美國《化學概念與應用》中有利于化學信息素養培養的編排及啟示?

姚蘭沈理明

（1蘇州大學材料與化學化工學部江蘇蘇州215123；2中科院上海實驗學校上海201800）

美國《化學概念與應用》中有利于化學信息素養培養的編排及啟示?

姚蘭1.2沈理明1??

（1蘇州大學材料與化學化工學部江蘇蘇州215123；2中科院上海實驗學校上海201800）

《化學概念與應用》是美國高中現行化學主流教材之一，文章以該教材元素周期表內容為例，分析了其提供信息化的課程資源、多層次習題設置等有利于培養學生化學信息素養的編排特點，并闡述了由此引發的啟示。

化學概念與應用；教材編排；化學信息素養；信息化課程資源；學習網站；習題

隨著信息技術的迅猛發展，信息在人類社會發展中占據著相當重要的地位，信息素養也逐漸得到人們的重視。信息素養一詞首先由美國信息產業學會主席保羅·澤考斯基于1974年提出，隨后得到不斷完善和發展。2001年美國教育技術CEO論壇提出信息素養是一種基于查找、評價、利用信息，并最終解決實際問題的綜合能力素養，包括信息意識、信息知識、信息能力和信息道德［1］。目前，學術界并未給化學信息素養做統一的界定，但普遍認可化學信息素養和信息素養之間有著密切的聯系，化學信息素養也可分為化學信息意識、化學信息知識、化學信息能力、化學信息道德等維度。

2003年我國頒布的《普通高中化學課程標準（實驗）》（以下簡稱課標），對培養學生的化學信息素養提出明確目標，要求學生能運用各種方式獲取信息，并能采用多種方式對信息進行加工［2］，目的在于提高學生的化學信息素養水平。化學信息素養是現代社會人所必備的基本信息素養，是學生化學科學素養和化學學習能力的重要組成部分，它與學生理解化學學科、學會實驗探究、解決化學問題等化學科學素養的形成是互相融合的［3］。

《化學概念與應用》（Chemistry：Concepts and Ap?plications［4］）是美國高中現行化學主流教材之一，使用對象為高一年級。該書的元素周期表分兩個章節，第三章是引入和介紹元素周期表，第八章為元素性質的周期性。本文以《元素周期表》章節為例，探討該教材有利于培養學生化學信息素養的編排及其啟示。

一、利用信息化課程資源，有利于提高化學信息意識

化學信息意識是人們對化學信息做出的能動反應，對化學信息的敏感意識，在遇到困難時意識到需要依靠信息進行判斷、分析和決策等［5］。2003年的化學課標，也給出了關于課程資源的開發和利用的建議：“重視利用信息化課程資源”，其中“信息化課程資源是指學生在學習中可以利用的各種信息資料。這些資料主要來自圖書、報刊、音像資料、廣播、電視、網絡等。”［2］該教材小到文字配圖、大到拓展材料、專業學習網站等豐富的信息化課程資源都在熏陶著學生的化學信息意識，擴充著化學信息知識。

1.巧用插圖，傳遞信息

該書的插圖從內容到形式都精挑細選，利用插圖直接或間接地傳遞信息。第三章引言以保齡球鞋柜類比元素周期表中每一行和每一列都有著遞變規律。鞋子的每一列是按照尺寸大小排列，就相當于元素周期表中元素原子半徑從小到大排列，并且每一列鞋子上的數字都相同，是專門用于該數字的球道，相當于該族元素的最外層電子數且都相同；鞋柜的每一行是按照球道的順序從大到小排列。第八章則以繪畫染料按顏色、亮度和強度分類類比于元素按質子和電子分類。深究教材中的圖片，它們不僅有著修飾、美化的功能，同時隱含著生活化的類比，有利于降低學生認知難度，增加知識之間聯系以及學習樂趣。

