美國高中教科書《化學(xué)：概念與應(yīng)用》特色欄目的分析

辛雪 季春陽

摘要：以美國高中理科教科書《化學(xué)：概念與應(yīng)用》作為研究對象，基于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的視角對該教科書的特色欄目進(jìn)行分析，結(jié)合我國普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)得出啟示，希望為我國化學(xué)教科書的編寫提供幾點參考。

關(guān)鍵詞：美國化學(xué)教科書;科學(xué)素養(yǎng);教科書編寫

文章編號：1008-0546（2020）02-0005-04 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.002

我國《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出，“化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生必備的科學(xué)素養(yǎng)，是學(xué)生終身學(xué)習(xí)和發(fā)展的重要基礎(chǔ);化學(xué)課程對于科學(xué)文化的傳承和高素質(zhì)人才的培養(yǎng)具有不可替代的作用”。可見，化學(xué)作為自然科學(xué)領(lǐng)域的一門重要基礎(chǔ)學(xué)科，科學(xué)素養(yǎng)和化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)存在著實質(zhì)性的關(guān)系，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是科學(xué)素養(yǎng)的學(xué)科化，而科學(xué)素養(yǎng)是化學(xué)核心素養(yǎng)的科學(xué)化。《化學(xué)：概念與應(yīng)用》作為美國高中階段科學(xué)教材的代表之一，是以“像科學(xué)家那樣思考;像科學(xué)家那樣探索;知識能力方法并重;動手動腦趣味無窮等”為目標(biāo)展開的，對我國科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的實施以及中學(xué)化學(xué)教科書編寫具有啟示和借鑒價值。本文將基于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的視角，對《化學(xué)：概念與應(yīng)用》中“氧化還原反應(yīng)”一章中的特色欄目加以分析，尋求欄目與科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)系，并闡述其對教科書編寫的啟示，希望為我國化學(xué)教科書的編寫提供借鑒和參考。

一、科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵

科學(xué)素養(yǎng)最早是由美國學(xué)者科南特首先從科學(xué)家的角度進(jìn)行論述的，1985年美國針對科學(xué)教育改革提出了“2061計劃”，為了提高公民的“科學(xué)素養(yǎng)”，其內(nèi)容不僅涉及了科學(xué)知識和原理，還包含了科學(xué)研究的過程與方法、科學(xué)發(fā)展史、科學(xué)技術(shù)與社會之間的關(guān)系。不同學(xué)者對科學(xué)素養(yǎng)的含義有不同的理解與表述（見表1）。筆者認(rèn)為，對于中學(xué)生來說，科學(xué)素養(yǎng)是學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)知識及了解科學(xué)研究的內(nèi)容與方法的過程中逐步形成的適應(yīng)社會和自身發(fā)展需要的基本品質(zhì)和能力。

綜合學(xué)者們的觀點可知，科學(xué)素養(yǎng)包括科學(xué)概念、科學(xué)事實、科學(xué)原理、科學(xué)定律、科學(xué)研究的過程、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)價值觀。本文將上述科學(xué)素養(yǎng)分為以下三個維度：科學(xué)知識、科學(xué)過程與方法、科學(xué)本質(zhì)和價值。其中科學(xué)知識包括科學(xué)概念、科學(xué)事實、科學(xué)原理和科學(xué)定律，是科學(xué)素養(yǎng)的載體;科學(xué)過程與方法包括科學(xué)研究的過程和所應(yīng)用到的方法，是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分;科學(xué)本質(zhì)和價值包括科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)價值觀，是科學(xué)素養(yǎng)的核心體現(xiàn)。

二、《化學(xué)：概念與應(yīng)用》中特色欄目的設(shè)置

本義將以科學(xué)素養(yǎng)的三個維度即科學(xué)知識、科學(xué)過程與方法、科學(xué)本質(zhì)和價值為依據(jù)，對《化學(xué)：概念與應(yīng)用》巾的特色欄目進(jìn)行劃分總結(jié)，尋找欄目的功能以及與科學(xué)素養(yǎng)的對應(yīng)關(guān)系。

