三版高中化學教科書中化工內容建構的對比分析

劉玉榮 馬敬宇 邵琦 李猛

河南省基礎教育教師發展研究創新團隊項目“依托‘UGSTS學習共同體促進化學教師專業發展”；河南省十四五教育科學規劃項目“UGST培訓模式促進教師專業發展的行動研究——以省培‘一對一幫扶名師工作室項目為例”（項目號：2021YB0072）研究成果之一。

摘要：? 以最新修訂的人教版、魯科版和蘇教版高中化學必修和選擇性必修教材為研究對象，梳理其中的化工內容，通過數據統計和案例比較分析高中化學教材中化工內容在建構方式上的異同，從化工內容的陳述方式、價值觀念及教學功能等方面揭示不同編寫理念下三版教材中化工內容的特點，為教材編寫者編寫化工內容和教師實施化工內容教育提供參考。

關鍵詞： 高中化學； 教材對比； 化工內容

文章編號： 10056629（2024）04001407

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1? 問題的提出

依據《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”），必修課程設置的“主題5? 化學與社會發展”要求課程內容應結合實例認識化學原理、化工技術對于節能環保、清潔生產等產業發展的重要性［1］。伴隨著新課改的不斷深入，高考評價方面已體現化學與化工融合的理念，高考化學中的化工流程題已成為考查學生運用所學知識解決真實情境下實際問題能力的重要載體。

雖然化工內容一直以來在國內高中化學教材中占有一定的比例，但中學化學課程中的工業化學教學卻經歷了一個曲折的過程：1966～1976年間，學校化學課程“以典型生產為導向”，“三酸”“三堿”和鋼鐵生產等純工業化學知識占據了教材，化學基礎理論教學受到削弱；1978年以來，隨著科學技術的迅猛發展和國家對人才培養的要求，中學化學課程普遍強調學科結構的邏輯性，化工內容僅在介紹相關化學基礎理論時被提及到。即便如此，教材中的化工內容在上世紀80年代仍大約占30%［2］。21世紀以來，隨著我國基礎教育的改革和發展，教材內容經歷多次變革，化工內容依舊是高中化學教材的重要組成部分。

新課標頒布后，隨之問世的新教材內容發生了一些改變，不同版本高中化學教材編制中化工內容的建構特點值得進一步研究，以期為教材編寫和教師教學提供參考。

2? 研究設計

2.1? 研究對象

化工內容是指與化學基礎知識相結合的化學工業、化學工程、化學生產技術等內容［3］，以新人教版、魯科版、蘇教版必修和選擇性必修中的化工內容部分作為研究對象（見表1），比較三版教材中化工內容的建構特點。

2.2? 研究工具

梳理現存文獻中教材對比的研究思路，參考樊藝蕾［4］和范韋芳［5］等關于教材內容建構的分析工具，結合化工內容和教材文本的特點，并咨詢了化學教學論及化工方面的專家，研究對有分歧的部分進行了充分討論并達成共識，最終確定從陳述方式、價值觀念和教學功能三個維度對教材中化工內容的建構特點進行比較分析。

陳述方式是化工內容在教材中的具體表征形式，依據教材中化工內容的表征特點，研究將其細化為關聯程度和呈現形式兩個層面。價值觀念旨在揭示化工內容價值的傳遞載體和導向問題，依據化工內容傳遞價值觀念的素材和結果，研究將其細化為價值載體和傳遞導向兩個層面。教學功能則是指教材中化工內容所承載的作用，依據化工內容所具備教學功能的類別，研究將其細化為促進知識理解與豐富活動方式兩個層面，具體的評價指標與劃分依據見表2。

2.3? 信度分析

為減少評分誤差，研究采用內容分析法進行評分者信度檢驗。由本文的第二、三作者獨自分析，本文第一、四作者參與核查和數據處理，檢驗公式［6］如下：

R＝n×P1+［（n－1）×P］

P＝不同測評員之間的相互同意度之和n

相互同意度＝2MN1+N2

其中，R為信度值，P為平均相互同意度，n為測評員個數，M為兩個測評員都完全同意的類目數，N1為第一個測評員分析的類目數，N2為第二個測評員分析的類目數。

經計算，研究工具的相互同意度為0.72，信度為0.84（＞0.80），兩位研究人員對工具中各項指標的一致性和信度都較高，本研究的分類項目達到標準。隨后對信度檢驗時存在意見分歧的部分進行了討論，咨詢化學教學論專家，最終達成一致意見，可運用此工具進行后續研究與分析。

