中美高中化學(xué)新教材課后習(xí)題比較研究

楊季冬 徐文婷 王后雄

摘要：高中化學(xué)教材作為促進(jìn)課程實(shí)施的重要文本材料，其課后習(xí)題既是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的工具，也是促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的重要材料。我國(guó)人教版高中化學(xué)教材與美國(guó)高中化學(xué)教材《化學(xué)：概念與應(yīng)用》完成更新，以高中化學(xué)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”主題為例，比較了兩套教程相關(guān)課后習(xí)題。分別從素養(yǎng)導(dǎo)向和開(kāi)放性兩個(gè)角度比較了兩國(guó)高中化學(xué)教材中相關(guān)課后習(xí)題的異同。根據(jù)比較結(jié)果，獲得相關(guān)啟示，以期為我國(guó)化學(xué)教材習(xí)題編制提供參考。

關(guān)鍵詞：中美高中化學(xué)教材;課后習(xí)題;物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ);素養(yǎng)為本;比較研究

文章編號(hào)：1008-0546（2022）09-0088-04中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

一、引言

《深化新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案》指出，構(gòu)建引導(dǎo)學(xué)生德智體美勞全面發(fā)展的考試內(nèi)容體系，改變相對(duì)固化的試題形式，增強(qiáng)試題開(kāi)放性，減少死記硬背和“機(jī)械刷題”現(xiàn)象?！蛾P(guān)于做好2021年普通高校招生工作的通知》同樣指出，要優(yōu)化試題情境設(shè)計(jì)，增強(qiáng)試題開(kāi)放性、靈活性，充分發(fā)揮高考命題的育人功能和積極導(dǎo)向作用，引導(dǎo)減少死記硬背和“機(jī)械刷題”現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，國(guó)家積極倡導(dǎo)試題的素養(yǎng)導(dǎo)向以及開(kāi)放性。

我國(guó)人教版高中化學(xué)教材完成更新并正式使用，而美國(guó)的主流化學(xué)教材《Chemistry：ConceptsandAp-plications》同樣完成修訂，王祖浩教授翻譯并由浙江教育出版社出版了中譯本《化學(xué)：概念與應(yīng)用》[1]（以下簡(jiǎn)稱“美版教材”）?！拔镔|(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”是兩國(guó)高中化學(xué)教材中重要內(nèi)容。人教版教材中相關(guān)內(nèi)容位于《化學(xué)》必修第一冊(cè)第四章[2]以及《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)》（選擇性必修1），[3]美版教材中相關(guān)內(nèi)容位于上、中兩冊(cè)中，即第2、5、7、9章。筆者根據(jù)政策文件要求，以“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”主題為例，對(duì)中美高中化學(xué)教材中相關(guān)課后習(xí)題的素養(yǎng)導(dǎo)向和開(kāi)放性進(jìn)行比較研究，旨在了解中美高中化學(xué)教材的習(xí)題現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)中美教材習(xí)題編寫的差異，以期獲得對(duì)我國(guó)中學(xué)化學(xué)教材習(xí)題編制的啟示。

二、中美高中化學(xué)教材“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”主題課后習(xí)題素養(yǎng)導(dǎo)向比較

2017版課程標(biāo)準(zhǔn)中的命題建議指出了素養(yǎng)為本的命題框架，[4]如圖1所示。作為習(xí)題分析，“實(shí)際問(wèn)題”“化學(xué)知識(shí)”一般不會(huì)缺失，因此，在課后習(xí)題的素養(yǎng)導(dǎo)向比較中，主要關(guān)注了真實(shí)情境和核心素養(yǎng)兩個(gè)方面。

1.課后習(xí)題中情境題的比較

中華人民共和國(guó)普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）明確指出，真實(shí)的問(wèn)題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要條件。[4]因此，“素養(yǎng)為本”的化學(xué)教學(xué)倡導(dǎo)創(chuàng)造問(wèn)題情境，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)意識(shí)和實(shí)踐精神，以便學(xué)生形成和發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。在課后習(xí)題中，題目?jī)?nèi)容也應(yīng)當(dāng)賦予問(wèn)題相應(yīng)的情境，讓學(xué)生在真實(shí)情境中遷移應(yīng)用知識(shí)，從而展現(xiàn)素養(yǎng)。

