基于FLOW MAP的中美化學(xué)教材難度比較

高慧 王驕陽(yáng) 閆春更 周青

摘要：采用FLOW MAP對(duì)中美四版化學(xué)教材中“物質(zhì)的量”概念體系內(nèi)容難度進(jìn)行了測(cè)量與評(píng)價(jià)。定量統(tǒng)計(jì)表明，中國(guó)教材的整合廣度較美國(guó)教材高，表征深度較美國(guó)教材低。質(zhì)性評(píng)價(jià)表明，美國(guó)教材的概念組織與整合設(shè)計(jì)以“化學(xué)計(jì)量思想與方法”演繹為內(nèi)核，中國(guó)教材則以“物質(zhì)的量相關(guān)概念的邏輯關(guān)系”演繹為內(nèi)核；美國(guó)教材的內(nèi)容表征注重情境線(xiàn)索搭建與類(lèi)比思維的嵌入。

關(guān)鍵詞：FLOW MAP；教材難度比較；物質(zhì)的量；化學(xué)教材

文章編號(hào)：1005–6629（2016）6–0019–05 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

“物質(zhì)的量”概念體系在中學(xué)化學(xué)中占有非常重要的地位[1]。該主題知識(shí)是化學(xué)計(jì)量的基礎(chǔ)，表征了宏觀與微觀之間的量化關(guān)系，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生宏微結(jié)合的能力起到了關(guān)鍵性作用。“物質(zhì)的量”概念體系包含的主要概念有：物質(zhì)的量、阿伏伽德羅常數(shù)、摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度。閆蒙鋼、鐘志健等人進(jìn)行的實(shí)證研究均證明“物質(zhì)的量”概念體系是教與學(xué)的難點(diǎn)[2，3]。“物質(zhì)的量”核心概念體系把人們的研究視野從宏觀引入微觀，在微觀的世界里，需要人們更多地使用抽象邏輯思維來(lái)重新認(rèn)識(shí)事物，學(xué)生認(rèn)知水平的欠缺造成物質(zhì)的量有關(guān)概念學(xué)習(xí)困難，教師的經(jīng)驗(yàn)錯(cuò)覺(jué)與課程共建意識(shí)不夠又一次加大了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度[4]。從教材特點(diǎn)分析出造成“物質(zhì)的量”教學(xué)困難的5個(gè)方面：（1）概念多；（2）理論性強(qiáng)；（3）內(nèi)容抽象；（4）符號(hào)雜；（5）計(jì)算難[5，6]。

對(duì)于這一學(xué)科教學(xué)難點(diǎn)，相關(guān)內(nèi)容的教材編寫(xiě)是如何回應(yīng)的？本研究選取由人民教育出版社、山東科學(xué)技術(shù)出版社、江蘇教育出版社出版的三種代表性的中國(guó)高中化學(xué)教材（以下簡(jiǎn)稱(chēng)人教版、魯科版、蘇教版）與美國(guó)教材Chemistry： Concepts and Applications（McGraw Hill Education出版）作為研究對(duì)象，對(duì)“物質(zhì)的量”概念體系內(nèi)容難度進(jìn)行了測(cè)量和評(píng)價(jià)，并對(duì)其隱含的教育寓意進(jìn)行了探討。

1 研究方法

本研究基于由閆春更等建立的“二維度四指標(biāo)”的教材難度評(píng)價(jià)模型[7]，依托知識(shí)結(jié)構(gòu)表征的方法——Flow Map，重點(diǎn)對(duì)四版教材中“物質(zhì)的量”概念體系的整合廣度和表征深度進(jìn)行評(píng)價(jià)和比較。

