中美化學課標“化學反應”內容的比較研究

胡佳

摘要：以高中“化學反應”主題知識為例，對中美高中課標中“化學反應”內容進行比較，從“知識點及其分支數目”“知識點呈現方式”“內容要求”“學業要求”“與生活實際的聯系”五方面進行比較。分析得，中國課標所涵知識點內容更為豐富、概念體系構建更具條理，但知識間的跨學科性則稍遜;中國課標中的知識學習要求稍低、且更為重視學生掌握知識并利用知識解釋實際問題的能力;美國課標更重視學生綜合運用知識并進行自主創新與實踐的能力。最后為改進課程標準提供一定相關建議。

關鍵詞：中美課標;化學反應;比較分析

文章編號：1008-0546（2021）07-0082-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.021

課程標準作為教材編寫、教學、評估和考試命題的依據，對課程的實施、評價和管理起著重要作用。我國“普通高中化學課程標準（2017年版）”立足于學生適應現代生活和未來發展的需要，對舊課標的三維目標體系進行了整合，構建全面發展學生化學學科核心素養的高中化學課程目標體系[1]。美國于2013年頒布的《下一代科學標準》（NGSS）中，在學科核心概念維度中，分為“物質科學、生命科學、地球與空間科學、工程技術和科學應用”四大類，高中化學學科內容分布在“物質科學”類別中[2]。

一、“化學反應”知識點的研究意義

“化學反應”的課程內容在高中化學學習中占有重要的地位，同時也是高中生學習的重點，且和工業生產與實際生活等緊密相連。為便于對“化學反應”主題內容進行比較分析，現將中美課標中有關化學反應知識主題及其相關的全部知識條目合并后，列至表1中。中美課標都包含“化學反應與能量”“化學反應速率”和“化學反應平衡”三大知識主題。表1中美課標中有關化學反應知識點的合并羅列[3-4]

二、中美課標“化學反應”內容的比較分析

1.知識點及其分支知識的比較

由表2可知，中國課程標準中與化學反應相關的知識點的個數總計是美國的3倍。且中國課標中“化學反應平衡”所占比重最大，美國課標中“化學反應與能量”占比最大;而對于“化學反應速率”來說，它在中國課標中和美國課標中的占比都是最少的。表3詳細呈現了中美課標的三個知識主題下的分支知識點。

在“化學反應”內容里，中美兩國課標在相同的知識主題下的分支知識點的差異較大。具體來看，在“化學反應與能量”部分，中國課標比美國課標額外增加了一些知識條目和情感態度價值觀的要求。如：化學能與其他能量形式的轉化、內能的概念及其影響因素、化學能與熱能、焓變的表示方法，蓋斯定律。情感價值觀方面如：體會提高燃料燃燒效率，開發高能清潔燃料和研制新型電池的重要性。美國課標中引入了“系統”的概念，將化學反應視作一個“系統”，介紹流入和流出“系統”的能量與物質來描述化學反應的變化;中國課標則未使用“系統”這個較大的概念。美國課標中利用分子/粒子之間的碰撞數量和能量來解釋改變反應物的溫度或濃度時對反應速率產生的影響;中國課標則是利用“基元反應”活化能來解釋對化學反應速率的影響因素，二者雖在本質上并無太大區別，都是依據微觀本質解釋宏觀現象，但基元反應對于學生來說的理解程度和思維要求相對更高一些。

2.中美課標知識點呈現方式比較

（1）知識點條目的詳略呈現方面

中國課標的描述比美國課標的描述更為詳細、條理更為清晰，每一句話即代表一個知識條目，各個知識條目的描述詳略程度相近，且環環緊扣、層層進階。美國相對來說，沒有中國課標知識點描述方式那般詳細，且美國課標中的知識點在闡述時前后會有部分交叉。知識的進階不是特別明顯。

（2）知識點條目的引入呈現方面

美國課標通過回答化學反應的四個部分中所提出的引導式的問題來闡述其中所蘊含的知識。因此，美國利用的是“我要解決這個主題下的這些問題因而會涉及到如下知識的學習”的方式來進行知識點的闡述;中國則直接呈現相關知識點。美國課標描述知識主題“化學平衡”，沒有像中國課標那樣按照傳統的“先知識后應用”的符合學生認知的順序來進行描述。而是直接通過“根據科學知識，學生生成的證據來源，優先級標準和權衡考慮因素，設計、優化解決方案以指定條件的變化，以在化學系統中平衡狀態下生成更多數量的產物”的一種科學工程實踐的表述將化學平衡知識巧妙引入。

（3）知識點條目的邏輯呈現方面

對于“化學反應”而言，美國課標中引入了“系統”的概念，是通過介紹系統中流入和流出系統的能量和物質來描述化學反應這個系統中能量和物質的變化。中國則未使用“系統”這個較大的概念，直接使用的是“化學反應”或“化學反應過程”的概念。這其實也與美國課標中所提倡的“跨學科概念”有關。

