四國高中化學(xué)教材“化學(xué)鍵’’內(nèi)容比較*

孫齊 閆春更 馮肖肖 周青

摘要：基于閆春更等建立的教材難度二維度四指標(biāo)評價模型，對中、美、英、澳四國高中化學(xué)教材中“化學(xué)鍵”內(nèi)容的整合廣度、表征深度進(jìn)行了測評，發(fā)現(xiàn)四國教材整合廣度數(shù)值差異不大，美國教材表征深度明顯較高;中國教材注重概念知識體系的清晰表達(dá);英國教材將概念介紹與具體例子相結(jié)合;澳大利亞教材的內(nèi)容與生活實(shí)際聯(lián)系較多。美國教材在內(nèi)容組織中巧妙設(shè)置了“電負(fù)性與△EN”這一“支架”，在內(nèi)容呈現(xiàn)中注重情境推理與解釋等高級信息處理方式的運(yùn)用，凸顯了化學(xué)鍵知識的認(rèn)識工具價值。

關(guān)鍵詞：教材難度;國際比較;化學(xué)鍵;流程圖法

文章編號：1008-0546（2019） 11-0006-04

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2019.1 1.002

化學(xué)學(xué)科教育的目的之一是培養(yǎng)學(xué)生的好奇心以及對宏觀事物進(jìn)行微觀探索的思維傾向與能力?；瘜W(xué)鍵反映了物質(zhì)內(nèi)部相鄰原子間強(qiáng)烈的相互作用，是揭示物質(zhì)宏觀性質(zhì)與其微觀結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的關(guān)鍵知識，是實(shí)現(xiàn)學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等素養(yǎng)發(fā)展的重要素材。本研究選取中國、美國、澳大利亞、英國的主流高中化學(xué)教材，對其中“化學(xué)鍵”的內(nèi)容難度進(jìn)行測評比較，分析各國該部分教材內(nèi)容編寫的特點(diǎn)，以期為我國教材設(shè)計(jì)與編寫提供參考。

一、研究對象

選取中國、美國、澳大利亞、英國的主流高中化學(xué)教材中“化學(xué)鍵”內(nèi)容（具體包括離子鍵、共價鍵、金屬鍵、離子化合物、共價化合物、分子間力、電負(fù)性、VSEPR模型、分子立體結(jié)構(gòu)等知識點(diǎn)）作為研究對象，四國教材基本情況見表1。

二、研究方法

1.評價模型

閆春更等人建立的教科書難度“二維度四指標(biāo)”評價模型如圖1所示，其中，基本廣度、基本深度取值大小與教科書難度呈正相關(guān);整合廣度、表征深度取值大小與教科書難度呈負(fù)相關(guān)。

2.評價方法

采用Flow Map（流程圖法）進(jìn)行教科書整合廣度和表征深度的評價[1]：（1）將教材中主要概念或知識點(diǎn)按照出現(xiàn)的先后順序依次排列，用“順序箭頭”標(biāo)明其關(guān)系。（2）按照不同概念或知識點(diǎn)間的“信息回訪”關(guān)系（如先前概念或知識點(diǎn)中的某個術(shù)語在隨后概念中再次出現(xiàn)，記作由后者到前者的一次信息回訪），用“回訪箭頭”標(biāo)明其關(guān)系，完成流程圖繪制。如圖2美國教材“化學(xué)鍵”的知識結(jié)構(gòu)流程圖中，知識點(diǎn)2、3中的“離子鍵、共價鍵”術(shù)語首次出現(xiàn)在知識點(diǎn)1中，因此分別出現(xiàn)了由知識點(diǎn)2、3指向知識點(diǎn)1的回訪箭頭。（3）對流程圖中每條概念或知識呈現(xiàn)時采用的信息處理方式進(jìn)行評判。信息處理方式分為直接定義、描述、比較或?qū)Ρ?、情境推理與解釋4個層級水平，具體內(nèi)涵見表2。定量統(tǒng)計(jì)中，將A、B級合并為低級信息表征水平（簡稱“低表征水平”），C、D級合并為高級信息表征水平（簡稱“高表征水平”）。（4）對流程圖中反映的知識結(jié)構(gòu)的整合廣度、表征深度等進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)。①整合廣度=流程圖中概念回訪總數(shù)/（概念總數(shù)目+概念回訪總數(shù)）。以美國教材為例，其整合廣度=18/（18+27） =0.400。②表征深度=高表征水平分值/（低表征水平分值+高表征水平分值）。以美國教材為例，其表征深度=53/73=0.726。（5）針對流程圖反映的知識結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行質(zhì)性評價。

三、數(shù)據(jù)分析與結(jié)果討論

兩位研究者分別對中國、澳大利亞、美國、英國的化學(xué)教材中“化學(xué)鍵”的內(nèi)容進(jìn)行流程圖的獨(dú)立繪制，計(jì)算得其整合廣度和表征深度的評分者一致性系數(shù)分別為0.743和0.714，信度較高。

