中美化學(xué)教材中概念呈現(xiàn)的比較

林藝玲 傅興春

摘要：新一輪課程改革的啟動(dòng)，對化學(xué)課程和化學(xué)教學(xué)提出了新的要求。化學(xué)概念是構(gòu)建化學(xué)學(xué)科體系的基礎(chǔ)。以分子間作用力內(nèi)容為例，比較中美主流化學(xué)教材在概念建立、理解和應(yīng)用三個(gè)方面呈現(xiàn)的異同，為概念教學(xué)和新教材修訂提供參考和建議。

關(guān)鍵詞：中美化學(xué)教材;分子間作用力;概念教學(xué);比較

文章編號：1008-0546（2019）04-0007-03

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.04.002

隨著《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）的頒布，標(biāo)志著新一輪高中化學(xué)課程改革的開啟。新課標(biāo)指出，化學(xué)課程以培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨。化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識(shí)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(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”5個(gè)方面[1]。

化學(xué)核心概念構(gòu)成化學(xué)理論性知識(shí)，反映物質(zhì)及其變化的本質(zhì)屬性和內(nèi)在規(guī)律[2]，對于發(fā)展“宏觀辨識(shí)與微觀探析”學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要意義。

根據(jù)化學(xué)概念的學(xué)習(xí)過程[3]（圖1），以分子間作用力內(nèi)容為例，比較美國菲利普主編，王祖浩等譯的浙江教育出版社出版的美國高中主流化學(xué)教材《化學(xué)概念與應(yīng)用》（以下簡稱“美版教材”）和我國山東科學(xué)技術(shù)出版社出版的普通高中化學(xué)教材《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》（選修）（以下簡稱“魯科版教材”）在概念建立、概念理解和概念應(yīng)用三個(gè)方面呈現(xiàn)的異同，為我國概念教學(xué)和新教材修訂提供參考和建議。

一、中美教材內(nèi)容的整體框架

魯科版教材將“分子間作用力”內(nèi)容分為范德華力和氫鍵兩部分展開學(xué)習(xí)，使學(xué)生知道范德華力和氫鍵是兩種常見的分子間作用力，了解分子間作用力的廣泛存在及其對物質(zhì)性質(zhì)的影響，知識(shí)體系完整，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密。魯科版教材關(guān)于“分子間作用力”內(nèi)容的框架見圖2。

相比于魯科版教材，美版教材沒有明確區(qū)分分子間作用力和范德華力這兩個(gè)概念的異同，教材內(nèi)容的框架見圖3。美版教材圍繞“水”這一物質(zhì)，從水分子的結(jié)構(gòu)出發(fā)，將水的物理性質(zhì)與分子間作用力緊密聯(lián)系，并結(jié)合多個(gè)事實(shí)證據(jù)進(jìn)一步證明分子間作用力的存在。

二、中美教材概念呈現(xiàn)的比較

1.概念建立的比較

概念的建立一般源于感性事實(shí)材料的認(rèn)識(shí)。分子間作用力是一個(gè)抽象概念。魯科版教材以學(xué)生熟悉的水在通電條件下分解和水的三態(tài)轉(zhuǎn)變圖片創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)疑啟思，引導(dǎo)學(xué)生利用比較、分析等科學(xué)方法，對材料進(jìn)行加工、整理，初步形成分子間作用力的概念。再通過水結(jié)成冰體積變大的事實(shí)以及H2O的熔、沸點(diǎn)數(shù)據(jù)的“反常”，在認(rèn)知沖突中發(fā)展新概念，推想水分子之間除了范德華力還存在其他作用力，引出氫鍵的概念。

美版教材圍繞“神奇的水”創(chuàng)設(shè)情境，利用圖表的形式展示水的特性，拋出問題一如何來解釋水的這種獨(dú)特的性質(zhì)。并通過討論水分子的電子分布情況和三維空間結(jié)構(gòu)，得出像水這樣的極性分子存在分子間作用力。進(jìn)一步分析一個(gè)水分子上的氫原子與另一個(gè)水分子上的氧原子的相互作用，初步形成氫鍵的概念。

中美教材在概念的建立階段都注重情境的創(chuàng)設(shè)，不同之處在于美版教材還設(shè)有“課前活動(dòng)一起步實(shí)驗(yàn)”欄目，通過溶液的形成實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生感受微粒間的相互作用和溶液形成過程的能量變化。

2.概念理解的比較

概念理解是概念學(xué)習(xí)的核心過程。關(guān)于范德華力，魯科版教材基于學(xué)生已有的認(rèn)知基礎(chǔ)，運(yùn)用對比的科學(xué)方法，從作用力的大小、實(shí)質(zhì)、飽和性和方向性等方面將分子間作用力與化學(xué)鍵進(jìn)行比較，幫助學(xué)生理解范德華力的特點(diǎn)。而且教材通過“思維歷程”和“學(xué)海無涯”欄目補(bǔ)充介紹范德華力的提出和成因，使學(xué)生知其然，知其所以然。