3.中美課標中的內容要求比較

內容要求是預期學生應該學習的內容及其程度，規定了具體學習內容和認識要求。內容要求大多采用輸人性行為動詞來表達具體認識要求，如“了解、認識、理解”等，關注的是知識輸人和學習要求，這些動詞能夠描述學生學習的心理認知過程。

總體來說，對于相同的知識點，中國需要學生學習的程度比美國的程度低一些。根據圖1可知，三個知識主題下，中國課標中的學生行為動詞與美國課標相較而言，分別都更偏向于第一層級和第二層級的認知水平。“知識主題1化學反應與能量”和“知識主題2化學反應速率”中，中國課標中的學生行為動詞的第一層級“知道”都占到了90%以上，“知識主題3化學反應平衡”中的學生行為動詞的第一層級也接近于90%。而對于美國課標中的學生行為動詞，主要分布于第二、第三和第四層級。第一層級的認知水平占比為0，這與主要認知占比位于第一層級的中國課標來說，是極大的差異所在。

由此可見，盡管中國課標中的知識點內容要比美國課標豐富許多，但是對于相同的知識主題，中國課標中對于學生的認知水平要求要遠低于美國課標。下圖2是具體示例：

4.中美課標中的學業要求比較

學業要求是對學習某主題相關知識后學生應達成的學習表現——即能做什么的描述，中國課標中的“學業要求”版塊和美國課標中的“學生預期表現”版塊可視為是相對應的。學業要求大多采用輸出型行為動詞來表達學習表現，如：舉例、說明、證明等，關注的是知識、能力輸出及評價標準，便于對具體的行為進行評價。

將中國課標中的“學業要求”版塊和美國課標中的“學生預期表現”版塊中的輸出性行為動詞加以粗略統計，有以下這些：舉例、判斷、計算、辨識、解釋、說明、運用、設計等等，本文將其根據“布魯姆教育目標分類學認知維度”進行分類，分為四個維度：維度1包括舉例、列舉、判斷和簡單計算;維度2包括說明、解釋、描述、推斷、證明、分析和辨識;維度3包括運用、討論和應用;維度4包括建立模型、設計和優化。維度1的行為動詞主要偏向于對于知識的初步掌握情況，維度2是對于知識的深層理解，維度3是應用知識解釋實際問題;維度4主要是綜合靈活運用知識進行自主創新實踐活動，且需要考慮生活生產的實際因素。

由上圖3可見，針對于化學反應速率和化學反應平衡知識來說，中美課標對于學生在學習之后的能力提升方面提出的要求高低具有較多差異。總體來看，中國課標中對于學生學習知識后獲取的四個維度的認知能力水平都較為重視，其中占比最大的是對于知識的深層理解，其次是對于知識的初步掌握和利用知識解釋實際問題，最后是綜合靈活運用知識進行自主創新實踐活動設計等。相較來說，美國也同樣重視學生對于知識的深層理解，該維度的占比也是最大的;其次是學生綜合靈活運用知識進行自主創新實踐活動設計的能力，美國如此重視該目標也與其課標所提倡的“科學和工程實踐”這一維度相呼應。由此，從對學生學習知識后發展的能力要求來看，中國相比美國更偏重知識，而美國則更偏重于工程實踐應用，而學業要求也是與該國的人才培養理念和學科總目標密切相關的。

5.中美課標中知識與生活實際的聯系比較

中美課標知識主題與生活實際的聯系主要取決于其社會對人才培養的期望與目標。

美國作為科技發達之國，要求社會的所有成員都要了解科學和工程概念和過程，注重對于STEM人才的培養。因此美國課標中物質科學的總目標是為了使學生將學科大概念與科學和工程實踐以及跨學科概念相結合，發展其有用的知識來解釋整個科學學科大概念。高中階段，學生的重點是放在幾種科學實踐上，包括開發和使用模型，計劃和進行調查，分析和解釋數據，使用數學和計算思維以及構建解釋等。而中國社會主義核心價值觀下化學學科育人的基本要求是發展學生的化學學科核心素養，發展其綜合素質。

因此，中美課標都十分重視將化學知識與實際社會生活之間的聯系，重視學生運用科學知識解釋生活生產中的實際問題的能力。課標上的具體表現在于：中國課標強調化學知識在實際生活生產中的重要作用，要求學生體會其重要性以及了解解決措施等。美國課標強調科學與工程實踐活動，學生自己設計方案、構建模型并應用。二者均放置在每一節的知識點后，作為該節知識應用的重要組成部分。

例：以“化學反應”知識主題下的內容為例（表4）：

三、差異與啟示

以“化學反應”內容為例，通過對中美課程標準中的化學部分內容進行比較分析，發現二者在內容的“知識數目、知識呈現方式、內容要求、學業要求、與生活實際的聯系”這五大維度上存在一定異同。