1.科學(xué)知識類欄目

科學(xué)知識是科學(xué)素養(yǎng)的載體。畢華林認(rèn)為，從新課程改革“培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)”的主旨出發(fā)，課程內(nèi)容的選擇應(yīng)是學(xué)生終身學(xué)習(xí)和適應(yīng)現(xiàn)代社會生活所必需的。教科書主要通過“生活巾的化學(xué)”“化學(xué)與社會”“化學(xué)與技術(shù)”“跨學(xué)科鏈接”“工作原理”等欄目呈現(xiàn)，這幾個欄目在每一章巾都有所設(shè)置，每一章的欄目巾都以不同的情景素材展開，介紹不同的科學(xué)知識，表2所列是“氧化還原反應(yīng)”巾科學(xué)知識的欄目及相應(yīng)的功能。以“化學(xué)與技術(shù)”欄目為例，這一欄目以法醫(yī)學(xué)巾的血液檢測為情景素材，普及法醫(yī)檢測血液的原理即血液巾的血紅蛋白能夠催化有機(jī)指示劑的氧化，從而產(chǎn)生能夠發(fā)光的物質(zhì)。欄目巾的內(nèi)容讓學(xué)生運用所學(xué)知識回答相關(guān)問題，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解科學(xué)知識，并且注重知識的應(yīng)用。學(xué)生在閱讀欄目時，不僅豐富知識內(nèi)容，還能從素材巾關(guān)注科學(xué)知識的技術(shù)成果對社會發(fā)展的影響。教科書巾呈現(xiàn)的科學(xué)知識不僅是化學(xué)知識，更涉獵與化學(xué)相關(guān)的生活、社會、技術(shù)和其他學(xué)科的科學(xué)知識，通過欄目設(shè)置，學(xué)生將學(xué)習(xí)不同欄目的不同科學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

2.科學(xué)過程與方法類欄目

科學(xué)過程與方法是科學(xué)素養(yǎng)的動態(tài)化體現(xiàn)，它是對科學(xué)知識動態(tài)化的過程，通過培養(yǎng)科學(xué)過程與方法實現(xiàn)科學(xué)知識的內(nèi)化。《化學(xué)：概念與應(yīng)用》巾科學(xué)過程和方法類欄目主要包括實驗和習(xí)題兩個欄目。

（1）實驗欄目

高巾階段，實驗是學(xué)生科學(xué)探究的主要途徑，也是學(xué)生體驗科學(xué)過程和掌握科學(xué)方法的重要手段。教科書巾的實驗類型有起步實驗、化學(xué)實驗、迷你實驗、家庭實驗四類。這幾個實驗在每一章巾都有所設(shè)置，其巾起步實驗是在每章之前呈現(xiàn)的與本章內(nèi)容相關(guān)的導(dǎo)人實驗，化學(xué)實驗和迷你實驗是與本章內(nèi)容相關(guān)的課堂實驗，家庭實驗是每章內(nèi)容學(xué)習(xí)后的趣味實驗。四種類型的實驗比例均勻，分布位置合理，形成了完整的體系，促進(jìn)學(xué)生知識能力和思維模式的建構(gòu)。表3所列是“氧化還原反應(yīng)”巾實驗的欄目及功能。

顯然，教科書巾選取的實驗比較多樣化，實驗主題和實驗的組織形式更突出綜合化。實驗是通過提出問題，猜想和假設(shè)，實驗方案的設(shè)計，實驗方法的優(yōu)化，實驗步驟的操作，最后解決問題。這符合科學(xué)探究的過程，其巾學(xué)生對于實驗方法的評價與選擇的過程也是科學(xué)素養(yǎng)形成的過程。

（2）習(xí)題欄目

教科書對于科學(xué)方法類知識尤為重視，不僅在正義內(nèi)容巾介紹了多種科學(xué)模型，在習(xí)題上，設(shè)置了系統(tǒng)化的欄目，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)方法，體現(xiàn)習(xí)題欄目的導(dǎo)向功能。習(xí)題編排采用循序漸進(jìn)的原則，從學(xué)習(xí)知識到應(yīng)用知識的過程也是學(xué)生思維深入的過程，有較強(qiáng)的系統(tǒng)性、科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

