中美德三國高中化學教材中化學動力學內容設計的比較研究？鄢

關婷艷+周寶石+周青

摘要：在高中化學教學內容中，化學動力學是化學反應原理的重要組成部分。中美德三國高中化學教材中化學動力學部分的內容選取、編排和呈現方式各不相同。德國高中化學教材既重視化學動力學基本理論部分，也重視催化反應動力學部分，內容選取較系統;中國高中化學教材重視化學動力學基本理論的內容，淡化催化反應動力學的內容;美國高中化學教材中化學動力學部分的內容不僅少而且簡單。

關鍵詞：高中化學教材;化學動力學;內容選取的比較;內容編排的比較

文章編號：1008-0546（2014）12-0055-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.022

化學動力學是研究化學反應速率和反應機理的物理化學分支學科[1]，主要通過研究化學反應發生的具體過程和路徑，認識化學反應從開始到完成的各個步驟（反應歷程），從而探究出化學反應速率的大小及其影響因素，找到控制反應速率的方法，并將其應用到工業生產中，以滿足工業生產的需要。化學動力學的研究對化工領域、化學、醫學和食品等學科的發展具有重要意義。

高中階段化學動力學的內容主要包括化學動力學基本理論和催化反應動力學的一些基礎知識，是學生認識化學反應機理的基礎，也是學生認識化學工業的起點。這部分內容看似簡單，但是其蘊含的學科思維的教學價值不容忽視。通過這部分內容的學習，學生可以在明確化學變化的基礎上，認識化學變化所遵循的基本原理和規律以及化學變化與時間的定量關系，建立對化學反應規律的微觀認識，形成化學學科思維，了解到化學反應原理對科學技術和社會發展所起的重要作用，能對生產、生活和自然界中有關化學變化的現象進行合理的解釋，增強探索化學反應原理的興趣。

高中學生學習化學動力學部分內容的主要媒介是高中化學教材，教材中這部分內容的選取和編排直接影響學生的學習效果。世界發達國家高中化學教材在化學動力學的內容設計上特點各異。本文對中美德三國高中化學教材中化學動力學內容的選取、編排和呈現特點進行了比較研究，并根據我國的教育現狀和學情批判性地借鑒國外高中化學教材中這部分內容設計的可取之處，希望可以為我國高中化學動力學部分的教學及教材編寫提供反思和參考。

一、內容選取的比較[2]

本文選取的研究對象依次是：人民教育出版社2007年出版的《化學2（必修）》[3]，《化學反應原理（選修4）》[4]（中國）;Glencoe/ McGraw-Hill出版公司2009年出版的Chemistry：Concepts and Application[5]（化學：概念與應用）（美國）;巴伐利亞教育出版社2009年出版的GALVANI Chemie 11·Ausgabe B[6]（德國）。

高中化學教材中化學動力學的內容主要包括化學動力學基本理論和催化反應動力學兩部分。中美德三國高中化學教材中化學動力學的內容選取見表1。

1. 化學動力學基本理論內容選取的比較

高中化學教材中的化學動力學基本理論主要包括化學反應速率和反應速率理論兩部分，從表1中可以看出：在化學反應速率內容的選取上，三個國家的高中化學教材中都選取了化學反應速率的定義、影響反應速率的因素及其規律。中國和德國的高中化學教材中選取的內容還包括：化學反應速率的表達式、計算、單位和實驗測量。此外，德國高中化學教材中選取的內容還包括：平均反應速率，瞬時反應速率，離散程度的概念模型和RGT規則。

在反應速率理論內容的選取上，三個國家各不相同，德國高中化學教材選取的內容包括：碰撞理論和過渡態理論，其中碰撞理論介紹了化學反應發生的三個條件，分別是粒子必須發生碰撞、粒子必須具備一定的能量和粒子的碰撞必須在一定方向上;過渡態理論介紹了過渡態、放熱反應的過渡態能量曲線圖和活化能。中國高中化學教材選取的內容包括：簡化后的有效碰撞模型，化學反應發生的兩個條件，即分子必須發生碰撞（充分條件）和有效碰撞（必要條件）;過渡態理論中只選取了活化分子和活化能兩個概念，并沒有介紹過渡態理論的內容。美國高中化學教材選取的內容只有活化能，在此基礎上介紹了化學反應發生的條件，即分子碰撞時必須具備一定的能量，理論要求較低。