有學(xué)者撰文寫到，試題的情境可以分為日常生活情境、生產(chǎn)環(huán)保情境、學(xué)術(shù)探索情境、實(shí)驗(yàn)探究情境、化學(xué)史料情境，據(jù)此研究分析了兩國(guó)教材中習(xí)題的情境情況，結(jié)果如表1所示。

總體來(lái)看，中美高中化學(xué)教材中有關(guān)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”部分的習(xí)題中，情境題所占比例約為習(xí)題總數(shù)的一半。兩版教材注重對(duì)元素周期表模型情境的設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生能夠從原子和分子層面了解物質(zhì)構(gòu)成的規(guī)律，以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系，從而進(jìn)一步豐富學(xué)生有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本認(rèn)識(shí)。除此之外，兩版教材均在物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)展史、自然現(xiàn)象、環(huán)境問(wèn)題等方面創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生能在現(xiàn)實(shí)生活中感知化學(xué)問(wèn)題。但具體而言，兩版教材中有關(guān)情境的設(shè)置仍存在著一定的差異。

第一，問(wèn)題情境與其他學(xué)科的關(guān)聯(lián)度有所不同。2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施建議中提出，要加強(qiáng)化學(xué)與其他學(xué)科的聯(lián)系，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。但是通過(guò)對(duì)人教版相關(guān)習(xí)題的分析發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題情境與其他學(xué)科較少存在著直接聯(lián)系。而美國(guó)教材中，部分習(xí)題創(chuàng)設(shè)了與其他學(xué)科領(lǐng)域的真實(shí)情境，加強(qiáng)了化學(xué)學(xué)科與其他學(xué)科之間的相互作用。在美國(guó)教材章習(xí)題的應(yīng)用概念板塊中，一般設(shè)置1～2道與學(xué)科鏈接相關(guān)的習(xí)題，例如“藝術(shù)鏈接：假如一名工藝師希望給一個(gè)黏土器皿上一層淺紅色的釉，那么他應(yīng)該在透明的釉中添加什么材料”，直接帶領(lǐng)學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)時(shí)走入藝術(shù)學(xué)的領(lǐng)域，讓學(xué)生處于藝術(shù)情境中感知信息并解決問(wèn)題，體現(xiàn)了STEAM理念。

第二，問(wèn)題情境在習(xí)題中的融合程度有所差別。按照趙雪等人的觀點(diǎn)，[5]“背景”與其他要素的融合程度由淺到深可以分為：①背景與其他要素關(guān)聯(lián)度不大，可以避開(kāi)背景直接識(shí)別問(wèn)題，運(yùn)用已有知識(shí)解決問(wèn)題;②考查內(nèi)容與背景互相融合，需從背景中獲取已知條件或問(wèn)題信息，再運(yùn)用已有知識(shí)解決問(wèn)題;③需將背景信息進(jìn)行內(nèi)化，并與已有知識(shí)進(jìn)行重組形成新的知識(shí)，才能實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決。國(guó)內(nèi)教材更為注重對(duì)重要概念、模型等特定知識(shí)點(diǎn)的考查，一些課后習(xí)題的情境編制較為簡(jiǎn)單。部分習(xí)題學(xué)生可以避開(kāi)問(wèn)題情境后，直接識(shí)別問(wèn)題得出正確答案。例如，國(guó)內(nèi)教材“考古學(xué)上常用1C來(lái)測(cè)定文物的年代C的原子核內(nèi)中子數(shù)是（）”。美國(guó)教材中也恰巧創(chuàng)設(shè)了相同問(wèn)題情境的問(wèn)答題，即科學(xué)家常用碳的同位素（6個(gè)質(zhì)子，8個(gè)中子）來(lái)測(cè)定史前化石的年代，要求學(xué)生寫出該同位素的原子序數(shù)、電子個(gè)數(shù)和質(zhì)量數(shù)。雖然兩版教材對(duì)情境的創(chuàng)設(shè)較為一致，但是在國(guó)內(nèi)教材的習(xí)題中，題干問(wèn)題直接給出了此種同位素的質(zhì)量數(shù)和質(zhì)子數(shù)，而美國(guó)教材只是將此已知條件設(shè)置在問(wèn)題情境中。雖然正確答案只需要學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算，但在此種情況下，習(xí)題本質(zhì)仍然為一種直接考查特定概念的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)題，真實(shí)問(wèn)題情境在此類習(xí)題中的價(jià)值得不到體現(xiàn)。周青等人在研究“化學(xué)反應(yīng)原理”主題時(shí)也有類似的發(fā)現(xiàn)。[6]但是不能否認(rèn)的是，國(guó)內(nèi)教材對(duì)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境的重視。同時(shí)，國(guó)內(nèi)教材課后習(xí)題也在積極引導(dǎo)學(xué)生走入情境，在與情境的互動(dòng)中發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。

