普通高中科學(xué)教材表層結(jié)構(gòu)分析

姚建欣，曾 瑩，孟丹寧，李 想

庫恩（Thomas Kuhn）等諸多學(xué)者都曾指出：作為最經(jīng)典的學(xué)校教育資源，科學(xué)教材被潛在地視為一切科學(xué)文本的基準(zhǔn)[1]，科學(xué)教育的進(jìn)步離不開科學(xué)教材的發(fā)展。近年來，隨著認(rèn)知科學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)和語言心理學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)科學(xué)教材的表征與學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的契合提出了更高要求。國內(nèi)外認(rèn)知導(dǎo)向的教材研究呈現(xiàn)出專題化、精細(xì)化的研究趨勢(shì)，科學(xué)教材的表征革新吸引了包括《科學(xué)》（Science）在內(nèi)的頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊的關(guān)注[2]。在此背景下，本文聚焦于科學(xué)教材的組織結(jié)構(gòu)中的表層結(jié)構(gòu)，以新修訂的普通高中物理、化學(xué)、生物學(xué)科必修模塊的教材為實(shí)例，分析當(dāng)前科學(xué)教材表層結(jié)構(gòu)的基本形式和主要特點(diǎn)。

一、理論基礎(chǔ)

教材的分析與評(píng)價(jià)是教材研究最核心的切入角度之一。針對(duì)科學(xué)教材的分析與評(píng)價(jià)，中國的“理科教材難度比較項(xiàng)目”、美國“2061 計(jì)劃”中的課程教材研究項(xiàng)目[3]和英國的蘇薩克斯課程材料分析項(xiàng)目[4]等都曾設(shè)計(jì)了成體系的框架。而這些框架雖然維度劃分角度、分析評(píng)價(jià)方式有差異，但其本質(zhì)上都遵循著教材結(jié)構(gòu)與功能的規(guī)律。例如，“2061 計(jì)劃”中的教材研究項(xiàng)目的指標(biāo)體系分“內(nèi)容分析”（包括廣度、深度、連貫性、案例等）和“教學(xué)分析”（包括提供目標(biāo)意識(shí)、考慮學(xué)生觀點(diǎn)等，如表1）兩大維度[5]。而這兩大維度的劃分實(shí)質(zhì)上契合了我國老一輩教材建設(shè)者所提出的教材的兩種基本功能——教學(xué)資源功能和教學(xué)工具的功能[6]?？v覽上述指標(biāo)框架，教材的結(jié)構(gòu)組織均是其中重要的分析角度之一。

表1 “2061 計(jì)劃”教材研究項(xiàng)目“教學(xué)分析”維度的指標(biāo)體系

按照不同的分類方式，對(duì)教材結(jié)構(gòu)組織的分析可從不同的角度開展，例如學(xué)科結(jié)構(gòu)/教學(xué)結(jié)構(gòu)、深層結(jié)構(gòu)/表層結(jié)構(gòu)、宏觀結(jié)構(gòu)/微觀結(jié)構(gòu)等。對(duì)于科學(xué)教材，在伍茲霍爾會(huì)議上，布魯納等心理學(xué)家與科學(xué)家、教育家一道，重新確立了學(xué)科內(nèi)容體系（即學(xué)科結(jié)構(gòu)）在科學(xué)教材中的基石地位[7]?？梢哉f，理科教材的原型是科學(xué)各學(xué)科其自身的學(xué)科結(jié)構(gòu)。但學(xué)科結(jié)構(gòu)有時(shí)不適應(yīng)兒童的認(rèn)知特征和心理特點(diǎn)，直接在教材中將學(xué)科結(jié)構(gòu)展示給學(xué)生是無法有效地達(dá)成教育目標(biāo)的[8]。因此，教材編者要將學(xué)科知識(shí)、學(xué)科能力、科學(xué)態(tài)度等要素按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行重新編排，由此形成了教材的教學(xué)結(jié)構(gòu)。對(duì)教材教學(xué)結(jié)構(gòu)的研究不應(yīng)局限于文本分析，而是宜結(jié)合教學(xué)觀察、師生訪談等來了解其教學(xué)結(jié)構(gòu)是否能使得教材所承載的教育內(nèi)容被學(xué)生吸納和理解。

