高中学生化学学科能力的要素及培养策略

　　能力是直接影响人的活动效率，使活动任务顺利完成的个性心理特征。一个人的能力越强，完成相关活动的效率越高。所以，培养学生的能力是包括高考制度改革在内的教育改革的根本目标。早在1999年2月，教育部在《关于进一步深化普通高等学校招生考试制度改革的意见》中明确指出，高考“命题要把以知识立意转变为以能力立意”，“引导中学生全面学习、掌握中学阶段相应的基础知识、基本技能，并形成较强的能力”。同年7月，中共中央、国务院颁发的《关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》强调“要转变教育观念”，“让学生感受、理解知识产生和发展的过程，培养学生的科学精神和创新思维习惯，重视培养学生收集处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力以及团结协作和社会活动的能力”；同时要求“积极推进高考制度改革”，“高考科目设置和内容的改革应进一步突出对能力和综合素质的考查”。时隔10年，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010～2020）》提出了“德育为先、能力为重、全面发展”的教育改革发展战略主题，明确要求“优化知识结构，丰富社会实践，强化能力培养”，“着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力”；同时要“深化考试内容和形式改革，着重考查综合素质和能力”。

　　长期以来，关于化学学科应该培养学生怎样的能力，也就是化学学科能力究竟包括哪些核心要素，在课程标准、高考说明等政策依据中还没有形成统一的说法。《普通高中化学课程标准（实验）》在“课程目标”部分，有“能综合运用有关的知识、技能与方法分析和解决一些化学问题”、“经历对化学物质及其变化进行探究的过程……提高科学探究能力”、“敢于质疑，勤于思索，逐步形成独立思考的能力”、“学会运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息，并运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工”、“能对自己的化学学习过程进行计划、反思、评价和调控，提高自主学习化学的能力”等相关描述。2014年江苏化学科高考说明在“命题指导思想”部分将化学科学素养和学科能力表述为“基本思想、基本方法、基本知识和基本技能”，以及“信息获取与加工、化学实验探究、从化学视角分析解决问题和化学思维等能力”；在“素养和能力要求”部分又表述为“理解化学科学、形成信息素养、学会实验探究、解决化学问题”。这种不一致的现象在其他学科也同样存在。由于广义的知识不涉及能力，因为“广义的知识观已将知识、技能与策略融为一体”[1]，所以，在讨论“提升学生化学素养的维度”和“化学高考复习的核心任务”等问题时，笔者总是用“广义的知识观”而回避“能力”一说。如将传统的化学知识分类方法和知识分类理论相结合，“把化学知识划分为物质知识、观念知识和方法知识三大类”，认为“物质知识是整个学科知识的基础，也是观念知识和方法知识的载体，观念知识和方法知识既要依靠物质知识的支撑，又能促进物质知识的获取”，化学学科要实现促进学生学科素养提升的终极目标，“应该从获取化学事实、形成学科观念和掌握科学方法三个维度进行教学策略的设计”[2]；或认为“高考复习的核心任务主要包括激活知识、深化知识、综合知识和运用知识等几个方面”[3]。

