中美高中化學(xué)教材 “物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”的對比研究

雷宇祺，蘭國成，字敏

（1.云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650000；2.內(nèi)江市第十四中學(xué)，四川 內(nèi)江 641107）

隨著課程改革發(fā)展，人民教育出版社出版的普通高中化學(xué)新教材于2019年正式發(fā)行。化學(xué)教材是學(xué)生學(xué)好化學(xué)知識和探索化學(xué)物質(zhì)性質(zhì)的內(nèi)容載體，是學(xué)生理解和思考化學(xué)概念的基本解釋，對學(xué)生的發(fā)展起著必不可少的作用。中國為了不斷提高當(dāng)代中學(xué)生的能力和水平，對課程和教材也在不斷地進(jìn)行改革。為更好地編寫和修訂我國教材，近年來對比中外教材成為學(xué)者和專家的研究熱點(diǎn)。本研究以中國人教版普通高中化學(xué)新教材必修1“第四章物質(zhì)結(jié)構(gòu) 元素周期律”為例［1］，與美國高中教材 《科學(xué)發(fā)現(xiàn)者：化學(xué)概念與應(yīng)用》相應(yīng)部分做對比研究［2，3］，旨在借鑒國外經(jīng)典教材的優(yōu)點(diǎn)，為中國普通高中化學(xué)教材的編寫和修訂提供建議。

1 中美高中化學(xué)教材體系結(jié)構(gòu)設(shè)置的對比分析

“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”是高中化學(xué)教材體系中的核心知識點(diǎn)，對 《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017）版》中提出的培養(yǎng)學(xué)生 “宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”的化學(xué)核心素養(yǎng)非常重要［4］。為深入了解兩版教材，以下將對兩版教材的體系結(jié)構(gòu)設(shè)置進(jìn)行對比分析 （表1）。

表1 中美高中化學(xué)教材 “物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”的體系結(jié)構(gòu)設(shè)置

1.1 中美高中化學(xué)教材的體系結(jié)構(gòu)設(shè)置

由表1可知，美版教材將 “物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”這部分知識拆分成 “第二章 物質(zhì)是由原子構(gòu)成的”“第三章元素周期表導(dǎo)論”“第八章元素性質(zhì)的周期性”和 “第九章 化學(xué)鍵”共四章的內(nèi)容，并且前兩章內(nèi)容和后兩章內(nèi)容間隔五章內(nèi)容；我國教材將此內(nèi)容合為一章，即 “第四章物質(zhì)結(jié)構(gòu)元素周期律”。

1.2 中美高中化學(xué)教材的體系結(jié)構(gòu)設(shè)置的優(yōu)缺點(diǎn)

美版教材共四章內(nèi)容的編排以及前后五章內(nèi)容的間隔，在體系結(jié)構(gòu)的設(shè)置上過于分散，會讓學(xué)生難以將所學(xué)的各章知識相互聯(lián)系，不利于學(xué)生對各章化學(xué)知識的靈活運(yùn)用；我國教材在體系結(jié)構(gòu)設(shè)置上則更為集中和直觀，避免了相近知識的分散，在降低學(xué)生學(xué)習(xí)新知識難度的同時，也減輕了教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)。

2 中美高中化學(xué)教材知識點(diǎn)設(shè)置和順序的對比分析

知識點(diǎn)的設(shè)置和順序是否合理，這是衡量一個教材是否適合該年齡階段學(xué)生使用的重要參考。只有合理的知識點(diǎn)設(shè)置和順序才能循序漸進(jìn)地讓學(xué)生理解和掌握知識，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)［5］。表2將對兩版教材知識點(diǎn)設(shè)置和順序進(jìn)行對比分析。

表2 中美高中化學(xué)教材 “物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”知識點(diǎn)設(shè)置和順序的統(tǒng)計

