淺談美國高中化學(xué)教材的特點

于京波

（首都師范大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100048）

中美合作辦學(xué)項目的開展，美國高中化學(xué)課程的引進(jìn)，在拓寬教師視野的同時也帶來了新的挑戰(zhàn)——教材內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)理念的融合。其中，適應(yīng)美國高中化學(xué)教材，是圓滿完成教學(xué)任務(wù)的前提。

由美國著名教育書籍出版集團(tuán)Holt，Rinehart and Winston出版的Modern Chemistry，是美國高中化學(xué)經(jīng)典教材，自1918年第一版至今，已有將近百年的歷史。與我國高中化學(xué)教材相比，Modern Chemistry在知識體系、教學(xué)目標(biāo)、原理講解和實驗設(shè)計方面都有獨到之處。

一、Modern Chemistry的特點

1.知識體系——結(jié)構(gòu)完整，著眼發(fā)展

結(jié)構(gòu)完整的知識體系，是教材最顯著的特點，教材的章節(jié)目錄如表1所示。

表1 Modern Chemistry章節(jié)目錄

教材涵蓋了化學(xué)學(xué)科的重要理論和方法，涉及化學(xué)學(xué)科的四大重要分支學(xué)科——物理化學(xué)、分析化學(xué)、無機化學(xué)和有機化學(xué)，完整地展示了化學(xué)學(xué)科的框架。教材內(nèi)容廣泛，但在知識深度方面要求不高，學(xué)生通過高中化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，將會對化學(xué)學(xué)科的整體結(jié)構(gòu)和各分支學(xué)科研究范圍有清晰的認(rèn)識。

教材不僅能向?qū)W生展示化學(xué)學(xué)科的框架，更著眼于學(xué)生的發(fā)展，對有志于在化學(xué)領(lǐng)域深造的學(xué)生將起到過渡作用，主要體現(xiàn)在：（1）完成高中化學(xué)課程時，學(xué)生會對化學(xué)學(xué)科形成較為系統(tǒng)和深入的認(rèn)識；（2）進(jìn)入大學(xué)后，基于對各分支學(xué)科的了解，學(xué)生可以準(zhǔn)確地將個人興趣和特定的化學(xué)專業(yè)“對號入座”，明確發(fā)展方向。

2.教學(xué)目標(biāo)——重視方法，問題驅(qū)動

教材的教學(xué)目標(biāo)不囿于解決某一問題，而是掌握解決一類問題的方法，實現(xiàn)化學(xué)學(xué)科思想的滲透。相應(yīng)地，教材的內(nèi)容安排多采用 “問題——方法——更多問題”的問題驅(qū)動型模式。

研究分子構(gòu)型（molecular geometry）的過程中，教材首先展示分子構(gòu)型的多樣性，引發(fā)學(xué)生思考分子構(gòu)型多樣性的原因。之后，提示學(xué)生：分子中的價電子對由于相互排斥作用，盡可能趨向彼此遠(yuǎn)離。學(xué)生遵循這一原則，掌握解決分子構(gòu)型問題的方法——價層電子對互斥理論（VSEPR theory），進(jìn)而推斷 BeF2、BF3、CH4等分子的構(gòu)型，深化對價層電子對互斥理論的理解。

在分析影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素部分，教材以生活情境引入后，指出：化學(xué)反應(yīng)速率取決于反應(yīng)物的碰撞頻率和碰撞效率。間接地提示學(xué)生：哪些因素能夠影響反應(yīng)物的碰撞頻率或碰撞效率，就會改變化學(xué)反應(yīng)速率，啟發(fā)學(xué)生思考：反應(yīng)物性質(zhì)、表面積、溫度等因素是如何影響反應(yīng)物的碰撞頻率或碰撞效率從而產(chǎn)生“改變化學(xué)反應(yīng)速率”這一結(jié)果的？最終實現(xiàn)碰撞理論的活學(xué)活用。

3.原理講解——知無不言，言無不盡

教材涵蓋了大量化學(xué)原理，而化學(xué)原理的高度概括性決定了教材內(nèi)容的高度抽象性，由此衍生出兩個關(guān)鍵問題：（1）如何將抽象的原理解釋得全面、透徹，使學(xué)生易于接受；（2）如何結(jié)合生活情境將枯燥而抽象的原理形象化，使學(xué)生樂于接受。

教材秉承了學(xué)術(shù)性文章所具備的規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)、邏輯性強等特征，但用語樸實，解釋詳盡，并在教材中加入大量資料，對學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)都起到了良好的輔助作用。

以教材中的一處概念教學(xué)和一處原理教學(xué)為例：

① 在闡述數(shù)據(jù)的 “精密度 （precision）” 和 “準(zhǔn)確度（accuracy）”兩個易混淆的概念時，教材并不是羅列概念便草草了事，而是以一種常見運動器械——飛鏢為例：飛鏢彼此間的接近程度代表數(shù)據(jù)的精密度，飛鏢與靶心的偏離程度表示數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度［1］。學(xué)生普遍反映：這一范例將抽象的概念形象化，極大地簡化了對兩個概念的辨析和理解。

