基于HPS教育的人教版、蘇教版高中化學教材對比研究

陳芳 龍云飛 童述明

*該文為2019年湖南省學位與研究生教育改革研究項目“強化過程指導提升研究生培養質量的探索與實踐”（2019JGYB206）的階段性研究成果、湖南省教育科學規劃課題“課程思政融入湖南省中學化學教學育人路徑研究”（XJK23CJC007）的終結性研究成果

T：通訊作者

摘? ? ? 要

HPS教育以豐富學生科學認知，提高學生科學素養為目標，與我國高中化學新課程標準的要求高度契合。從HPS教育理念的三個維度對比分析新人教版和新蘇教版高中化學教材必修第一冊的“物質結構元素周期律”中HPS教育內容的數量、構成及呈現方式，客觀反映兩版教材中融入HPS教育的現狀和特點，并為教材內容編寫及一線化學教師有效開展HPS教育教學提供參考。

關 鍵 詞

高中化學；HPS教育；教材對比；元素周期律

引用格式

陳芳，龍云飛，童述明.基于HPS教育的人教版、蘇教版高中化學教材對比研究[J].教學與管理，2024（06）：82-86.

HPS教育旨在從科學史（History of Science，簡寫為H）、科學哲學（Philosophy of Science，簡寫為P）和科學社會學（Sociology of Science，簡寫為S）層面理解科學本質，篩選、編排科學教育內容以幫助學生在歷史、哲學和社會學語境中理解科學、滲透科學，從而真正地、有效地、全面地提高國民科學素養。20世紀80年代初，HPS教育由美國和英國為首的西方國家提出，并逐漸發展成一種新的科學教育范式。在教材中融入HPS教育以促進學生在掌握科學知識與技能的同時，提高思辨能力，培育學生嚴謹求實的科學態度和社會責任意識[1]。《普通高中化學課程標準（2017年版）》中提出的“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”和“科學態度與社會責任”三大化學學科核心素養，對學生從內化的科學觀念到外化的科學表現都有所要求。落實化學學科核心素養，有利于培養學生的批判精神和創新精神，培育學生的社會責任感，這與HPS教育的教育內涵高度契合。

化學教材是落實課標要求的具體表現，也是教師教學的基本依據和學生學習化學的重要資源[2]。目前，我國對HPS教育的研究集中在教學模式、教學策略和教材等領域。其中教材研究的內容主要為：同一時期我國與國外教材的橫向對比和同一版本不同時期教材的縱向對比[3]。而高中化學教材對比研究較少，橫向對比研究更少。本文采用新人教版和新蘇教版兩版國內現行主流高中化學教材作橫向對比分析，比較兩版教材HPS不同子類目數量的差異及分析兩版教材HPS教育內容的融入情況，以期為化學教材編寫和一線教師開展化學教學工作提供重要參考。

一、HPS教育的內涵及價值

科學史是科學知識產生、形成和發展的動態反映，它切實地記載了科學家探索真理和科學知識，并不斷對其嘗試與修正的過程?？茖W史是科學家留給人類的寶貴財富，通過對科學歷史發展的情景再現，幫助學生從歷史的角度把握科學本質，以促進學生對科學知識的建構。在教學中增設科學史知識，將學生帶入科學史情境中，一方面可以激發學生探索化學科學的欲望，領會知識生成的動態過程；另一方面可以幫助學生厘清化學科學發展的內部邏輯，理解化學科學的實質。

科學哲學是對科學概念、規律的哲學思辨。要求學生從哲學角度認識科學、思考科學本質，如在學習科學知識過程中，讓學生思考“科學是什么？”“科學本質是什么？”等問題。如果將知識看作有形的信息與結論，那么科學觀念就是隱藏在人們腦中無形的思想和看法。單純在頭腦中囤積、記憶具體的知識是無意義、無價值的，真正有意義、有價值的是知識升華后內化在學生思想意識層面的科學觀念。將科學哲學融入到化學教育教學中，引導學生從思辨的角度看待問題，幫助學生將外在的化學科學知識轉化為內在的科學觀念，從而提高學生的化學科學素養。

