核心素養視角下高中化學教材中諾貝爾獎資源的比較研究

張健瑩　譚宏亮

摘要：諾貝爾獎的發展推動化學學科發展。對比新舊人教版高中化學必修教材中有關諾貝爾獎資源的內容，得出新教材中引入的諾貝爾獎資源數量、種類增多的特征和承載的學科核心素養。新教材充分利用諾貝爾獎資源，旨在培養學生的化學學科核心素養和學科能力。本文著重分析了2019年三版高中化學必修和選擇性必修新教材中有關諾貝爾獎資源的分布特征、呈現方式及蘊含的學科能力，并提出了教學建議。

關鍵詞：諾貝爾獎資源；三版教材；核心素養；教材分析

文章編號：1008-0546（2023）08-0079-06?? 中圖分類號：G632.41?? 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.08.017

普通高中化學課程由必修、選擇性必修和選修三類課程構成。在其指導下，2019年人民教育出版社（簡稱“人教版”）[1]、山東科技出版社（簡稱“魯科版”）[2]、江蘇鳳凰教育出版社（簡稱“蘇教版”）[3]的三版《普通高中教科書（化學）》教材均呈現了具有化學學科核心素養發展價值的知識內容和學習素材。在研讀時，我們發現這三版新教材以不同程度、不同方式引入了諾貝爾獎資源，具備科學性、豐富性與可讀性的特征。將諾貝爾獎資源引入教材，旨在強化學科知識，提升學科視野，突出前沿研究的科學方法，有助于學科觀念建構，[4]促進能力素養的落實。

本文選取2003年人教版《普通高中課程標準實驗教科書（化學）》2本必修教材（以下簡稱“舊人教版”），[5]2019年三版必修和選擇性必修15本新教材，對教科書中有關諾貝爾獎資源進行統計梳理和對比分析，深入探索化學學科的獨特魅力。

一、新舊人教版必修教材中諾貝爾獎資源的對比分析

1.數量特征

我們對舊人教版化學必修《化學1》、《化學2》與2019年人教版必修第一冊、必修第二冊教材中有關諾貝爾獎資源數量特征進行統計，詳見圖1所示。

從圖1可以看出，新教材中有關諾貝爾獎資源引入的數量明顯增多。其中舊人教版必修教材共引入4處諾貝爾獎資源，新人教版必修教材共引入15處諾貝爾獎資源。兩版教材均在第一章正文介紹了諾貝爾化學獎中6（1）4C 同位素測定文物年代的應用和諾貝爾物理學獎得主的范德華及范德華力。在第四章正文提及諾貝爾化學獎得主哈伯實驗室合成氨和博施工業合成氨的成就。

同時，對比兩版教材，新教材中有關諾貝爾獎資源引入的種類明顯增多。新教材必修部分不僅增加了諾貝爾化學獎、諾貝爾物理學獎資源的引入數量，而且新添了諾貝爾生理學或醫學獎和諾貝爾和平獎的相關資源，學科內與學科間相互整合，素材資源結構更加豐富。新人教版必修部分的內容我們進行了整理，具體見表1。

2.素養指向

從表1可知，4種諾貝爾獎均在必修新教材中體現，突出教材與時俱進，與學科前沿緊密結合，化學學科多角度發展的特點。新教材中諾貝爾獎資源的不斷更新，不僅是化學學科核心素養融入化學課堂的創新轉變，而且是落實STEM理念的一個重要途徑。

（1）借助諾貝爾獎研究成果，指向“變化觀念與平衡思想”的核心素養。人教版新舊教材必修部分，通過諾貝爾獎得主對影響化學反應限度因素的研究與生產實際條件的選擇，突破以氮氣和氫氣為原料從實驗室到工業化合成氨的技術難關，解決人類饑餓問題，讓學生初步體會化學平衡的學科思想。

（2）與新課標的要求相呼應，指向“證據推理與模型認知”的核心素養。新人教版必修第一冊，增添了諾貝爾化學獎得主阿倫尼烏斯的電離模型。教材首次提出“模型”的概念，運用模型描述、預測和解釋問題的方法研究物質，注重電離模型的建構。新教材在學生認識物質結構的伊始，呈現了湯姆孫、盧瑟福、波爾原子結構模型的演變和發展。必修第二冊增添了青蒿素的提取、分離、結構測定的科學史料，突出物質“組成－結構－性質－用途”的關系。通過諾貝爾獎得主提出的原子結構模型、有機物的研究方法及人物的介紹，促進學生的思維聯想，增強學科知識與學科發展的理解。

