元素观、能量观和科学本质观：化学科学的核心观念
化学科学的核心观念是在化学科学认识活动中形成并指导化学科学认识活动的基本观念。化学核心观念的抽象和概括应该紧紧围绕化学科学认识的基本问题和两大基本任务，它的认识水平高于物质及其转化的具体事实、化学概念、物质及其转化规律以及化学科学理论。
元素视角是化学科学认识其基本问题“物质及其转化”规律性的独特视角。由此我们可以认为，从元素视角来认识物质及其转化所形成的相关认识的概括性观念——“元素观”应该成为化学科学的核心观念之一。微观认识是化学科学理解或解释其基本问题“物质及其转化”规律性的独特思维方式。在微观认识理论中，我们从分子论、原子论、原子结构理论、化学键理论、有效碰撞理论、碳共价键理论要点的共同要义和实质进一步可以提取出核心含义——“作用”与“能量”因此，“能量观”是化学科学的核心观念之一。在对基本问题“物质及其转化”的两大任务认识活动中，探寻规律和建构理论在问题性质、认识的方法论和认识论方面既有共同的基础，又有根本不同的认识特点，这就涉及到科学本质的问题。因此，“科学本质观”更应成为化学科学的核心观念。
由上分析可以得出认识，元素观、能量观、科学本质观是化学科学的三个核心观念。如前言所提，我们已对元素观、能量观、科学本质观进行过专论，限于篇幅，这里只简要说明元素观、能量观和科学本质观的基本内涵。
元素观的基本内涵是：元素是同一类原子的总称；物质都是由元素组成的；物质的元素组成可以用化学式来表示；元素的化合性和化合价价与元素原子的最外层电子有关；物质可以按照元素组成进行分类；组成相似的物质性质上具有相似性；物质间的转化本质是元素原子间的重新组合，具有守恒性。
能量观的基本内涵是：物质的分子或原子具有热能；核外电子按照能量高低分层运动，核外电子运动的能量比其在原子中的准确位置重要得多；原子之间的强烈作用使原子处于能量较低的稳定状态；物质转化过程伴随有能量转化；物质分子发生有效碰撞是物质转化的必要条件；物质转化过程中能量是守恒的；原子核内贮存有巨大的能量。
化学科学中的科学本质观内涵需要以代科学本质观的内涵为基础，结合化学科学对其基本问题“物质及其转化”的两大任务的认识活动来概括。当代科学本质观的基本内涵可以概括为[8]：科学认识的对象是客观的；科学认识活动的过程不是一个简单的“拷贝”或“反映”，而是一个认识主体对客体的作用过程。在这个作用过程中，认识主体的已有经验或背景起着重要的作用；科学认识活动是以事实为基础的，但事实本身并不是科学。换句话说，知道的并不都是看到的。在观察和推论之间存在着区别，从观察到推论的认识过程并不是
一个连续的认识序列；科学定律和科学理论是科学认识的两种形式，它们各自的产生范式是不同的。科学定律的产生范式是归纳式，科学理论的产生范式是建构式；科学认识的结果，并不是纯粹客观的，包含有人的想象性和创造性。正因为在认识的成分中，不完全是客观的，其中含有人的主观性，所以科学认识是相对合理的，有时甚至是错误的，所以科学知识具有暂定性本质。从科学本质观的的角度考察，化学科学认识中的科学本质观的基本内涵可以概括为：物质及其转化的认识是以一定的观察事实或规律为基础的；在宏观事实和微观推论认识之间存在着区别；化学科学规律是对物质及其转化事实进行归纳的基础上形成的规律性认识，化学科学理论是以物质及其转化的事实或规律为基础，在分子、原子水平上提出的相关解释系统；在化学微观认识理论中包含有人的想象性和创造性。
促进“观念建构”的化学教学设计及策略
一、“观念建构”的教学的意义
化学作为一门中心的、实用的和创造性的科学，对促进社会发展和提高人们生活质量发挥着日益重要的作用。在基础教育学段开设化学课程，既是社会发展对未来公民素质的基本要求，更是促进学生科学素养全面发展的必然需求。为实现这一目标，中学化学课程究竟要教给学生什么？也就是说，中学生通过化学课程的学习是记忆更多的化学知识，还是通过具体知识的学习掌握从化学的视角认识世界、解释世界的思想方法？答案是不言而喻的。学习不是事实性知识量的积累，而是思维能力的提升。中学化学教学必须超越对具体知识本身的追求，从记忆事实、掌握知识转变为思考事实、发展观念，即要从“知识为本”的教学转向“观念建构”的教学。
一、化学基本观念的涵义和特征
德国著名物理学家、诺贝尔奖获得者冯·劳厄（M.vonlaue）曾经说过，教育所给予人们的无非是当一切已学过的东西都忘记后所剩下来的东西。不可否认的是，随着时间的流逝，我们在学校所学习的大量的学科知识都将逐渐淡化甚至遗忘，真正伴随我们一生发展并持续发挥作用的不是具体的学科知识，而是知识升华后留存在我们思想意识层面的东西。
当学生将具体的化学事实性知识都忘掉的时候，在他的头脑中“剩下的东西”是什么呢？应该是学生通过化学知识的学习，所形成的从化学的视角认识事物、解决问题的思想、方法和观点，即植根于学生头脑中的化学基本观念。
所谓观念，简单地讲就是“客观事物在人脑里留下的概括性认识”。化学基本观念，是指学生通过化学学习，在深入理解化学学科特征的基础上所获得的对化学的总观性的认