3? 研究過程及結果

采用內容分析法對三版高中化學教材中的化工內容進行分析。首先，確定各教材中契合“化工內容”界定的文字部分，并依據語義的完整性將其劃分為相對獨立的化工片段，統計三版教材中設置的化工片段總數，人教版、魯科版、蘇教版分別有79、 81、 82個，可見三版教材中的化工片段總數相當。隨后，根據研究工具所劃分的三個維度、六個評價指標統計各類化工片段的數量和占比，對三版教材中化工內容的建構特點進行對比分析，研究過程與結果如下。

3.1? 陳述方式

3.1.1? 關聯程度

化工內容在教材中的關聯程度表現為直接呈現和間接關聯兩種，三版教材相應內容的統計結果如圖1所示。對這一層面進行卡方檢驗，得到的χ2=1.421， p=0.491＞0.05，可知三版教材在關聯程度這一層面不存在顯著性差異。

三版教材主要以直接呈現的方式陳述化工內容，占比均超過60%，這種方式能明確表征化工內容，有利于學生清晰直觀地理解其內涵，便于化工知識的普及。如在“硫酸的工業生產”內容的學習中，三版教材雖選擇了類型不同、各有特色的插圖（如圖2所示），但均顯性化地展現工業生產硫酸的裝置、流程及原理，有利于學生理解工業生產中蘊含的化學原理，感受到化工技術對于節能環保、清潔生產等產業發展的重要意義，建立化學與生產的密切聯系。

3.1.2? 呈現形式

化工內容的呈現形式主要包括文字敘述、圖文結合、文表結合及圖文表結合四種，三版教材的統計結果如圖3所示。對這一層面進行卡方檢驗，得到χ2=11.142， p=0.084＞0.05，可知三版教材在呈現形式這一層面上不存在顯著性差異。

三版教材都善于通過文字敘述的方式來呈現，蘇教版最為明顯；極少采用文表結合、圖文表結合的形式呈現（兩種形式的占比之和低于10%）。深入分析各版教材的數據，人教版比較重視圖文結合，魯科版更傾向于通過圖文表結合的方式呈現化工內容。

化學學科的規律如果不進行深度挖掘和梳理，往往顯得零散和跳躍，而圖表與文字相結合有助于學生對知識的加工和理解，提升學習效率。三版教材均注

重運用表格對化工內容進行梳理，必要時還會配上圖片，以清晰呈現信息。例如，人教版在“工業合成氨”中就以表格形式記錄了實驗數據

（見表3），結合“分析增大合成氨的反應速率與提高平衡混合物中氨的含量所應采取的措施是否一致”的文字提示，

配合線圖分析不同壓強和溫度下平衡混合物中氨含量的變化情況，方便學生快速找到合成氨的最佳反應條件（見圖4）。然而，各版教材結合多種形式呈現的化工內容還是偏少。

3.2? 價值觀念

3.2.1? 價值載體

化工內容傳遞價值觀念的載體主要有歷史事件、現實情境、歷史與現實結合三類，三版教材中相關內容的統計結果如圖5所示。對這一層面進行卡方檢驗分析，得到χ2=1.288， p=0.863＞0.05，可知三版教材中化工內容的價值載體不存在顯著性差異。

經統計發現，三版教材均主要借助現實情境這一載體傳遞化工內容的價值觀念，且各版本教材的比例相差不大，均為90%左右。例如，印刷電路板、海水提溴、肥皂的生產等化工素材均體現較強的時代性，有利于引導學習者了解現代生活中的化學工業。

利用歷史事件承載化工內容的價值觀念，能將化工發展過程中的原理變遷、技術進步與科技成果等滲透到化學教材中，有助于引導教師開展化學史教育、傳遞正確的價值觀念，三版教材都有所提及，例如侯氏制堿法、煉鐵高爐和工業合成氨等化工內容。此外，人教版和蘇教版還提到濕法煉銅和我國古代釀造工藝，魯科版和蘇教版都提到硫酸工業生產的演變。但從總數上看，三版教材中涉及的化工歷史事件較少。