教材在正文中穿插“文學鏈接”、“科學技術”、“每日化學”等欄目，體現化學與生活、技術、歷史等緊密關聯，啟發學生化學知識不僅來源于生活，而且必須應用于生活。

拓展材料將人文和化學融合，如在第三章的“文學鏈接”中介紹一位化學家兼作家普里莫·萊維及他的書籍《元素周期表》。列維曾經歷二戰，以一種與眾不同的視角看待化學元素，他運用21種元素暗示一生的各個階段，用其他元素反映他對人性和世界的思考，賦予了元素生命的意義。第一章是從惰性氣體氬氣性質出發，追尋作者祖先“怠惰、呆滯和傾向玄想”的生活痕跡；把青年期的激情蓬勃與氫的爆炸性聯系在一起，讓人自然而然地記住氫的活潑性質；最后一章描述了“碳”原子如何掙脫石灰巖幾億年的束縛，經過光合作用步入生命循環的過程。他追本溯源讓讀者了解化學家用語言和符號描述物質的全過程。教材以該資料為背景設置兩個問題，讓學生分析萊維書中的一句話“化學是一門集分離、稱量和區分于一身的藝術，這些思路對那些準備描述事件或大膽想象的人同樣適用”，同時讓學生推斷“列維將書名取為《元素周期表》的緣由”。這雖不是很純粹的化學問題，但卻道出了學習化學與從事其他事件的共通思維方式，即做任何事都需要我們學會提取、定量和辨別。萊維將化學與文學、化學元素與人生歷程相融合，對元素的描寫形象化、具體化，賦予了化學生機勃勃的內涵，讓人感到化學不僅只是單薄的符號，更充滿著鮮活、飽滿的生命力，也讓人有一種感同身受的代入感，對元素的認識上升到一個更高的境界。

3.充分利用信息化工具——化學學習網站

該書設有專門的學習網址（glencoe.com），在課前活動（Start-up Activities）環節中，通過化學在線方式引導學生在該網站上提前預覽整章知識、進行自我檢測，通過網絡鏈接查詢更多知識或進行家庭小實驗等。進入網站第三章，網絡資源有網絡鏈接、標準化測試、章節測試、個人指導、詞匯學習及互動指導等部分組成。

網絡鏈接超鏈接了5個網址，分別介紹元素周期表及相關元素，該網站把包含政府、企業、教育等平臺上的有參考價值的資源整合在一起，內容有：國家實驗室的某些元素性質數據、歷史及使用；電腦中芯片的主要成分硅；金屬冶煉行業；元素的最新資訊和歷史沿革等，為學生走進元素周期表打開了更廣闊的視角。

標準化測試題和章節測試題的難度不大，但需要在理解書本知識的基礎上進行一定思考后才能正確解答。每道題干的右下方都有一個提示，為學生做題提供思路，啟發學生思考，體現網站設計者的貼心周到。提交答案后會有一個成績報告，顯示正確率及每道題目正確答案的解釋，并非只有一個簡單的結果，最后可以填寫相關信息將測試結果郵寄給答題者，這種測試的設計理念比較人性化。

個人指導穿插在教材正文中，對應知識點旁提示學生這段內容可以在網站上尋求在線輔導，如第三章的價層電子和化學性質的關系，具體操作是進入主頁學生中心，點擊進入第三章的個人指導。這是一段錄制好的視頻資料，約10分鐘，指導者運用畫筆介紹元素周期表的元素分布情況，包括七個周期、惰性氣體一族、副族等，同時深入分析各主族元素的價電子結構。相對于教材內容，這段視頻是對元素周期表價層電子的補充和拓展。這種指導方式與現階段我國比較流行的微課比較相似，但該視頻是正式列入官方教材中的，實現了該視頻的真正使用價值。

此文中非常值得注意的是海德格爾對非真理的描述。非真理包括遮蔽與迷誤。對于遮蔽，海德格爾認為，遮蔽比顯現、開放更為古老，更為本源。這種遮蔽并非是存在及其真理發生之后才隨后產生，也并非由于人對于存在的認識的不足與匱乏，而是因為，存在者整體的遮蔽狀態作為根本性的非真理，比任何一種存在者和存在的敞開狀態更古老，比“讓存在”亦即存在的真理更本源。存在的真理自行遮蔽，存在在此就被遺忘了，因為人總是固執于“方便可達的和可控制的東西”。

在詞匯學習中，學生通過界面點擊鼠標能學到10個左右的詞匯及對應的解釋，如對族、周期、準金屬等。互動指導相當于游戲連線題，將詞匯學習中的名詞與其對應的解釋連接起來，突出了對基礎概念的重視。學生可以選擇是否在有限時間內完成，有如何玩、重玩等提示。