1.1 評(píng)價(jià)模型簡(jiǎn)介

閆春更等人認(rèn)為教材的廣度與深度均具有“二象性”特征：對(duì)于廣度，教材一方面通過(guò)所選擇學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的多少來(lái)體現(xiàn)課程的基本廣度，另一方面又通過(guò)學(xué)科知識(shí)的有效組織與整合來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)課程基本廣度的消解，表現(xiàn)為“整合廣度”；對(duì)于深度，教材一方面通過(guò)所選擇學(xué)科知識(shí)本身的抽象度等來(lái)體現(xiàn)課程的基本深度，另一方面又通過(guò)內(nèi)容表征時(shí)信息處理水平的合理提升來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)課程基本深度的消解，表現(xiàn)為“表征深度”。據(jù)此，建立了如圖1所示的教材難度評(píng)價(jià)的二維度四指標(biāo)模型[8]，基本廣度、基本深度取值大小與教科書(shū)難度呈正相關(guān)；整合廣度、表征深度取值大小與教科書(shū)難度呈負(fù)相關(guān)。對(duì)教材整合廣度和表征深度的評(píng)價(jià)有助于研究者在微觀層面深入認(rèn)識(shí)學(xué)科知識(shí)與課程內(nèi)容之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)教科書(shū)編寫(xiě)中的課程創(chuàng)生價(jià)值，為教科書(shū)編寫(xiě)與改革提供更有針對(duì)性的參考。

1.2 FLOW MAP簡(jiǎn)介

Flow Map（流程圖法）是兼具知識(shí)結(jié)構(gòu)與信息表征評(píng)價(jià)功能的工具，最初被用于測(cè)量學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，閆春更等將其用于教材評(píng)價(jià)領(lǐng)域以測(cè)評(píng)教材整合廣度和表征深度[9]。

Flow Map評(píng)價(jià)知識(shí)結(jié)構(gòu)分為以下步驟：第一，通過(guò)信息轉(zhuǎn)錄構(gòu)建知識(shí)或核心概念的順序圖。按照知識(shí)或概念出現(xiàn)的先后順序自上而下排列，并用順序符號(hào)表明其先后關(guān)系；第二，在順序圖的基礎(chǔ)上，按照不同知識(shí)或概念間的“信息回訪(fǎng)”或“概念重現(xiàn)”關(guān)系添加概念回訪(fǎng)符號(hào)，以完成流程圖；第三，對(duì)流程圖中每條知識(shí)或概念呈現(xiàn)時(shí)采用的信息處理方式進(jìn)行評(píng)判。信息處理方式分為直接定義、描述、比較或?qū)Ρ取⑶榫惩评砼c解釋共4個(gè)層級(jí)水平，具體內(nèi)涵如表1所示；第四，對(duì)流程圖中反映的知識(shí)結(jié)構(gòu)的整合廣度、表征深度等進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)；第五，針對(duì)流程圖反映的知識(shí)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行質(zhì)性評(píng)價(jià)[10]。

1.3 借助Flow Map繪制教材知識(shí)結(jié)構(gòu)流程圖

圖2是用Flow Map方法繪制的美國(guó)教材“物質(zhì)的量”概念體系知識(shí)結(jié)構(gòu)流程圖。文本框中呈現(xiàn)的是教材的知識(shí)或概念，按照其出現(xiàn)的先后順序自上而下排列，并用順序符號(hào)表明其先后關(guān)系。圖中的回歸箭頭表示不同知識(shí)或概念間的“信息回訪(fǎng)”或“概念重現(xiàn)”，即若后續(xù)知識(shí)點(diǎn)B的教材文本陳述中的某個(gè)核心術(shù)語(yǔ)曾首次出現(xiàn)于先前的知識(shí)點(diǎn)A中，則繪制一條由知識(shí)點(diǎn)B指向A的回訪(fǎng)箭頭。例如，圖2中知識(shí)點(diǎn)8、12的文本陳述中的術(shù)語(yǔ)“1mol”曾首次出現(xiàn)在知識(shí)點(diǎn)6中，因此分別出現(xiàn)了由知識(shí)點(diǎn)8、12指向知識(shí)點(diǎn)6的回訪(fǎng)箭頭。文本框中的A、B、C、D是對(duì)每個(gè)知識(shí)或概念呈現(xiàn)時(shí)采用的信息處理方式進(jìn)行的評(píng)判。具體標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1[11]。

1.4 變量統(tǒng)計(jì)