1.中美教材“化學(xué)鍵”內(nèi)容流程圖

限于篇幅，我們只給出美國、中國教材“化學(xué)鍵”內(nèi)容的流程圖（見圖2、圖3）。

2.整合廣度與表征深度分析

四國教材“化學(xué)鍵”內(nèi)容整合廣度和表征深度的分析見表3。

3.四國教材內(nèi)容難度分析

（1）知識點(diǎn)分布分析

由表4可見，四國教材均涉及的知識點(diǎn)包括：離子鍵、共價鍵、離子化合物、共價化合物、電子式。其他三國教材均有而中國教材未明確涉及的知識點(diǎn)為電負(fù)性、金屬鍵;中國教材呈現(xiàn)但其他三國教材均未明顯涉及的知識點(diǎn)為分子手性、雜化軌道、分子結(jié)構(gòu)對溶解性的影響。中國教材在選修三中花大量篇幅介紹了雜化軌道以及配合物的相關(guān)知識，實(shí)踐活動模塊中還介紹了運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件Chemsketch制作分子立體模型。英國教材還介紹了氫鍵與水的沸點(diǎn)、張力、密度等之間的關(guān)系，對范德華力、誘導(dǎo)力、氫鍵等都做了詳細(xì)介紹。美國教材圖片較多，包括用圖示形式講解金屬鍵;用橡皮糖和氣球來展示分子模型，并涉及相關(guān)知識的應(yīng)用實(shí)例，如介紹雙鍵時以乙烯為例，還介紹了乙烯催熟功能;在化學(xué)與技術(shù)模塊介紹了紙層析法及其應(yīng)用。澳大利亞教材將共價鍵、金屬鍵、離子鍵分三個章節(jié)進(jìn)行講解，對每一種鍵的類型都進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，其巾金屬鍵內(nèi)容與日常生活聯(lián)系緊密。

（2）整合廣度分析

從表3中可以看出，英國、中國、澳大利亞的教材整合廣度數(shù)值較大，分別為0.491、0.466、0.467，美國教材的整合廣度較小。整合廣度的取值大小與教科書難度呈負(fù)相關(guān)，即就整合廣度而言，美國教材難度較大。

結(jié)合流程圖進(jìn)行教材內(nèi)容分析，發(fā)現(xiàn)四國教材化學(xué)鍵內(nèi)容組織與整合的差異如下：美國教材中“電負(fù)性”概念的回訪次數(shù)最多（5次），且大致表現(xiàn)出“離子鍵與共價鍵——電負(fù)性——離子鍵特性與共價鍵的特性”這一組織順序?？梢姡绹滩囊浴半娯?fù)性”作為串聯(lián)化學(xué)鍵主要概念的線索，揭示了離子鍵、共價鍵的微觀結(jié)構(gòu)與其所導(dǎo)致的物質(zhì)宏觀特性之間的關(guān)系，有助于學(xué)生理解離子鍵、共價鍵的區(qū)別、聯(lián)系并把握化學(xué)鍵的本質(zhì)。圍繞電負(fù)性這一概念，教材分別介紹了電負(fù)性的周期性變化、電負(fù)性與屏蔽效應(yīng)、電負(fù)性與核電荷的關(guān)系、電負(fù)性差值等內(nèi)容，電負(fù)性及△EN起到了一個“支架”的作用，體現(xiàn)了建構(gòu)主義教學(xué)思想。澳大利亞教材中“VSEPR模型”“單鍵”“金屬的特性”3個概念的回訪次數(shù)依次為5、4和4，由此可以看出澳大利亞教材的重點(diǎn)放在了分子立體結(jié)構(gòu)上，以VSEPR模型貫穿分子立體結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，在VSEPR模型之前講解了金屬鍵模型，但各個知識點(diǎn)之間聯(lián)系較弱。英國教材中“共價單鍵”“離子鍵”的概念回訪次數(shù)依次為5和3，教材以共價單鍵貫穿共價鍵內(nèi)容的學(xué)習(xí)，由離子鍵過渡到共價單鍵再到其后的雙鍵、三鍵、鍵長、鍵能等知識點(diǎn)。中國教材中“電子式”“共價鍵”“離子鍵”3個概念的回訪次數(shù)依次為5、5、4，通過“電子式”將離子鍵、共價鍵、離子化合物、共價化合物等概念聯(lián)系起來，相關(guān)概念間的關(guān)系脈絡(luò)清晰，但離子鍵、共價鍵內(nèi)容相對獨(dú)立，可見教材注重對化學(xué)鍵概念內(nèi)涵及其化學(xué)符號表征的強(qiáng)調(diào)。綜上所述，四國教材通過特定的知識組織方式為學(xué)生勾勒出不同的“知識圖景”，中美教材的知識組織較為突出，中國教材注重對化學(xué)鍵內(nèi)涵及其下位知識點(diǎn)之間關(guān)系的表達(dá)，美國教材注重學(xué)生對離子鍵、共價鍵之區(qū)別與聯(lián)系的深度解釋。