（3）諾貝爾獎是對科學最高榮譽的表彰，指向“科學探究與創新意識”的核心素養。多數諾貝爾獎獲得者畢生致力于特定領域進行研究，彰顯了科學家們不懈奮斗，勤于進取的科學精神。基本原理的獨創性與創新性的研究為人類揭開了新世界的大門。熱愛祖國是立身之本、成才之基。基礎教育是國家創新型人才培育的根本，除了化學學科獨特的化學用語學習工具，諾貝爾獎資源也是不斷發展的教學資源，揭示課程內涵的創新發展，提高學生的創新意識和熱愛祖國的人文素養。

（4）諾貝爾獎資源來源于社會熱點情境，指向“科學態度與社會責任”的核心素養。必修部分在認識有機化合物章節，通過資料卡片和注釋，介紹了諾貝爾化學獎和和平獎得主鮑林的研究貢獻。真正的教育給人的不僅僅是知識，知識目標的達成伴隨著其他方面的發展。諾貝爾獎資源是作為情意類素材發揮其價值，學生在學習的過程中耳濡目染、潛移默化、多學科協同運作，從而建立起正確的世界觀、人生觀。新教材中增添了與諾貝爾生理學獎或醫學獎研究領域的成果，包括DDT對人類社會的貢獻以及過度使用帶來的生態危害，有效治療瘧疾的青蒿素的發現與藥物的合成，阿司匹林止痛消炎藥的出現，在人類生命醫學上都留下濃墨重彩的一筆。諾貝爾獎資源的引入不僅增強學生對 STEM理念的理解，而且能感受化學的實用性和價值。

二、三版必修和選擇性必修教材中諾貝爾獎資源的對比分析

新教材中引入諾貝爾獎資源是其一大特色。為更好地幫助大家了解諾貝爾獎資源在新教材中的分布情況，理解諾貝爾獎資源在教學過程中應用的可能性，我們選取了2019年三版必修和選擇性必修共15本教材中出現的有關內容，進行了整理與分析。

1.分布特征

首先，對三版必修和選擇性必修新教材中出現的有關諾貝爾獎資源進行了統計，詳見圖2。

從圖2可知，三版必修和選擇性必修教材共計15本，144處引入諾貝爾獎相關資源，與諾貝爾本人有關資源為2處，共計146處。諾貝爾化學獎的內容88處，占總數的60.27%。其中人教版新教材引入諾貝爾獎資源46處，諾貝爾化學獎占總數的63.04%；魯科版新教材引入諾貝爾獎資源57處，諾貝爾化學獎占總數的56.14%；蘇教版新教材引入諾貝爾化學獎27處，占總數的62.79%。可見，三版教材均突出以化學為本的學科特點。

其次，通過觀察表2、3、4，三版新教材在《物質結構與性質》和《有機化學基礎》中均設置較多的諾貝爾獎資源。縱觀諾貝爾獎頒獎領域，目前研究熱點也是在有機化學、生物化學、醫學等交叉領域迅猛發展。

（1）在新課標的指引下，新教材與學科前沿發展的成果滲透、資源融合，遵循科學性、適量性和適當性。整體比較分析，三版教材必修部分出現的諾貝爾獎資源數量相對適中。學習動機就像化學催化劑，必修階段的內容，關乎高考選考化學的學生數量，以及生源的質量，同時也關乎未來化學學科的走向和發展，不應過于繁雜。教材借助諾貝爾獎領域的成就，激發學生學習化學的動機，激勵學生想學化學、愿意選學化學。選擇性必修部分的教材，借助諾貝爾獎領域的成就，幫助學生認識化學內容和研究方法，以及開展化學教學活動的意義，激發學生深入研究化學的雄心。通過學習廣博深厚的知識，提升學生的化學學科核心素養水平。

（2）三版新教材中引入的諾貝爾獎資源與其發展具有一致性。三版教材版本不同，但知識體系基本一致。原子模型、富勒烯、合成氨、飛秒化學、青蒿素、范德華力、手性催化劑、阿司匹林等重要內容均在三版新教材中出現。化學學科如同歷史學科，有自己的發展時間主線。一百多年來諾貝爾獎的表彰，見證了化學學科發展的方向和脈絡。立足于課程改革的方向，不變的是理論，改變的是新添的血液。中學化學核心知識與諾貝爾獎發展密不可分，教材的不斷更新順應著學科多元化發展和時代需求。例如，三版《物質結構與性質》有關晶體章節，從倫琴發現X射線，多位科學家利用X射線衍射技術發現晶體、分析物質結構、到謝赫特曼發現準晶體，蘊含著人類對晶體認識的時間線和研究歷程。《化學反應原理》的第二章化學反應速率中均引入了1999年的諾貝爾化學獎的成果——飛秒化學在化學反應方面取得的開拓性進展，啟發我們做科學研究時，不僅技術設備要先進，同時需要長期積累和不斷創新，培養學生的探究與創新意識。