整合廣度=流程圖中概念回訪(fǎng)總數(shù)/（概念總數(shù)目+概念回訪(fǎng)總數(shù)）。其中“概念回訪(fǎng)總數(shù)”即是流程圖中出現(xiàn)的概念回訪(fǎng)箭頭總數(shù)目。以美國(guó)教材為例，其“物質(zhì)的量”概念體系的整合廣度=18/（18+20）=0.474。

對(duì)四層級(jí)（直接定義、描述、比較或?qū)Ρ取⑶榫惩评砘蚪忉專(zhuān)┓謩e編號(hào)A、B、C、D，依次賦值1分、2分、3分、4分進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，A、B級(jí)合并為低級(jí)信息表征水平（簡(jiǎn)稱(chēng)“低表征水平”），C、D級(jí)合并為高級(jí)信息表征水平（簡(jiǎn)稱(chēng)“高表征水平”），表征深度=高表征水平分值/（低表征水平分值+高表征水平分值）。以美國(guó)教材為例，其“物質(zhì)的量”概念體系的表征深度為：30/44=0.682[12]。

整合廣度、表征深度的取值與教材難度呈負(fù)相關(guān)，即整合廣度、表征深度數(shù)值越大，則相應(yīng)的教材難度越小。

2 結(jié)果討論

按照上述方法，分別對(duì)人教版、蘇教版、魯科版、美國(guó)教材四版高中化學(xué)教材中“物質(zhì)的量”概念體系的整合廣度、表征深度進(jìn)行了分析和比較（結(jié)果見(jiàn)表2），其中整合廣度一致性系數(shù)較高，總體水平為0.911，信度高；表征深度一致性系數(shù)的總體水平為0.737，信度良好。

2.1 整合廣度分析

從表2可見(jiàn)，美國(guó)教材的整合廣度最低，為 0.474，中國(guó)教材整合廣度均不小于0.524。即就整合廣度而言，美國(guó)教材“物質(zhì)的量”概念體系內(nèi)容的難度較中國(guó)教材大。

進(jìn)一步分析流程圖內(nèi)容，可從質(zhì)性評(píng)價(jià)的角度審視四種教材內(nèi)容整合的差異性。由圖2可知，美國(guó)教材中“如何方便計(jì)數(shù)”、“摩爾是微觀粒子的計(jì)量單元”、“1mol物質(zhì)所含的微粒數(shù)”3個(gè)概念的回訪(fǎng)次數(shù)依次為4、4、3，從這一概念序列不難看出美國(guó)教材的概念組織與整合設(shè)計(jì)以“化學(xué)計(jì)量思想與方法”演繹為內(nèi)核，緊密?chē)@“計(jì)量問(wèn)題——計(jì)量思想——計(jì)量方法”這一邏輯關(guān)系組織內(nèi)容。另外，該教材還專(zhuān)門(mén)介紹了“化學(xué)計(jì)量學(xué)”這一概念，進(jìn)一步印證了教材的編寫(xiě)意圖，即通過(guò)提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程，滲透化學(xué)計(jì)量的基本思想和方法，充分體現(xiàn)對(duì)化學(xué)計(jì)量學(xué)內(nèi)容教學(xué)價(jià)值的強(qiáng)調(diào)。

對(duì)中國(guó)教材的流程圖進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，三個(gè)版本的中國(guó)教材主要圍繞核心概念“物質(zhì)的量”、“1mol所包含的微粒數(shù)”進(jìn)行知識(shí)內(nèi)容的組織，各版本教材對(duì)以上兩個(gè)核心概念的回訪(fǎng)次數(shù)依次為：人教版6、5；魯科版7、5；蘇教版5、5。三個(gè)版本教材均從“物質(zhì)的量是聯(lián)系宏觀和微觀的橋梁”引入該主題內(nèi)容。明確給出“物質(zhì)的量”的意義、符號(hào)和單位。在對(duì)摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度的概念引入中均強(qiáng)調(diào)了新概念與物質(zhì)的量概念內(nèi)涵的關(guān)系。可見(jiàn)，中國(guó)教材重視核心概念“物質(zhì)的量”內(nèi)涵的解釋?zhuān)瑑A向于以“物質(zhì)的量相關(guān)概念的邏輯關(guān)系”演繹為內(nèi)核組織相關(guān)內(nèi)容。