對(duì)于教材文本的靜態(tài)分析而言，從教材的深層結(jié)構(gòu)和表層結(jié)構(gòu)來分析是常見的研究視角。深層結(jié)構(gòu)（或稱深層組織）是教材中的內(nèi)容在縱向和橫向組合時(shí)與各教育要素所構(gòu)成的體系；表層結(jié)構(gòu)一般指為使學(xué)生更有效地學(xué)習(xí)內(nèi)化教育內(nèi)容而賦予教材的表現(xiàn)形式[9]。對(duì)教材表層結(jié)構(gòu)的分析實(shí)質(zhì)上是一種要素分析。教材表層結(jié)構(gòu)的要素是精心設(shè)計(jì)的功能模塊和各式各樣的欄目及其所屬的文本表征和圖表表征。教材表層結(jié)構(gòu)的分析主要就是析解上述要素的功能，關(guān)注教材的呈現(xiàn)表征與形式組織（具體表現(xiàn)為編寫體例、欄目設(shè)置、插圖設(shè)計(jì)和習(xí)題配置等及要素間的排布關(guān)系）。研究教材表層結(jié)構(gòu)的意義在于，教材的表層結(jié)構(gòu)引導(dǎo)著教與學(xué)的開展，其為教師的教學(xué)設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)框架，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了范例場(chǎng)景?？梢哉f，教材的表層結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了教師怎樣教和學(xué)生怎樣學(xué)，是教材教學(xué)特征的集中展現(xiàn)。

二、研究對(duì)象

2017 年版普通高中課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)頒布后，各編寫出版單位按照課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)普通高中教材進(jìn)行了大幅修訂。其中的物理、化學(xué)、生物學(xué)等科學(xué)教材經(jīng)國家教材委員會(huì)科學(xué)專家委員會(huì)統(tǒng)一審查，其必修模塊的教材已于2019 年進(jìn)入《中小學(xué)教學(xué)用書目錄》供各省市選用。本研究選取了2019 年《中小學(xué)教學(xué)用書目錄》中根據(jù)2017 年版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)修訂的5 套物理教材、3 套化學(xué)教材和5 套生物學(xué)教材的必修冊(cè)次為研究對(duì)象，從整體結(jié)構(gòu)和微觀架構(gòu)兩方面分析當(dāng)前科學(xué)教材表層結(jié)構(gòu)。

三、整體結(jié)構(gòu)

各套教材一般都遵循“冊(cè)→章/專題→節(jié)/實(shí)驗(yàn)/主題→小節(jié)→正文/欄目”的五級(jí)結(jié)構(gòu)。其中，“冊(cè)”基本都是按照課程標(biāo)準(zhǔn)中模塊的內(nèi)容進(jìn)行排布，各冊(cè)再以“章”或“專題”為單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃分，章下分“節(jié)”“實(shí)驗(yàn)”以及其它主題活動(dòng)，每節(jié)下含若干小節(jié)（四級(jí)標(biāo)題），正文和各類欄目分散在各小節(jié)中。在對(duì)冊(cè)和單元的宏觀設(shè)置方面，絕大多數(shù)教材均按照課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)“課程結(jié)構(gòu)”和“課程內(nèi)容”的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行編排，一般以課程標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)“模塊”為一冊(cè)（化學(xué)學(xué)科除外），單元次序充分考慮課程標(biāo)準(zhǔn)在模塊下的主題設(shè)計(jì)。

表2 以物理教材為例，列舉了各套教材的單元設(shè)置。對(duì)比《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》，可以看到各套教材一般以1 至2 個(gè)單元落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)中一個(gè)主題的課程內(nèi)容。在單元次序方面，各套教材絕大多數(shù)的單元是按課程標(biāo)準(zhǔn)的“主題”順序進(jìn)行編排的。兩者之間的差異集中在必修2 和必修3 的能量相關(guān)主題的位置上，例如有兩套教材按照課程標(biāo)準(zhǔn)的次序?qū)C(jī)械能單元作為必修2的第一單元，而另外三套教材按照傳統(tǒng)教學(xué)習(xí)慣先論述完曲線運(yùn)動(dòng)等再集中討論機(jī)械能及其守恒?？傮w來講，各套教材從單元設(shè)置所展現(xiàn)的知識(shí)結(jié)構(gòu)基本按照課程標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)思路，符合科學(xué)概念和規(guī)律建構(gòu)的一般思路和主體進(jìn)程，力圖達(dá)成學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)與教學(xué)結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合。

表2 普通高中物理教材的冊(cè)、章編排

四、微觀設(shè)計(jì)