2.化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的比較

高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括五個(gè)方面：宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任，依次為素養(yǎng)1～5?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)雖然是我國(guó)本土化概念，但其具體的表述卻立足于化學(xué)思維和方法、鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新和價(jià)值追求，是國(guó)際化學(xué)教育的重要導(dǎo)向。因此，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的描述以及水平劃分能作為兩國(guó)化學(xué)教材課后習(xí)題的分析依據(jù)。將中美高中化學(xué)教材課后習(xí)題按照課程標(biāo)準(zhǔn)中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)相關(guān)描述分類并統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2、圖3所示。

中美兩版高中化學(xué)教材相關(guān)習(xí)題所側(cè)重的素養(yǎng)具有一致性。素養(yǎng)1、素養(yǎng)3占據(jù)了重要地位，其次是素養(yǎng)5、素養(yǎng)4，這與“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”主題的內(nèi)容有直接關(guān)系。物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)討論物質(zhì)在原子和分子層面上的組成結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的關(guān)系，探究模型的局限性和進(jìn)步性，并加以解釋等，這與宏微探析、證據(jù)推理、模型認(rèn)知緊密相連。中美兩版教材強(qiáng)調(diào)學(xué)生將宏、微觀相結(jié)合的能力，引導(dǎo)學(xué)生更深入地了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生能夠從宏觀現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并從微觀層面進(jìn)行解釋的能力，重點(diǎn)突出了化學(xué)學(xué)科關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)。其次，兩版教材均重視鍛煉學(xué)生的化學(xué)學(xué)科思維，重視培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)、推理意識(shí)、模型意識(shí)，以及認(rèn)識(shí)、運(yùn)用和構(gòu)建模型的能力。同時(shí)，兩版教材均在一定程度上將化學(xué)學(xué)科與社會(huì)生活相聯(lián)系，體現(xiàn)了學(xué)科的社會(huì)意識(shí)。

從化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)所考查的水平來(lái)看，中美兩版教材對(duì)水平層次的設(shè)置有所差異。對(duì)于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”，人教版教材80%左右的習(xí)題所考查居于水平2，其余習(xí)題考查了水平1和水平3。這說(shuō)明了國(guó)內(nèi)教材較為重視根據(jù)證據(jù)和規(guī)律來(lái)分析和解決問(wèn)題，能夠通過(guò)認(rèn)知模型來(lái)推測(cè)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。雖然人教版教材考查了該素養(yǎng)的前三個(gè)水平層次，但符合課標(biāo)中命題框架的習(xí)題占比較少，且沒(méi)有習(xí)題能達(dá)到水平4。而美國(guó)教材中則涉及到了對(duì)該素養(yǎng)水平4的考查，例如“描述并比較足球、穹頂建筑和‘巴基球的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。它們的相似性是不是一種巧合？”此題讓學(xué)生描述足球和穹頂建筑與“巴基球”的形態(tài)，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入了想象真實(shí)生活中足球的形狀和穹頂建筑構(gòu)造的真實(shí)情境，并引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)它們的形狀即12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形為半圓形的結(jié)構(gòu)形式這種關(guān)鍵要素進(jìn)行分析，以構(gòu)建相應(yīng)的模型，從而解釋三者的相似性，進(jìn)而進(jìn)一步討論模型的先進(jìn)性局限性和體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的第4水平層次。

對(duì)于“宏觀辨識(shí)與微觀探析”，兩版教材中的大部分習(xí)題主要考查水平1和水平2層次，要求學(xué)生能夠運(yùn)用化學(xué)符號(hào)描述常見(jiàn)的物質(zhì)，解釋物質(zhì)之間的共性、差異性以及變化的規(guī)律。少部分習(xí)題考查了水平3，并且兩版教材均涉及到了水平4層次的習(xí)題。因此，中美教材設(shè)置的關(guān)于“宏觀辨識(shí)與微觀探析”水平層次的習(xí)題數(shù)量較為均衡。這是因?yàn)椤拔镔|(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”課程的模塊旨在讓學(xué)生了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)的原子層面和分子層面的規(guī)律，側(cè)重提高學(xué)生對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本認(rèn)識(shí)，加深學(xué)生對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的掌握。而該核心素養(yǎng)旨在帶領(lǐng)學(xué)生從原子、分子水平認(rèn)識(shí)物質(zhì)，領(lǐng)悟物質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性。

