“物質結構與性質”教材圖表系統比較研究

胡潤澤 陳思穎

摘要：通過定量方法對新舊人教版、新魯科版3套高中化學教材中《物質結構與性質》模塊內容從圖表數量、圖表密度和圖表類型三個維度進行比較，發現3版教材圖表類型都較為豐富，微觀模型類圖表使用最多，且有不少相同或相近圖表。教師在教學中可以重視圖表信息；豐富圖表呈現形式；相互補充不同版本圖表素材。

關鍵詞：化學教材比較；圖表系統；物質結構與性質

文章編號：1008-0546（2021）11-0077-04中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.11.019

一、問題的提出

教材中的圖表指的是穿插在教材文本中的圖片和表格，二者所形成的有機整體即為圖表系統，這是教材內容編排和呈現的重要組成部分。圖表系統又被視為教材的第二語言，既是對抽象化的文本內容的形象化解釋，亦是對教材內容的補充和擴展[1]。化學作為一門在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性質、轉化及其應用的基礎學科，其研究視角的微觀性和研究內容的有形性、客觀性和操作性，均決定了圖像系統在化學教材中不可或缺的地位[2]。

普通高中《化學課程標準（2017年版）》頒布后，各版高中化學教材也同步進行修訂，在教材內容的選擇和編排呈現上做了較大改進。目前，針對新教材的研究大多圍繞某一教學主題下教材內容的選擇和編排順序進行分析或新舊版本的對比研究，較少研究圖表系統的設計規律；較多進行新教材各版本或同一版本新舊教材對比研究，橫縱向交叉對比研究缺失。

物質結構與性質模塊側重于對最基本的物質結構理論進行學習，以微粒之間不同的作用力為線索，側重研究不同類型物質的有關性質[3]。在課程標準修訂過程中在原有知識內容基礎上整合了部分內容，強調對“人類認識物質的不同尺度”這一觀念性認識外顯化和對研究物質結構的思路和方法外顯化[4]。本部分知識的抽象化水平高，學生在學習中不易理解，過度依賴于強化知識識記而忽略了本模塊下分析解決問題的方法的應用遷移，而圖表系統恰好可以改善學習者的理解和記憶能力，視覺化的圖表可扮演輔助文字的角色，改善文字敘述的不足，增強學習成效[5]。

因此，本研究以選擇性必修模塊2物質結構與性質為例，選擇包含新舊人教版、新魯科版三本化學教材為研究對象，在新舊版本教材對比中明確新教材的承繼與創新，在不同版本新教材對比中認識各版本教材特色亮點。以期為教師應用好教材中的圖表系統有效開展教學活動提供參考。

二、研究對象及方法

1.研究對象

本研究選擇的3本主流高中化學選擇性必修模塊2教材具體信息可見表1。

2.研究方法

本研究所采用的教材圖表系統分析框架結合研究對象中圖表的特點，以Porto P A[6]的分析方法為基本框架，從圖表數量、圖表密度和圖表類型三個維度對3版教材的圖表系統進行統計。圖表數量即教材中出現的圖表總數，圖表密度則是每頁分布的圖表個數，圖表類型則是結合Porto P A和鄧峰[2]兩位研究者的劃分依據，綜合考慮教材中出現的圖表類型將其分為：實驗、實物、微觀模型、符號模型、化學史、數據和原理模擬7類，如表2所示。

三、研究結果與討論

1.圖表數量

圖1為“物質結構與性質”模塊3版教材的圖表數量。舊、新人教版教材的圖表數量較為相近——分別為舊版122個、新版125個，新版比舊版略有增加；新人教版和魯科版教材相比較，魯科版教材中圖表數量更多（144個），較新人教版多出19個。

2.圖表密度

圖2為“物質結構與性質”模塊3版教材的圖表密度。舊、新人教版相比，新人教版圖表密度由1.67個/頁下降到了1.47個/頁。在圖表數量相近的情況下，新人教版的頁面新增近20頁致使圖表密度下降。而新人教版與魯科版比較，頁面數相近，魯科版圖表數量更大，密度更大（1.69個/頁）。

3.圖表類型

由上述表3可知：3個版本的高中化學教材“物質結構與性質”模塊內容圖表類型主要由實驗類、實物類、微觀模型類、符號模型類、數據類、化學史類和原理模擬類7類組成。舊、新人教版相比：各個圖表類型的占比較為相近，微觀模型類圖表占比皆達40%左右，其余類型差異極小。新人教版中實驗類圖表增加6個，占比上升4.6%，新增的實驗圖有如：碘在水中和在四氯化碳中的溶解（新人教版圖2-31）。

新魯科版和人教版相比：魯科版圖表系統中微觀模型的圖表占比更大，達50.7%，過半數圖表為微觀模型圖，如：水分子和二氧化碳分子中的正負電荷分布（新魯科版圖2-2-20）。一方面，3版教材中微觀模型圖占比最終皆突出展現了本模塊高抽象化的內容特點，另一方面3版教材微觀模型圖占比上的差異亦可見新魯科版教材在編寫中更側重于宏微結合以理解晦澀的概念。

