中美教材呈現(xiàn)方式對比-以元素周期表為例

朱靜雯，楊天林

(寧夏大學 化學化工學院，寧夏 銀川 750021)

教材是教學活動中必不可少的輔助材料。教材對學生的學習有直接影響，可幫助學生構(gòu)建知識體系，培養(yǎng)學生理性思維，獲得科學的責任感與價值觀[1]。根據(jù)《2017年化學新課標》提出的科學核心素養(yǎng)[2]，全國各地都在設(shè)計與試用新型教材，怎樣的教材既能更符合新課標又能與學生的成長發(fā)展相匹配，是教育工作者值得思考的問題[3]。本文選取中美兩系列教材進行對比，期望為廣大的教育工作者提供更多的參考。

1 教材簡介

圖1 兩系列教材封面(左為國內(nèi)教材，右為美國教材)

國內(nèi)化學教材《普通高中課程標準實驗教科書化學》由人民教育出版社、課程教材研究所、化學課程教材研究開發(fā)中心共同編著。此系列教材共6本，其中必修2本，選修4本，每本有4章節(jié)內(nèi)容。本文對比的元素周期表這一內(nèi)容設(shè)計在必修二中第一章“物質(zhì)結(jié)構(gòu)、元素周期律”的第一節(jié)[4]“元素周期表”。此內(nèi)容在教材中共9頁。

美國化學教材《Chemistry (Concepts and Applications)》主要由三位教師(均是美國化學會成員、博士學位)根據(jù)化學科學素養(yǎng)編寫。此外，有許多教育咨詢顧問參與完成教材的編寫，咨詢顧問為各大學的理學博士，這意味著教材多借助社會力量完成，其社會參與率高。此系列教材僅一本，共21章。本文對比的元素周期表知識在第三章“Introduction to the Periodic Table(元素周期表簡介)”中的第一節(jié)“元素周期表的發(fā)展”。此內(nèi)容在教材中共9頁。

2 知識內(nèi)容陳述對比

教材的內(nèi)容反映了教學的核心。國內(nèi)《普通高中課程標準實驗教科書化學必修二》將元素周期表這一內(nèi)容分為元素周期表、元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)、核素三個部分進行講解[5]。

第一部分為介紹元素周期表，教材運用發(fā)現(xiàn)元素周期表引出新課。首先展示的是俄國化學家門捷列夫制出的第一張元素周期表，揭示化學元素之間的內(nèi)在聯(lián)系。再介紹元素在周期表中原子序數(shù)與各元素內(nèi)部性質(zhì)的規(guī)律。最后介紹元素周期表的結(jié)構(gòu)，進行周期規(guī)律總結(jié)。

第二部分元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)。先講解周期表中第一主族堿金屬元素的性質(zhì)，具體以金屬鈉為例，進行“科學探究”，類比得到第一主族元素共通的物理性質(zhì)。根據(jù)宏觀現(xiàn)象，對原子微觀結(jié)構(gòu)進行解釋，總結(jié)第一主族堿金屬元素的化學性質(zhì)。后運用“學與問”觀察第七主族鹵族元素的原子結(jié)構(gòu)，學生類比探究堿金屬元素化學性質(zhì)的方法，探究鹵族元素的性質(zhì)。最后運用實驗現(xiàn)象，對比鹵族元素的活潑性。

第三部分核素。介紹元素周期表中各元素自身的數(shù)量關(guān)系，如：質(zhì)量數(shù)(A)= 質(zhì)子數(shù)(Z) + 中子數(shù)(N)。具體引入核素和同位素的化學概念。將核素和同位素的化學概念與科學探究相聯(lián)系。

《Chemistry(Concepts and Applications)》將知識分為9個部分。

第一部分以生活中春夏秋冬的周期性交替規(guī)律為例，引出化學元素也具有一定規(guī)律。

第二部分講解故事，幾百年前，化學家們發(fā)現(xiàn)了一部分元素，并對這些元素進行數(shù)據(jù)測定，發(fā)現(xiàn)一些元素的某些數(shù)據(jù)存在規(guī)律性?；瘜W家們根據(jù)這些規(guī)律性，將元素進行分類，發(fā)現(xiàn)這些元素所屬的類別有明顯相似之處和不同之處。