识。它具体表现为个体主动运用化学思想方法认识身边事物和处理问题的自觉意识或思维习惯。譬如，一个具备“元素观”的学生，当他看到某种物质的时候，他就会自觉地观察和思考组成这种物质的基本成分是什么？它可能具有什么样的性质？同样，当他看到像“水变油”这样的消息时，他会从元素组成的角度去思考和判断它的真伪，从而自觉地抵制伪科学。
化学基本观念的形成既不可能是空中楼阁，也不可能通过大量记忆化学知识自发形成，它需要学生在积极主动的探究活动中，深刻理解和掌握有关的化学知识和核心概念，在对知识的理解、应用中不断反思概括提炼而成。即学生化学基本观念的形成需要两方面的有机结合：一方面，从形成基本观念所需要的素材来看，必须有合适的、能有效形成化学基本观念的核心概念，以及能形成这些核心概念的典型的化学具体知识；另一方面，从基本观念形成的过程来看，必须充分调动学生思维的积极性，使学生在积极主动的探究活动中，深刻理解有关的化学知识和核心概念，并通过在具体情境中的迁移应用，不断提高学生头脑中知识的整体性和概括性水平。我们可以用图1 表示化学基本观念与核心概念、具体知识间的关系。由图示看出，化学基本观念来源于具体化学知识，却又不同于具体化学知识，是具体化学知识在学生头脑中的提炼与升华。中学化学课程中的核心概念及其所涵盖的具体知识充实、发展着化学基本观念的内涵，它们是形成化学基本观念的基础和源泉。可以说，没有具体化学知识的深入学习就不会有化学基本观念的形成，化学基本观念借助于具体的化学知识由浅入深地揭示出来，是具体化学知识提炼升华的产物；同时化学基本观念对化学知识具有自上而下的引领作用，它赋予具体知识一定的能动性和灵活性，若缺乏化学基本观念的引领，化学知识就难以发生有效的迁移和应用。二者之间是相互依存、相互促进的。
基于上述分析，我们可以从以下方面去深入认识和理解化学基本观念：
（1）化学基本观念不是具体的化学知识，也不是化学知识的简单积累，它是学习者对不同层次化学知识的概括提升，具有超越具体知识的持久价值和广泛的迁移作用。
（2）化学基本观念是学生基于自己的认知基础，对化学学科特征和学科知识的深刻理解，是学习者深入思考和内心体验的结果，它影响着学生分析和解决实际问题的价值取向和行为方式。
（3）化学基本观念的形成是以对化学知识的深刻理解为前提的，学生所要求学习的具体知识不同，所形成的化学基本观念的内涵丰富程度也就不同，化学基本观念的形成不是一蹴而就的，而是渐进发展的。
化学基本观念具有包摄范围广、概括性程度高的特征，它决定着学生对化学知识的深
入理解和灵活应用，对学生的终身学习和发展将发挥重要的作用。宋心琦教授曾精辟地指出：“学生能否牢固地、准确地、哪怕只是定性地建立起基本的化学观念，应当是中学化学教学的第一目标。背诵或记忆某些具体的化学事实性知识，当然是有价值的，但是更重要的价值在于它们是化学观念及某些基本观念的载体。”因此，中学化学教学必须超越对具体知识的学习，要以具体知识为载体，引导学生通过高水平的思维活动，形成化学基本观念，即从“知识为本”转向“观念建构”。
二、化学基本观念的内容体系
化学基本观念是学习者在反思体验和实践应用中，将蕴含于具体知识中的化学思想、观点、方法等抽象概括出来的一些观念性认识，是化学学科的研究对象、过程、方法、结果在学习者头脑中整体的、概括的反映。化学作为一门基础自然科学，它的基本特点是在分子水平上研究物质的组成、结构、性质和变化，化学变化是化学科学研究的核心内容，宏观与微观的联系是化学不同于其他科学最特征的思维方式，化学实验是化学科学研究的基本方法和途径，而科学的改造物质、应用物质，实现自然与社会的可持续、和谐发展则是化学科学的终极目的。基于化学学科的特点和研究视角，在长期的发展过程中，化学科学形成了认识物质世界的基本思想方法和处理问题的基本思维方式及其价值取向，概括起来，就是基本的元素观、微粒观、变化观、实验观、分类观和化学价值观。这些基本观念不仅指导人们认识物质、改造和应用物质，也促进着化学科学的发展。
化学基本观念不仅是实践发展的产物，更是抽象思维的结果。在学校教学中，这些化学基本观念主要来自于三个方面：一方面来自于学生对化学学科知识的反思概括，主要形成化学知识类的基本观念，如元素观、微粒观、变化观；另一方面来自于学生对化学探究过程、学习方法的反思，主要形成化学方法类的基本观念，如实验观、分类观；再一方面来自于学生对化学科学在社会生活中价值的认识和反思，主要形成化学情意类的基本观念，如化学价值观。这三个方面的基本观念相互影响、共同作用构成化学基本观念这一有机整体，如图2 所示。从内容来看，每一种化学基本观念都是对其所涵盖的事实、概念和原理等化学知识的高度概括和更上位的认识，都有其具体的基本含义。这些基本含义以语言的形式表达出来就构成知识形态的化学观念，我们将其称为“基本理解”，它把原本处于意识形态的化学观念从字面意义上揭示出来，是化学基本观念的具体表达。概括分析，我们将各化学基本观念的具体内容（亦即基本理解）表达如下：
（1）元素观。世界上的物质（包括天然存在和人工合成的）都是由元素组成的，元素是组成物质的基本成分，100 多种元素组成了世界上的数千万种物质；每一种元素对应于一类原子，由于原子不容易发生变化，所以元素不容易发生变化；通常我们见到的物质