摘要：通过调查发现“化学物质的多样性”教学中存在的问题， 分析产生这些问题的原因。提出要建构“化学物质的多样性”的知识结构、用物质观统领“化学物质的多样性”的学习过程、用转化观凸显“化学物质的多样性”的应用价值等教学建议。
关键词：初中化学； 学科核心素养； 化学物质的多样性； 物质观； 转化观；
“化学物质的多样性”是《义务教育化学课程标准》 （以下简称《课程标准》） 课程内容中“物质构成的奥秘”四个二级主题之一， 也是初中化学的核心观念---化学物质观的主要载体。但是， 在初中《化学》教科书 （人教版） 等现行初中化学主流教材中， 却没有相关的章节。为此， 我们就该主题的教学进行了研究。
一、对“化学物质的多样性”的认识
（一） 多视角认识物质的多样性
物质， 从哲学的视角看就是存在， 不依赖于人的主观意识而存在的客观实在。我们周围所有的客观存在都是物质。狭义的物质是指构成宇宙万物的实物、场等客观事物。
化学物质， 指任何有特定分子标识的有机物质或无机物质。[1]也可以认为是从化学科学的视角特指的物质。化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的一门基础自然科学， 其特征是研究物质和创造物质。所以化学是一门关于物质的科学。化学所研究的“物质”和创造的“物质”, 就是“化学物质”.所有的化学物质都是由极小的粒子构成的， 如原子、分子或者离子。[2]（P1-55）这样“化学物质”就区别了物理中“物质”及生物中的“物质”.
多样性， 指多种多样的性质。化学物质的多样性是指从化学的视角来研究物质多形态、多种类的性质。即从原子、分子等微观粒子的层次， 研究化学物质组成、结构、性质的多样性。
（二） 课程标准对“化学物质的多样性”的要求
《课程标准》中提出了“化学物质的多样性”的主要内容：一是认识物质三态及其转化。二是对常见的物质进行简单区分和分类。区分纯净物和混合物、单质和化合物、有机物和无机物；知道无机物可以分为氧化物、酸、碱和盐；从元素组成上认识氧化物。三是认识物质的多样性。其中， “认识物质的多样性”是总观性内容。所以， 物质的多样性， 应从物质的状态、物质的组成元素、物质的结构与性质等不同视角来认识。“认识”是认知性学习目标的水平之一。该层次学习水平的特征是指能够初步理解学习材料的意义。即懂得“是什么”.结合前两项具体内容分析， “认识化学物质的多样性”的细化目标就是：知道世界上的化学物质有数千万种， 它们有不同的性质， 即化学物质有多种多样， 其性质也是多种多样；知道物质宏观上都是由元素组成的， 微观上都是由微粒构成的， 这些微粒可以是原子、分子或离子， 不同的微粒有不同的结构和不同的性质；知道相同的微粒也因微粒排列方式和作用力的不同， 而有不同的性质；为了学习与研究的方便， 要根据物质的组成与结构对数千万种物质进行分类。
（三） 现教材对“化学物质的多样性”内容安排
我们将初中《化学》教科书 （人教版） 与《课程标准》中关于“化学物质的多样性”提出的内容标准、活动与探究建议、学习情景素材等进行对照， 发现教科书对课程标准建议进行了优化处理。如并没有将“加热碘的固体”、“铁的几种氧化物”等内容编入其教材， “从元素组成上认识氧化物”的教学情景素材也主要是“碳的氧化物”等， 具体见表1.
