中美高中化學教材 “物質結構和元素周期律”的對比研究

雷宇祺，蘭國成，字敏

（1.云南師范大學化學化工學院，云南 昆明 650000；2.內江市第十四中學，四川 內江 641107）

隨著課程改革發展，人民教育出版社出版的普通高中化學新教材于2019年正式發行。化學教材是學生學好化學知識和探索化學物質性質的內容載體，是學生理解和思考化學概念的基本解釋，對學生的發展起著必不可少的作用。中國為了不斷提高當代中學生的能力和水平，對課程和教材也在不斷地進行改革。為更好地編寫和修訂我國教材，近年來對比中外教材成為學者和專家的研究熱點。本研究以中國人教版普通高中化學新教材必修1“第四章物質結構 元素周期律”為例［1］，與美國高中教材 《科學發現者：化學概念與應用》相應部分做對比研究［2，3］，旨在借鑒國外經典教材的優點，為中國普通高中化學教材的編寫和修訂提供建議。

1 中美高中化學教材體系結構設置的對比分析

“物質結構和元素周期律”是高中化學教材體系中的核心知識點，對 《普通高中化學課程標準（2017）版》中提出的培養學生 “宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”的化學核心素養非常重要［4］。為深入了解兩版教材，以下將對兩版教材的體系結構設置進行對比分析 （表1）。

表1 中美高中化學教材 “物質結構和元素周期律”的體系結構設置

1.1 中美高中化學教材的體系結構設置

由表1可知，美版教材將 “物質結構和元素周期律”這部分知識拆分成 “第二章 物質是由原子構成的”“第三章元素周期表導論”“第八章元素性質的周期性”和 “第九章 化學鍵”共四章的內容，并且前兩章內容和后兩章內容間隔五章內容；我國教材將此內容合為一章，即 “第四章物質結構元素周期律”。

1.2 中美高中化學教材的體系結構設置的優缺點

美版教材共四章內容的編排以及前后五章內容的間隔，在體系結構的設置上過于分散，會讓學生難以將所學的各章知識相互聯系，不利于學生對各章化學知識的靈活運用；我國教材在體系結構設置上則更為集中和直觀，避免了相近知識的分散，在降低學生學習新知識難度的同時，也減輕了教師的教學負擔。

2 中美高中化學教材知識點設置和順序的對比分析

知識點的設置和順序是否合理，這是衡量一個教材是否適合該年齡階段學生使用的重要參考。只有合理的知識點設置和順序才能循序漸進地讓學生理解和掌握知識，培養學生的化學核心素養［5］。表2將對兩版教材知識點設置和順序進行對比分析。

表2 中美高中化學教材 “物質結構和元素周期律”知識點設置和順序的統計

2.1 中美高中化學教材知識點設置對比

由表2可知，從知識點設置上看，兩版教材具有差異性。例如，我國教材在講述同位素的知識時，補充了核素的知識，而美版教材在講述同位素時，則沒有提及核素的有關概念；我國教材在講述化學鍵的知識時，只講述了離子鍵和共價鍵，共兩種化學鍵，而美版教材則多講述了金屬鍵和補充了分子的形狀與極性的知識。

2.2 中美高中化學教材知識點順序對比

由表2可知，從知識點呈現順序上看，兩版教材核心知識呈現的順序一致。例如，兩版教材從原子結構→元素周期表→元素性質的周期性→化學鍵的順序編寫教材，重視學生的認知發展，具有科學性和邏輯性，有利于提高學生的科學素養和優化學生的認知結構。

3 中美高中化學教材欄目設置的對比分析

欄目設置具有引導學生學習和開闊學生視野的作用，所以合理的欄目設置會讓學習者具有更好的學習體驗。為更好地對比中美教材的欄目設置，將兩版教材的欄目類型分為實驗類和拓展延伸類［6］，具體統計如表3所示。

表3 中美高中化學教材 “物質結構和元素周期律”欄目類型和數量統計

3.1 中美高中化學教材實驗類欄目對比分析

從表3可知，實驗類和拓展延伸類兩個欄目的數量美版教材都多于我國教材。在實驗類欄目設置上，美版教材在每一個章節設置了一個大實驗，在每一小節設置了一個迷你實驗，以大化學實驗和迷你實驗相互補充的設計形式。其中，大實驗，其實驗內容十分豐富和有趣，也對學生的實驗操作能力有一定要求，但對于學生的綜合能力至關重要；迷你實驗主要是一些更貼近生活和難度較小的簡單實驗，目的是為學生積累大實驗所需的基本技能和知識，讓學生在學習大實驗時能夠更加輕松和愉快。美版教材這樣充滿特色的編排方式，不僅充分體現了美版教材對實驗的重視程度以及對學生科學素養的培養，也體現了化學知識的學習與實驗密不可分的理念，讓實驗與課本知識的學習緊密結合。

3.2 中美高中化學教材拓展延伸類欄目對比分析

從表3可知，在拓展延伸類欄目設置上，美版教材體現學科交叉的理念，拓展的知識不僅僅是化學知識，還包含了物理和生物等多學科內容。如在介紹第二章的第二節，原子中的電子時，美版教材引入了物理學中的北極光，介紹了北極光產生的原因和北極光的特征，以此來說明原子的結構這部分知識，讓學生對這部分知識的理解更加深入和透徹。讓學生在學習化學知識的過程中，了解其他學科與之緊密相連的知識，這在一定程度上有助于學生掌握各門學科和運用各門學科。

4 中美高中化學教材課后習題數量的對比分析

習題與學生的課后學習密不可分，是學生課后鞏固和掌握知識的媒介，也是教材的重要組成部分，與正文內容緊密相連。好的習題不僅有助于培養學生分析和解決問題的能力，還能提供教學反饋信息［7］，對學生的學習起著引導、加深理解和鞏固的作用。表4是中美教材習題數量的統計。