教科書中的習(xí)題主要是章末復(fù)習(xí)。章末復(fù)習(xí)有知識概要、理解概念、應(yīng)用概念、理性思維、復(fù)習(xí)回顧、技能訓(xùn)練、科技寫作、解決問題八個欄目。表4所列是“氧化還原反應(yīng)”中習(xí)題的欄目及功能。其中“知識概要”是用專業(yè)術(shù)語總結(jié)本章的基本概念、原理;“理解概念”引導(dǎo)學(xué)生是以問題組的形式思考，測試對化學(xué)概念和原理的理解;“應(yīng)用概念”側(cè)重于學(xué)科交叉內(nèi)容，提高學(xué)生的綜合能力;“理性思維”是通過SI制測量、因果分析、規(guī)律識別、運用圖表等科學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生的理性思維;“復(fù)習(xí)回顧”是將已有知識和新知識結(jié)合起來，形成知識鏈;“技能訓(xùn)練”是訓(xùn)練學(xué)生運用圖表、構(gòu)建模型等科學(xué)方法，強(qiáng)化動手操作的能力;“科技寫作”是促進(jìn)學(xué)生概念的發(fā)展、增進(jìn)學(xué)生高層次的思考，在開展科學(xué)寫作的過程中，促進(jìn)學(xué)生深入思考科學(xué)問題的方法。

《化學(xué)：概念與應(yīng)用》的習(xí)題欄目豐富，涉及面廣，習(xí)題設(shè)置更加注重陳述性知識與程序性知識的融合，重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，注重培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維、創(chuàng)造性思維、批判性思維。章末習(xí)題從知識概要到解決問題，學(xué)生的思維隨欄目設(shè)置逐漸深入，有利于學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成，在習(xí)題中重視科學(xué)方法的訓(xùn)練，全面檢測學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

3.科學(xué)本質(zhì)和價值類欄目

科學(xué)本質(zhì)和價值是科學(xué)素養(yǎng)的核心思想，科學(xué)是對歷史的反映，是時代進(jìn)步的標(biāo)志，理解科學(xué)本質(zhì)是科學(xué)素養(yǎng)的核心成分之一。教科書中科學(xué)本質(zhì)和價值欄目主要包括科學(xué)史實和詞源兩個欄目。表5所列是“氧化還原反應(yīng)”中詞源和科學(xué)史實的欄目及功能。例如在“氧化還原反應(yīng)”中就涉及了青銅時代的歷史、“笑氣”N20、肌紅蛋白。通過科學(xué)史實的引入，學(xué)生可以看到科學(xué)知識在歷史發(fā)展過程中的演變，尤其是證實和證偽的過程，讓學(xué)生明白科學(xué)知識也是動態(tài)發(fā)展的，并不像教科書中所陳述的“科學(xué)家認(rèn)為……”這樣簡短的字句，理解科學(xué)的本質(zhì)和價值，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

國內(nèi)的教科書多在章節(jié)的末尾呈現(xiàn)，作為本節(jié)內(nèi)容的情景素材，多數(shù)的作用是吸引學(xué)生的興趣，擴(kuò)大學(xué)生的知識面。但《化學(xué)：概念與應(yīng)用》中的科學(xué)史實和詞源是以正文內(nèi)容為主，相應(yīng)地設(shè)置在知識內(nèi)容旁邊，而且內(nèi)容涉及廣泛，不僅僅學(xué)習(xí)教科書中呈現(xiàn)的結(jié)論性知識，更要通過知識發(fā)展的過程和事實理解科學(xué)本質(zhì)。

三、對我國化學(xué)教科書編寫的幾點啟示

1.豐富欄目的設(shè)計，提高科學(xué)素養(yǎng)

教科書中欄目的設(shè)計具有導(dǎo)向作用，不同欄目具有不同的功能。欄目的設(shè)計應(yīng)符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，設(shè)置豐富的活動模塊，引導(dǎo)學(xué)生運用圖表等多種科學(xué)方法進(jìn)行知識的建構(gòu)。欄目應(yīng)該滿足學(xué)生對科學(xué)知識的需求，讓學(xué)生理解化學(xué)學(xué)科不是孤立存在的，學(xué)生在學(xué)習(xí)教科書的過程中不僅學(xué)習(xí)了化學(xué)專業(yè)知識，更培養(yǎng)學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)化學(xué)問題，以知識傳輸為載體解決化學(xué)問題，重在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