相同點：（1）中美課標都十分重視將化學知識與實際社會生活進行聯系。（2）中美課標在對學生四個層級的認知能力要求方面，占比最高的都是對知識的深層理解。

不同點：（1）相同知識主題下，中國課標中涵蓋的知識點內容比美國豐富，內容廣度大于美國課標。（2）在知識點條目的詳略呈現、導人呈現和邏輯呈現方面，我國內容概念體系構建條理清晰程度高于美國，但我國課標知識之間的邏輯性與跨學科性稍遜于美國課標。（3）對于相同的知識點，美國課標以“應用”和“創新”為主，我國課標以“知道”與“理解”為主，且幾乎沒有科學與工程實踐類的要求。中國學生學習知識的程度要求要比美國學生低。（4）除了對于知識的深層理解之外，美國對學生綜合靈活運用知識進行自主創新實踐活動設計能力的重視程度高于中國，中國更重視對學生初步掌握知識并利用知識解釋實際問題等。（5）將化學知識與實際社會生活聯系方面，中國課標強調化學知識在實際生活生產中的重要作用，要求學生體會其重要性以及了解解決措施等;美國課標強調科學與工程實踐活動，學生自己設計方案、構建模型并應用。

美國課標的優勢與不足：美國NGSS在高中階段將化學與物理作為兩門獨立學科加以整合為“物質科學”大類，整合各學科思維進而統整各學科核心概念;亦創新性地將“科學與工程實踐”引入整個K-12科學教育，建立起科學與工程實踐相結合的、新的人才培養路徑[7][8]，符合美國現代化社會發展的人才供給與儲備。但是，美國課程標準在內容的選取上值得進一步拓寬，且盡管大力強調整合科學與工程整合思想，但卻未考慮到實施中的實際現狀與困境。

中國課標的優勢與不足：我國在知識量方面涵蓋廣泛，選取的化學內容豐富，有助于學生由了解到深人理解化學知識、掌握實驗技能，以及形成化學的主要觀念。但是，對于較多知識點，我國課標以“知道”與“理解”的要求為主，卻很少涉及科學與工程實踐類的要求，缺乏現代社會對中學生實踐創新能力的培養，同時跨學科性亦較少在課標中得以體現，這會影響對培養學生跨學科的綜合能力和科學核心素養的落實。

四、建議

1.優化知識概念與實踐要求，推進化學教學向“少而精”方向發展

我國化學課程標準中的內容十分豐富，涵蓋范圍廣泛，但對于學生的要求大多數仍停留在對知識的理解與技能的掌握層面，對學生實際應用所學知識解決現實問題的能力要求較低，而對于學生創新能力的要求與培養更是極少，而這些始終都是目前我國教育大環境下的常態挑戰。因此對于化學課程標準來說，建議未來我國課程標準在全面涵蓋化學學科知識的前提下進一步優化知識概念體系，推進化學教學向“少而精”的方向發展，既幫助減輕學生學業負擔，同時促進其學科核心素養的落實與培養;同時需要適當在學習目標中融入更多的實踐能力要求和創新活動的設計，為進一步提升我國中學生處理實際問題和參與公共事件決策的能力，也能使之發展創新性思維，利用所學與所能更好地面對未來社會和環境的挑戰。

2.嘗試引入科學與工程整合實踐活動，培養中學生跨學科實踐創新能力

美國NGSS大量引入工程實踐活動的思路對我國培養中學生跨學科實踐創新能力具有一定的重要啟示。目前較多研究表明科學課程整合工程實踐對中學生跨學科實踐創新能力的培養具有積極的影響，且學生對STEM教育實踐學習活動持認可態度[9]。因此基于當下我國基礎教育階段跨學科課程經驗缺乏、中小學減負呼聲的高漲以及在現有基礎教育體系中單獨設置課程開展跨學科實踐創新教育的困難重重的背景之下，課程標準作為教學的綱領性文件，發揮著舉足輕重的引領作用。故建議未來我國化學課程標準能進一步明確建立特定學段、特定科學課程相適應的跨學科實踐創新能力發展目標，幫助引領一線教師對科學整合工程實踐課程的研究、設計與實施。同時相關教育研究人員及相關教育組織應積極培訓和指導教師開展工程實踐教學活動的課程開發、教學方法和內容組織等的研究基礎。

參考文獻

[1][3][5]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：1，8，77

[2][4][6]National Academy of Sciences.Next Generation Sci-ence Standards[S].Washington，D.C.：The National Acade-mies Press，2013

[7]趙中建.STEM美國教育戰略的重中之重[J].上海教育，2012（11）：16-19

[8]金慧，胡盈.以STEM教育創新引領教育未來——美國《STEM 2026：STEM教育創新愿景》報告的解讀與啟示[J].遠程教育雜志，2017（1）：17-25

[9]占小紅，徐冉冉，符吉霞，宋蕊.工程實踐活動影響中學生跨學科實踐創新能力的實證研究[J].教師教育研究，2019，31（2）：65-74

*本文系教育部人文社會科學重點研究基地重大項目“基于核心素養的課程標準研制的關鍵問題研究”（17JJD880007）階段性研究成果。