2. 催化反應動力學內容選取的比較

高中化學教材中的催化反應動力學主要包括催化劑、酶和抑制劑三方面的內容，從表1中可以看出：在催化劑內容的選取上，三個國家的高中化學教材都選取了催化劑的概念、性質和催化作用原理。不同的是德國高中化學教材中還詳細介紹了催化作用的兩種方式，即均相催化和多相催化;在生物催化劑——酶的內容選取上，中國和美國的高中化學教材比較相似，選取的內容主要有：酶的概念、性質和實際應用;德國高中化學教材選取的內容主要有：酶的概念、性質，酶-底物復合物，酶的作用方式（模型），作用特異性，底物特異性，酶活性的影響因素以及酶的實際應用;在抑制劑內容的選取上，只有美國和德國高中化學教材中選取了抑制劑的概念和實際應用，此外德國高中化學教材中還介紹了三種類型的抑制作用及其特點。由此可以看出德國高中化學教材比較重視催化反應動力學這一部分，選取的內容比較全面。

二、內容編排和呈現的比較[7]

如何編排和呈現教材內容是編制教材中非常重要的一個方面。中美德三國高中化學教材中化學動力學內容的章節分布如表2所示。

從表2中可以看到：中美德三國高中化學教材中化學動力學內容的編排順序大體相同，都是在介紹化學反應速率概念的基礎上，介紹外界因素對反應速率的影響及其應用，最后介紹催化反應動力學的內容;但是反應速率理論的內容在三國高中化學教材中的編排各不相同。各國高中化學教材中化學動力學部分的編排和內容呈現的具體情況如下：

中國高中化學教材中化學動力學的內容編排在兩本教材中，必修2中首先介紹化學反應速率的定義，然后通過實驗定性地介紹溫度和催化劑對反應速率的影響，最后在科學視野中簡單介紹催化劑和酶及其應用;選修4在此基礎上，首先在緒言部分簡單地介紹碰撞理論、活化分子和活化能，然后在第二章中定量地介紹反應速率的表達式，并呈現了測量反應速率的實驗，最后進一步通過實驗探究影響反應速率的因素及其規律，并從微觀角度結合活化分子百分數和有效碰撞頻率給予解釋。因此中國高中化學教材中化學動力學部分采取螺旋式上升的編排方式。endprint

美國高中化學教材中化學動力學的內容編排在第六章第3節的反應速率這一小標題中，首先在介紹活化能的基礎上，從能量角度引出了化學反應發生的條件，即分子碰撞必須具備一定的能量;然后通過生活實例定性地介紹化學反應速率的概念和外界因素對反應速率的影響及其規律;最后介紹催化劑和抑制劑，其中重點介紹酶及其在生命體內的重要作用，簡單介紹抑制劑的作用和實際應用。

德國高中化學教材中化學動力學的內容編排在第七章“反應速率和酶的催化作用”，共有十小節內容，第1節定量地介紹化學反應速率，通過測定鹽酸和鎂反應生成的氣體體積這一實驗，繪制出氣體體積——時間曲線，然后讀取相應時間上的氣體體積，利用圖解法計算平均反應速率，理解瞬時反應速率，呈現了定量計算化學反應速率的科學方法和具體過程。第2節從微觀角度全面地呈現碰撞理論和過渡態理論的內容，并解釋化學反應發生的條件和過程。之后從第3節到第5節通過設計探究實驗依次介紹了固體表面積、濃度和溫度對反應速率的影響及其規律，并運用模型和反應速率理論來解釋各因素的影響規律，其中溫度對反應速率的影響規律用RGT規則表示，即溫度每升高10℃，反應速率提高一倍，此外還介紹了各因素的影響規律在生活和生產實例中的應用。第6節在介紹活化能的基礎上，解釋催化劑提高反應速率的原因，然后介紹催化劑、催化作用的兩種方式及其過程和實例。最后從第7節到第9節詳細介紹酶，依次介紹了酶的概念和性質、酶的作用方式和酶活性的影響因素，并呈現了酶在食品工業和生物分析中的應用實例。第10節介紹抑制劑的概念、作用和三種類型的抑制作用及其特點，在章末以概念圖的形式展示本章知識點之間的聯系。由此可以看出德國高中化學教材中化學動力學部分的內容體系完整，并以直線型編排。