（3）表征深度分析

從表3可知，英國、中國、澳大利亞教材的表征深度數(shù)值較低，分別為0.459、0.462和0.508，美國教材的表征深度數(shù)值（ 0.704）相對較大，即就表征深度而言，中國、英國和澳大利亞教材的“化學(xué)鍵”內(nèi)容難度較美國教材大。

如在“共價鍵”內(nèi)容呈現(xiàn)中，美國教材更多地采用“比較或?qū)Ρ龋–）”或“情境推理與解釋（D）”等高級信息處理方式：以電負(fù)性差值△EN較大的離子鍵進(jìn)行對比提出問題“當(dāng)兩個原子不存在電負(fù)性差值或者電負(fù)性差值很小時是什么情況？”，以雙方勢均力敵的拔河比賽類比非極性共價鍵，從△EN的角度對非極性共價鍵進(jìn)行介紹;以雙方對比力量懸殊的拔河比賽為例類比極性共價鍵，從△EN的角度對極性共價鍵進(jìn)行介紹;之后介紹共價化合物的物理性質(zhì)，并展示幾種共價鍵分子的立體模型;最后同樣從△EN的角度介紹極性共價鍵對分子沸點(diǎn)的影響。綜上可以發(fā)現(xiàn)，美國教材在這部分內(nèi)容介紹時，都是圍繞電負(fù)性進(jìn)行知識介紹，并且圖示較多。相比之下，澳大利亞教材采用描述（B）的信息處理方式：從品格結(jié)構(gòu)角度解釋氯化鈉不是分子的原因;從氫原子半徑的角度解釋原子之間的重疊組成分子，并用圖示展示兩個氫原子的原子軌道重疊形成氫分子的分子軌道的過程;以兩個氫原子互相靠近形成氫分子過程中能量變化的數(shù)據(jù)圖示說明，氫分子最穩(wěn)定狀態(tài)時兩個氫原子的質(zhì)子和電子處于互相靠近的位置，即在形成氫分子過程中，兩個氫原子各自貢獻(xiàn)出自己的一個電子組成電子對，從而對共價鍵進(jìn)行介紹。澳大利亞教材在介紹完非極性共價鍵之后，穿插了路易斯結(jié)構(gòu)、分子的形狀等內(nèi)容;在分子間作用力的內(nèi)容中，介紹了電負(fù)性和偶極作用，由電負(fù)性和偶極作用描述極性共價鍵的形成并以CH4和CH3Cl的立體結(jié)構(gòu)圖和電負(fù)性值描述極性分子和非極性分子。

四、結(jié)論與啟示

關(guān)于“化學(xué)鍵”內(nèi)容，其他三國教材均有而中國教材未明確涉及的知識點(diǎn)為電負(fù)性、金屬鍵;中國教材呈現(xiàn)但其他三國教材均未明顯涉及的知識點(diǎn)為分子手性、雜化軌道、分子結(jié)構(gòu)對溶解性的影響。美國高中化學(xué)教材中“化學(xué)鍵”內(nèi)容的組織與呈現(xiàn)比較突出，值得借鑒：該教材不局限于對離子鍵、共價鍵、離子化合物、共價化合物等知識點(diǎn)之間關(guān)系的簡單描述，而是以“電負(fù)性”概念作為重要“支架”，揭示了上述知識點(diǎn)的內(nèi)涵及相互間的深度聯(lián)系，既提升了化學(xué)鍵知識體系的理論深度，又很好地實(shí)現(xiàn)了化學(xué)鍵知識的認(rèn)識工具價值，引導(dǎo)學(xué)生去解釋或解決物質(zhì)宏觀性質(zhì)與其微觀結(jié)構(gòu)之關(guān)系的系列問題。因此，在化學(xué)鍵內(nèi)容的教材編寫中應(yīng)該明確：在目標(biāo)層面，化學(xué)鍵內(nèi)容不僅應(yīng)該作為一種認(rèn)識結(jié)果，更應(yīng)該作為一種認(rèn)知工具，學(xué)生應(yīng)該在化學(xué)鍵的課程學(xué)習(xí)與課程體驗(yàn)中，把握描繪物質(zhì)內(nèi)部相鄰原子間不同作用方式的途徑及其實(shí)質(zhì)，并將其作為形成“宏觀-微觀-符號”三重表征能力的重要素材。在方法層面，應(yīng)該注重問題情境創(chuàng)設(shè)，注重情境推理與解釋等內(nèi)容表征方式的運(yùn)用，提升學(xué)生對化學(xué)學(xué)科問題的建構(gòu)與解決能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 閆春更，周青，王婷婷.教科書難度評價的模型建立與方法改進(jìn)[J].上海教育科研，2015（09）：42-45