美版教材注重將抽象概念形象化，用一根根小的條形磁鐵來模擬水分子的行為，體會(huì)水分子間的吸引力和取向[4]。

對于氫鍵，中美教材都運(yùn)用水分子模型分析氫鍵的形成過程和特點(diǎn)。微觀結(jié)構(gòu)的形象化，有助于學(xué)生理解概念，認(rèn)識(shí)水分子的微觀結(jié)構(gòu)對其獨(dú)特的物理性質(zhì)的決定性作用。

3.概念應(yīng)用的比較

分子間作用力概念的建立與應(yīng)用，對于發(fā)展宏觀辨識(shí)與微觀探析學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要意義。概念的應(yīng)用主要指運(yùn)用概念對事實(shí)材料加以解釋、判斷等解決問題。

魯科版教材注重運(yùn)用范德華力和氫鍵的概念，解釋物質(zhì)熔、沸點(diǎn)等物理性質(zhì)的差異。并且通過欄目的補(bǔ)充，提供素材，使學(xué)生體會(huì)氫鍵的存在對人類生活、生命的重要意義，見表1。

美版教材回歸水的獨(dú)特的物理性質(zhì)問題解釋，結(jié)合實(shí)例說明物質(zhì)的亞微觀結(jié)構(gòu)與宏觀可觀察的性質(zhì)之間的關(guān)系。并且運(yùn)用大量的篇幅列舉證據(jù)，比如表面張力、毛細(xì)現(xiàn)象等，進(jìn)一步證實(shí)水分子間存在作用力。

對美版教材涉及分子間作用力概念應(yīng)用的欄目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表2。

中美教材均設(shè)置豐富的欄目，將分子間作用力與人類生活、生命活動(dòng)相聯(lián)系，不同的是，在欄目類型上，美版教材除了有資料類欄目，還有實(shí)驗(yàn)類欄目。通過“迷你實(shí)驗(yàn)”和“家庭實(shí)驗(yàn)”欄目的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生直觀感受分子間作用力的存在。并且注重情境的連續(xù)性，以“神奇的水”為背景貫穿本節(jié)教材內(nèi)容，補(bǔ)充“化學(xué)工作者”及其子欄目“職業(yè)鏈接”，以訪談的形式拓寬學(xué)生對化學(xué)工作者的了解，滲透職業(yè)生涯規(guī)劃意識(shí)。這一點(diǎn)是我們國內(nèi)高中教育比較缺乏的。

三、概念教學(xué)的建議

化學(xué)概念是構(gòu)建化學(xué)學(xué)科體系的基礎(chǔ)。因此，化學(xué)概念教學(xué)值得關(guān)注。基于中美化學(xué)教材分子間作用力概念呈現(xiàn)的比較結(jié)果，結(jié)合新課標(biāo)的要求，對概念教學(xué)提出如下建議。

1.重視深入的問題情境的創(chuàng)設(shè)

概念的建立主要包含兩個(gè)階段，即感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)。感性認(rèn)識(shí)的獲得通常依托一定的情境。培育思維能力重要的在于如何才能創(chuàng)造“引發(fā)思考的情境和深入思考的必然性”。情境創(chuàng)設(shè)可以通過圖片、實(shí)驗(yàn)等多種方式。創(chuàng)設(shè)深入的問題情境，有助于學(xué)生層層剖析，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，構(gòu)建概念。比如對于魯科版教材提供的電解水和水的三態(tài)轉(zhuǎn)化的圖片，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步對比和分析這兩個(gè)過程中是否存在化學(xué)變化，能量變化等問題，進(jìn)一步推想水分子間也存在相互作用。

2.重視思維方法的運(yùn)用

科學(xué)思維能力是能力的核心，是創(chuàng)造力的基礎(chǔ)。感性材料，上升到理性認(rèn)識(shí)通常需要思維方法的加工。概念教學(xué)的展開有兩種常見的方法，即歸納法和演繹法。歸納法注重對收集到的事實(shí)材料進(jìn)行分析，抽象概括出共同的本質(zhì)和規(guī)律，建立概念。演繹法偏向在已有的理論基礎(chǔ)上，認(rèn)識(shí)未知，得出結(jié)論。概念教學(xué)過程中可根據(jù)實(shí)際需要結(jié)合運(yùn)用。比如教師可以通過一些感性事實(shí)材料的展示，引導(dǎo)學(xué)生分析，歸納概括出分子間作用力的存在、定義及特點(diǎn)，再運(yùn)用演繹方法推理解釋氯化氫的熔點(diǎn)為什么比氯化鈉低得多。

3.重視宏微結(jié)合，培育學(xué)科核心素養(yǎng)

化學(xué)概念是對物質(zhì)本質(zhì)屬性的反映。因此，化學(xué)概念的學(xué)習(xí)通常要運(yùn)用宏觀辨識(shí)與微觀探析相結(jié)合的學(xué)科思想和方法。在概念教學(xué)中，可以開展探究活動(dòng)，將“看不見”的本質(zhì)與“看得見”的事實(shí)相聯(lián)系，幫助學(xué)生理解概念。比如基于宏觀辨識(shí)與微觀探析學(xué)科核心素養(yǎng)培育的氫鍵教學(xué)可以組織如下，見圖4。