表4 中美高中化學教材 “物質結構和元素周期律”課后習題數量統計

從表4可知，我國教材的習頁比高于美版教材，是美版教材的2.39倍，意味著習題數量多于美版教材。因此，可以得出我國教材更注重讓學生通過課后習題的鍛煉，理解和掌握所學知識；結合表3和表4可知，美版教材0.49的習頁比和實驗類欄目總計12的數量，可以得出美版教材相較于我國教材更注重通過實驗，來讓學生理解和掌握所學知識。

5 中美高中化學教材插圖的對比分析

插圖是教材中必不可少的一個部分，是教材內容呈現的另一種形式，可使得教材內容更為豐富多彩和培養學生的觀察、語言、想象等諸多能力，達到事半功倍的效果。兩國教材的插圖對比見表5。

表5 中美高中化學教材 “物質結構和元素周期律”插圖數量統計

由表5可知，由于 “物質結構和元素周期律”這部分知識抽象難懂，因此中美教材都非常注重插圖的使用，但我國教材使用插圖數量與美版教材相比偏少。通過在知識點旁附帶插圖，可以讓學生通過插圖清楚地了解知識點所要傳達的內容，并對知識點有更形象和直觀地理解，而我國教材相對偏少的插圖使用，給學生理解和掌握這部分抽象知識帶來一定難度。

6 總結與啟示

我國教材體系結構設置更為集中和直觀、知識點順序具有科學性和邏輯性、主題明確、內容具體，注重通過課后習題幫助學生理解和掌握知識，知識內容逐步加深、層層遞進、側重學科、多文字、重邏輯、采用螺旋式編排方法；美版教材則更加注重通過實驗、拓展延伸類欄目和插圖等形式，提升學生的邏輯思維能力和動手發現問題的能力。總的來說，兩版教材都各有優勢，我國教材內容設置難易適中，適合大部分學生，強調實驗的規范性和重要性，在教師的教學中更易使用，學生易于接受；而美版教材則更注重案例與生活貼近，將不易理解的概念和知識點用插圖的形式展示出來，緊密結合化學學科發展的芳香和跨學科整合等，有利于學生的終身發展。通過以上對比，我國教材可以從以下幾個方面做出改變。

1）增加實驗類和拓展延伸類欄目的數量

化學是一門以實驗為基礎的科學，學習化學離不開實驗［8］，化學思維的培養也離不開對所學知識的拓展延伸，因此美版教材以實驗和對知識拓展延伸的方式幫助學生理解和掌握知識的思想比我國教材以課后習題幫助學生理解和掌握知識的思想更具實用性和合理性，更有利于培養學生的化學核心素養。

2）與生活緊密相連

美版教材在欄目設置、實驗等方面的鮮明特征就是緊密聯系學生的社會實際，非常重視把化學這門學科和生活緊密相連。例如，在講解 “第二章物質是由原子構成的”，美版教材通過引入氮循環圖，生動形象地介紹了氮在生活中的流動方式，讓學生可以更加形象地學習與他們生活緊密相關的氮元素，對氮元素不再陌生；在講解 “電子與光”這一知識點時，美版教材補充引入了 “色彩斑斕的煙花”這一知識，讓學生充分了解生活中煙花的化學成分和原理，通過美麗的煙花極大激發了學生的學習興趣，讓學生愛上化學，喜歡與他們生活緊密相關的化學。在這方面，我國教材稍遜一籌，導致我國教師在教學實踐中，往往會脫離學生的生活實際，學生的化學學習是由客觀的、邏輯的化學知識編制而成的，是理性的概括和提升，這樣會過濾掉學生自我的個性和主觀性，讓學生只會機械的學習，容易導致學生在學習過程中的單調貧乏，讓他們感受不到學習的價值。所以，教材的編寫應該充分立足化學與社會生活的緊密聯系。

3）減少課后習題的數量

課后習題數量應控制在五道左右，前三道側重學生理解和掌握所學知識，以選擇和填空題的形式，第四道注重學生獨立思考，以實驗題的形式，而第五道注重學生積累運用和整體感悟，以綜合應用題的形式。通過此方式，讓學生有更多的空余時間，為學生查漏補缺，探究和運用所學知識創造了條件。

4）增加插圖數量

化學是一門需要系統理解的學科，也是一門抽象的學科，在知識點旁附帶的插圖具有將抽象知識形象化的作用。我國教材過多的文字給學生也造成了不小的理解負擔，如果能適當增加插圖的數量，將學生難以理解的概念和知識點轉化成生動形象的插圖，一方面可以減輕學生的理解負擔，另一方面也能激起學生對化學知識學習和探究的興趣。

5）豐富內容形式，重視學科交叉

豐富的內容和形式，能夠更好地提高學生的學習興趣和激發學生的思維，使學生真正做到喜歡學習和善于學習［9］。與此同時，教師可以配合一些附錄的查閱設計等欄目，充分地發展學生的自主學習能力，同時發展學生的信息意識，體現了核心素養中的學會學習、自主發展的要求。而教師在學生的學習過程和教學過程中，重視學科交叉的融合，豐富學生的人文底蘊，讓學生能充分利用所學的各門知識，以此促進對學生的全面發展。

6）重視實驗在生活中的可操作性

化學實驗不應該僅僅只是在實驗室中完成，通過引入一些學生在日常生活和學習中也可以自己動手做得小實驗，不僅讓化學和學生自己的生活緊密結合，也讓學生體會到隨處可見的化學實驗的樂趣，讓這些生活中可做的化學實驗激發學生探究和學習化學的欲望，可以有效地促進了學生的實踐創新能力，體現了科學探究與創新意識的化學核心素養。