二、習題設置按模塊遞進，有利于提高化學信息能力

化學信息能力是指個體對化學信息的選擇、處理、評價、利用和創新的能力［6］。這本教材在習題的設置上有利于化學信息能力的培養，該書中的習題按模塊進行，對于學生具體能力的訓練都會重點突出，圍繞著理解概念、應用概念、辯證思考、復習回顧、技能訓練、化學寫作、問題解決等模塊逐層鍛煉學生的基礎知識掌握、知識遷移、分析寫作、解決應用等能力。

1.化學寫作，提高化學語言表達能力

化學寫作是該書復習題的一個特色，這是國內教材少有的。第三章寫作題目要求“用文字敘述門捷列夫預測鍺、鈧、钚元素存在及其性質正確性”。深入歷史背景、技術條件、這幾種元素的物理化學性質、排列規律、其他科學家驗證等，學生體會到的不僅是簡簡單單、孤立的這三種元素，還能在梳理門捷列夫預測合理性后對元素周期表的建立和發展有一個更加清晰、整體的認識，從而間接體現元素周期表預見性功能。第八章為“設計一個準金屬元素性質的手冊，其中預測性是手冊信息的基礎，列舉代表性元素并解釋與金屬和非金屬相似的一些性質。”該教材比較重視介于金屬和非金屬間的準金屬的使用價值，詳細介紹了以硅為原料的兩種雜質半導體的形成過程及其應用領域。

2.預測推理，提高知識遷移能力

正如元素周期表所具有的預測功能，這一章節也注重在這方面的培養。在基礎概念理解習題中“類比三元素組的規律，推測表格中元素的未知信息”。三元素組的規律是19世紀初德貝萊納研究已有元素時發現的一種規律，在教材中已有呈現，即某些元素的原子量、密度、熔點、沸點存在一定的性質規律。這是利用已有知識遷移解決未知問題的能力。

3.聯系實際，提高問題解決的能力

相比于學習和應用抽象理論解答習題，該教材習題設置更偏向于通過聯系實際加深對知識的理解和應用。第三章習題“煙霧探測器中含有镅（Am），利用了镅的什么性質。”學生能從元素周期表上獲知Am是錒系元素且具有放射性，再多的信息需要借助其他資料深入探討。實質上探究煙探測器的工作原理，即室內產生煙霧時，Am會發生核化學反應放射出α射線，這種設計理念進一步擴展了化學反應的概念。同時提醒人們，雖然Am處于元素周期表的邊緣地帶，又是放射性元素，人們往往會疏遠或敬而遠之，但是隨著科技的發展，每種元素都有自身的價值，也應當受到重視。再如“為什么要在燈泡中使用稀有氣體，在真空中使用的優點有哪些？”這與稀有氣體穩定的化學性質有關，稀有氣體取代空氣從而防止燈絲因高溫而氧化和過快老化，延長燈泡使用壽命。這一系列的習題需要學生花時間查閱相關資料，去篩選和去偽存真，而非僅僅從書本上就能找到或者有標準答案。在今后的工作研究中碰到更多的是沒有標準答案的新問題，這種持久的訓練將提升學生耐心解決新問題的能力。

歸納而言，此教材中習題特點不是僅僅針對知識點的考察，注重對知識的實際應用；習題間也并非孤立毫無聯系，應用概念和辯證思考的習題是將拓展材料的某些信息進行拓展，很好地體現了教材內容的銜接性；大部分是基礎、理解性的題目，無需要繞多少彎子才能解決；還有部分題目需要學生查閱資料獲得。學生在推理、寫作、解決實際問題等各方面的能力均能獲得提升，這對學生化學信息能力的提升有著促進作用。