三、結論

通過分析和比較中美德三國高中化學教材中化學動力學的內容選取、編排和呈現，得到以下結論：

（1）在化學動力學內容的選取上，德國高中化學教材既重視化學動力學基本理論部分，也重視催化反應動力學部分，整體內容選取的較系統;中國高中化學教材比較重視化學動力學基本理論的內容，淡化催化反應動力學的內容;美國高中化學教材中化學動力學部分的內容不僅少而且簡單。

（2）在化學動力學內容的編排和呈現上，德國高中化學教材以直線型編排，通過展示學習知識的科學方法和過程，深入透徹地講解概念和原理，而且通過一些生產生活實例和插圖來體現知識的實用性，并在章末以概念圖的形式展示本章知識點之間的聯系，整體結構比較完整，有利于學生初步建立起化學動力學的知識體系;中國高中化學教材則采取螺旋式上升的編排方式，但是應用方面的內容不足，與現實生活有些脫節;美國高中化學教材是通過生活實例或者創設情境來編排和呈現教材內容，并重視知識的應用價值。

四、啟示

普通高中化學課程標準中規定，化學教學要體現課程改革的基本理念，引導學生積極主動地學習，掌握最基本的化學知識和技能，了解化學科學研究的過程和方法;在實際教學過程中要盡量聯系生產、生活實際，幫助學生拓寬視野，開闊思路，也要發揮實驗的教育功能，重視探究學習活動，發展學生的科學探究能力。高中化學教材要為課程改革和教學服務，在分析和了解了中美德三國高中化學教材中化學動力學內容設計的特點之后，結合我國的教育現狀及課程標準中化學動力學部分的內容標準，批判性地借鑒國外高中化學教材中化學動力學部分內容設計的可取之處，對我國高中化學教材中化學動力學內容的編寫和實際教學提出如下啟示：

（1）在化學動力學內容的選取上，我國應將與生活密切相關的催化劑和酶的知識以及應用實例更加豐富地編入高中化學教材;在化學動力學內容的編排和呈現上，我國高中化學教材應重視化學知識產生過程的呈現和科學方法的運用，為培養學生的科學思維能力提供真實的情境。

（2）在實際教學過程中，教師對于催化劑的應用案例應更加貼近時代和生活，讓學生體驗和認識到化學科學對人類生活的真實影響以及化學知識的實用性;還應注重從學生認知規律的角度出發，創設更多真實情境或生活實例來呈現化學動力學基礎理論和催化劑的內容，使學生對知識的認識從感性認識逐漸上升到理性認識。

參考文獻

[1] 天津大學物理化學教研室. 物理化學（下冊）[M]. 北京：高等教育出版社，2009：507

[2] 田紅，周青，楊輝祥. 英國“Advanced Chemistry”教材有機化學內容編排的評析[J].化學教育，2008，（3）：10-12

[3] 課程教材研究所.普通高中課程標準實驗教科書化學2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：47-50

[4] 課程教材研究所.普通高中課程標準實驗教科書化學反應原理（選修4）[M].北京：人民教育出版社，2007：2-4，16-24

[5] John S. Phillips，Victor S. Strozak，Cheryl Wistrom，et al. Chemistry：Concepts and Applications[M]. New York：Glencoe /McGraw-Hill companies，2009：216-221

[6] Isabell Hefner，Georg Herrmann，Werner Kraus，et al. GALVANI Chemie 11·Ausgabe B[M]. Bayerischer Schulbuch Verlag GmbH，München，2009：139-161

[7] 周青，朱雪蓮，楊輝祥. 英美兩種高中化學教材中原電池內容的編制特點[J]. 化學教育，2008，（1）：13-15endprint

美國高中化學教材中化學動力學的內容編排在第六章第3節的反應速率這一小標題中，首先在介紹活化能的基礎上，從能量角度引出了化學反應發生的條件，即分子碰撞必須具備一定的能量;然后通過生活實例定性地介紹化學反應速率的概念和外界因素對反應速率的影響及其規律;最后介紹催化劑和抑制劑，其中重點介紹酶及其在生命體內的重要作用，簡單介紹抑制劑的作用和實際應用。