科學社會學是研究科學與社會學之間關系的學科，揭示科學發展的社會背景及科學的社會功能，通過學習與人類生產生活相關的科學技術、科學職業等，深刻領悟科學的社會功能，從而增強學生的歷史使命感與社會責任意識，落實化學學科核心素養。在化學教學中滲透科學社會學，使學生從社會學角度理解化學科學本質，正確看待科學的社會功能及價值，從而培育學生的歷史使命感和社會責任意識。

HPS教育是科學史、科學哲學和科學社會學的整合，其三要素是密不可分的。以科學史為基，嵌入科學哲學、科學社會學的元素，旨在為學生呈現更加多元立體的科學形象。開展HPS教育，有利于學生在歷史、哲學和社會學語境中重新審視科學、理解科學，對科學本質形成多維透視，培養科學精神，提高科學素養，以此推動科學知識傳播，促進科學教育發展[4]。

二、HPS教育研究內容選定

1．確定研究對象

目前新人教版高中化學教材（以下簡稱人教版）使用人數最多，覆蓋范圍最廣；而新蘇教版高中化學教材（以下簡稱蘇教版）編寫參考了美國高中主流教材《化學：概念與應用》，其教材編排方式、欄目、插圖和習題等較人教版大不相同，且其中HPS教育理念滲透明顯，有重大研究價值。本文以兩版化學教材中“物質結構元素周期律”專題為研究對象，分析對比兩版教材中HPS內容選取情況，尋找不同版本教材HPS內容呈現方式的差異，為化學教材編寫和教師教學提供重要參考。

2．選定研究內容

依據HPS教育的三大要素，結合化學學科特點，且在參考了畢華林、張清蘋、劉粵、朱浩和李子涵等人論文的基礎上[5-9]，分析整理“物質結構元素周期律”專題中的HPS教育內容，得到了化學學科HPS內容分析類目表，結果見表1。

表1? ?化學學科HPS內容分析類目

三、兩版教材中HPS教育內容比較

1. HPS內容數量

本文研究的HPS教育內容數量統計以“處”為單位，每處HPS教育內容只記錄至一個子類目標題下，同一內容出現在教材不同位置則按出現次數進行統計。根據HPS教育內容分析類目表，對人教版和蘇教版化學必修第一冊“物質結構元素周期律”專題中的HPS教育內容進行分類統計，具體情況見表2[10]。

從總體上看，兩版高中化學教材都很重視HPS教育，教材中均含有大量HPS教育內容，其中蘇教版中引入的HPS教育內容數量略多于人教版，達42處，人教版為39處，二者數量相差較小。但從HPS教育主類目占比情況中可以看出：兩版教材的科學哲學比重都較大，這反映了兩套教材都注重對學生認識科學本質能力和思辨能力的培養。人教版中科學社會學內容的數量遠多于科學史，而蘇教版中科學社會學內容與科學史內容數量相差無幾。人教版中科學哲學的內容占比大于蘇教版，教材中列舉了大量預測性問題，以培養學生“聯系—預測”的能力，如預測金屬單質鋰、鉀的化學性質，預測119號元素在周期表中所處的位置及其性質等。此外，人教版更關注化學科學對社會影響及社會發展層面的內容，這些內容與學生生活實際緊密聯系，符合“貼近生活，貼近社會”的理念，有利于培養學生的社會責任感。就科學史內容而言，蘇教版數量多于人教版，且蘇教版在素材選擇上均衡了科學史和科學社會學內容的比例，教材正文完整闡述了科學知識—“原子結構模型”從認識、發展到形成的全過程。正文中搭配了插圖，使整個專題內容形式多樣，連貫性、邏輯性更強。學生不僅能從物理學角度理解原子結構，掌握科學知識形成、發展的過程，提升化學學科綜合能力，更有助于學生了解科學家探索科學知識的艱辛過程，培養科學探索精神。

表2? ?兩版高中化學教材中“物質結構元素周期律”

HPS教育內容及數量

注：括號內為HPS子類目出現次數，單位為“處”