2.1 中美高中化學(xué)教材知識點(diǎn)設(shè)置對比

由表2可知，從知識點(diǎn)設(shè)置上看，兩版教材具有差異性。例如，我國教材在講述同位素的知識時，補(bǔ)充了核素的知識，而美版教材在講述同位素時，則沒有提及核素的有關(guān)概念；我國教材在講述化學(xué)鍵的知識時，只講述了離子鍵和共價鍵，共兩種化學(xué)鍵，而美版教材則多講述了金屬鍵和補(bǔ)充了分子的形狀與極性的知識。

2.2 中美高中化學(xué)教材知識點(diǎn)順序?qū)Ρ?/h3>

由表2可知，從知識點(diǎn)呈現(xiàn)順序上看，兩版教材核心知識呈現(xiàn)的順序一致。例如，兩版教材從原子結(jié)構(gòu)→元素周期表→元素性質(zhì)的周期性→化學(xué)鍵的順序編寫教材，重視學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，具有科學(xué)性和邏輯性，有利于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

3 中美高中化學(xué)教材欄目設(shè)置的對比分析

欄目設(shè)置具有引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和開闊學(xué)生視野的作用，所以合理的欄目設(shè)置會讓學(xué)習(xí)者具有更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。為更好地對比中美教材的欄目設(shè)置，將兩版教材的欄目類型分為實(shí)驗(yàn)類和拓展延伸類［6］，具體統(tǒng)計如表3所示。

表3 中美高中化學(xué)教材 “物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”欄目類型和數(shù)量統(tǒng)計

3.1 中美高中化學(xué)教材實(shí)驗(yàn)類欄目對比分析

從表3可知，實(shí)驗(yàn)類和拓展延伸類兩個欄目的數(shù)量美版教材都多于我國教材。在實(shí)驗(yàn)類欄目設(shè)置上，美版教材在每一個章節(jié)設(shè)置了一個大實(shí)驗(yàn)，在每一小節(jié)設(shè)置了一個迷你實(shí)驗(yàn)，以大化學(xué)實(shí)驗(yàn)和迷你實(shí)驗(yàn)相互補(bǔ)充的設(shè)計形式。其中，大實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容十分豐富和有趣，也對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力有一定要求，但對于學(xué)生的綜合能力至關(guān)重要；迷你實(shí)驗(yàn)主要是一些更貼近生活和難度較小的簡單實(shí)驗(yàn)，目的是為學(xué)生積累大實(shí)驗(yàn)所需的基本技能和知識，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)大實(shí)驗(yàn)時能夠更加輕松和愉快。美版教材這樣充滿特色的編排方式，不僅充分體現(xiàn)了美版教材對實(shí)驗(yàn)的重視程度以及對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，也體現(xiàn)了化學(xué)知識的學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)密不可分的理念，讓實(shí)驗(yàn)與課本知識的學(xué)習(xí)緊密結(jié)合。

3.2 中美高中化學(xué)教材拓展延伸類欄目對比分析

從表3可知，在拓展延伸類欄目設(shè)置上，美版教材體現(xiàn)學(xué)科交叉的理念，拓展的知識不僅僅是化學(xué)知識，還包含了物理和生物等多學(xué)科內(nèi)容。如在介紹第二章的第二節(jié)，原子中的電子時，美版教材引入了物理學(xué)中的北極光，介紹了北極光產(chǎn)生的原因和北極光的特征，以此來說明原子的結(jié)構(gòu)這部分知識，讓學(xué)生對這部分知識的理解更加深入和透徹。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)知識的過程中，了解其他學(xué)科與之緊密相連的知識，這在一定程度上有助于學(xué)生掌握各門學(xué)科和運(yùn)用各門學(xué)科。

4 中美高中化學(xué)教材課后習(xí)題數(shù)量的對比分析

習(xí)題與學(xué)生的課后學(xué)習(xí)密不可分，是學(xué)生課后鞏固和掌握知識的媒介，也是教材的重要組成部分，與正文內(nèi)容緊密相連。好的習(xí)題不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，還能提供教學(xué)反饋信息［7］，對學(xué)生的學(xué)習(xí)起著引導(dǎo)、加深理解和鞏固的作用。表4是中美教材習(xí)題數(shù)量的統(tǒng)計。