三、啟示

以上分析了美國主流教材《化學概念與應用》中元素周期表內容編排有利于對學生化學信息素養的陶冶，有利于學生開拓視野，獲得如下啟示。

1.科學與文學藝術相融合，從多個角度認識化學

《化學概念與應用》的拓展材料將化學內容與人文內容融合，有利于從多個角度認識化學。聯想近期“美麗化學”的視頻在網上盛行，科研工作者用4k高清攝影機深入到化學反應的微觀層面，將化學的反應和結構通過數字技術和媒體技術傳遞給大眾，實現科學研究的可視化。正如項目的名稱而言，“化學”隸屬于科學學科范疇，需要嚴謹的思維邏輯，而“美麗”需要藝術的創造力，兩者的結合突出了科學和藝術是密不可分的。現有研究對化學知識的表征方式有宏觀、微觀、符號、曲線表征四種［7］，在于讓學生更全面地認識化學，這依舊在化學的范疇里討論如何更有效地教和學。換個思維方式認識化學，如用富有張力的語言文字來描述化學，其讓化學的課堂不再是“孤單”的符號，“冰冷”的運算，學生也能感悟到化學的藝術美。

2.完善信息化課程資源，使其常態化

《化學概念與應用》將視頻材料正式列入教材，啟示是信息化課程資源要常態化。用好化學課程信息化資源是提高學生信息意識的基本途徑［8］，學生信息意識的提高需要教師的引導。信息化課程資源有著可以打破傳統資源單一、平面、靜態的狀態，建立起多維、立體、動態的課程發展局面［9］的優勢。現如今信息化的課程資源使用存在一些問題。雖然教師煞費苦心地錄制了微課，但學生能獲取的途徑有限，再加上資源整合的力度不夠，微視頻真正的使用價值未能達到。另一瓶頸，對于信息化課程資源的使用多數停留在公開課、評優課等特殊的教學活動課上，常態課的教學望塵莫及。所以，可首先普及已有優秀基礎教育網站資源，老師可豐富教學的內容和形式，學生能獲得更廣闊的學習平臺；其次教師要提高自身信息資源整合能力，擁有操作相關軟件的技能，提高個人的“巧實力”；最后就是教師應將使用信息化課程資源化為一種內在需求，力求在常態課教學中進行設計，讓知識的表征更加多元立體，邏輯更加清晰緊扣，增強課堂的教學感染力，從而提升學生的學習效果。

3.以實際問題為導向，提升問題解決能力

知識來源于對現實生活的總結，必將服務于現實，前者是對知識的提取，后者是對知識的應用。正如門捷列夫成功地利用周期表的預測性推測出類鋁、類硅等元素的性質。前人在探索元素周期律表的征途上已歷經幾個世紀，從紛繁復雜的數據中，抽絲剝繭似的尋找規律，才不斷完善得到了現在的表。這項工作并未停止，表的規律指引人們繼續前行，第118號元素填入第七周期的最后一個空格時，意味著新的探索又將啟程。而在化學教學中，要注重知識的實踐性，讓學生在實際應用中領悟知識的價值，提升綜合能力，而非只是書本知識點的解答。尤其是像元素周期律這種以概念型為主的知識，更應當聯系實際。也可輔以合適的補充材料，擴充課外知識閱讀，讓學生對未知世界保有一顆好奇心，且在跟實際問題的“交鋒”中，進一步深化對知識的理解和記憶。

［1］楊長軍.略論圖書館在中學生信息素養培養中的角色與作用［J］.科技情報開發與經濟，2011（21）：84-87

［2］中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（實驗）［M］.北京：人民教育出版社，2003

［3］劉江田.化學信息素養及其考查途徑與培養策略［J］.化學教育，2008（12）：27-30

［4］John S.Phillips，etc.Chemistry Concepts and Applications. USA：The McGraw-Hill Companies，2009

［5］張靜波.信息素養能力與教育［M］.北京：科學出版社，2007: 7-8

［6］李敏.中學生化學信息素養量表的開發與使用［D］.濟南：山東師范大學，2015

［7］林建芬，盛曉婧，錢揚義.化學“四重表征”教學模式的理論建構與實踐研究——從15年數字化手持技術實驗研究的回顧談起［J］.化學教育，2015，36（7）：1-6

［8］陳艷.化學教學中信息意識與能力的培養［J］.科教導刊，2012（21）：99

［9］趙婧，李永杰.中小學信息化課程資源校際共享機制研究［J］.新課程·上旬，2015（5）：14-15

1008-0546（2017）09-0010-03

G632.41

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.09.003

?本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃重點課題（批準號B-b/2016/01/25）成果。

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