圖1 精密度與準(zhǔn)確度的區(qū)別

②化學(xué)平衡移動是化學(xué)平衡的教學(xué)難點，初學(xué)者經(jīng)常困擾于難以將“勒夏特列原理：如果改變影響平衡的一個條件，平衡將向能夠減弱這種改變的方向移動”——這一精煉規(guī)律理解并應(yīng)用于紛繁蕪雜的平衡體系。教材在講解此部分內(nèi)容時，對于每一種影響平衡的外界條件，均配以化學(xué)反應(yīng)作為范例，而講解過程更是不惜筆墨，將勒夏特列原理的應(yīng)用說懂、說透。

以教材對“壓強對化學(xué)平衡的影響”的解析為例，教材先闡明其應(yīng)用范圍：壓強僅影響有氣態(tài)物質(zhì)存在的平衡體系；氣體物質(zhì)的量有變化的反應(yīng)。

繼而分析化工生產(chǎn)的重要反應(yīng)——合成氨N2（g）+3H2（g）?2NH3（g），提出問題：如果壓強增加，體系怎樣才能減弱這種改變？再通過分析氣體壓強與氣體物質(zhì)的量的關(guān)系得到結(jié)論：平衡右移。

教材中還經(jīng)常出現(xiàn)“讓我們設(shè)想（Let us consider）”等話語，給學(xué)生一種樸實、親近的感覺，會讓人感覺是在聆聽一位細(xì)致、耐心的教師的講解，而非面對冷冰冰的文字。

4.實驗設(shè)計——貼近生活，鼓勵探索

實驗是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，實驗不僅可以使學(xué)生切身體會化學(xué)原理的應(yīng)用，深化對原理的理解，更重要的是，如果學(xué)生通過實驗?zāi)軌蛐纬伞拔乙ㄟ^實驗驗證”和“我想試試看”的科學(xué)探索意識，將會使學(xué)生終身受益，也真正地體現(xiàn)了實驗的價值。

“讓原理貼近生活”，是教材實驗設(shè)計的核心思想。實驗材料也往往是生活中的常見物品，例如：第2章——測量與計算的實驗——爆米花中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，實驗的設(shè)計意圖是體驗數(shù)據(jù)的收集、處理過程，鞏固有效數(shù)字的運算規(guī)則，研究對象則是爆米花。實驗首先介紹爆米花的成因：玉米內(nèi)部的水受熱變?yōu)樗魵猓l(fā)生體積的急劇膨脹，輔以壓強調(diào)節(jié)，最終導(dǎo)致玉米爆開。激發(fā)了學(xué)生的求知欲，學(xué)生會希望探究：玉米里水的含量究竟有多少？以至于能形成爆米花。進(jìn)而通過測量爆米花樣品加熱前后的質(zhì)量損失求算水的含量，找到答案的同時，實驗的設(shè)計意圖也潛移默化地得到落實。

在這些實驗中，也不乏別出心裁的創(chuàng)想，令人印象深刻，第5章——元素周期律的實驗——1869年，門捷列夫的實驗室（The Mendeleev Lab of 1869）便是其中之一。門捷列夫提出的元素周期律及元素周期表之所以被科學(xué)界接受，主要原因是他對當(dāng)時幾種未知元素性質(zhì)的準(zhǔn)確預(yù)測，而這一準(zhǔn)確預(yù)測體現(xiàn)著他對元素周期律的研究、理解與應(yīng)用。實驗以上述情境為出發(fā)點，為學(xué)生提供單質(zhì)樣品、周期表、化學(xué)手冊，讓學(xué)生通過“觀察——查閱資料——應(yīng)用元素周期律”的方式推斷一些周期表中尚未出現(xiàn)元素的性質(zhì)。實驗中，學(xué)生將親歷大師的研究過程，進(jìn)一步認(rèn)識周期律的應(yīng)用，體會科學(xué)探索過程的艱辛與成功后的喜悅之情。

二、應(yīng)用前景

綜上所述，美國高中化學(xué)教材——Modern Chemistry呈現(xiàn)“高起點，低落點”的特點：教材知識體系以化學(xué)原理為主，具有很強的學(xué)術(shù)性；教學(xué)目標(biāo)關(guān)注學(xué)科方法的落實；原理講解詳盡，使學(xué)生易于理解；實驗設(shè)計貼近生活，并給予學(xué)生充分的探索空間。

教材中體現(xiàn)的立足學(xué)科知識體系建構(gòu)，重視學(xué)科思想滲透，鼓勵實驗探究等教學(xué)理念，正與《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》提出的“加深對物質(zhì)世界的認(rèn)識，體驗科學(xué)探究的過程，增強創(chuàng)新精神和實踐能力［2］”課程目標(biāo)不謀而合，因此，借鑒國外教材，完善教學(xué)手段，將會提高教師的業(yè)務(wù)素養(yǎng)，亦會對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)大有裨益。

［1］ Raymond E.Davis， Regina Frey， Mickey Sarquis et al.Modern Chemistry ［M］.NewYork：Holt， RinehartAnd Winston Company， 2009， 197， 568， 44， 598， 598， 598，598

［2］ 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）［M］.北京：人民教育出版社， 2003：1