德國高中化學教材中化學動力學的內容編排在第七章“反應速率和酶的催化作用”，共有十小節內容，第1節定量地介紹化學反應速率，通過測定鹽酸和鎂反應生成的氣體體積這一實驗，繪制出氣體體積——時間曲線，然后讀取相應時間上的氣體體積，利用圖解法計算平均反應速率，理解瞬時反應速率，呈現了定量計算化學反應速率的科學方法和具體過程。第2節從微觀角度全面地呈現碰撞理論和過渡態理論的內容，并解釋化學反應發生的條件和過程。之后從第3節到第5節通過設計探究實驗依次介紹了固體表面積、濃度和溫度對反應速率的影響及其規律，并運用模型和反應速率理論來解釋各因素的影響規律，其中溫度對反應速率的影響規律用RGT規則表示，即溫度每升高10℃，反應速率提高一倍，此外還介紹了各因素的影響規律在生活和生產實例中的應用。第6節在介紹活化能的基礎上，解釋催化劑提高反應速率的原因，然后介紹催化劑、催化作用的兩種方式及其過程和實例。最后從第7節到第9節詳細介紹酶，依次介紹了酶的概念和性質、酶的作用方式和酶活性的影響因素，并呈現了酶在食品工業和生物分析中的應用實例。第10節介紹抑制劑的概念、作用和三種類型的抑制作用及其特點，在章末以概念圖的形式展示本章知識點之間的聯系。由此可以看出德國高中化學教材中化學動力學部分的內容體系完整，并以直線型編排。

三、結論

通過分析和比較中美德三國高中化學教材中化學動力學的內容選取、編排和呈現，得到以下結論：

（1）在化學動力學內容的選取上，德國高中化學教材既重視化學動力學基本理論部分，也重視催化反應動力學部分，整體內容選取的較系統;中國高中化學教材比較重視化學動力學基本理論的內容，淡化催化反應動力學的內容;美國高中化學教材中化學動力學部分的內容不僅少而且簡單。

（2）在化學動力學內容的編排和呈現上，德國高中化學教材以直線型編排，通過展示學習知識的科學方法和過程，深入透徹地講解概念和原理，而且通過一些生產生活實例和插圖來體現知識的實用性，并在章末以概念圖的形式展示本章知識點之間的聯系，整體結構比較完整，有利于學生初步建立起化學動力學的知識體系;中國高中化學教材則采取螺旋式上升的編排方式，但是應用方面的內容不足，與現實生活有些脫節;美國高中化學教材是通過生活實例或者創設情境來編排和呈現教材內容，并重視知識的應用價值。

四、啟示

普通高中化學課程標準中規定，化學教學要體現課程改革的基本理念，引導學生積極主動地學習，掌握最基本的化學知識和技能，了解化學科學研究的過程和方法;在實際教學過程中要盡量聯系生產、生活實際，幫助學生拓寬視野，開闊思路，也要發揮實驗的教育功能，重視探究學習活動，發展學生的科學探究能力。高中化學教材要為課程改革和教學服務，在分析和了解了中美德三國高中化學教材中化學動力學內容設計的特點之后，結合我國的教育現狀及課程標準中化學動力學部分的內容標準，批判性地借鑒國外高中化學教材中化學動力學部分內容設計的可取之處，對我國高中化學教材中化學動力學內容的編寫和實際教學提出如下啟示：

（1）在化學動力學內容的選取上，我國應將與生活密切相關的催化劑和酶的知識以及應用實例更加豐富地編入高中化學教材;在化學動力學內容的編排和呈現上，我國高中化學教材應重視化學知識產生過程的呈現和科學方法的運用，為培養學生的科學思維能力提供真實的情境。

（2）在實際教學過程中，教師對于催化劑的應用案例應更加貼近時代和生活，讓學生體驗和認識到化學科學對人類生活的真實影響以及化學知識的實用性;還應注重從學生認知規律的角度出發，創設更多真實情境或生活實例來呈現化學動力學基礎理論和催化劑的內容，使學生對知識的認識從感性認識逐漸上升到理性認識。

參考文獻

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[6] Isabell Hefner，Georg Herrmann，Werner Kraus，et al. GALVANI Chemie 11·Ausgabe B[M]. Bayerischer Schulbuch Verlag GmbH，München，2009：139-161

[7] 周青，朱雪蓮，楊輝祥. 英美兩種高中化學教材中原電池內容的編制特點[J]. 化學教育，2008，（1）：13-15endprint

美國高中化學教材中化學動力學的內容編排在第六章第3節的反應速率這一小標題中，首先在介紹活化能的基礎上，從能量角度引出了化學反應發生的條件，即分子碰撞必須具備一定的能量;然后通過生活實例定性地介紹化學反應速率的概念和外界因素對反應速率的影響及其規律;最后介紹催化劑和抑制劑，其中重點介紹酶及其在生命體內的重要作用，簡單介紹抑制劑的作用和實際應用。