綜合中美教材在整合廣度方面的差異可見(jiàn)，中國(guó)高中化學(xué)教材有助于學(xué)生建立較為清晰而完整的標(biāo)準(zhǔn)概念體系，有助于學(xué)生從知識(shí)的“符號(hào)”維度掌握課程；而美國(guó)高中化學(xué)教材則注重學(xué)生在問(wèn)題解決過(guò)程中領(lǐng)悟化學(xué)計(jì)量的思想與方法，強(qiáng)調(diào)學(xué)生從知識(shí)生成“過(guò)程”維度掌握課程，在這一層面對(duì)學(xué)生提出的要求明顯高于中國(guó)教材（即導(dǎo)致難度較大）。

2.2 表征深度分析

由表2可見(jiàn)，美國(guó)教材的表征深度最高，達(dá)到了0.682，中國(guó)教材的表征深度不超過(guò)0.450。即就表征深度而言，美國(guó)教材“物質(zhì)的量”概念體系內(nèi)容的難度較中國(guó)教材小。

分析流程圖可以看出，美國(guó)教材對(duì)核心概念“如何方便計(jì)數(shù)”、“摩爾”等更多地運(yùn)用了比較與對(duì)比（C）、情境推理與解釋?zhuān)―）等高級(jí)信息表征策略，例如對(duì)知識(shí)點(diǎn)“如何方便計(jì)數(shù)”的表征水平，就將微觀粒子類(lèi)比為錢(qián)幣，如何不通過(guò)挨個(gè)數(shù)就能確定大量錢(qián)幣的數(shù)量，運(yùn)用了比較或?qū)Ρ鹊谋碚鞣绞剑缘燃?jí)為C；對(duì)“摩爾作為計(jì)量微觀粒子的計(jì)量單元”的表征水平，在數(shù)硬幣這樣一個(gè)大故事情境中，推理“如果你想數(shù)出原子個(gè)數(shù)，設(shè)定什么樣的單位比較合適呢？比起你數(shù)硬幣所選用的1000這個(gè)單位，你需要更大的單位，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1000，可以多至100萬(wàn)。原子實(shí)在太小，即使是一個(gè)普通大小的樣品物質(zhì)，其所包含的微觀粒子數(shù)也是無(wú)法數(shù)清的，因此若把它們按照每組1000個(gè)來(lái)數(shù)的話(huà)，就不具有可操作性。即使以100000作為單位進(jìn)行也是不合適的”[13]。進(jìn)而直接給出“用來(lái)計(jì)量物質(zhì)中原子、分子數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)單位是摩爾（mol）”，因此屬于D（情境推理與解釋?zhuān)┍碚魉健Ｓ捎诿绹?guó)教材對(duì)該部分內(nèi)容的呈現(xiàn)目的主要是讓學(xué)生通過(guò)已有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)建構(gòu)起化學(xué)計(jì)量的思維和方法。基于此目的，大量采用較高的信息表征策略也在情理之中。

與此形成鮮明對(duì)比的是，中國(guó)教材對(duì)核心概念的表征上大多采用了直接定義（A）、描述（B）等低級(jí)表征水平，例如三種版本的中國(guó)教材對(duì)三個(gè)核心概念“可稱(chēng)量物質(zhì)與微粒數(shù)之間關(guān)系”、“物質(zhì)的量”、“1mol所包含微粒數(shù)”的表征水平均依次為B、A、B。三種版本的中國(guó)教材均是通過(guò)要建立“可稱(chēng)量物質(zhì)與微粒數(shù)之間的關(guān)系”來(lái)引入“物質(zhì)的量”，接著直接對(duì)“物質(zhì)的量”進(jìn)行描述，給出符號(hào)和單位，進(jìn)而直接引入“1mol所含微粒數(shù)”，其表征水平均屬于直接定義或描述，所以歸為A或B等級(jí)。

