中美教材呈現(xiàn)方式對(duì)比-以元素周期表為例

朱靜雯，楊天林

(寧夏大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

教材是教學(xué)活動(dòng)中必不可少的輔助材料。教材對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)有直接影響，可幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系，培養(yǎng)學(xué)生理性思維，獲得科學(xué)的責(zé)任感與價(jià)值觀[1]。根據(jù)《2017年化學(xué)新課標(biāo)》提出的科學(xué)核心素養(yǎng)[2]，全國各地都在設(shè)計(jì)與試用新型教材，怎樣的教材既能更符合新課標(biāo)又能與學(xué)生的成長發(fā)展相匹配，是教育工作者值得思考的問題[3]。本文選取中美兩系列教材進(jìn)行對(duì)比，期望為廣大的教育工作者提供更多的參考。

1 教材簡介

圖1 兩系列教材封面(左為國內(nèi)教材，右為美國教材)

國內(nèi)化學(xué)教材《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)》由人民教育出版社、課程教材研究所、化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心共同編著。此系列教材共6本，其中必修2本，選修4本，每本有4章節(jié)內(nèi)容。本文對(duì)比的元素周期表這一內(nèi)容設(shè)計(jì)在必修二中第一章“物質(zhì)結(jié)構(gòu)、元素周期律”的第一節(jié)[4]“元素周期表”。此內(nèi)容在教材中共9頁。

美國化學(xué)教材《Chemistry (Concepts and Applications)》主要由三位教師(均是美國化學(xué)會(huì)成員、博士學(xué)位)根據(jù)化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)編寫。此外，有許多教育咨詢顧問參與完成教材的編寫，咨詢顧問為各大學(xué)的理學(xué)博士，這意味著教材多借助社會(huì)力量完成，其社會(huì)參與率高。此系列教材僅一本，共21章。本文對(duì)比的元素周期表知識(shí)在第三章“Introduction to the Periodic Table(元素周期表簡介)”中的第一節(jié)“元素周期表的發(fā)展”。此內(nèi)容在教材中共9頁。

2 知識(shí)內(nèi)容陳述對(duì)比

教材的內(nèi)容反映了教學(xué)的核心。國內(nèi)《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)必修二》將元素周期表這一內(nèi)容分為元素周期表、元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)、核素三個(gè)部分進(jìn)行講解[5]。

第一部分為介紹元素周期表，教材運(yùn)用發(fā)現(xiàn)元素周期表引出新課。首先展示的是俄國化學(xué)家門捷列夫制出的第一張?jiān)刂芷诒恚沂净瘜W(xué)元素之間的內(nèi)在聯(lián)系。再介紹元素在周期表中原子序數(shù)與各元素內(nèi)部性質(zhì)的規(guī)律。最后介紹元素周期表的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行周期規(guī)律總結(jié)。

第二部分元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)。先講解周期表中第一主族堿金屬元素的性質(zhì)，具體以金屬鈉為例，進(jìn)行“科學(xué)探究”，類比得到第一主族元素共通的物理性質(zhì)。根據(jù)宏觀現(xiàn)象，對(duì)原子微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行解釋，總結(jié)第一主族堿金屬元素的化學(xué)性質(zhì)。后運(yùn)用“學(xué)與問”觀察第七主族鹵族元素的原子結(jié)構(gòu)，學(xué)生類比探究堿金屬元素化學(xué)性質(zhì)的方法，探究鹵族元素的性質(zhì)。最后運(yùn)用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)比鹵族元素的活潑性。

第三部分核素。介紹元素周期表中各元素自身的數(shù)量關(guān)系，如：質(zhì)量數(shù)(A)= 質(zhì)子數(shù)(Z) + 中子數(shù)(N)。具體引入核素和同位素的化學(xué)概念。將核素和同位素的化學(xué)概念與科學(xué)探究相聯(lián)系。

《Chemistry(Concepts and Applications)》將知識(shí)分為9個(gè)部分。

第一部分以生活中春夏秋冬的周期性交替規(guī)律為例，引出化學(xué)元素也具有一定規(guī)律。

第二部分講解故事，幾百年前，化學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一部分元素，并對(duì)這些元素進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)定，發(fā)現(xiàn)一些元素的某些數(shù)據(jù)存在規(guī)律性。化學(xué)家們根據(jù)這些規(guī)律性，將元素進(jìn)行分類，發(fā)現(xiàn)這些元素所屬的類別有明顯相似之處和不同之處。

