美國(guó)高中教科書《化學(xué)：概念與應(yīng)用》特色欄目的分析

辛雪 季春陽(yáng)

摘要：以美國(guó)高中理科教科書《化學(xué)：概念與應(yīng)用》作為研究對(duì)象，基于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的視角對(duì)該教科書的特色欄目進(jìn)行分析，結(jié)合我國(guó)普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)得出啟示，希望為我國(guó)化學(xué)教科書的編寫提供幾點(diǎn)參考。

關(guān)鍵詞：美國(guó)化學(xué)教科書;科學(xué)素養(yǎng);教科書編寫

文章編號(hào)：1008-0546（2020）02-0005-04 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.002

我國(guó)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出，“化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生必備的科學(xué)素養(yǎng)，是學(xué)生終身學(xué)習(xí)和發(fā)展的重要基礎(chǔ);化學(xué)課程對(duì)于科學(xué)文化的傳承和高素質(zhì)人才的培養(yǎng)具有不可替代的作用”?？梢?，化學(xué)作為自然科學(xué)領(lǐng)域的一門重要基礎(chǔ)學(xué)科，科學(xué)素養(yǎng)和化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)存在著實(shí)質(zhì)性的關(guān)系，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是科學(xué)素養(yǎng)的學(xué)科化，而科學(xué)素養(yǎng)是化學(xué)核心素養(yǎng)的科學(xué)化?！痘瘜W(xué)：概念與應(yīng)用》作為美國(guó)高中階段科學(xué)教材的代表之一，是以“像科學(xué)家那樣思考;像科學(xué)家那樣探索;知識(shí)能力方法并重;動(dòng)手動(dòng)腦趣味無(wú)窮等”為目標(biāo)展開的，對(duì)我國(guó)科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的實(shí)施以及中學(xué)化學(xué)教科書編寫具有啟示和借鑒價(jià)值。本文將基于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的視角，對(duì)《化學(xué)：概念與應(yīng)用》中“氧化還原反應(yīng)”一章中的特色欄目加以分析，尋求欄目與科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)系，并闡述其對(duì)教科書編寫的啟示，希望為我國(guó)化學(xué)教科書的編寫提供借鑒和參考。

一、科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵

科學(xué)素養(yǎng)最早是由美國(guó)學(xué)者科南特首先從科學(xué)家的角度進(jìn)行論述的，1985年美國(guó)針對(duì)科學(xué)教育改革提出了“2061計(jì)劃”，為了提高公民的“科學(xué)素養(yǎng)”，其內(nèi)容不僅涉及了科學(xué)知識(shí)和原理，還包含了科學(xué)研究的過(guò)程與方法、科學(xué)發(fā)展史、科學(xué)技術(shù)與社會(huì)之間的關(guān)系。不同學(xué)者對(duì)科學(xué)素養(yǎng)的含義有不同的理解與表述（見表1）。筆者認(rèn)為，對(duì)于中學(xué)生來(lái)說(shuō)，科學(xué)素養(yǎng)是學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)及了解科學(xué)研究的內(nèi)容與方法的過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)社會(huì)和自身發(fā)展需要的基本品質(zhì)和能力。

綜合學(xué)者們的觀點(diǎn)可知，科學(xué)素養(yǎng)包括科學(xué)概念、科學(xué)事實(shí)、科學(xué)原理、科學(xué)定律、科學(xué)研究的過(guò)程、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)價(jià)值觀。本文將上述科學(xué)素養(yǎng)分為以下三個(gè)維度：科學(xué)知識(shí)、科學(xué)過(guò)程與方法、科學(xué)本質(zhì)和價(jià)值。其中科學(xué)知識(shí)包括科學(xué)概念、科學(xué)事實(shí)、科學(xué)原理和科學(xué)定律，是科學(xué)素養(yǎng)的載體;科學(xué)過(guò)程與方法包括科學(xué)研究的過(guò)程和所應(yīng)用到的方法，是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分;科學(xué)本質(zhì)和價(jià)值包括科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)價(jià)值觀，是科學(xué)素養(yǎng)的核心體現(xiàn)。

二、《化學(xué)：概念與應(yīng)用》中特色欄目的設(shè)置

本義將以科學(xué)素養(yǎng)的三個(gè)維度即科學(xué)知識(shí)、科學(xué)過(guò)程與方法、科學(xué)本質(zhì)和價(jià)值為依據(jù)，對(duì)《化學(xué)：概念與應(yīng)用》巾的特色欄目進(jìn)行劃分總結(jié)，尋找欄目的功能以及與科學(xué)素養(yǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1.科學(xué)知識(shí)類欄目