　　二、化学学科能力的要素建构

　　面对“德育为先、能力为重、全面发展”的教育改革发展战略主题，广大教师应该对各自的学科能力有一个正确的认识。近年来，许多学者对化学学科的能力要素进行了相关研究。在邢红军等人结合物理学科的具体情况建立“智力+技能+认知结构（知识+科学方法）”[4]的能力理论之后，司马兰等人借鉴并移植了这一观点，认为化学学科能力包括“观察与实验能力、化学学习能力、化学思维能力、科学探究能力、实践与创新能力”[5]等核心要素。杨玉琴基于化学学科本质及其特殊要求的分析，又把化学学科能力的核心要素确定为“符号表征能力、实验能力、模型思维能力和定量化能力”[6]。其实，“学科”有着分别与科学领域、课程设计和课程实施相对应的不同含义，不同层面的“学科”有着各不相同的“基本问题”[7]。比较司马兰和杨玉琴的化学学科能力要素可以发现，他们对“学科”的理解有所不同，前者侧重“课程实施”的学科，后者侧重“科学领域”的学科。而学校教育范畴“课程实施”层面的学科教育是“学校设置学科的教育，其内容并不完全随科学的分化而分化，而受教育目标和学生身心的发展水平的制约”[8]。所以，学科能力的核心要素应该直接指向学科知识地获取与运用等学习活动。韩明友等人早就通过数理证明形成了“知识是形成能力的必要条件，方法是形成能力的充分条件”；能力包括“以知识与知识输入方法构成的接受能力”和“以知识与知识输出方法构成的应用能力”[9]两种类型等结论。由于“学习能力是在学习活动中形成和发展起来的，是学生运用科学的学习策略去独立地获取信息，加工和利用信息，分析和解决实际问题的一种个性特征”[10]。所以，学校教育范畴的学科能力，应该与学科知识的学习能力相对应。换言之，学校教育范畴的化学学科能力，就是与化学知识性质相对应地获取与运用化学知识的能力。

　　在基础教育阶段，“化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的一门基础自然科学”。由于“科学探究是一种重要而有效的学习方式”，所以，新课程倡导“帮助学生了解科学探究的基本过程和方法，发展科学探究能力，获得进一步学习和发展所需要的化学知识和技能”，而且在现行课程标准中，“探究能力”的词频居所有能力之首。其中，《义务教育化学课程标准（2011版）》中“能力”的词频为65次，与探究有关的（包括“探究能力”、“科学探究能力”或“科学探究的能力”）13次，占20.0%；《普通高中化学课程标准（实验）》中“能力”的词频为38次，与探究有关的16次，占42.1%。另外，在《义务教育化学课程标准（2011版）》中还单独设立了“科学探究”的一级主题，并将其分解为“提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等要素”。关于“科学探究”我们应该认识到以下几点：（1）在化学学习过程中，“科学探究”既可以是获取知识的方式，也可以是运用知识解决问题的方式；（2）获取或运用知识的“科学探究”，不一定都需要完整地包含所有的过程要素；（3）课程标准对“科学探究”要素的划分主要是为了增进九年级学生对科学探究的理解，而且不同学科课程标准中的“科学探究”要素不完全相同。也就是说，学校教育范畴内的“科学探究”是化学学习的主要方式，探究能力与学习能力在一定时候具有等同关系，我们在思考化学学习能力或化学学科能力的要素构成时，可以不将探究能力视作其中的独立要素，同时也不需要囿于课程标准中已有的“科学探究”的相关要素，而要结合化学学习的具体情况进行科学合理的筛选与建构。 　　依据化学学科的特点、学习过程的主要活动以及化学知识与有关方法的关系，并吸收已有化学学科能力的合理描述和研究成果，可以将化学学科能力的核心要素归结为观察能力、实验能力、问题解决能力和思维能力四个方面。（1）观察能力。化学是“研究物质的组成、结构、性质及其应用的一门基础自然科学”，物质的组成和结构通常需要通过性质来表征，物质的应用又取决于相应的性质，而物质的性质又是通过一定的实验现象来呈现的。所以，观察能力是化学学习所必须的能力要素。另外，化学学习还需要结合有关模型、图表所提供的信息。因此，化学学习中的观察能力除了观察化学实验现象提取相应感性材料以外，还包括对有关文字、图表、模型等信息的观察和加工。（2）实验能力。“化学是一门以实验为基础的学科”，实验是学习化学的重要中介。要形成物质的概念，必须从揭示物质的性质入手，而物质的性质特别是化学性质，许多都需要借助于人为控制条件下的化学实验才能显露出来；内隐在物质变化中的化学基本概念和基本理论需要化学实验的揭示；解决化学问题的思路或方案也需要化学实验来验证。所以，实验能力也是学习化学所必须的能力要素。从实验的过程来看，实验能力应该包括设计实验方案的能力、识别和绘制装置图的能力、完成实验操作的能力、处理实验安全问题的能力和正确得出实验结论的能力等。（3）问题解决能力。化学学习不仅是获取知识的过程，也是运用已有知识解决问题的过程，其中的问题可以来源于教师以科学探究的方式组织教学时呈现的问题，也可以是学生自己在学习和生活中遇到或提出的问题。所以，问题解决能力也是学习化学所必须的能力要素。依据解决问题的一般过程，问题解决能力应该包括制定方案或计划的能力、整理和加工数据的能力、推理或论证结论的能力、反思和评价的能力等。（4）思维能力。思维能力是在“基本思想、基本方法、基本知识和基本技能”的基础上形成的，是化学学习能力或化学学科能力的核心，包括分析、综合、抽象、概括、归纳、演绎、类比、推断等思维方式，依托元素观、微粒观、变化观、实验观、分类观和化学价值观等学科观念，对其他能力具有统摄作用。因为只有思维活动的有效参与，观察才能全面、有序并突出重点，实验才能规范、安全并揭示本质，问题解决才能严谨、精确并富有创意。根据化学学科的特点，思维能力可以分解为理解化学基本概念、原理和规律的能力，对化学观察、实验和问题解决的监控和协调能力。将化学学科能力的核心要素归结于以上几个方面，既包括学科能力的共性，也有化学学科的个性，符合“学科能力是学生的智力、能力与特定学科的有机结合”[8]的相关要求。