初中《化学》 （人教版） “化学物质的多样性”教学内容安排
同时， 将“化学物质的多样性”部分内容安排到高中。如在人教版《高中化学》教科书必修教材中安排了“物质的分类”并再次编入实验活动“粗盐中难溶性杂质的去除”;鲁教版《高中化学》教科书必修教材中安排了“碳的多样性”、“利用化学反应制备新物质”;苏教版《高中化学》教科书必修教材中则安排了更多相关的内容， 有“丰富多彩的化学物质”、“微粒结构与物质的多样性”、“从物质的结构看物质的多样性”、“化学是认识和创造物质的科学”等专题。但不论是哪套教材， 都是从相关的概念入手， 对化学物质的某一种多样性现象进行分析， 都没有对化学物质的多样性产生的原因进行归纳和整理， 初中教材更是如此。
二、“化学物质的多样性”教学现状的调查与分析
“化学物质的多样性”在初中阶段的教学情况是否达到了课程标准的要求， 笔者基于中学化学学科核心素养， 运用空间模型理论进行认知诊断研究。[3]通过对初中《化学》教科书 （人教版） 有关“化学物质的多样性”的内容进行梳理， 确定“化学物质的多样性”的属性 （见表2） , 并对属性间的层级关系进行分析， 形成化学物质多样性的知识属性层级图 （见图1） .根据《课程标准》教学理念及《普通高中化学课程标准》 （实验稿） 教学要求， 分别编制学生诊断测试卷和教师问卷， 并将试卷与属性匹配， 形成试题与属性关系矩阵。选取三所省示范性高中 （主要生源分别来自城区、农村、少数民族地区农村） 各50名高一新生进行诊断测试；对某市58名各类学校的初中化学教师 （其中具有化学与化学教育专科以上学历的43名， 占74.1%） 进行问卷调查。根据测试与问卷调查情况， 诊断出“化学物质的多样性”在初中阶段的教学现状。
图1 化学物质多样性的知识属性层级图
表2.化学物质的多样性的属性
考虑学生/教师答题过程中紧张、粗心等各种心理因素， 按照如下原则进行诊断分析：0-20%视为心理因素造成；20-50%视为巩固属性；50%以上视为强化属性。统计学生/教师在错误答题中各属性出现的次数与测试题中各属性出现的总数的百分率， 详见图2.
图2 学生/教师答题中各属性出现的错误次数百分率
（一） 学生学习状况分析
根据图2相关数据分析， 学生在“化学物质的多样性”方面的学习情况有如下特点：
1. 整体上分析：
A2微观角度认识物质的三态变化， A4运用物态变化的多样性解释实际问题， B4认识溶液， B5运用物质组成的多样性解释实际问题， C1认识原子， C2认识分子， C3认识离子， C4认识晶体属于巩固属性；C5运用物质结构的多样性解释实际问题属于强化属性；学生掌握较好的属性为A1宏观角度认识物质的三态变化， A3物质三态变化中的热效应， B1认识化学元素， B2认识纯净物， B3认识混合物。
2. 宏观视角对物质多样性的认知较好， 学生元素观基本形成。
如从宏观角度认识物质的三态变化；从元素观区分单质和化合物， 将无机物分为氧化物、酸、碱和盐等；从化学变化和物质分类的角度认识物质的多样性等。
3. 微观的视角对物质多样性的认知需要巩固， 学生尚未系统建构微粒观。
如从微观的视角分析物质的三态及变化得分较低。学生对物质发生三态变化时分子间距离变化的关系认识不清；部分学生认为温度升高， 分子的大小与分子间的距离都会增大；一些学生不能对化学变化与物理变化中微粒结构的变化做出正确的分析：化学变化是原子的重新组合， 物理变化是分子间距离的变化。
4. 物质多样性的原因分析和运用物质的多样性解释实际问题有待强化。
很多学生对“物质的多样性”的主要原因存在认知缺陷， 不能将物质的性质与其微观结构建立相互联系进行正确的分析， 很难准确运用物质结构和组成的多样性解释实际问题。
（二） 教师教学状况分析
根据图2相关数据结合问卷调查结果分析， 教师在“化学物质的多样性”教学中主要存在如下问题：
1. 教师对初中教材以外的“化学物质的多样性”新知识了解不够。
如原子、分子、晶体的多样性、有机物的多样性等拓展性知识学习不够。49%的教师对物态的认识还停留在气、液、固三态， 对广泛应用于日常生活的液晶态、玻璃态、离子态物质等物质状态的知识理解不准确。对原子结构、化学物质种类等新知识关注不够， 38.6%的教师对“原子种类 （核素） 超1 000种”、“已经发现自然界存在的和实验室合成的物质超过3 500万种， 并且还以每年近百万种的速度增加”等新知识缺乏了解。
2. 教师对“化学物质的多样性”知识存在认知盲区。
60.3%的教师选择原子的种类为115种或258种；42%的教师不能全面、准确回答产生物质多样性的原因；59%的教师对“化学物质的多样性”的概念理解存在偏差；32%的教师赞成或很赞成将“化学物质的多样性可以理解成化学物质的分类”.