表4 中美高中化學(xué)教材 “物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”課后習(xí)題數(shù)量統(tǒng)計

從表4可知，我國教材的習(xí)頁比高于美版教材，是美版教材的2.39倍，意味著習(xí)題數(shù)量多于美版教材。因此，可以得出我國教材更注重讓學(xué)生通過課后習(xí)題的鍛煉，理解和掌握所學(xué)知識；結(jié)合表3和表4可知，美版教材0.49的習(xí)頁比和實(shí)驗(yàn)類欄目總計12的數(shù)量，可以得出美版教材相較于我國教材更注重通過實(shí)驗(yàn)，來讓學(xué)生理解和掌握所學(xué)知識。

5 中美高中化學(xué)教材插圖的對比分析

插圖是教材中必不可少的一個部分，是教材內(nèi)容呈現(xiàn)的另一種形式，可使得教材內(nèi)容更為豐富多彩和培養(yǎng)學(xué)生的觀察、語言、想象等諸多能力，達(dá)到事半功倍的效果。兩國教材的插圖對比見表5。

表5 中美高中化學(xué)教材 “物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”插圖數(shù)量統(tǒng)計

由表5可知，由于 “物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律”這部分知識抽象難懂，因此中美教材都非常注重插圖的使用，但我國教材使用插圖數(shù)量與美版教材相比偏少。通過在知識點(diǎn)旁附帶插圖，可以讓學(xué)生通過插圖清楚地了解知識點(diǎn)所要傳達(dá)的內(nèi)容，并對知識點(diǎn)有更形象和直觀地理解，而我國教材相對偏少的插圖使用，給學(xué)生理解和掌握這部分抽象知識帶來一定難度。

6 總結(jié)與啟示

我國教材體系結(jié)構(gòu)設(shè)置更為集中和直觀、知識點(diǎn)順序具有科學(xué)性和邏輯性、主題明確、內(nèi)容具體，注重通過課后習(xí)題幫助學(xué)生理解和掌握知識，知識內(nèi)容逐步加深、層層遞進(jìn)、側(cè)重學(xué)科、多文字、重邏輯、采用螺旋式編排方法；美版教材則更加注重通過實(shí)驗(yàn)、拓展延伸類欄目和插圖等形式，提升學(xué)生的邏輯思維能力和動手發(fā)現(xiàn)問題的能力。總的來說，兩版教材都各有優(yōu)勢，我國教材內(nèi)容設(shè)置難易適中，適合大部分學(xué)生，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性和重要性，在教師的教學(xué)中更易使用，學(xué)生易于接受；而美版教材則更注重案例與生活貼近，將不易理解的概念和知識點(diǎn)用插圖的形式展示出來，緊密結(jié)合化學(xué)學(xué)科發(fā)展的芳香和跨學(xué)科整合等，有利于學(xué)生的終身發(fā)展。通過以上對比，我國教材可以從以下幾個方面做出改變。

1）增加實(shí)驗(yàn)類和拓展延伸類欄目的數(shù)量

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，學(xué)習(xí)化學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)［8］，化學(xué)思維的培養(yǎng)也離不開對所學(xué)知識的拓展延伸，因此美版教材以實(shí)驗(yàn)和對知識拓展延伸的方式幫助學(xué)生理解和掌握知識的思想比我國教材以課后習(xí)題幫助學(xué)生理解和掌握知識的思想更具實(shí)用性和合理性，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