2.呈現(xiàn)方式合理化，構(gòu)建完整體系

化學(xué)教科書內(nèi)容呈現(xiàn)方式應(yīng)合理化，以反映化學(xué)學(xué)科知識間固有的邏輯關(guān)系。教科書應(yīng)結(jié)合化學(xué)學(xué)科的特點根據(jù)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的階段性特點，合理呈現(xiàn)化學(xué)內(nèi)容。教科書具有完整的知識體系，不僅僅是知識的簡單呈現(xiàn)，更重視科學(xué)家發(fā)現(xiàn)知識的過程、思想和方法。學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)知識的過程中體會科學(xué)發(fā)展過程。在學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)和生活經(jīng)驗上呈現(xiàn)化學(xué)知識，使教科書體系符合學(xué)生的認(rèn)知建構(gòu)。

3.營造教科書情境性，彰顯STSE理念

我國《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，化學(xué)教科書內(nèi)容應(yīng)關(guān)注學(xué)生現(xiàn)實的生活經(jīng)驗，反映化學(xué)發(fā)展的特點和發(fā)展趨勢。因此，編寫教科書時應(yīng)注意營造教科書的情境性，在情境中融人STSE理念。例如，“原子間的化學(xué)鍵”對于學(xué)生來說比較抽象，在正文知識內(nèi)容前，可以借助生活中常見的粘貼物品的“膠水”。起聯(lián)結(jié)作用的“膠水”，實際上就是原子間所共用的一些電子，讓學(xué)生理解如何利用情境理解知識。化學(xué)涉及的內(nèi)容小到生產(chǎn)生活，大到國防科技，情景素材可以選擇社會生活、前沿科技、綠色環(huán)保等內(nèi)容，通過現(xiàn)實生活中的情境素材，學(xué)生從不同角度思考問題，培養(yǎng)發(fā)散思維，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。

4.增強(qiáng)學(xué)科交融性，注重全面發(fā)展

加強(qiáng)化學(xué)與數(shù)學(xué)、生物、歷史、地理等學(xué)科的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生理解物質(zhì)及其在科學(xué)背景下的變化，幫助學(xué)生拓寬知識面，可以提高學(xué)生綜合運用知識解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的全面發(fā)展。例如在“酸堿平衡”可以結(jié)合人體血液中的酸堿狀況，使學(xué)生認(rèn)識到“酸堿平衡”與生物體的密切關(guān)系;化學(xué)實驗中運用圖表、圖像分析問題，使學(xué)生掌握運用數(shù)學(xué)方法來解決化學(xué)問題。現(xiàn)代社會需要的是全面發(fā)展的人才，這就要求教科書在編寫時應(yīng)關(guān)注學(xué)科之間的交融性。

5.強(qiáng)化實驗探究性，培養(yǎng)科學(xué)思維

化學(xué)實驗內(nèi)容是教科書的重要組成部分，化學(xué)實驗對于全面發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)有著極為重要的作用。如何呈現(xiàn)多樣化的化學(xué)實驗，有效地發(fā)揮實驗的功能是實驗設(shè)計有待解決的問題。化學(xué)實驗的功能，不僅在于獲得實驗結(jié)果，更重要的是學(xué)生體驗獲得實驗結(jié)果的探究過程。探究不是外在的形式，而是實驗內(nèi)容要全面涵蓋探究的要素，將其進(jìn)行必要的細(xì)化和分解，在實驗過程中體現(xiàn)探究思想。中學(xué)化學(xué)實驗是培養(yǎng)學(xué)生探究能力的重要基礎(chǔ)，而發(fā)現(xiàn)和提出問題是探究的開始，所以教科書可以采用創(chuàng)設(shè)情境一發(fā)現(xiàn)問題一提出假設(shè)一驗證假設(shè)一得出結(jié)論一解決問題的實驗探究模型，使學(xué)生體驗科學(xué)研究的思路和方法，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維。教科書應(yīng)強(qiáng)化實驗的探究性，適當(dāng)增加家庭實驗、創(chuàng)新實踐活動等，讓學(xué)生在實驗探究活動中認(rèn)識科學(xué)探究過程，發(fā)展實踐能力。