3. 教师对“化学物质的多样性”的教学研究不够， 对其教学要求把握不准。
38%的教师不经常或从不在教学中渗透化学物质多样性的知识；31%的教师关注课程标准中“能从元素组成上认识氧化物”, 而在酸、碱和盐教学中对它们所呈现的物质多样性内容却很少提及。现行人教版初中化学教材没有“化学物质的多样性”这一主题章节， 而是将其分散在各个章节。教师没有对其引起重视， 难以建立物质多样性的观念。教学要求难以落实。
4. 教师对“化学物质的多样性”所体现的教学价值挖掘不够。
教学设计时没有从课程标准的视角整体把握， 只注重对教材中具体的化学内容进行“精细化”教学， 对隐含在化学知识中的“化学物质的多样性”没有深度挖掘。“化学物质的多样性”不仅体现在物质组成与结构、物质性质、物质的用途等化学核心知识， 也体现了化学学科观念、化学思维方式。部分教师对“化学物质的多样性”所蕴含的教学价值认识不足， 使得其教学处于粗浅、零散的状况， 降低了课堂教学的品质与深度。
三、对“化学物质的多样性”的教学建议
除教师加强业务学习， 更新相关知识外， 更要研究课程标准对“化学物质的多样性”的教学要求， 挖掘其教学价值， 提高教学效果。
宏观与微观的联系是化学不同于其他科学最具特征的思维方式， 离开这个基本点就不是化学。这个基本点的载体就是物质的多样性。因此， 化学物质的多样性是研究物质、创造物质的基础， 是化学学科思维的核心节点；也是集化学物质知识、化学学科观念与方法于一体的化学学科核心内容。在初中化学教学中， 应构建以物质观为主线， 以物质的多样性现象为载体， 以分类、实验、模型、构性关系等学科方法为途径， 以掌握物质变化的规律性为目的的“化学物质的多样性”教学思路， 突出对物质的多样性本质的教学， 如图3.
（一） 建构“化学物质的多样性”的知识结构
知识的质量表现有四大基本的指征：一是全面、二是准确、三是深刻、四是关系清晰。[4]全面是抓住所有， 准确是抓住细节， 深刻是抓住本质， 关系清晰才能将知识点及知识点之间的关系把握得全面、准确和深刻， 其知识结构才是“最优知识结构”.“化学物质的多样性”知识点多、面广、形散， 帮助学生全面、准确、深刻地构建清晰的知识关系尤为重要。
在新课教学中， 每学习一个相关的物质知识， 可组织学生讨论， 引导学生从物态、组成、结构的视角， 理解物质世界丰富多彩的原因， 用思维导图或列表等形式， 将新的物质知识“同化”到已有物质知识体系中， 构建全面、准确与深刻的知识结构 （部分知识在高一补充） , 形成意义建构[5], 让学生懂得， 化学物质的多样性， 其本质是物质结构的多样性， 知识结构体系见图4.