德國高中化學教材中化學動力學的內容編排在第七章“反應速率和酶的催化作用”，共有十小節內容，第1節定量地介紹化學反應速率，通過測定鹽酸和鎂反應生成的氣體體積這一實驗，繪制出氣體體積——時間曲線，然后讀取相應時間上的氣體體積，利用圖解法計算平均反應速率，理解瞬時反應速率，呈現了定量計算化學反應速率的科學方法和具體過程。第2節從微觀角度全面地呈現碰撞理論和過渡態理論的內容，并解釋化學反應發生的條件和過程。之后從第3節到第5節通過設計探究實驗依次介紹了固體表面積、濃度和溫度對反應速率的影響及其規律，并運用模型和反應速率理論來解釋各因素的影響規律，其中溫度對反應速率的影響規律用RGT規則表示，即溫度每升高10℃，反應速率提高一倍，此外還介紹了各因素的影響規律在生活和生產實例中的應用。第6節在介紹活化能的基礎上，解釋催化劑提高反應速率的原因，然后介紹催化劑、催化作用的兩種方式及其過程和實例。最后從第7節到第9節詳細介紹酶，依次介紹了酶的概念和性質、酶的作用方式和酶活性的影響因素，并呈現了酶在食品工業和生物分析中的應用實例。第10節介紹抑制劑的概念、作用和三種類型的抑制作用及其特點，在章末以概念圖的形式展示本章知識點之間的聯系。由此可以看出德國高中化學教材中化學動力學部分的內容體系完整，并以直線型編排。

三、結論

通過分析和比較中美德三國高中化學教材中化學動力學的內容選取、編排和呈現，得到以下結論：

（1）在化學動力學內容的選取上，德國高中化學教材既重視化學動力學基本理論部分，也重視催化反應動力學部分，整體內容選取的較系統;中國高中化學教材比較重視化學動力學基本理論的內容，淡化催化反應動力學的內容;美國高中化學教材中化學動力學部分的內容不僅少而且簡單。

（2）在化學動力學內容的編排和呈現上，德國高中化學教材以直線型編排，通過展示學習知識的科學方法和過程，深入透徹地講解概念和原理，而且通過一些生產生活實例和插圖來體現知識的實用性，并在章末以概念圖的形式展示本章知識點之間的聯系，整體結構比較完整，有利于學生初步建立起化學動力學的知識體系;中國高中化學教材則采取螺旋式上升的編排方式，但是應用方面的內容不足，與現實生活有些脫節;美國高中化學教材是通過生活實例或者創設情境來編排和呈現教材內容，并重視知識的應用價值。

四、啟示

普通高中化學課程標準中規定，化學教學要體現課程改革的基本理念，引導學生積極主動地學習，掌握最基本的化學知識和技能，了解化學科學研究的過程和方法;在實際教學過程中要盡量聯系生產、生活實際，幫助學生拓寬視野，開闊思路，也要發揮實驗的教育功能，重視探究學習活動，發展學生的科學探究能力。高中化學教材要為課程改革和教學服務，在分析和了解了中美德三國高中化學教材中化學動力學內容設計的特點之后，結合我國的教育現狀及課程標準中化學動力學部分的內容標準，批判性地借鑒國外高中化學教材中化學動力學部分內容設計的可取之處，對我國高中化學教材中化學動力學內容的編寫和實際教學提出如下啟示：

（1）在化學動力學內容的選取上，我國應將與生活密切相關的催化劑和酶的知識以及應用實例更加豐富地編入高中化學教材;在化學動力學內容的編排和呈現上，我國高中化學教材應重視化學知識產生過程的呈現和科學方法的運用，為培養學生的科學思維能力提供真實的情境。

（2）在實際教學過程中，教師對于催化劑的應用案例應更加貼近時代和生活，讓學生體驗和認識到化學科學對人類生活的真實影響以及化學知識的實用性;還應注重從學生認知規律的角度出發，創設更多真實情境或生活實例來呈現化學動力學基礎理論和催化劑的內容，使學生對知識的認識從感性認識逐漸上升到理性認識。

參考文獻

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[7] 周青，朱雪蓮，楊輝祥. 英美兩種高中化學教材中原電池內容的編制特點[J]. 化學教育，2008，（1）：13-15endprint