美國(guó)教材編排的重點(diǎn)是微觀粒子的計(jì)量單元“摩爾”。以數(shù)40桶硬幣為情境，提出問(wèn)題“如何方便計(jì)數(shù)”，引發(fā)思考，進(jìn)而提出選擇計(jì)量單元的思想，將硬幣與微觀粒子進(jìn)行類(lèi)比，對(duì)微觀粒子計(jì)數(shù)時(shí)選擇摩爾作為計(jì)量單元，明確規(guī)定1摩爾所含的微粒數(shù)是6.02×1023，并將此數(shù)命名為阿伏伽德羅常數(shù)。同時(shí)，運(yùn)用類(lèi)比“如果把6.02×1023張紙堆起來(lái)，那么它的厚度可以從地球到太陽(yáng)來(lái)回1000000次以上。紙張的厚度非常小，但是一個(gè)原子的體積更小，而1摩爾的鎂原子還鋪不滿(mǎn)手心”[14]。讓學(xué)生感受6.02×1023的龐大與微觀粒子的微小。接著，通過(guò)對(duì)計(jì)量微觀粒子與計(jì)量雞蛋的單位進(jìn)行類(lèi)比，發(fā)現(xiàn)計(jì)量單元大小與計(jì)量對(duì)象大小呈反比，滲透方法論思想。

在對(duì)1mol所包含的微粒數(shù)的介紹中，中美教材也顯現(xiàn)了較大的差異。中國(guó)教材均呈現(xiàn)了6.02×1023的數(shù)值來(lái)源——“0.012kg 12C中所含碳原子數(shù)”，但對(duì)于“為何摩爾質(zhì)量數(shù)值與相對(duì)原子質(zhì)量數(shù)值相等”均未作出解釋?zhuān)幻绹?guó)教材直接給出1mol所包含的微粒數(shù)是6.02×1023后，通過(guò)情境推理的方式，解釋了摩爾質(zhì)量與相對(duì)原子質(zhì)量在數(shù)值上相等的原因。圖片呈現(xiàn)天平的兩端分別放置6個(gè)碳原子和6個(gè)鐵原子，天平指針偏向鐵原子一邊。并配以文字解釋道“1個(gè)鐵原子的平均質(zhì)量是1個(gè)碳原子平均質(zhì)量的4.65倍，1mol鐵原子的質(zhì)量就是1mol碳原子質(zhì)量的4.65倍”。

綜合中美教材在表征深度方面的差異可見(jiàn)，美國(guó)高中化學(xué)教材注重情境線(xiàn)索搭建，且通過(guò)較多類(lèi)比思維的嵌入實(shí)現(xiàn)知識(shí)的文本演繹過(guò)程，關(guān)注對(duì)相關(guān)疑難概念的本質(zhì)原因的推理和解釋。在這一層面上，美國(guó)教材對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程提供了更加有力的支撐（即導(dǎo)致難度較小）。

3 研究啟示

整合廣度的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，美國(guó)高中化學(xué)教材的整合水平低于中國(guó)教材，即美國(guó)教材在內(nèi)容組織與整合層面的難度較大；質(zhì)性分析表明，美國(guó)教材的內(nèi)容整合注重“化學(xué)計(jì)量思想與方法”的全面滲透，與中國(guó)教材注重“物質(zhì)的量相關(guān)概念的邏輯關(guān)系”有明顯差異。表征深度的比較結(jié)果顯示，美國(guó)高中化學(xué)教材在學(xué)科概念的呈現(xiàn)中注重情境線(xiàn)索的搭建與類(lèi)比思維的嵌入，注重對(duì)情境推理與解釋等信息處理策略的滲透，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的支撐力更強(qiáng)。可見(jiàn)，對(duì)教材整合廣度和表征深度的評(píng)價(jià)不僅可以定量地反映教材的相關(guān)內(nèi)容難度，也可以從質(zhì)性研究的角度揭示教材編寫(xiě)中蘊(yùn)含的教學(xué)價(jià)值與教育寓意。

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