　　三、化学学科能力的培养策略

　　提升学生的化学学科能力是一项长期而又艰巨的任务，需要广大教师充分利用化学教学提供的机会，并将其渗透在化学教学的全过程。对于以获取知识为主体的教学，其中无论是物质知识、方法知识还是观念知识，都应该尽可能地通过以实验为主体的探究活动，全面调动学生的感觉器官，让学生通过完成有关实验操作，收集其中所呈现的感性材料，再通过思维的理性加工形成相关结论，实现相应问题的解决，从而感受并理解知识的产生和发展过程，全面提升学生的观察、实验、问题解决和思维等能力。对于以运用知识为主体的教学，则要结合具体的教学内容确定能力目标的重点并采取相应的教学策略。如化学图像题是通过数学图像呈现有关已知条件的化学问题，其中的数学图像与化学变化中有关量的关系相对应。对于化学图像题的分析，要有相关的化学知识和数学知识作基础，以便理解数学图像中曲线变化趋势及其拐点的化学意义；还要有一定的问题解决能力和思维能力作基础，以便通过对图像的分析和与化学的联系形成正确的结论并掌握解题的一般规律。所以，关于“化学图像题分析策略”的教学，其能力目标主要是提升观察能力、问题解决能力和思维能力。具体是通过识别和提取图像中有效信息的过程提升观察能力，通过整理和加工信息并形成正确结论的过程提升问题解决能力，通过对解决化学图像题的具体过程的体验和反思提升思维能力。教学过程中，可以借助有关实验帮助学生理解图像中的相关变化，建立起图像与化学反应的对应关系，提高学生识别和提取图像中有效信息的能力；按照单一纵坐标一条曲线、单一纵坐标多条曲线、两个纵坐标多条曲线的顺序列举相关例题，教会学生理解分析这类问题的一般步骤和方法，提高学生解决化学图像问题的能力；同时注意帮助学生结合“实践、反思、再实践、再反思”的教学程序，感悟解题的规律和技巧，促进思维能力的相应提升。

　　总之，要培养学生的化学学科能力，应该正确认识化学学科能力与学习能力、探究能力之间的关系，围绕化学知识的性质和学习活动的特点确定学科能力的核心要素，并在化学教学过程中采取相应的教学策略，只有这样才能促使学生在获取知识和运用知识的过程中，实现化学学科能力的全面提升。