在教材的微觀設(shè)計(jì)方面，在保持學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，充分體現(xiàn)了各套教材的設(shè)計(jì)特色和其編寫者的教學(xué)思路。按照欄目所處的位置和功能，將教材欄目分為“導(dǎo)引欄目”“正文欄目”“側(cè)邊欄目”“節(jié)后欄目”“章末欄目”“拓展欄目”六類?！皩?dǎo)引欄目”主要包括序言、章首語以及各類章首/節(jié)首欄目等，旨在呈現(xiàn)教材的整體設(shè)計(jì)，展現(xiàn)章節(jié)主要內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)各節(jié)教學(xué)的問題情境?！罢臋谀俊敝饕ㄓ^察思考、實(shí)驗(yàn)探究、分析論證、討論交流、示范例題等欄目，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)最主要的內(nèi)容載體。隨著版面率的優(yōu)化，大部分教材留出了側(cè)邊欄并增設(shè)了“側(cè)邊欄目”來配合正文欄目，承擔(dān)名詞解釋、方法提示、補(bǔ)充資料、解讀旁注等功能?！肮?jié)后欄目”和“章末欄目”主要供學(xué)生進(jìn)行課后練習(xí)、自我評(píng)價(jià)、復(fù)習(xí)總結(jié)使用。為適應(yīng)學(xué)生多樣性、選擇性的學(xué)習(xí)需求，教材普遍設(shè)立了“拓展欄目”補(bǔ)充相關(guān)信息材料或探究問題，以期實(shí)現(xiàn)開闊視野、聯(lián)系實(shí)際、課外探究等目標(biāo)。

（一）導(dǎo)引欄目

導(dǎo)引欄目在三個(gè)層次上對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教材使用進(jìn)行指引（表3）。第一層次面向整套教材，各套教材第一冊(cè)均以序言、緒論開啟，雖然這些序言、緒論標(biāo)題、體例、內(nèi)容形式各不相同，但其均力圖用中學(xué)生能夠理解的話語展現(xiàn)該學(xué)科對(duì)于人類文明發(fā)展的核心價(jià)值、論述學(xué)習(xí)該學(xué)科課程的重要意義、點(diǎn)撥課程學(xué)習(xí)的關(guān)鍵方法、說明教材的體例設(shè)計(jì)和使用建議。序言文本和配圖注重展現(xiàn)中華民族科技成就、弘揚(yáng)愛國主義、科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任感。部分教材引用歷史上和現(xiàn)當(dāng)代知名科學(xué)家的語錄、訪談，甚至邀請(qǐng)科學(xué)家直接執(zhí)筆寄語同學(xué)們，拉近了科學(xué)家和學(xué)生們之間的距離。

表3 普通高中化學(xué)教材的導(dǎo)引欄目

第二和第三層面上的章和節(jié)的導(dǎo)引欄目均屬于課前輔助系統(tǒng)，也被一些教材分析模型稱為教材的定向系統(tǒng)[10]。此系統(tǒng)的核心功能在兩方面：學(xué)習(xí)目標(biāo)的生成和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的激發(fā)[11]。在每章開篇呈現(xiàn)統(tǒng)領(lǐng)本章內(nèi)容的章首圖、章首語或章結(jié)構(gòu)，以建構(gòu)整章學(xué)習(xí)的總體情境、展現(xiàn)整章內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)、提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并對(duì)本章涉及的核心內(nèi)容和關(guān)鍵方法給予引導(dǎo)，這已成為當(dāng)前各版本教材在第二層面引入的基本范式。在每節(jié)伊始創(chuàng)設(shè)探究情境或提出探究問題，也已逐漸成為具有科學(xué)教材特色的第三層面引入方式。各版本之間的主要差異在于學(xué)習(xí)目標(biāo)的生成與呈現(xiàn)方式：有的教材將學(xué)習(xí)目標(biāo)含在章節(jié)導(dǎo)語中，有的教材則將學(xué)習(xí)目標(biāo)單列出來；有的教材能用學(xué)生話語呈現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，也有教材的學(xué)習(xí)目標(biāo)近乎轉(zhuǎn)引了文件話語。此外，同一節(jié)課不同版本的不同導(dǎo)入設(shè)計(jì)充分展現(xiàn)了教學(xué)情境、教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)資源的多元和創(chuàng)意。

（二）正文欄目

正文欄目包括觀察思考、探究活動(dòng)、分析論證、討論交流、方法導(dǎo)引、例題應(yīng)用等欄目，每類欄目都對(duì)應(yīng)特定的學(xué)習(xí)活動(dòng)（表4）。教材一般會(huì)為每類欄目配以標(biāo)識(shí)，結(jié)合每節(jié)課的課程內(nèi)容和教學(xué)重點(diǎn)靈活安排相應(yīng)欄目，通過欄目的設(shè)置引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。例如延續(xù)各節(jié)引入時(shí)的情境或問題，通過“觀察思考”引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步關(guān)注相關(guān)的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)和模型，通過“探究活動(dòng)”“分析論證”“討論交流”等欄目組織同學(xué)們進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐與交流合作，并利用“方法導(dǎo)引”欄目提煉科學(xué)探究的重要思想方法，對(duì)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)在方法論層面進(jìn)行指導(dǎo)?？梢?，修訂后科學(xué)教材正文的編排已多沿兩條線索展開——科學(xué)知識(shí)的本體邏輯線和科學(xué)建構(gòu)的探究實(shí)踐線，其在保持知識(shí)結(jié)構(gòu)和教學(xué)習(xí)慣的基礎(chǔ)上，更為突出了學(xué)生能力發(fā)展的主線。