图3“化学物质的多样性”教学思路图
图4“化学物质的多样性”知识结构体系
（二） 物质观统领“化学物质的多样性”的学习过程
“化学物质的多样性”是物质知识的核心内容， 其知识学习贯穿于整个中学化学学习过程， 要用物质观来统领。宏观上物质的多样性现象， 自始至终要与物质观的解释相结合。物质观是指世界是物质的；物质在宏观上是由元素组成的， 微观上是由微粒构成的；物质之间在一定条件下是可以相互转化的。元素观、微粒观、转化观都属于物质观。
首先， 要用元素观为指导， 学习物质的多样性。即从元素的视角认识到不同的元素可以组成不同的单质和化合物。了解100多种元素能构成种类繁多的物质世界。最终构建以元素为核心的描述物质世界的认知框架。如从元素观认识碳元素可以形成不同种碳的单质；碳元素可以与氧元素形成一氧化碳和二氧化碳；还有碳酸和多种碳酸盐；后续课程中还将学习多种有机化合物。这样就组成了由多种多样的物质、多种多样的性质所组成的“碳氏”家族。学生一听到碳元素， 就能够自主想到含有碳元素的常见物质， 学习二氧化碳的性质， 就能意识到这是在学习碳元素物质家族中一个代表物， 为形成碳及其化合物的知识结构奠定基础。
其次， 要用微粒观为指导， 学习物质的多样性。即运用微观模型展现物质的微观结构， 让学生认识到不同的物质有不同的微观结构。[6]如通过微观实物模型帮助学生了解水分子在物态发生变化时， 微粒的排列方式发生的变化、水电解时微粒本身结构的变化。通过微观实物模型展示金刚石、石墨、C60不同结构中碳原子的排列的不同， 导致性质的不同。通过结构与性质的关系， 认识物质性质不同的本质原因。
在物质观基础上建立起的对物质多样性的认识远比让学生懂得什么是同素异形现象、物质如何分类更为重要。因为只有构建起用元素观、微粒观的视角去思考和解决问题的思维方式， 学生才能利用物质观去解释日常生活中的一些宏观现象。
（三） 转化观凸显“化学物质的多样性”的应用价值
化学物质存在多样性， 物质世界才丰富多彩。从数千万种物质中寻找本质， 掌握物质变化的规律性， 创造新物质， 是学习与研究化学的首要任务。在初中阶段， 要引导学生根据物质的组成、结构、性质进行分类， 运用分类、实验、模型、基于性构关系的推理等方法与手段， 从变化的视角， 学习物质转化的规律性。这是化学物质的多样性的价值所在， 也是化学科学的核心所在。即从物质转化的视角， 凸显物质的多样性及物质多样性的应用价值。
首先， 要全面理解物质的分类。物质的分类反映出物质的多样性， 只有了解并掌握了物质分类的基本内容， 才能够系统地学习化学知识。物质的分类包含了许多重要的化学基本概念， 这些概念中又蕴含着众多相关物质的性质、组成、结构、变化规律等内容。如氧化物， 根据组成元素可以分为硫的氧化物、磷的氧化物等；根据性质可以分为酸性氧化物、碱性氧化物等。同时， 又要用分类的思想学习物质及其变化。因为相同类别的物质具有类似的性质与变化， 就具有类似的分析视角和应用价值。
其次， 要突出结构决定性质， 性质反映结构， 性质决定用途。如金刚石、石墨、C60等在结构上存在差异， 才有性质上的差异， 进而才有不同的用途。同素异形体结构的差异和联系反映了它们性质上的多样性和结构上相异性与统一性。再如， 盐酸、硫酸等酸的水溶液中都有H离子， 从而都能使指示剂变色， 能与活泼金属发生化学反应产生氢气等。这些物质性质的相似与相异， 体现了结构的相似性与相异性。
最后， 要体现物质的变化美。既要引导学生欣赏物质世界， 感受人类生活因物质的多样性而美丽；更要引导学生欣赏物质变化的规律性， 感受化学变化中的创造美。如通过展示硫酸铜晶体、C60与DNA的分子结构模型、硝酸银溶液与铁的反应现象等， 培养学生欣赏物态美， 结构美， 变化美， 从而激发学生学习化学的热情。这样， 化学物质的多样性的教学价值也就全面实现了。
参考文献
[1]施伟东。中学化学教学学生化学物质观培养的实施策略研究[D].长春：东北师范大学， 2003.
[2][美]塞克。物质科学：化学基本原理[M].施忆， 译。杭州：浙江科学技术出版社， 2011.
[3]王秀阁， 蔡明建。“物质构成的奥秘”的认知诊断研究[J].化学教育， 2017 （13） .
[4]白智宏。深度学习：促进核心素养落地的必经之路[J].当代教育家， 2016 （10） .
[5]旷湘平。浅谈建构主义观念下的化学教学设计[J].化学教学， 2003 （9） .
[6]姚智萍。“物质构成的奥秘”的认知难点的调查及有效教学策略[D].开封：河南大学， 2016.