第三部分，1829年德國化學家J.W.多伯里納對某些元素進行分類。將物理性質(zhì)相似和化學性質(zhì)相似的物質(zhì)分在同一類別中，并把同一類別的物質(zhì)稱為triads。具體舉例鹵素的熔沸點的規(guī)律性和鈣、鍶、鋇的密度的規(guī)律性，進一步說明J.W.多伯里納元素分類的合理性。1869年，根據(jù)某些元素的相似屬性，門捷列夫在表格的水平位置填寫了一類元素，但當時已發(fā)現(xiàn)的元素并不能填滿此表格的所有位置，于是門捷列夫在沒填元素的地方留有空白，并在空白處填寫問號，這些問號就表示當時沒有被發(fā)現(xiàn)的元素。后來門捷列夫發(fā)現(xiàn)，在表格中所列的元素中，有的并沒有原本設(shè)想的相似性。

第四部分教材給出表格，表格內(nèi)有元素半徑的數(shù)據(jù)和原子結(jié)構(gòu)的計算公式，提示學生元素中結(jié)構(gòu)的相似性與化學性質(zhì)的相似性之間的關(guān)系。此部分注重學生與教師之間的交流。

第五部分根據(jù)學生計算所得數(shù)據(jù)，進行分析。歷史上門捷列夫也探究了同樣的性質(zhì)，并遇到同樣的問題。在水平位置填滿元素不夠合理，于是門捷列夫又想到另一種排列方式，將元素進行水平和豎直排列，教材展示門捷列夫?qū)⒃剡M行重新排列的圖表，此種排列方式是最接近現(xiàn)代元素周期表的一種排列方式。教材中運用日歷同元素周期表類比，說明同一周期就像一周7天一樣存在規(guī)律性和周期性，同一主族像一天內(nèi)能做的事情一樣來進行類比。

第六部分列舉鎵(Ga)鍺(Ge)等元素的發(fā)現(xiàn)過程，是通過門捷列夫先根據(jù)元素周期表的性質(zhì)推理得到的，后來科學家具體進行研究，發(fā)現(xiàn)了這兩種元素。并解釋它們被安排在元素周期表中相應(yīng)位置的過程。

第七部分展示展示一張現(xiàn)代的元素周期表。

第八部分將元素根據(jù)金屬性與非金屬性以圖表的形式進行了區(qū)分。

圖2 美國教材中元素周期表的部分

最后一部分介紹后來人們根據(jù)內(nèi)部規(guī)律性發(fā)現(xiàn)其他元素的過程。最終的元素周期表是按其原子序數(shù)進行排列的。將這種原子序數(shù)增加但重復的規(guī)律模式稱之為周期定律。

國內(nèi)人教版教材將元素周期表知識分成三個部分，知識與實驗緊密聯(lián)系，運用教材中各個教學版塊進行知識串聯(lián)。教材先展示元素周期表的全貌，再介紹其中的規(guī)律性及規(guī)律性的應(yīng)用。知識邏輯性較強，但幾部分知識間的聯(lián)系沒有做出解釋，需要學生自行補全知識內(nèi)部的相關(guān)聯(lián)性。美國版教材以元素周期表的發(fā)現(xiàn)過程展開，在發(fā)展過程中，學生模擬科學家發(fā)現(xiàn)元素周期表的過程，發(fā)現(xiàn)元素周期表排列時所遇到的問題，根據(jù)問題進行探究，解決困難，教材最后展示完整的元素周期表。美國版教材涉及內(nèi)容較多，教材講解順序以人文性知識為主。從學生角度講，能教清楚的了解元素周期表的發(fā)展過程，更容易理解元素周期表的規(guī)律性與周期性。原理方面，由于原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系由學生自己探究推導，學生對于原理解釋較為清晰，但是推理本身難度較大，對學生的數(shù)理推理能力要求較高。由于教材的呈現(xiàn)方式是根據(jù)元素周期表的發(fā)展過程呈現(xiàn)，教師可擴展的知識較多。

3 教材的學習版塊對比

中國版教材有固定的學習版塊。陳述知識內(nèi)容過程中，運用學習版塊，使教材更加豐富[6]。國內(nèi)教材的學習版塊如表1。

表1 國內(nèi)教材的學版塊

在本節(jié)元素周期表的知識中，涉及的學習版塊有“科學探究”，運用在探究鈉的化學性質(zhì)實驗中。“學與問”學習版塊探究鹵族元素化學性質(zhì)的相似性和遞變性。運用“資料卡片”比較鹵族元素單質(zhì)的物理性質(zhì)。還有習題學習版塊，本節(jié)內(nèi)容一共有12道習題，習題難度較小，有固定答案。