科學(xué)知識(shí)是科學(xué)素養(yǎng)的載體。畢華林認(rèn)為，從新課程改革“培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)”的主旨出發(fā)，課程內(nèi)容的選擇應(yīng)是學(xué)生終身學(xué)習(xí)和適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)生活所必需的。教科書主要通過(guò)“生活巾的化學(xué)”“化學(xué)與社會(huì)”“化學(xué)與技術(shù)”“跨學(xué)科鏈接”“工作原理”等欄目呈現(xiàn)，這幾個(gè)欄目在每一章巾都有所設(shè)置，每一章的欄目巾都以不同的情景素材展開，介紹不同的科學(xué)知識(shí)，表2所列是“氧化還原反應(yīng)”巾科學(xué)知識(shí)的欄目及相應(yīng)的功能。以“化學(xué)與技術(shù)”欄目為例，這一欄目以法醫(yī)學(xué)巾的血液檢測(cè)為情景素材，普及法醫(yī)檢測(cè)血液的原理即血液巾的血紅蛋白能夠催化有機(jī)指示劑的氧化，從而產(chǎn)生能夠發(fā)光的物質(zhì)。欄目巾的內(nèi)容讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)回答相關(guān)問(wèn)題，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解科學(xué)知識(shí)，并且注重知識(shí)的應(yīng)用。學(xué)生在閱讀欄目時(shí)，不僅豐富知識(shí)內(nèi)容，還能從素材巾關(guān)注科學(xué)知識(shí)的技術(shù)成果對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響。教科書巾呈現(xiàn)的科學(xué)知識(shí)不僅是化學(xué)知識(shí)，更涉獵與化學(xué)相關(guān)的生活、社會(huì)、技術(shù)和其他學(xué)科的科學(xué)知識(shí)，通過(guò)欄目設(shè)置，學(xué)生將學(xué)習(xí)不同欄目的不同科學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

2.科學(xué)過(guò)程與方法類欄目

科學(xué)過(guò)程與方法是科學(xué)素養(yǎng)的動(dòng)態(tài)化體現(xiàn)，它是對(duì)科學(xué)知識(shí)動(dòng)態(tài)化的過(guò)程，通過(guò)培養(yǎng)科學(xué)過(guò)程與方法實(shí)現(xiàn)科學(xué)知識(shí)的內(nèi)化。《化學(xué)：概念與應(yīng)用》巾科學(xué)過(guò)程和方法類欄目主要包括實(shí)驗(yàn)和習(xí)題兩個(gè)欄目。

（1）實(shí)驗(yàn)欄目

高巾階段，實(shí)驗(yàn)是學(xué)生科學(xué)探究的主要途徑，也是學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)過(guò)程和掌握科學(xué)方法的重要手段。教科書巾的實(shí)驗(yàn)類型有起步實(shí)驗(yàn)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、迷你實(shí)驗(yàn)、家庭實(shí)驗(yàn)四類。這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)在每一章巾都有所設(shè)置，其巾起步實(shí)驗(yàn)是在每章之前呈現(xiàn)的與本章內(nèi)容相關(guān)的導(dǎo)人實(shí)驗(yàn)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)和迷你實(shí)驗(yàn)是與本章內(nèi)容相關(guān)的課堂實(shí)驗(yàn)，家庭實(shí)驗(yàn)是每章內(nèi)容學(xué)習(xí)后的趣味實(shí)驗(yàn)。四種類型的實(shí)驗(yàn)比例均勻，分布位置合理，形成了完整的體系，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)能力和思維模式的建構(gòu)。表3所列是“氧化還原反應(yīng)”巾實(shí)驗(yàn)的欄目及功能。

顯然，教科書巾選取的實(shí)驗(yàn)比較多樣化，實(shí)驗(yàn)主題和實(shí)驗(yàn)的組織形式更突出綜合化。實(shí)驗(yàn)是通過(guò)提出問(wèn)題，猜想和假設(shè)，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)步驟的操作，最后解決問(wèn)題。這符合科學(xué)探究的過(guò)程，其巾學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)方法的評(píng)價(jià)與選擇的過(guò)程也是科學(xué)素養(yǎng)形成的過(guò)程。

（2）習(xí)題欄目

教科書對(duì)于科學(xué)方法類知識(shí)尤為重視，不僅在正義內(nèi)容巾介紹了多種科學(xué)模型，在習(xí)題上，設(shè)置了系統(tǒng)化的欄目，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)方法，體現(xiàn)習(xí)題欄目的導(dǎo)向功能。習(xí)題編排采用循序漸進(jìn)的原則，從學(xué)習(xí)知識(shí)到應(yīng)用知識(shí)的過(guò)程也是學(xué)生思維深入的過(guò)程，有較強(qiáng)的系統(tǒng)性、科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