4.重視概念的發(fā)展與概念體系的構(gòu)建

化學(xué)概念不是一成不變的。教學(xué)過程中要避免將規(guī)律過于絕對化，培養(yǎng)學(xué)生用發(fā)展的眼光來看待問題。比如通過范德華力概念的學(xué)習(xí)，按照一般規(guī)律，H2O的沸點(diǎn)應(yīng)低于H2S的沸點(diǎn)，但事實(shí)卻相反，引導(dǎo)學(xué)生在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)問題，提出氫鍵的概念。而且不同概念之間存在內(nèi)在聯(lián)系，教學(xué)中要注重概念體系的構(gòu)建，使學(xué)生對零散的概念形成結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識(shí)。比如化學(xué)鍵和分子間作用力共同構(gòu)成了微粒間相互作用體系。

四、教材編寫的建議

化學(xué)教材是實(shí)現(xiàn)化學(xué)課程目標(biāo)的重要載體。基于中美化學(xué)教材分子間作用力概念呈現(xiàn)的比較結(jié)果以及新課標(biāo)的要求，對新教材的編寫提出如下建議。

1.注重教材功能的多樣化

新課標(biāo)指出教材編寫要立足于立德樹人的根本任務(wù)。因此，教材不僅要關(guān)注學(xué)科知識(shí)內(nèi)容的選取，還應(yīng)充分發(fā)揮化學(xué)課程的育人功能。教材的育人功能可以通過豐富多樣的欄目設(shè)計(jì)來體現(xiàn)。比如，可以借鑒美版教材中“化學(xué)工作者”的欄目設(shè)計(jì)，以訪談等形式適當(dāng)補(bǔ)充相關(guān)化學(xué)工作者的介紹，增加學(xué)生對化學(xué)工作者的生活和職業(yè)等方面的了解，滲透職業(yè)生涯規(guī)劃意識(shí)，樹立終身發(fā)展的目標(biāo)。還可以增加有關(guān)概念的形成和演變過程的介紹，培養(yǎng)學(xué)生用發(fā)展的眼光看問題。

2.注重學(xué)科核心素養(yǎng)的培育

新課標(biāo)指出，化學(xué)課程以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育為主旨。化學(xué)教材要凸顯化學(xué)學(xué)科核心觀念，精選化學(xué)核心知識(shí)。因此，在教材的編寫上，除了體現(xiàn)學(xué)科知識(shí)的邏輯順序，還要處理好學(xué)科知識(shí)和素養(yǎng)培育的關(guān)系。比如對于化學(xué)概念內(nèi)容，在注重知識(shí)邏輯順序的同時(shí)，可以借助實(shí)驗(yàn)探究、化學(xué)史實(shí)或事實(shí)材料等素材的呈現(xiàn)，增強(qiáng)教材的對話功能，關(guān)注學(xué)生概念形成的過程，在活動(dòng)中培育宏觀辨識(shí)與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知等學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.注重概念的應(yīng)用和價(jià)值

新課標(biāo)要求化學(xué)教材的內(nèi)容要關(guān)注社會(huì)生活，體現(xiàn)科技發(fā)展趨勢。因此教材編寫中要注重概念的應(yīng)用，除了可以通過資料類欄目和圖片的介紹，將概念的學(xué)習(xí)與人類生活、生命活動(dòng)密切聯(lián)系外，還可以借鑒美版教材，適當(dāng)增加家庭實(shí)驗(yàn)、迷你實(shí)驗(yàn)等設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，拉近化學(xué)與生活的距離，使學(xué)生在實(shí)踐過程中體會(huì)概念的意義。而且教材還可以提供相關(guān)的科普網(wǎng)站鏈接，使學(xué)生課外可以利用信息手段了解概念在學(xué)科前沿、跨學(xué)科領(lǐng)域等方面的發(fā)展和應(yīng)用，

拓寬視野，滲透STSE的教育理念。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）[M].北京：人民教育出版社，2017：3

[2]劉知新.化學(xué)教學(xué)論（4版）[M].北京：高等教育出版社，2009：251

[3]吳俊明.化學(xué)教學(xué)論[M].西安：陜西師范大學(xué)出版社，2003：229-300

[4]（美）菲利普（Phillips，J.S.）等.化學(xué)概念與應(yīng)用[M].王祖浩，等，譯.杭州：浙江教育出版社，2008：458

[5]鐘啟泉.基于核心素養(yǎng)的課程發(fā)展：挑戰(zhàn)與課題[J].全球教育展望，2016（1）：9

[6]王磊.基于培養(yǎng)學(xué)生高級思維和創(chuàng)新能力的化學(xué)探究教學(xué)發(fā)展趨勢[J].化學(xué)教育，2014（7）：6