯发亮现象作为问题情境，从实验出发，分别从“海水主要成分氯化钠的电解”“海水中硫酸根离子与氢氧化钡反应现象的微观分析与符号表征”“海水粗盐精制原理的探讨与分析”三个部分展开教学活动［4］。这样的设计既充分考虑了认知发展规律，又兼顾了知识内容的结构化、系统化，取得了较好的教学效果。

（三）基于实际学情，综合教材、知识特点合理组织教学

作为学科教学的重要依据，在教材的选择上，我们不应拘泥于某一版本，而应结合实际学情综合考虑。侧重知识逻辑体系的人教版教材往往在拔尖人才培养上更有优势，而侧重认知发展规律的苏教版教材往往在提高一般学生的学习自信心等方面更具成效。具体到知识点中也要区别对待。如：对原子结构、化学键等抽象性高、逻辑性强，且对系统完整的科学思维与清晰正确的化学观念要求较高的知识，需要更倾向于关注知识逻辑体系，以确保理论知识的完整正确；对事实性强、直观、与生产生活直接联系的铁、硫等元素化合物知识，利用化学史等为背景，根据认知发展规律设计活动展开教学，往往会使课堂更具活力。这就要求教师既要充分做好教学内容与学情上的分析，剖析所授知识本身的特点并结合学科探究思维，有效建构知识内部逻辑，又要在日常教学实践中仔细收集学生的反馈，分析学生的学习方式与特点，基于学生的现有能力，把握其认知发展规律，从而为教材、教学方式、教学风格的选择提供依据。

综上，化学教材是全面落实《高中化学课标》所提出的课程性质、基本理念、学科核心素养、课程目标、课程结构、课程内容的重要载体，并力求系统、科学、完整、规范、具体地完成上述内容的呈现工作。各版本教材在编制的过程中受多层次综合因素的影响，从而各有特色。教师需要带着分析、批判、研究、建设的思维面对日常教学工作，在理解《高中化学课标》相关要求的基础上，根据教材在知识逻辑体系与认知发展规律上的不同侧重与呈现，结合实际学情，取长补短，合理地进行教学，从而提高教学效率，助推教师个人成长以及学生全面发展。

参考文献：

［1］马宏佳.化学教学论［M］.南京：南京师范大学出版社，2000：78-80.

［2］苏永平.食品脱氧剂的应用与选择项目式教学：以“氧化还原反应”主题教学为例［J］.中学化学教学参考，2023（17）：30-34.

［3］栾红艳，吴星.基于大概念的化学单元整体教学的实践探索［J］.化学教学， 2023（12）：24-29.

［4］谭湘湘，何彩霞.促进化学学科理解的单元教学实践：以“离子反应”单元为例［J］.化学教学，2022（11）：49-54.

*本文是山西省教育科学“十四五”规划项目“新高考改革背景下落实减负增效目标的高中化学分层教学策略研究”（项目编号：GH-240854）的阶段性研究成果。