2. HPS內容構成

經對比分析，兩版教材“物質結構元素周期律”的專題中，HPS教育內容的選擇上存在較大差異，從不同類目看，具體差異如下。

從“科學史”方面看：這部分內容是兩版教材在數量上和內容上差異最大的一部分。在“物質結構元素周期律”專題內容中，化學成果方面，人教版選取了為世界考古研究做出巨大貢獻的■斷代法。蘇教版選取的科學史包含了古希臘哲學家德謨克利特對物質構成的看法和“夸克模型”，將物質結構的探索歷程活靈活現地呈現在學生面前，反映了科學知識由產生到形成發展的動態過程，體現了蘇教版對“科學過程”的重視；在習題中引入了激光光譜技術，拓寬了學生視野；在教材欄目中增設了稀土資源的用途以及徐光憲院士對稀土資源開發的重大貢獻，教師利用這一素材有利于增強學生的民族榮譽感和自信心，激發愛國主義情感。

從“科學哲學”方面看：這一類目是兩版教材中HPS教育內容占比最大的部分，可見兩版教材對科學本質理解的融入力度都較大。在科學知識的本質子類目中，人教版詳細介紹了“元素周期表”不斷修正、完善的過程，體現了科學知識的繼承性和發展性；設置了大量考查學生預測能力的問題，例如根據金屬鈉的化學性質預測其同主族元素鋰和鉀的化學性質，依據某元素的原子序數和質子數預測其在周期表中對應的位置及其性質特點等。就科學探索的本質子類目而言，兩版教材的融入量不相上下。在引導學生歸納總結元素周期律的教材編排方式上，人教版采取了先縱向分析同主族元素性質遞變規律，再對同周期元素性質遞變規律進行橫向分析的編排方式；而蘇教版采取先橫向后縱向的方式編排同周期、同主族元素的遞變規律。相同的是，這兩版教材中均設計了大量探究實驗，引導學生從化學事實層面概括元素周期表中不同主族、不同周期元素性質的遞變規律，由點及面體現了知識結構螺旋式上升的特點。兩版教材利用不同的分析思路，復刻了科學家探索元素編排規律的蹤跡，引導學生站在科學本質的角度思考問題，利用實驗結論再探究、再編排最終得到元素周期表的模型，從中體會科學知識產生及形成過程中的快樂。此外，蘇教版還注重對學生科學思想觀念的培養，如開設“學科提煉”欄目，以顯性的方式體現“模型建構思想”“結構決定性質思想”等化學科學所蘊含的思想觀念；而人教版多采用隱性的方式，將化學科學思想觀念隱含在教材正文、欄目及習題中，這些思想觀念亟待教師挖掘。

從“科學社會學”方面看：兩版教材列舉了大量體現化學科學在實際生活中應用和對社會發展產生重大影響的例子，如同位素、放射性同位素的應用，元素周期表中用作半導體材料、催化劑、耐高溫材料等新型材料元素等。兩版教材亦重視化學科學對社會經濟的影響，如利用位置相近的元素改良農藥成分，制造低毒的含磷農藥，降低農藥對人畜的危害；■斷代法的發明對人類考古研究產生了重大的意義；半導體材料硅和鍺制成的晶體管面世，標志著人類進入電子時代等。此外，在科學事業這一子類目中，人教版補充了化學職業——科技考古學家的內容，以此向學生介紹化學在考古方面的用途，拓寬學生的知識面?？茖W社會學的滲透，充分體現了化學知識與人類日常生活的密切聯系，引導學生正確看待科學發展的價值，由此加深學生對科學功能的認識。

3．HPS內容呈現方式

研究HPS教育內容的呈現方式也是了解其在教材中滲透情況的有效途徑。本文對HPS教育內容在教材中的呈現方式研究發現，其呈現方式主要分為正文、圖表、欄目、習題四類。對“物質結構元素周期律”中HPS教育內容的呈現方式進行統計，結果見表3。

