引導學生認識科學本質：普通高中化學教材中化學史內容的比較研究

陳 婷龍 琪 王偉群*

（1.蘇州大學材料與化學化工學部 江蘇 蘇州 215123；2.南京曉莊學院環境科學學院 江蘇 南京 211171）

化學史是中學化學教材的重要內容。人民教育出版社、江蘇鳳凰教育出版社、山東科學技術出版社出版的普通高中化學教材是目前正在使用的三個主流版本教材（下文簡稱人教版、蘇教版、魯科版）。三個版本教材中都有豐富的化學史內容，呈現方式各不相同。

解讀教材中的化學史內容是用好化學史的關鍵。《普通高中化學課程標準（2017年版）》在教材編寫建議部分明確提出，教材內容的選擇要“體現科學與人文的融合”，應“利用科學技術發展進程中的優秀案例，引導學生認識科學本質，體會科學事業的特征［1］”。那么，引導學生認識科學本質的化學史內容在三個版本教材中如何體現？這一問題引起了筆者的研究興趣。

本研究的總體思路是：首先梳理化學史內容在教材中的呈現方式，然后以欄目或正文段落為分析單元，基于科學本質觀內涵設計分析工具，采用分析工具比較科學本質觀的每個維度在教材中的呈現方式及出現的次數，獲得研究結論。本研究可為教師在化學教學中引導學生認識科學本質提供參考。

一、三個版本教材中化學史內容的分析

現行三個主流版本高中化學教材各有5本，分別是2本必修教材和3本選擇性必修教材。筆者閱讀了所有教材，對化學史內容在教材中的呈現方式和次數進行了梳理和比較。

1.人教版高中化學教材

由表1可見，人教版化學史內容的呈現方式共有9種。“科學史話”出現19次，占比45%，是最主要的呈現方式。其次為“正文”，出現了8次，占比19%；然后是“科學·技術·社會”占比14%，共出現6次，其它方式出現的次數均較少。

表1 人教版化學史教學內容呈現方式和次數統計

2.蘇教版高中化學教材

表2可見，蘇教版化學史內容呈現的方式共4種。“科學史話”占比61%，共出現19次，占比最高；其次為“正文”占比29%，共出現9次；“練習與應用”也出現1次，占比3%。

表2 蘇教版化學史教學內容呈現方式和次數統計

3.魯科版高中化學教材

表3可見，魯科版化學史內容呈現的方式共11種，呈現方式多樣。“資料在線”占比最高，出現11次，占比27%；其次為“拓展視野”占比17%，出現7次；“聯想·質疑”占比15%，出現6次；“微項目”占比3%，出現2次。

表3 魯科版化學史教學內容呈現方式和次數統計

二、分析工具及分析方法

關于科學本質的內涵，不同機構和不同學者對其有著不同的理解。我國《義務教育科學課程標準（2022）》指出，科學是知識系統、過程和方法、科學與技術社會環境的關系。美國科學促進協會（AAAS）提出的科學本質的內涵包括科學知識、科學探索活動、科學作為一種事業活動。［2］整合劉健智、栗素姣等制作的中學生科學本質觀測量指標，［3］確定本研究所用的分析工具如表4所示。

表4 科學本質觀的分析工具

本研究對每一套高中化學教材中體現科學本質的化學史內容的分析方法是：將涉及化學史素材的每個欄目或者一段正文作為一個分析單元，根據科學本質觀分析工具的維度分解為段落，摘錄相關語句，根據操作說明判斷該段落所屬科學本質的維度，進行分析編碼。分析示例見表5。

表5 化學史“侯氏制堿法”分析范例

對所有段落進行分析編碼后，對數據進行量化統計，得到整個分析單元科學本質呈現的情況。在對化學史內容進行科學本質分析的統計過程中，當同一分析單元涉及兩種或兩種以上的科學本質維度時，每個科學本質維度各計數一次，若某分析單元內容不涉及科學本質的維度，則不予計數。

三、三個版本教材中科學本質觀內容的比較分析

運用以上分析工具和分析方法，對三套現行教材中體現科學本質的化學史內容進行分析，得到的統計結果見表6。

表6 三個版本化學史內容出現的科學本質各個維度頻次統計結果

圖1為三套高中化學教材化學史內容科學本質各個維度統計結果直方圖。

圖1 三種教材化學史內容科學本質出現的各個維度頻數統計直方圖

不同的欄目預設了不同的學生學習方式。從表6和圖1可知，三套教材都是通過多樣的欄目設計化學史教學內容。教材中的化學史內容涉及到科學本質觀的各個維度，體現出現行高中化學教材在利用化學史素材進行教學內容設計時普遍注重引導學生認識科學本質觀。

科學本質觀的三個維度在教材中的體現是有所側重的。三套教材在“科學知識”和“科學事業”維度呈現的次數都較多，平均次數為17次和15次。尤其是科學知識的“相對性”“積累性”呈現次數較多，平均次數是35、31，表明教材強調讓學生知道化學知識不具有永久性，會隨著歷史發展不斷積累與發展。“科學事業”維度中的“科學與技術”呈現的次數也較多，平均次數是25，說明教材注重讓學生關注化學與技術的聯系，關注技術對化學發展的影響。

相對而言，“科學探究”維度出現的次數較少，平均次數是10。這與化學史教學的欄目設計有關，因為教材中化學史內容的教學設計大多以“科學史話”“資料在線”“拓展視野”“科學·技術·社會”等欄目為主，主要呈現的是化學家或科技發展的主要成就，以知識為主。只有較少的案例涉及化學家的探究過程：通過“質疑”發現問題、通過“方法多樣化”不斷探索、通過“創造性”思維實現突破。