圖3 國內(nèi)“資料卡片”學習模塊和國外“預(yù)覽”學習模塊

美國版教材沒有固定的學習版塊，每一章都有不同的版

塊，如“Section Preview(預(yù)覽部分)”介紹物質(zhì)分類要涉及到的知識；“Word Origin(詞的起源)”介紹混合物的詞的組成；“Connecting to Chemistry(連接化學)”運用提問將化學知識與生活實際相聯(lián)系，具體在混合物一章中詢問北半球與南半球的冰山之間存在的差異？；“Analyzing the Issue(分析問題)”根據(jù)具體所學內(nèi)容提出問題進行分析研究；“Fact of the Matter(真實事件)”介紹一真實事件，舉例為某一化學試劑在運輸過程因為失誤導致災(zāi)難，提示學生化學在實際生活中的雙面性；“Section Review(復習回顧部分)”此版塊主要為思考習題練習。美國教材的版塊運用較少，沒有固定的版塊，其內(nèi)容主要以小標題形式展開介紹。如元素周期表中所呈現(xiàn)的小標題如下，“尋找元素周期表”、“多伯里納的三合會”、“鹵素的物理狀態(tài)和顏色”、“門捷列夫的元素周期表”、“門捷列夫1869年的表格”、“預(yù)測神秘元素的屬性”、“相似元素是相鄰元素”、“每月的日歷”、“eka -鋁和eka -硅的預(yù)測”、“元素周期表”、“現(xiàn)代元素周期表”、“氦的一種用途”和“習題”。最后習題分為三個部分，分別為“理解概念”、“批判性思考”、“應(yīng)用化學”。本節(jié)共有5道習題，習題主要為探究思考類習題，沒有固定的答案，題目難度較大。

4 圖表呈現(xiàn)對比

國內(nèi)教材在元素周期表這一小節(jié)中有6張圖片，6張表格，共12張圖表。6張圖的內(nèi)容分別為門捷列夫的照片；一張元素周期表；模擬繪畫鉀在空氣中燃燒的現(xiàn)象；鉀與水反應(yīng)的實驗現(xiàn)象；鈉與水反應(yīng)的實驗現(xiàn)象；測定某射線的裝置。6張表主要為堿金屬的科學探究表；金屬鈉和金屬鉀與氧氣和水反應(yīng)現(xiàn)象對比表；堿金屬的物理性質(zhì)表；鹵素單質(zhì)與氫氣反應(yīng)現(xiàn)象表；鹵素元素化學性質(zhì)實驗現(xiàn)象表；氫元素的同位素數(shù)據(jù)表。

圖4 國內(nèi)教材部分圖表

美國版教材在元素周期表這一小節(jié)中有11張圖片，7張表格，共18張圖表。11張圖的內(nèi)容分別為夏天游泳的照片；秋天收獲果實照片；三只容量瓶裝有三種不同元素的圖片；門捷列夫元素周期表的手稿；礦石的圖片；用來類比元素周期表的日歷圖片；鎵融化的圖片；現(xiàn)代元素周期表；一束氣球的圖片。7張表主要為鹵族元素熔沸點對比表；金屬各物理性質(zhì)數(shù)據(jù)對比表；元素預(yù)測探究表；門捷列夫1871年的元素周期表；eka-鋁和eka-硅的預(yù)測圖表；鍺部分物理性質(zhì)與化學性質(zhì)的表格；習題中某性質(zhì)對比的表格。

美國版教材圖表數(shù)量比中國版教材的要多，但兩種教材都運用圖表清楚展示所講內(nèi)容 。

5 總結(jié)

通過對比兩系列教材的內(nèi)容呈現(xiàn)方式、學習模塊、圖表情況，得到國內(nèi)教材邏輯性強，知識內(nèi)容較為簡單，學習版塊豐富，教材呈現(xiàn)實驗探究較多，但知識之間的相關(guān)聯(lián)性體現(xiàn)較少，所學知識與日常生活聯(lián)系不夠緊密。美國版教材是按時間邏輯順序呈現(xiàn)知識，知識與知識之間聯(lián)系緊密，學習版塊靈活，習題數(shù)量不多，但難度相對較大，需要學生具備堅實的數(shù)理推理能力與創(chuàng)新探究能力。通過對比分析，期望為廣大的教育工作者提供更多的參考和教學素材。