第三部分，1829年德國化學(xué)家J.W.多伯里納對(duì)某些元素進(jìn)行分類。將物理性質(zhì)相似和化學(xué)性質(zhì)相似的物質(zhì)分在同一類別中，并把同一類別的物質(zhì)稱為triads。具體舉例鹵素的熔沸點(diǎn)的規(guī)律性和鈣、鍶、鋇的密度的規(guī)律性，進(jìn)一步說明J.W.多伯里納元素分類的合理性。1869年，根據(jù)某些元素的相似屬性，門捷列夫在表格的水平位置填寫了一類元素，但當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的元素并不能填滿此表格的所有位置，于是門捷列夫在沒填元素的地方留有空白，并在空白處填寫問號(hào)，這些問號(hào)就表示當(dāng)時(shí)沒有被發(fā)現(xiàn)的元素。后來門捷列夫發(fā)現(xiàn)，在表格中所列的元素中，有的并沒有原本設(shè)想的相似性。

第四部分教材給出表格，表格內(nèi)有元素半徑的數(shù)據(jù)和原子結(jié)構(gòu)的計(jì)算公式，提示學(xué)生元素中結(jié)構(gòu)的相似性與化學(xué)性質(zhì)的相似性之間的關(guān)系。此部分注重學(xué)生與教師之間的交流。

第五部分根據(jù)學(xué)生計(jì)算所得數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析。歷史上門捷列夫也探究了同樣的性質(zhì)，并遇到同樣的問題。在水平位置填滿元素不夠合理，于是門捷列夫又想到另一種排列方式，將元素進(jìn)行水平和豎直排列，教材展示門捷列夫?qū)⒃剡M(jìn)行重新排列的圖表，此種排列方式是最接近現(xiàn)代元素周期表的一種排列方式。教材中運(yùn)用日歷同元素周期表類比，說明同一周期就像一周7天一樣存在規(guī)律性和周期性，同一主族像一天內(nèi)能做的事情一樣來進(jìn)行類比。

第六部分列舉鎵(Ga)鍺(Ge)等元素的發(fā)現(xiàn)過程，是通過門捷列夫先根據(jù)元素周期表的性質(zhì)推理得到的，后來科學(xué)家具體進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了這兩種元素。并解釋它們被安排在元素周期表中相應(yīng)位置的過程。

第七部分展示展示一張現(xiàn)代的元素周期表。

第八部分將元素根據(jù)金屬性與非金屬性以圖表的形式進(jìn)行了區(qū)分。

圖2 美國教材中元素周期表的部分

最后一部分介紹后來人們根據(jù)內(nèi)部規(guī)律性發(fā)現(xiàn)其他元素的過程。最終的元素周期表是按其原子序數(shù)進(jìn)行排列的。將這種原子序數(shù)增加但重復(fù)的規(guī)律模式稱之為周期定律。

國內(nèi)人教版教材將元素周期表知識(shí)分成三個(gè)部分，知識(shí)與實(shí)驗(yàn)緊密聯(lián)系，運(yùn)用教材中各個(gè)教學(xué)版塊進(jìn)行知識(shí)串聯(lián)。教材先展示元素周期表的全貌，再介紹其中的規(guī)律性及規(guī)律性的應(yīng)用。知識(shí)邏輯性較強(qiáng)，但幾部分知識(shí)間的聯(lián)系沒有做出解釋，需要學(xué)生自行補(bǔ)全知識(shí)內(nèi)部的相關(guān)聯(lián)性。美國版教材以元素周期表的發(fā)現(xiàn)過程展開，在發(fā)展過程中，學(xué)生模擬科學(xué)家發(fā)現(xiàn)元素周期表的過程，發(fā)現(xiàn)元素周期表排列時(shí)所遇到的問題，根據(jù)問題進(jìn)行探究，解決困難，教材最后展示完整的元素周期表。美國版教材涉及內(nèi)容較多，教材講解順序以人文性知識(shí)為主。從學(xué)生角度講，能教清楚的了解元素周期表的發(fā)展過程，更容易理解元素周期表的規(guī)律性與周期性。原理方面，由于原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系由學(xué)生自己探究推導(dǎo)，學(xué)生對(duì)于原理解釋較為清晰，但是推理本身難度較大，對(duì)學(xué)生的數(shù)理推理能力要求較高。由于教材的呈現(xiàn)方式是根據(jù)元素周期表的發(fā)展過程呈現(xiàn)，教師可擴(kuò)展的知識(shí)較多。

3 教材的學(xué)習(xí)版塊對(duì)比

中國版教材有固定的學(xué)習(xí)版塊。陳述知識(shí)內(nèi)容過程中，運(yùn)用學(xué)習(xí)版塊，使教材更加豐富[6]。國內(nèi)教材的學(xué)習(xí)版塊如表1。

表1 國內(nèi)教材的學(xué)版塊

在本節(jié)元素周期表的知識(shí)中，涉及的學(xué)習(xí)版塊有“科學(xué)探究”，運(yùn)用在探究鈉的化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中。“學(xué)與問”學(xué)習(xí)版塊探究鹵族元素化學(xué)性質(zhì)的相似性和遞變性。運(yùn)用“資料卡片”比較鹵族元素單質(zhì)的物理性質(zhì)。還有習(xí)題學(xué)習(xí)版塊，本節(jié)內(nèi)容一共有12道習(xí)題，習(xí)題難度較小，有固定答案。