2）與生活緊密相連

美版教材在欄目設(shè)置、實(shí)驗(yàn)等方面的鮮明特征就是緊密聯(lián)系學(xué)生的社會實(shí)際，非常重視把化學(xué)這門學(xué)科和生活緊密相連。例如，在講解 “第二章物質(zhì)是由原子構(gòu)成的”，美版教材通過引入氮循環(huán)圖，生動形象地介紹了氮在生活中的流動方式，讓學(xué)生可以更加形象地學(xué)習(xí)與他們生活緊密相關(guān)的氮元素，對氮元素不再陌生；在講解 “電子與光”這一知識點(diǎn)時，美版教材補(bǔ)充引入了 “色彩斑斕的煙花”這一知識，讓學(xué)生充分了解生活中煙花的化學(xué)成分和原理，通過美麗的煙花極大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生愛上化學(xué)，喜歡與他們生活緊密相關(guān)的化學(xué)。在這方面，我國教材稍遜一籌，導(dǎo)致我國教師在教學(xué)實(shí)踐中，往往會脫離學(xué)生的生活實(shí)際，學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)是由客觀的、邏輯的化學(xué)知識編制而成的，是理性的概括和提升，這樣會過濾掉學(xué)生自我的個性和主觀性，讓學(xué)生只會機(jī)械的學(xué)習(xí)，容易導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的單調(diào)貧乏，讓他們感受不到學(xué)習(xí)的價值。所以，教材的編寫應(yīng)該充分立足化學(xué)與社會生活的緊密聯(lián)系。

3）減少課后習(xí)題的數(shù)量

課后習(xí)題數(shù)量應(yīng)控制在五道左右，前三道側(cè)重學(xué)生理解和掌握所學(xué)知識，以選擇和填空題的形式，第四道注重學(xué)生獨(dú)立思考，以實(shí)驗(yàn)題的形式，而第五道注重學(xué)生積累運(yùn)用和整體感悟，以綜合應(yīng)用題的形式。通過此方式，讓學(xué)生有更多的空余時間，為學(xué)生查漏補(bǔ)缺，探究和運(yùn)用所學(xué)知識創(chuàng)造了條件。

4）增加插圖數(shù)量

化學(xué)是一門需要系統(tǒng)理解的學(xué)科，也是一門抽象的學(xué)科，在知識點(diǎn)旁附帶的插圖具有將抽象知識形象化的作用。我國教材過多的文字給學(xué)生也造成了不小的理解負(fù)擔(dān)，如果能適當(dāng)增加插圖的數(shù)量，將學(xué)生難以理解的概念和知識點(diǎn)轉(zhuǎn)化成生動形象的插圖，一方面可以減輕學(xué)生的理解負(fù)擔(dān)，另一方面也能激起學(xué)生對化學(xué)知識學(xué)習(xí)和探究的興趣。

5）豐富內(nèi)容形式，重視學(xué)科交叉

豐富的內(nèi)容和形式，能夠更好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和激發(fā)學(xué)生的思維，使學(xué)生真正做到喜歡學(xué)習(xí)和善于學(xué)習(xí)［9］。與此同時，教師可以配合一些附錄的查閱設(shè)計等欄目，充分地發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，同時發(fā)展學(xué)生的信息意識，體現(xiàn)了核心素養(yǎng)中的學(xué)會學(xué)習(xí)、自主發(fā)展的要求。而教師在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和教學(xué)過程中，重視學(xué)科交叉的融合，豐富學(xué)生的人文底蘊(yùn)，讓學(xué)生能充分利用所學(xué)的各門知識，以此促進(jìn)對學(xué)生的全面發(fā)展。

6）重視實(shí)驗(yàn)在生活中的可操作性

化學(xué)實(shí)驗(yàn)不應(yīng)該僅僅只是在實(shí)驗(yàn)室中完成，通過引入一些學(xué)生在日常生活和學(xué)習(xí)中也可以自己動手做得小實(shí)驗(yàn)，不僅讓化學(xué)和學(xué)生自己的生活緊密結(jié)合，也讓學(xué)生體會到隨處可見的化學(xué)實(shí)驗(yàn)的樂趣，讓這些生活中可做的化學(xué)實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生探究和學(xué)習(xí)化學(xué)的欲望，可以有效地促進(jìn)了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，體現(xiàn)了科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的化學(xué)核心素養(yǎng)。