表3? ?兩版高中化學教材中“物質結構元素周期律”HPS教育內容呈現方式及數量

從總體數量上看，兩版教材中的HPS教育內容在正文、圖表、欄目和習題中均有分布，呈現形式多樣。其中人教版欄目和習題總數略大于蘇教版，而正文和圖表的數量少于蘇教版。

在具體的呈現方式中，兩版教材的HPS內容都主要以“欄目”形式呈現。其中人教版設有“科學史話”“思考與討論”“探究”“化學與職業”“方法導引”等欄目，蘇教版設有“科學史話”“交流討論”“基礎實驗”“拓展視野”“學以致用”等欄目。并且HPS教育的三個維度在欄目中均有體現，其中科學哲學和科學社會學所占比例較大，可見教材欄目既是教科書的重要組成部分，也是落實HPS教育的重要載體。

從習題數量上看，兩版教材中融入HPS教育的習題總數差異較小，但習題分布及題型相差懸殊。蘇教版未設置與科學哲學相關的題型，且題型以客觀題居多，大量的客觀題限制了學生綜合應用能力的發展，不利于培養學生的思辨能力。而人教版注重與學生生活實際、社會背景相聯系，強調知識的綜合性、開放性和生活性。教材習題以生產、生活為背景素材，設置了大量調查研究、交流討論等開放題，學生通過查閱資料、設計實驗、探究實驗、交流討論、撰寫報告和小論文等形式答題，以此強化學生的實驗探究能力，培養其發散思維和創新意識。

從正文中引用量上看，兩版教材正文中引入HPS教育的總數相差較小。人教版中HPS教育的三大維度分布均衡，重要知識點突出。蘇教版正文中科學社會學占較大篇幅，引入了大量化學知識的應用素材，且素材內容緊跟時代焦點議題，如鹵族元素在牙膏、自來水消毒、碘酒中的應用，稀有礦產的開采等。這些滲透在教材正文中的HPS教育素材內容，有利于引導學生從社會學角度理解科學本質，正確評判科學的社會價值。

從圖表的數量上看，兩版教材的數量差異懸殊，主要體現在科學史維度的數量上，人教版與科學史維度相關的插圖為1張，而蘇教版引入了6張。蘇教版在描述人類認識原子結構的歷程時，引入了大量科學家們推測原子結構模型所得假設的實驗原理圖和原子結構模型圖，生動形象地向學生展示科學知識發展的動態過程，引導學生學習科學家的思維方式及科學研究方法，再現科學知識的形成過程，由此體會到新知識的形成和發展并非是一蹴而就的。

四、高中化學教材的編寫與教學建議

1.整合教材資源，豐富HPS教育素材

教材是教師備課的重要資源，不同版本的教材在教學內容的編排上有所不同。從兩版教材的內容構成和數量上來看，與蘇教版教材相比，人教版教材對“科學史”融入力度較小，HPS教育素材的綜合性、實時性有待提高。教師在設計教學時應廣泛借鑒、參考蘇教版等各版本化學教材，挖掘、整合與教學內容相關的教材資源，并適當補充相關知識素材。這也為化學教材的編寫與教學帶來啟示：一是在科學史子類目中，加大對科學史素材的挖掘，整合科學知識相關內容，提煉教材中隱含的化學科學思想觀念，增加對科學家生平事跡、化學成果的引入。如引入我國偉大化學家徐光憲的生平事跡。二是尋找綜合性的HPS教育素材，注重跨學科知識素材的融入?？茖W知識的形成、發展往往建立在幾個學科的基礎之上，因此教學中穿插部分其他學科知識，一定程度上有利于培養學生的發散思維，從而加深學生對科學本質的理解。如在原子結構的探索歷程學習中，引入物理學家盧瑟福依據α粒子散射現象提出原子的“有核模型”。三是緊跟時代焦點議題，關注生活中的化學知識和探索活動，革新化學HPS教育內容。如引入元素周期表中用于制備晶體管的半導體材料硅和鍺。