（3）不同版本的教材，諾貝爾獎資源的引入各有所側重。與有機化學領域相關的諾貝爾獎資源大多出現在《有機化學基礎》中，與物質結構測定有關的諾貝爾獎資源多數呈現在《物質結構與性質》中，增加高考選學化學學生的學習深度與廣度。以魯科版新教材為例，在有機物合成章節中展示了20世紀來化學家有機研究領域獲得的諾貝爾獎成就，以時間為主線，幫助學生清晰明了地認識有機化學發展方向。諾貝爾獎的表彰推動著有機化學的發展，更開拓了化學在醫藥衛生、生物大分子等研究新領域。

（4）教材內容體現了學科發展的基礎、時代特征和人文精神。諾貝爾獎資源是社會熱點內容，基礎教育引入諾貝爾獎資源是學科發展的特色，是時代發展的特殊產物。三版新教材多次引入屠呦呦發現青蒿素、奎寧的全合成；胰島素的結構測定與表征；不對稱合成、逆合成分析法合成藥物；放射性治療、同位素示蹤法應用于現代醫學診斷疾病，以保障人類健康；導電聚合物的發現、鋰電池的發展，環境保護等諾貝爾獎資源。學生可以通過閱讀有關諾貝爾獎得主的故事，加深對學科發展的理解，增強科學體驗，加深理解化學學科的思維和方法，感受化學家的探索與熱愛。

2.呈現方式

從表5可知，新教材中諾貝爾獎資源主要以成果簡介、人物介紹、故事介紹、實驗探究及習題形式呈現，仍然是圍繞化學學科的核心概念或原理展開，在學科背景支持下開展學習活動。[6]

三版新教材中的諾貝爾獎資源多數以成果簡介的形式出現，占總數的54.11%。教材的文本知識僅是學習資源的一部分。教材是教學內容的源泉和主宰，是資源鏈接，引發學習興趣的內容可以深度挖掘，搜集相關資料進行深度學習。

新教材多處出現諾貝爾獎得主的個人簡介和科學研究內容，以故事、彩圖的形式呈現，增強閱讀趣味性。在蘇教版《有機化學基礎》中首次講述了諾貝爾因硝化甘油，創立了諾貝爾獎，造福人類的故事。多樣化形式提高學生學習的趣味性，降低學習難度，增加學科理解，體會科學精神，提高鉆研化學的熱情和動機。

人教版和魯科版新教材中有關諾貝爾獎資源的習題數量較少，蘇教版新教材中相關習題的數量較多。查閱“物質結構大師”鮑林在化學方面的貢獻寫讀后感。[7]查閱資料，了解研究有機化學而獲得諾貝爾獎的科學家，[8]并撰寫報告。習題的設置能夠拉近學生對于基礎學科知識和學科前沿的認識距離。同時可以培養學生從題目背景中檢索和提取信息的能力，有效檢測學生學習效果，落實化學信息素養和化學思維素養，有助于人才培養。

3.能力指向

基礎學科知識的學習旨在培養學生能力。根據王磊等人提出的學科能力三個一級要素，[9]即學科的學習理解能力、應用實踐能力、遷移創新能力，從圖3可知，三種能力是一個逐漸發展并不斷提升的過程，可以看作依次升高的三種水平。對應知識到能力到素養的過渡，是知識逐漸發展為學生素養的外在表現。[10]各欄目引入的諾貝爾獎資源，體現了發展學生不同水平的學科能力。

教材欄目的多樣化，有助于教師組織多種教學活動，發展學生不同水平的學科能力。結合該模型，我們對三版必修和選擇性必修教材中有關諾貝爾獎資源所在欄目進行了統計與分析，詳見表6。

從表6可知，整體上教材中設置的諾貝爾獎資源多數以拓展資料形式呈現，通過閱讀、關聯和論證，知識就能達到學科的學習理解能力水平。少數處于應用實踐和遷移創新的較高能力水平，達到聯系實際、學以致用的目的。實際教學時往往會忽略此類知識，教師需要將教材欄目與教學相融合。例如，在學習了14 6 C 同位可測定文物年代的應用后，通過化學與職業欄目向學生介紹考古學職業，將學科知識聯系到個人職業選擇與未來理想，產生良好教學效果。了解青蒿素的發現與藥物研制后，在微項目、活動探究等欄目設計實驗，組織開展利用X射線分析技術測定青蒿素結構以及藥物合成等活動。通過多樣化的學習方式，將學科知識轉化為實際應用，幫助學生體會教材欄目中的資源利用與活動開發，提高學生的應用實踐與遷移創新能力。