圖3 國內(nèi)“資料卡片”學(xué)習(xí)模塊和國外“預(yù)覽”學(xué)習(xí)模塊

美國版教材沒有固定的學(xué)習(xí)版塊，每一章都有不同的版

塊，如“Section Preview(預(yù)覽部分)”介紹物質(zhì)分類要涉及到的知識(shí)；“Word Origin(詞的起源)”介紹混合物的詞的組成；“Connecting to Chemistry(連接化學(xué))”運(yùn)用提問將化學(xué)知識(shí)與生活實(shí)際相聯(lián)系，具體在混合物一章中詢問北半球與南半球的冰山之間存在的差異？；“Analyzing the Issue(分析問題)”根據(jù)具體所學(xué)內(nèi)容提出問題進(jìn)行分析研究；“Fact of the Matter(真實(shí)事件)”介紹一真實(shí)事件，舉例為某一化學(xué)試劑在運(yùn)輸過程因?yàn)槭д`導(dǎo)致災(zāi)難，提示學(xué)生化學(xué)在實(shí)際生活中的雙面性；“Section Review(復(fù)習(xí)回顧部分)”此版塊主要為思考習(xí)題練習(xí)。美國教材的版塊運(yùn)用較少，沒有固定的版塊，其內(nèi)容主要以小標(biāo)題形式展開介紹。如元素周期表中所呈現(xiàn)的小標(biāo)題如下，“尋找元素周期表”、“多伯里納的三合會(huì)”、“鹵素的物理狀態(tài)和顏色”、“門捷列夫的元素周期表”、“門捷列夫1869年的表格”、“預(yù)測(cè)神秘元素的屬性”、“相似元素是相鄰元素”、“每月的日歷”、“eka -鋁和eka -硅的預(yù)測(cè)”、“元素周期表”、“現(xiàn)代元素周期表”、“氦的一種用途”和“習(xí)題”。最后習(xí)題分為三個(gè)部分，分別為“理解概念”、“批判性思考”、“應(yīng)用化學(xué)”。本節(jié)共有5道習(xí)題，習(xí)題主要為探究思考類習(xí)題，沒有固定的答案，題目難度較大。

4 圖表呈現(xiàn)對(duì)比

國內(nèi)教材在元素周期表這一小節(jié)中有6張圖片，6張表格，共12張圖表。6張圖的內(nèi)容分別為門捷列夫的照片；一張?jiān)刂芷诒恚荒M繪畫鉀在空氣中燃燒的現(xiàn)象；鉀與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；測(cè)定某射線的裝置。6張表主要為堿金屬的科學(xué)探究表；金屬鈉和金屬鉀與氧氣和水反應(yīng)現(xiàn)象對(duì)比表；堿金屬的物理性質(zhì)表；鹵素單質(zhì)與氫氣反應(yīng)現(xiàn)象表；鹵素元素化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表；氫元素的同位素?cái)?shù)據(jù)表。

圖4 國內(nèi)教材部分圖表

美國版教材在元素周期表這一小節(jié)中有11張圖片，7張表格，共18張圖表。11張圖的內(nèi)容分別為夏天游泳的照片；秋天收獲果實(shí)照片；三只容量瓶裝有三種不同元素的圖片；門捷列夫元素周期表的手稿；礦石的圖片；用來類比元素周期表的日歷圖片；鎵融化的圖片；現(xiàn)代元素周期表；一束氣球的圖片。7張表主要為鹵族元素熔沸點(diǎn)對(duì)比表；金屬各物理性質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)比表；元素預(yù)測(cè)探究表；門捷列夫1871年的元素周期表；eka-鋁和eka-硅的預(yù)測(cè)圖表；鍺部分物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)的表格；習(xí)題中某性質(zhì)對(duì)比的表格。

美國版教材圖表數(shù)量比中國版教材的要多，但兩種教材都運(yùn)用圖表清楚展示所講內(nèi)容 。

5 總結(jié)

通過對(duì)比兩系列教材的內(nèi)容呈現(xiàn)方式、學(xué)習(xí)模塊、圖表情況，得到國內(nèi)教材邏輯性強(qiáng)，知識(shí)內(nèi)容較為簡單，學(xué)習(xí)版塊豐富，教材呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)探究較多，但知識(shí)之間的相關(guān)聯(lián)性體現(xiàn)較少，所學(xué)知識(shí)與日常生活聯(lián)系不夠緊密。美國版教材是按時(shí)間邏輯順序呈現(xiàn)知識(shí)，知識(shí)與知識(shí)之間聯(lián)系緊密，學(xué)習(xí)版塊靈活，習(xí)題數(shù)量不多，但難度相對(duì)較大，需要學(xué)生具備堅(jiān)實(shí)的數(shù)理推理能力與創(chuàng)新探究能力。通過對(duì)比分析，期望為廣大的教育工作者提供更多的參考和教學(xué)素材。