教科書中的習(xí)題主要是章末復(fù)習(xí)。章末復(fù)習(xí)有知識(shí)概要、理解概念、應(yīng)用概念、理性思維、復(fù)習(xí)回顧、技能訓(xùn)練、科技寫作、解決問(wèn)題八個(gè)欄目。表4所列是“氧化還原反應(yīng)”中習(xí)題的欄目及功能。其中“知識(shí)概要”是用專業(yè)術(shù)語(yǔ)總結(jié)本章的基本概念、原理;“理解概念”引導(dǎo)學(xué)生是以問(wèn)題組的形式思考，測(cè)試對(duì)化學(xué)概念和原理的理解;“應(yīng)用概念”側(cè)重于學(xué)科交叉內(nèi)容，提高學(xué)生的綜合能力;“理性思維”是通過(guò)SI制測(cè)量、因果分析、規(guī)律識(shí)別、運(yùn)用圖表等科學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生的理性思維;“復(fù)習(xí)回顧”是將已有知識(shí)和新知識(shí)結(jié)合起來(lái)，形成知識(shí)鏈;“技能訓(xùn)練”是訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用圖表、構(gòu)建模型等科學(xué)方法，強(qiáng)化動(dòng)手操作的能力;“科技寫作”是促進(jìn)學(xué)生概念的發(fā)展、增進(jìn)學(xué)生高層次的思考，在開展科學(xué)寫作的過(guò)程中，促進(jìn)學(xué)生深入思考科學(xué)問(wèn)題的方法。

《化學(xué)：概念與應(yīng)用》的習(xí)題欄目豐富，涉及面廣，習(xí)題設(shè)置更加注重陳述性知識(shí)與程序性知識(shí)的融合，重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，注重培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維、創(chuàng)造性思維、批判性思維。章末習(xí)題從知識(shí)概要到解決問(wèn)題，學(xué)生的思維隨欄目設(shè)置逐漸深入，有利于學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成，在習(xí)題中重視科學(xué)方法的訓(xùn)練，全面檢測(cè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

3.科學(xué)本質(zhì)和價(jià)值類欄目

科學(xué)本質(zhì)和價(jià)值是科學(xué)素養(yǎng)的核心思想，科學(xué)是對(duì)歷史的反映，是時(shí)代進(jìn)步的標(biāo)志，理解科學(xué)本質(zhì)是科學(xué)素養(yǎng)的核心成分之一。教科書中科學(xué)本質(zhì)和價(jià)值欄目主要包括科學(xué)史實(shí)和詞源兩個(gè)欄目。表5所列是“氧化還原反應(yīng)”中詞源和科學(xué)史實(shí)的欄目及功能。例如在“氧化還原反應(yīng)”中就涉及了青銅時(shí)代的歷史、“笑氣”N20、肌紅蛋白。通過(guò)科學(xué)史實(shí)的引入，學(xué)生可以看到科學(xué)知識(shí)在歷史發(fā)展過(guò)程中的演變，尤其是證實(shí)和證偽的過(guò)程，讓學(xué)生明白科學(xué)知識(shí)也是動(dòng)態(tài)發(fā)展的，并不像教科書中所陳述的“科學(xué)家認(rèn)為……”這樣簡(jiǎn)短的字句，理解科學(xué)的本質(zhì)和價(jià)值，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

國(guó)內(nèi)的教科書多在章節(jié)的末尾呈現(xiàn)，作為本節(jié)內(nèi)容的情景素材，多數(shù)的作用是吸引學(xué)生的興趣，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面。但《化學(xué)：概念與應(yīng)用》中的科學(xué)史實(shí)和詞源是以正文內(nèi)容為主，相應(yīng)地設(shè)置在知識(shí)內(nèi)容旁邊，而且內(nèi)容涉及廣泛，不僅僅學(xué)習(xí)教科書中呈現(xiàn)的結(jié)論性知識(shí)，更要通過(guò)知識(shí)發(fā)展的過(guò)程和事實(shí)理解科學(xué)本質(zhì)。

三、對(duì)我國(guó)化學(xué)教科書編寫的幾點(diǎn)啟示

1.豐富欄目的設(shè)計(jì)，提高科學(xué)素養(yǎng)