四、三個版本教材中體現科學本質的典型欄目

教材以正文和欄目的形式交替編寫教學內容，是2001年課程改革以來教材的新變化。新教材延續這樣的編寫方式，重視讓學生通過欄目體驗不同的學習方式。由于正文和欄目對知識的組織方式不同，對學生的學習要求和學習方式也不同。三個版本教材都有體現科學本質的典型欄目。

1.人教版高中化學教材

人教版教材中與化學史教學相關的典型欄目是“研究與實踐”，這是一個為學生提供拓展學習、項目研究和實踐活動的欄目。例如：必修1第四章第一節“物質結構元素周期律”有“研究與實踐—認識元素周期律”“調查和整理”欄目，希望學生以教科書中“科學史話——元素周期表的發展”為基礎，通過收集信息，了解元素周期表發展的幾個階段，認識有代表性的元素周期表及其特點，“設計和制作”是希望學生在調查研究的基礎上，設計和制作自己的元素周期表。通過了解各種形式元素周期表的特點，加深對元素間關系和其中所蘊含的科學方法的認識。

依據科學本質觀分析工具進行分析，發現該段化學史內容涉及科學知識的認識性、積累性、相對性、預見性；科學探究的創造性、邏輯推論性、方法多樣性、公開交流性；科學事業的科學家個人和科學合作。因此，“研究與實踐—認識元素周期律”中的化學史內容較為全面地呈現了科學本質的基本要素。

2.蘇教版高中化學教材

欄目中的化學史內容意味著這些內容的學習具有可選性。但必修1專題2的第三單元“人類對原子結構的認識”以兩頁正文的篇幅，完整地介紹了不同階段人類對原子結構認識和科學家建構原子模型的歷程。從中國古代先賢對物質的微觀思考，到道爾頓的原子學說，再到湯姆生、盧瑟福、波爾依據實驗獲得的數據或現象，提出各種假說和模型。同時插入了“學科提煉”欄目的“模型建構”，指出：“模型本質是科學家描述事物的原型，解釋和預測未知現象的一種思維方式，廣泛應用于科學發現和科學發明的過程中。從原子結構模型的發展歷程可以看出，科學家通過不同實驗收集各種證據，從而提出原子結構的模型，并不斷修正模型。科學家在一定時期通過建構的模型不是絕對的、一成不變的，而是依據知識的積累、方法和技術的更新、實驗證據的不斷完善而動態發展的。”

依據科學本質觀分析工具對該段化學史教學進行分析，發現該內容涉及科學知識的積累性、相對性、實證性；科學探究的邏輯推論性、方法多樣性、公開交流性；科學事業的科學與技術。該段化學史內容不僅體現了教材內容幫助學生形成“證據推理與模型認知”的核心素養，而且還較好地引導了學生全面認識科學本質。

3.魯科版高中化學教材

魯科版教材中體現科學本質特色的典型欄目是“微項目”。這個欄目置于章節末尾，給學生創造與運用章節知識解決現實問題的機會，體現以應用本章節知識為主，適當聯系其它學科知識的特點。［4］如選擇性必修1第三章“物質在水溶液中的行為”的微項目“揭秘索爾維法和侯氏制堿法——領略平衡思想的創造性應用”，完整地介紹了索爾維的制堿原理，學生的第一個項目任務就是在實驗室模擬索爾維制堿法，實驗結束后學生需要利用本章所學的平衡原理解釋用索爾維法為何能得到碳酸氫鈉沉淀。項目的第二個任務為探索侯氏制堿法，并與索爾維法進行比較，利用本章所學的平衡思想進行思考。將化學史教學模式與項目相結合是化學史教學的一種創新，對于學生深刻體會科學本質的三個維度都有重要作用。在探討如何在實驗室模擬索爾維制堿法的過程中，可以加深學生對科學知識的實證性、科學探究的創造性和方法多樣性的理解。

采用科學本質觀分析工具對該段化學史內容進行分析，發現它涉及了科學知識的積累性、相對性、實證性；科學探究的邏輯推論性、方法多樣性、公開交流性；科學事業的科學與技術，科學家個人。可見通過“微項目”的研究，學生能對科學本質有更全面和更深刻的理解。

五、研究結論

引導學生認識科學本質是初高中化學課程標準的明確要求。科學本質觀是指人們對科學本質問題的認識，主要探討“科學是什么？”借鑒已有研究的成熟量表，本研究從科學知識、科學探究和科學事業這三個維度設計了科學本質觀的分析工具，運用該工具對人教版、蘇教版、魯科版普通高中化學教材中體現科學本質的化學史內容進行比較。研究發現，三套教材都是通過多樣化的欄目呈現化學史素材。三套教材在“科學知識”和“科學事業”維度呈現的化學史內容的次數較多，而在“科學探究”維度出現的次數較少。這與化學史教學的欄目設計有關，目前教材中化學史內容大多出現在“科學史話”“資料在線、“拓展視野”等欄目中，只有較少的案例描述化學家的探究過程。

三個版本化學教材都有體現引導學生認識科學本質的典型欄目。人教版以“研究與實踐”欄目呈現科學家認識元素周期律的探索過程。相對于其它教材以欄目的形式呈現化學史，蘇教版則是以正文的形式，完整地介紹了不同階段人類對原子結構認識和科學家建構原子模型的歷程。魯科版在“微項目”欄目中呈現了化學家探索制堿法的過程，以真實的化學史為情境，讓學生自主探究并完成項目任務。這些化學史內容及其呈現形式都能引導學生對科學本質形成全面認識。