表4 普通高中化學(xué)教材的正文欄目

（三）側(cè)邊欄目

側(cè)邊欄的出現(xiàn)是版面率優(yōu)化的結(jié)果，側(cè)邊欄的留白空間可以用來記筆記，在學(xué)生中間廣受歡迎，而且合適的留白大小能提升教材版面的視覺效果，因而一定版幅的側(cè)邊欄已成為物理等學(xué)科教材的主流版式。為了更高效地利用這部分版面，越來越多的教材設(shè)計(jì)了側(cè)邊欄目與教材正文內(nèi)容相配合（表5）。這類輔助欄目承擔(dān)了旁注、名詞解釋、資料鏈接等功能。更進(jìn)一步，有些版本的教材設(shè)計(jì)方法提示、策略凝練、素養(yǎng)提升等欄目，將正文內(nèi)容所涉及的科學(xué)思維方法和問題解決方法進(jìn)行提煉，更為顯性地幫助學(xué)生建構(gòu)學(xué)科核心素養(yǎng)。還有的教材設(shè)計(jì)學(xué)科交叉、知識(shí)鏈接等欄目，拓展學(xué)科教材的邊界，建立跨學(xué)科的聯(lián)系，提升科學(xué)各學(xué)科教材之間以及科學(xué)與技術(shù)等的整合度。

表5 側(cè)邊欄目設(shè)計(jì)實(shí)例

（四）節(jié)后/章末欄目

節(jié)后欄目和章末欄目屬于教材的課后輔助系統(tǒng)，在教材分析模型中亦稱作教材的反饋系統(tǒng)。反饋系統(tǒng)中必不可少是節(jié)后和章末的練習(xí)題欄目。之前就有教材通過A、B 分組探索了分級(jí)學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)和學(xué)習(xí)反饋，但隨著課程標(biāo)準(zhǔn)中分級(jí)劃分了學(xué)業(yè)質(zhì)量，分級(jí)評(píng)價(jià)反饋的探索在此輪修訂中已經(jīng)得到了普遍推廣。特別是近十余年來國內(nèi)學(xué)科教育研究團(tuán)隊(duì)開展的學(xué)科能力研究[12]和學(xué)習(xí)進(jìn)階研究[13]提供了理論框架和參照依據(jù)，使得開發(fā)教材反饋系統(tǒng)時(shí)能夠按照能力框架（例如：學(xué)習(xí)·理解；應(yīng)用·實(shí)踐；遷移·創(chuàng)新）和進(jìn)階層級(jí)設(shè)計(jì)不同能力取向和難度水平的習(xí)題，使教材反饋系統(tǒng)更為切合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展。此外，部分教材章末設(shè)計(jì)的反思類欄目和小結(jié)類欄目提示師生在一個(gè)主題或一個(gè)階段學(xué)習(xí)后進(jìn)行總結(jié)提升，有的教材還特別重視引導(dǎo)學(xué)生在小結(jié)中進(jìn)行知識(shí)體系的整合與核心素養(yǎng)的提煉。

（五）拓展欄目

課程學(xué)習(xí)的選擇性自第八次課程改革以來得到了充分的重視，教材中的各類拓展欄目（表6）也體現(xiàn)了這一設(shè)計(jì)原則。例如，為給學(xué)生打開窗口、促進(jìn)自主學(xué)習(xí)，某版物理教材設(shè)置了“科學(xué)漫步”欄目，欄目拓展與正文相關(guān)的科學(xué)史（如“人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)”）或技術(shù)應(yīng)用（如“振動(dòng)控制技術(shù)”）。除類似的綜合性欄目外，教材中還設(shè)計(jì)了一些專題性拓展欄目。這些專題性欄目的設(shè)計(jì)取向一是關(guān)注科學(xué)與技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境的關(guān)系，如物理教材中的“STSE”“實(shí)踐與拓展”，化學(xué)教材中的“科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)”“生活向?qū)А保飳W(xué)教材中的“與社會(huì)的聯(lián)系”“生物科技進(jìn)展”。二是重視科學(xué)史教育，如“科學(xué)史話”“生物科學(xué)史話”等欄目。三是引導(dǎo)學(xué)生了解認(rèn)識(shí)相關(guān)職業(yè)，如“化學(xué)與職業(yè)”“走近職業(yè)”等。此外，還有“微項(xiàng)目”“DIS 實(shí)驗(yàn)室”等特色類欄目，促進(jìn)學(xué)生開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和自主實(shí)驗(yàn)探究。這些欄目都展現(xiàn)了課程內(nèi)容的選擇性和教材體系的拓展性。