教科書中欄目的設(shè)計(jì)具有導(dǎo)向作用，不同欄目具有不同的功能。欄目的設(shè)計(jì)應(yīng)符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，設(shè)置豐富的活動(dòng)模塊，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用圖表等多種科學(xué)方法進(jìn)行知識(shí)的建構(gòu)。欄目應(yīng)該滿足學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的需求，讓學(xué)生理解化學(xué)學(xué)科不是孤立存在的，學(xué)生在學(xué)習(xí)教科書的過(guò)程中不僅學(xué)習(xí)了化學(xué)專業(yè)知識(shí)，更培養(yǎng)學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)化學(xué)問(wèn)題，以知識(shí)傳輸為載體解決化學(xué)問(wèn)題，重在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

2.呈現(xiàn)方式合理化，構(gòu)建完整體系

化學(xué)教科書內(nèi)容呈現(xiàn)方式應(yīng)合理化，以反映化學(xué)學(xué)科知識(shí)間固有的邏輯關(guān)系。教科書應(yīng)結(jié)合化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)根據(jù)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的階段性特點(diǎn)，合理呈現(xiàn)化學(xué)內(nèi)容。教科書具有完整的知識(shí)體系，不僅僅是知識(shí)的簡(jiǎn)單呈現(xiàn)，更重視科學(xué)家發(fā)現(xiàn)知識(shí)的過(guò)程、思想和方法。學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中體會(huì)科學(xué)發(fā)展過(guò)程。在學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)和生活經(jīng)驗(yàn)上呈現(xiàn)化學(xué)知識(shí)，使教科書體系符合學(xué)生的認(rèn)知建構(gòu)。

3.營(yíng)造教科書情境性，彰顯STSE理念

我國(guó)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，化學(xué)教科書內(nèi)容應(yīng)關(guān)注學(xué)生現(xiàn)實(shí)的生活經(jīng)驗(yàn)，反映化學(xué)發(fā)展的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。因此，編寫教科書時(shí)應(yīng)注意營(yíng)造教科書的情境性，在情境中融人STSE理念。例如，“原子間的化學(xué)鍵”對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)比較抽象，在正文知識(shí)內(nèi)容前，可以借助生活中常見的粘貼物品的“膠水”。起聯(lián)結(jié)作用的“膠水”，實(shí)際上就是原子間所共用的一些電子，讓學(xué)生理解如何利用情境理解知識(shí)。化學(xué)涉及的內(nèi)容小到生產(chǎn)生活，大到國(guó)防科技，情景素材可以選擇社會(huì)生活、前沿科技、綠色環(huán)保等內(nèi)容，通過(guò)現(xiàn)實(shí)生活中的情境素材，學(xué)生從不同角度思考問(wèn)題，培養(yǎng)發(fā)散思維，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。

4.增強(qiáng)學(xué)科交融性，注重全面發(fā)展

加強(qiáng)化學(xué)與數(shù)學(xué)、生物、歷史、地理等學(xué)科的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生理解物質(zhì)及其在科學(xué)背景下的變化，幫助學(xué)生拓寬知識(shí)面，可以提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的全面發(fā)展。例如在“酸堿平衡”可以結(jié)合人體血液中的酸堿狀況，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到“酸堿平衡”與生物體的密切關(guān)系;化學(xué)實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用圖表、圖像分析問(wèn)題，使學(xué)生掌握運(yùn)用數(shù)學(xué)方法來(lái)解決化學(xué)問(wèn)題?，F(xiàn)代社會(huì)需要的是全面發(fā)展的人才，這就要求教科書在編寫時(shí)應(yīng)關(guān)注學(xué)科之間的交融性。

5.強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)探究性，培養(yǎng)科學(xué)思維

化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是教科書的重要組成部分，化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于全面發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)有著極為重要的作用。如何呈現(xiàn)多樣化的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，有效地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的功能是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有待解決的問(wèn)題。化學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能，不僅在于獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更重要的是學(xué)生體驗(yàn)獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的探究過(guò)程。探究不是外在的形式，而是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要全面涵蓋探究的要素，將其進(jìn)行必要的細(xì)化和分解，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中體現(xiàn)探究思想。中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生探究能力的重要基礎(chǔ)，而發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題是探究的開始，所以教科書可以采用創(chuàng)設(shè)情境一發(fā)現(xiàn)問(wèn)題一提出假設(shè)一驗(yàn)證假設(shè)一得出結(jié)論一解決問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)探究模型，使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的思路和方法，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維。教科書應(yīng)強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)的探究性，適當(dāng)增加家庭實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)等，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中認(rèn)識(shí)科學(xué)探究過(guò)程，發(fā)展實(shí)踐能力。