3.2.2? 傳遞導向

化工內容傳遞的價值觀念主要有行為傾向和意識傾向兩種結果，三版教材的統計結果如圖6所示。對這一層面進行卡方檢驗，得到χ2=3.141， p=0.208＞0.05，說明三版教材中化工內容的傳遞導向不存在顯著性差異。

統計發現，三版教材均傾向于從意識層面提高學生的化工發展意識，而忽略從行為層面引導學生感受化工的原理與實際應用。例如，工業上通常采用電解熔融氯化鈉的方法制取單質鈉，教材僅展示相關的化學方程式，未給予具體的解決實際問題的生產措施，可能會導致學生對這一化工內容的理解淺層化。

3.3? 教學功能

3.3.1? 促進知識理解

教材中利用化工內容幫助學生導入知識、解釋知識、拓展知識可以體現其促進知識理解層面的功能，三版教材相關內容的統計結果如圖7所示。對這一層面進行卡方檢驗，得到χ2=8.609， p=0.072＞0.05，說明三版教材在促進知識理解這一層面也不存在顯著性差異。

三版教材均注重利用化工內容促進知識理解，且占比由高到低依次為導入知識、解釋知識和拓展知識。用化工知識來導入或解釋與生產、能源、環境等相關問題是三版教材最主要的編寫形式，占比均超過80%，但具體形式略有不同。例如，在介紹“海水提溴”案例時，人教版先以“思考與討論”的形式呈現，運用了概念講解、問題思考和模型分析的形式，然后借助“信息搜索”這一欄目提供了更多關于海水資源綜合利用途徑的信息。魯科版教材則以微項目的形式開展“海水提溴”探究活動，即先設計從苦鹵中提取溴單質的實驗方案，然后討論比較不同提取方法的異同，最后進行項目成果的展示。蘇教版沒有借助任何欄目和模型，直接導入并簡潔介紹海水提溴的工藝和產品應用。

此外，三版教材正文中與化工內容相關的拓展性知識或拓展性欄目有所不足，如果在這一方面能有所改進，可以更有利于學生綜合能力的發展。

3.3.2? 豐富活動形式

教材通過抽象闡述、實踐活動、闡述與實踐結合的方式承載化工內容，來體現化工內容豐富活動形式層面的功能，三版教材的統計結果如圖8所示。對其進行卡方檢驗分析可知，χ2=3.924， p=0.416＞0.05，說明三版教材利用化工內容豐富活動形式層面不存在顯著性差異，即三版教材中化工內容多為抽象闡述（89.9%～93.90%），而與之相關的實踐活動偏少。

教材中采用實踐活動承載化工內容，有利于教師開展豐富多彩的教學活動，避免枯燥無味地講解化工流程、概念、原理等，充分發揮化工內容所蘊含的教學功能，且與舊教材相比，實踐探究活動已有所增加，如人教版以“傳統釀醋食醋和食用乙酸在生產工藝和成分上的異同”為話題設計了查閱資料活動，魯科版安排了“探討如何利用工業廢氣中的二氧化碳合成甲醇”的微項目活動，蘇教版則設置了“以乙烯為原料合成乙酸乙酯”的交流討論活動。但總體來看，實踐活動的占比依然較低。

4? 研究啟示

在對比分析三版高中化學教材中化工內容的建構特點時發現了一些問題，如化工內容呈現以文字敘述為主、素材單一、實踐探究活動偏少等，故從化工內容建構的三個維度對教材編寫者和教材使用者提出以下建議：

4.1? 豐富化工內容呈現形式，顯性化表征化工內容

高中課程改革和高考內容改革均強調問題情境的復雜性和新穎性，新教材也注重提高學生應用知識解決實際問題的能力［7］。真實的化工議題可能涉及政治、經濟、文化、環境、安全等諸多領域，情境復雜、信息繁多，其解決過程往往需要我們對解決問題的各要素進行整體考察和設計以及對單要素的多方面進行考察、選擇和協調的控制。化工生產情境往往來源于化學工業應用和化學工藝等，可借助化工生產案例來創設［8］。因此，化工生產的素材適用于創設真實問題情境以提升學生的高階思維和問題解決能力，具體應用時：先梳理化工素材，然后觀照教學內容和教學目標增補、完善化工素材，接著定位素材類型，確定培育目標，最后系統設計、合理布局，用好化工素材資源［9］。