三、教學建議

1.創設教學情境，落實核心素養

一方面，根據不同階段的學習內容，新課標建議使用諾貝爾獎資源作為教學情景素材，[11]新教材也呈現了相關資源。另一方面，諾貝爾獎資源是提升素養的通道，學生能力素養發展的導向。教師可以借助諾貝爾獎資源，建立學科核心知識與素養情景實質性聯系，創設與學科發展密切聯系的真實情景，讓“書面化”的學科知識回歸“生活化”。將基于真實情景的學習融入化學，從而實現素養內涵與能力表現的整合，幫助學生實現從知識能力到素養發展的進階。

2.創設優質試題，增強學科背景

新課標倡導多元化的評價方式，紙筆測驗要體現時代特征，綜合創設，提高學生的化學信息素養和化學思維能力。試題選材來源于教材又高于教材。新課標中關于學業水平考試命題建議部分呈現了有關諾貝爾生理學或醫學獎青蒿素為背景的典型試題，旨在發展學生“宏觀辨識與微觀探析”的核心素養。[11]第35屆中國化學奧林匹克競賽決賽試題中涉及不少諾貝爾獎資源。決賽（1）第四題以2008年諾貝爾化學獎——綠色熒光蛋白的研究為背景。題目考察了熒光蛋白發色團的結構簡式，以及熒光蛋白改進后顏色變化的原因，并從電荷的角度探討了熒光蛋白的氨基酸序列。此類題目切入點是考察有機化學基礎的內容。決賽（1）第五題以2016年諾貝爾化學獎——分子機器的研究為背景，涉及到復雜功能的組合分子的分子結構、工作機理和如何發揮特殊功能，實則考察物質結構與有機化學相關知識。還有與 C60，氟氯碳化物等有關諾貝爾獎的試題背景，使學生“由景生情”，在深度解決問題時，感受化學在社會、環境、人類生活中的作用和價值。

3.開展學習活動，增強情感體驗

教材中不同的諾貝爾獎資源穿插在各類知識之間，是化學學科的“靈魂”，是學生情意發展的“催化劑”。教師應積極開展相關活動，幫助學生獲得科學態度和科學精神以及愛國主義等情感體驗，形成科學的價值觀、物質觀。將思想落實在不同階段的學習目標中，應強調學習者的全身心投入、鼓勵學習者深入探究。例如，魯科版新教材中的微項目——青蒿素的結構測定實驗，要求學生參與實驗設計與實施、獲得結論的全過程，經歷類似于科學家探究知識的過程，體驗科研的魅力。感受化學對人類社會的作用，從而孕育出化學學科獨特的科學情感態度與價值觀。教師可以利用混合式教學開展化學問答競賽，探索有關鋰電池發展史的活動課程；在班級圖書角中設計諾貝爾獎專欄，為學生提供最新的圖書和期刊文章，拓寬視野。諾貝爾獎資源也可作為校本課程加以開發，使學生的基礎知識和基本技能得到培養。同時借助諾貝爾獎的發展，啟發學生不要迷信權威，對于科學要腳踏實地，不斷探索，樹立辯證唯物主義的世界觀。

4.更新教學資源，推進課程實施

不斷學習，與時俱進。教材中諾貝爾獎資源的引入具有相對性，不存在絕對性。教材編寫者提供的素材有限，教師應當持續關注化學熱點，不斷挖掘和擴充教學資源。開展教學活動前，教師可將三版新教材進行對比研究，了解有關諾貝爾獎資源在教材中存在和分布的形式，與教學內容交叉融合。閱讀有關學科前沿的高質量論文、著作，建立素材鏈接，形成豐富的資源網絡，增進知識的理解和靈活應用能力。例如，在學習甲烷時，魯科版和蘇教版新教材中均未體現范霍夫提出的正四面體假說，教師可以引用人教版的資源進行教學。介紹 NO 時除了告知學生它是作為大氣污染物出現，同時也讓學生知道它還是“信號分子”。講解化學反應歷程“活化能”這節抽象內容時，可介紹1956年諾貝爾化學獎授予的反應機理和鏈式反應的研究，一定程度上引起學生的無意識注意，增強情感體驗。既拓寬知識的深度和廣度，又增強學生對復雜知識的理解。教師是促進學生全面發展的催化劑，可結合“翻轉課堂”、混合式教學、項目式教學等多樣化的教學形式，融合學科前沿，創新教學設計與課程實施。利用“教、學、評”一體化評價模式撬動學生深度學習，推進學生的綜合能力與素養發展。

參考文獻

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