2.均衡呈現方式，呈現多樣化HPS教育內容

從呈現方式來看，兩版教材中的HPS教育內容在正文、圖表、欄目和習題中均有分布，呈現形式多樣。但不同呈現方式總數相差較大，其中人教版的欄目和習題總數略大于蘇教版，而正文和圖表的數量少于蘇教版。呈現方式是分析教材中HPS教育內容融入情況的一大核心板塊，為呈現教材中HPS教育內容的多樣性，建議教師教學時做到以下兩點：一是增加插圖數量，插入多樣化的插圖。諸如科技前沿知識、化學實驗、化學史類的插圖，激發學生學習興趣。教師在講解元素在社會生活中的應用時，可引入記憶合金在機器人中的應用、溴化銀在膠卷上的應用、鑭系元素在電視熒屏上的應用等插圖信息。通過展現科技對人類衣食住行等方面的影響，突出知識與生產生活的緊密聯系。二是設置綜合性、開放性習題以促進學生發散性思維的發展，培養學生的綜合運用能力。如教師在上完元素周期律章節知識的課后，選擇與學生生活實際相聯系的素材，要求以小組合作設計實驗、撰寫實驗報告等形式答題。

通過對比分析人教版和蘇教版高中化學第一冊“物質結構元素周期律”專題中HPS教育的滲透情況，發現兩版教材均蘊含了大量HPS教育的內容，但是在具體內容構成、數量及呈現方式上存在較大差異。在科學史的滲透方面，蘇教版引用的科學史素材相較人教版更豐富，敘述更完整，學生通過學習不同科學家探索真理的過程，切實領悟了科學發展的內部邏輯。在科學哲學滲透方面，該部分內容是兩版教材著墨最多、HPS教育內容比重最大的部分。其中，人教版側重對學生科學知識本質的培養，而蘇教版則更關注學生化學科學思想觀念的構建。科學探索的本質子類目二者所占比例相當，可見兩版教材對幫助學生理解科學知識形成和發展、培養科學觀念的重視。在科學社會學滲透層面，兩版教材均重視化學科學的應用與化學科學對社會經濟的作用，選取的素材與人類日常生活密切相關，有助于引導學生正確看待科學發展的價值。在HPS教育內容的呈現方面，兩版教材的呈現方式以正文和欄目為主，圖表和習題次之，內容豐富、形式多樣。

參考文獻

[1] 袁維新.HPS教育：一種新的科學教育范式[J].教育科學研究，2010（07）：48-51+55.

[2] 黃曉娜，吳先球.基于HPS教育的新人教版和新粵教版高中物理教材對比研究——以“行星的運動”內容為例[J].物理教學探討，2020，38（06）：23-27.

[3] 崔世峰，王娟.國內HPS教育融入中學化學教學的研究綜述[J].化學教學，2022（04）：3-8.

[4] 李政，丁益民，楊翔宇，等.基于HPS理念的高校物理學科課程思政[J].物理通報，2022（05）：71-74.

[5] 畢華林，辛本春.中學化學教材中化學史內容編排的思考[J].課程·教材·教法，2008，28（03）：63-65+82.

[6] 張清蘋，張勝前，龔玉葵.HPS教育視角下中美高中地理教材對比研究——以“大氣專題”為例[J].地理教育，2021（07）：13-17.

[7] 劉粵，黃紫洋.高中化學教材中滲透HPS教育內容的研究[J].中學化學，2021（05）：16-18.

[8] 朱浩.新舊版高中化學教科書HPS內容比較研究[D].武漢：華中師范大學，2020.

[9] 李子涵.基于HPS教育理念的中美高中化學教材比較研究[D].桂林：廣西師范大學，2022.

[10] 梁慧穎，劉瑞，蔣敏.新舊人教版“物質結構? 元素周期律”內容的比較[J].中學化學教學參考，2020（24）：59-61.

[作者：陳芳（1998-），女，湖南邵陽人，湖南科技大學化學化工學院，碩士生；龍云飛（1969-），男，湖南安仁人，湖南科技大學化學化工學院，教授；童述明（1988-），男，湖南新化人，湖南科技大學招生就業處，助教，碩士生。]

【責任編輯? ?郭振玲】