但由于教材中化工內容的呈現形式大多局限于文字敘述，教師可嘗試在教學中展示模型，如在冶鋁、合成氨、高爐煉鐵和接觸法制硫酸等教學過程中可允許學生觀察縱向與橫向截面模型，以獲得對工藝過程的全面認識［10］。此外，教師還可以運用動態虛擬仿真技術創建直觀、動態的生產工藝流程，以加深學生對化工生產原理的理解，優化化工知識的教學，加強理論與實踐的聯系。

4.2? 重視化工內容素材選取，發揮化工內容正面價值

4.2.1? 注重借鑒化工內容發展史素材

三版教材對化工發展史的關注不夠。像合成氨工業、侯氏制堿法、高爐煉鐵、鋁的冶煉、硫酸工業等的化工發展史，都與新課標提供的情境素材密切相關，在教材編寫或教學中進行介紹，有利于促進學生對化學學科特性的認識和理解。相對于簡單的敘述，教材中融入化工發展史能展現化工發展過程中的原理變遷、技術革新和科技成果等［11］，可為教師開展基于化工史料的化學史教學提供參考，有利于學生跟隨科學家的腳步，厘清化工發展的脈絡，探尋與之相關化學知識的本源，加深化學學科理解，提升化學思維能力。

4.2.2? 積極引入生活化和前沿化工內容素材

提及化工，人們腦海涌現的可能是掠奪、污染、毒害和爆炸等負面影響，這不利于向學生傳遞正面的價值觀念。因此，教師應了解我國化工發展的戰略構想，全面掌握教材中的化工內容及其現實價值，引導學生感受化學在解決化工問題和促進社會可持續發展的意義，促使學生形成對化工行業和化工事件的理性認識，提高學生參與討論化工相關問題并予以決策的意識。

目前，三版高中化學教材多以化學的視角選取化工內容素材，簡單描述其生產過程，這不利于激發學生興趣，使學生參與其中。因此，教材應多從公民的視角出發挖掘化工素材，如選擇“咖啡的制取——一種工業分離過程”“從油菜到生物柴油”等充滿生活趣味的素材，使化工內容更加生態化，更容易被學生接受［12］。

此外，面對我國創新、協調、綠色、開放、共享發展理念的提出，化工產業的發展備受關注，教材中化工內容的素材選取應關注綠色化工、化工安全和化工新材料等方面。這些素材有利于學生感受時代的發展，感知化學對社會發展的重要意義，有助于他們未來肩負起時代發展主力軍的職責。

4.3? 創新化工內容實踐活動，落實化工內容教學功能

與舊版教材相比，人教版和魯科版的實踐探究活動的設計有所增加，但三版教材中關于化工內容的實踐性活動數依舊偏少，形式也主要局限為討論和調查。教材可嘗試增加自主設計類的實踐活動，即讓學生借助所學知識，自行制造化工小產品，如制造飲料、自制鏡子、配制醫藥碘酒等。教師則可引導學生自行設計化驗、鑒別化學成分的方案，并組織學生成立課外科研小組，研究配制萬能膠、食品添加劑和水果保鮮劑等項目，這都有利于學生學習、鞏固并運用化工知識解決實際問題，進而發展化工素養。此外，像合成氨的教學中，反應條件的選擇就比較困難，為了讓學生掌握這方面的理論與實踐知識，可帶學生參觀工廠并請技術人員指導［13］。

我國高中化學教材中的化工內容歷來都占有相當的比例，但化工內容的教學效果多年來仍不盡人意，新版教材雖然發生了一些變化，但我們仍需要正確認識教材中化工內容的地位和作用。在化學與化工重新交叉和融合的大背景下，我們應不斷完善教材中的化工內容，引領學生理性對待、正確認識和參與化工相關問題的解決。

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