人教版除微觀模型圖外其余類型占比相近，魯科版中其余類型占比分布則不太均衡，尤其化學史類和原理模擬類圖表很少。主要原因是兩版教材在具體內容的選擇上存在差異，如新人教版中介紹了元素周期表發展完善過程中出現的各種類型（新人教版圖1-15維爾納特長周期表、新人教版圖1-16玻爾元素周期表），也會在部分原理性知識講解中補充化學史相關圖片素材，如鮑林研究電負性的手稿及其肖像（新人教版圖1-24、1-25）等，新魯科版教材中則在化學史素材選擇上較少使用圖片。此外，兩版教材中均涉及的如手性等內容，人教版教材在文本之外補充了原理模擬圖（新人教版圖2-35手性催化劑的手性傳遞）而魯科版中則僅以文字進行呈現。

4.相似圖表統計

上述3種比較中，表明實際上舊、新人教版本模塊圖表系統上總體上呈現出較多相同特征、而人教版與魯科版亦有相似之處。因此本研究補充統計3種圖表系統中圖表內容完全或近乎相同的圖表，具體結果如下表所示：

如表4所示，統計得相同或近乎相同圖表內容共27項，約占每種教材中圖表數量的21%左右。在圖表分布上，相同或近乎相同圖表在各章節上都有分布；在圖表所關聯知識內容上，3版教材中都相同或近乎相同的圖表所聯結的內容與本模塊中的核心知識內容重疊程度較大；在圖表類型上，相同或相近圖表以微觀模型、符號模型、數據3類圖表為主。如表5中所示為離子晶體氯化鈉晶胞在3個版本中的呈現。

四、結論與啟示

高中化學教材“物質結構與性質”圖表系統在不同版本教材中總體上具有變中求新的特點。從縱向的角度看：舊人教版與新人教版圖表系統中的圖表數量相近，密度受頁面數影響新人教版較小，各類型圖表數量占比也較為接近，二者傳承性強；從橫向的角度看：新版兩本教材相比舊版教材所選擇的圖表的必要性和與教材內容的匹配程度更高、圖表類型更加均衡，新人教版教材重視化學史、原理模擬類等圖表與核心知識圖表的間隔與搭配，新魯科版教材的圖表對知識的拓展性更強，尤其善于運用微觀模型類圖表來承載信息。3版教材中的重復圖表關聯知識較為核心，圖表的設置服務于本模塊教學內容的顯著特征——知識抽象性、原理規律性。核心知識抽象程度高，對于圖表系統的依賴度更強；結構化學涉及理論發展較為成熟完善，呈現方式傾向模型化、符號化，且較為穩定。基于研究結論提出如下課堂教學建議：

1.重視教材圖表系統的信息解讀

“物質結構與性質”中大量抽象性的原理性知識語言講授直觀性欠缺，最終使走入學生不求甚解的學習模式。部分教師還尚未認識到圖表系統在本模塊教學中的重要性，備課時忽略，講課時草草帶過。如構造原理圖、VSEPR模型圖、晶胞模型圖等不僅與模塊核心知識點緊密相關，且直觀呈現了部分復雜晦澀的概念原理。教師在備課時要挖掘圖表中蘊含的諸多信息，認識到圖表系統承載的深化學生對知識本原性、結構性認識的功能。

2.豐富圖表系統的呈現形式

教材中的圖表系統受限于紙質印刷條件，僅是靜態的平面圖像。對于空間想象能力較弱的學生而言二維靜態的模型圖較難理解。在課堂教學中，許多微觀模型類圖可以利用現代多媒體如：Chem3D、Crystal？ Maker等軟件制作其立體模型示意圖，增強學生對于微觀結構模型的感知。目前，已有許多學校應用教學平板系統實現了教材圖片三維動態化。同時，課堂教學中教師也可以運用實物球棍模型結構展示、學生合作搭建模型等策略，使用實物教具幫助學生全方位觀察認識結構模型。

3.不同版本教材的圖表素材可以相互補充

如新魯科版中較少化學史類、原理模擬類圖表，可以通過結合人教版教材中的插圖，適時插入化學史的圖表和簡介，拓展視野同時激發學生對化學課堂的興趣。而新魯科版教材在許多數據圖表的呈現上將數據與柱狀圖相結合，由柱狀高度可以更加直觀看到具體數據的變化規律，亦有其獨到可取之處。

參考文獻

[1]楊艷麗，任乾材.試論高中化學新教材中圖表的運用[J].化學教育，2003（2）：7-12

[2]鄧峰，錢揚義，柴頌剛，謝澤琛，阮旭聰.高中化學新教材（必修）圖像系統的教學功能初步研究[J].課程·教材·教法，2006（3）：78-81

[3]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：40-41

[4]房喻，徐端鈞.普通高中化學課程標準（2017版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018

[5]陳本松.從認知心理學的角度看圖表在教科書中的應用[J].中國科技信息，2009（10）：239-240

[6]Souza K A F D，Porto P A. Chemistry and Chemical Educa？ tion Through Text and Image：Analysis of Twentieth Centu？ ry Textbooks used in Brazilian Context[J]. Science&Educa？ tion.2012（5）：705-727