表6 普通高中物理、化學(xué)、生物學(xué)教材的拓展欄目

五、討論與啟示

如果將伽利略、牛頓、拉格朗日等的著作算成學(xué)術(shù)專論而不是教材的話，那么從劍橋大學(xué)胡威立（William Whewell）的《初等力學(xué)教程》（An Elementary Treatise on Mechanics,1819）算起至今，科學(xué)教材也已經(jīng)歷了兩百年的發(fā)展歷程。從這兩百年來的發(fā)展歷程中可以發(fā)現(xiàn)，最初的科學(xué)教材是學(xué)科知識(shí)體系的文本化。進(jìn)入20 世紀(jì)以來，教材逐漸成為學(xué)科知識(shí)（content knowledge）、學(xué)科教學(xué)知識(shí)（pedagogical content knowledge）和教學(xué)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的融合[14]。在當(dāng)前，作為課程實(shí)施的核心依據(jù)，教材的表層結(jié)構(gòu)已充分展現(xiàn)其教學(xué)特性，搭建了課堂教學(xué)的指導(dǎo)框架，為教師教學(xué)時(shí)的素材選擇、活動(dòng)設(shè)計(jì)、策略方法提供了線索和范例。放到一個(gè)比較小的時(shí)間跨度來看，對(duì)比修訂前的教材，新修訂的普通高中科學(xué)教材的表層結(jié)構(gòu)體系在整體結(jié)構(gòu)和微觀設(shè)計(jì)上均有發(fā)展，特別是在欄目體系設(shè)計(jì)方面，各版本教材持續(xù)探索，為各學(xué)科教材的開發(fā)積累了豐富的內(nèi)容組織形式和信息呈現(xiàn)策略。

對(duì)于后續(xù)的研究和教材編寫實(shí)踐，本文只是做了初步的概念范疇梳理和研究素材對(duì)比，而且研究對(duì)象局限于靜態(tài)文本，進(jìn)一步深入研究的空間還很大。后續(xù)研究應(yīng)基于國內(nèi)外在科學(xué)表征和閱讀方面的研究進(jìn)展，重點(diǎn)分析教師和學(xué)生在教材使用過程中的動(dòng)態(tài)反饋，從理論和實(shí)踐兩個(gè)層面促進(jìn)教材表層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化和科學(xué)化。為此，需要建構(gòu)教材表層結(jié)構(gòu)的分析框架和評(píng)價(jià)指標(biāo)，還需要進(jìn)一步探討教材表層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與教師的教學(xué)內(nèi)容組織、教學(xué)策略選取、教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)間的關(guān)系，探討與學(xué)生的教材閱讀習(xí)慣、注意力分配、學(xué)習(xí)策略運(yùn)用的關(guān)系。在這些方面，曾有學(xué)者提出過一系列的問題清單供教材編寫者和研究者思考，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于實(shí)證的研究尚比較缺乏。此外，對(duì)于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、STEM 教育[15]等在教材中的呈現(xiàn)方式，亦值得探討。

此外，對(duì)教材表層結(jié)構(gòu)的深入析解有助于新形式教材的開發(fā)和迭代。教材功能模塊的設(shè)計(jì)與組織集中體現(xiàn)了教材編者的教育理念和教學(xué)藝術(shù)，有效地保障了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)結(jié)果。但隨著新一代教材編制的重心正在發(fā)生從學(xué)習(xí)結(jié)果向?qū)W習(xí)過程的轉(zhuǎn)移[16]，對(duì)教材功能模塊的界定、設(shè)計(jì)、選取和組織已經(jīng)成為新型教材建設(shè)的關(guān)鍵問題。教師要有效提升對(duì)教材的二次開發(fā)能力[17]。兼具良好的認(rèn)知匹配能力、選擇性和拓展性的教材功能模塊，輔以教材數(shù)字化技術(shù)，有潛力開發(fā)出真正的自適應(yīng)教材，能給予教材使用者更充分的二次開發(fā)和調(diào)適空間。