三、中美高中化學(xué)教材“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”主題課后習(xí)題開(kāi)放性比較

高校招生考試將優(yōu)化情境設(shè)計(jì)、增強(qiáng)試題的開(kāi)放性和靈活性納入改革范疇，以此充分發(fā)揮高考命題的育人功能和積極導(dǎo)向作用。同時(shí)，開(kāi)放題型也是普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)大力倡導(dǎo)的題型之一。

1.開(kāi)放性習(xí)題的數(shù)量比較

開(kāi)放題是具有結(jié)論的開(kāi)放性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性以及情境真實(shí)性的題目。[7]將課后習(xí)題中答案或結(jié)論不固定的、思考過(guò)程具有多元性的習(xí)題與問(wèn)題答案唯一的常規(guī)、封閉式的習(xí)題進(jìn)行區(qū)分，分別進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。

中美兩版教材中有關(guān)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”部分的課后習(xí)題中均設(shè)置有開(kāi)放型習(xí)題，但其所占習(xí)題比例存在著明顯的差異。國(guó)內(nèi)教材開(kāi)放型習(xí)題數(shù)量較少，所占比例較美國(guó)教材相比偏低，約為美國(guó)教材開(kāi)放型習(xí)題所占比例的二分之一。美國(guó)教材課后習(xí)題中注重將理論與模型相結(jié)合，要求學(xué)生進(jìn)行各理論之間的說(shuō)理比對(duì)。而國(guó)內(nèi)教材中大部分習(xí)題仍為填空題、判斷題等封閉題型，以及常規(guī)題型，如已知條件，需要學(xué)生填補(bǔ)正確結(jié)論的填空題、簡(jiǎn)單型問(wèn)答題等。這與國(guó)內(nèi)常采用這類題型作為高考題型相適應(yīng)。

2.開(kāi)放性習(xí)題分類比較

開(kāi)放型習(xí)題具體可分為四類：考查學(xué)生的實(shí)踐能力，考查學(xué)生的口頭表達(dá)與溝通能力，考查學(xué)生的信息處理和書面表達(dá)能力，考查學(xué)生的綜合運(yùn)用和解決問(wèn)題能力，依次命名為操作型開(kāi)放題、表現(xiàn)型開(kāi)放題、論文型開(kāi)放題、問(wèn)題解決型開(kāi)放題。[7]并根據(jù)分類，將開(kāi)放題考查的具體類別進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖4、圖5所示。

問(wèn)題解決型的開(kāi)放題為中美教材中主要的開(kāi)放題型，大多為說(shuō)理題、論述題和與生活實(shí)際相聯(lián)系的題目。例如：人教版教材中，有的習(xí)題要求學(xué)生通過(guò)查閱資料，獲取題目所給相關(guān)元素在人體內(nèi)主要功能的信息，考查了學(xué)生查找并綜合運(yùn)用信息的能力。而在美國(guó)教材中，大多開(kāi)放型習(xí)題為答案不固定的解釋型說(shuō)理題。例如：解釋廢舊玻璃對(duì)環(huán)境造成的危害比落葉和食品殘?jiān)鼮閲?yán)重。此題融合化學(xué)學(xué)科內(nèi)容與環(huán)境問(wèn)題，使學(xué)生在真實(shí)的生活情境中解釋。論文型的開(kāi)放題具體指撰寫調(diào)研報(bào)告。雖然人教版教材中，論文型的開(kāi)放題比美國(guó)教材占比大，但是其習(xí)題數(shù)量基數(shù)較少，所以實(shí)際題數(shù)并沒(méi)有美版教材多。美國(guó)教材一般保持著每章一題科技寫作的頻率，且只存在于章習(xí)題中。實(shí)驗(yàn)探究以及制作原子結(jié)構(gòu)模型是國(guó)內(nèi)教材操作型開(kāi)放題的主要表現(xiàn)形式。而在美國(guó)教材中大多為與繪畫技能有關(guān)的測(cè)驗(yàn)，例如：畫出原子結(jié)構(gòu)式、圖標(biāo)趨勢(shì)線等。表現(xiàn)型的開(kāi)放題在國(guó)內(nèi)教材中展現(xiàn)為訪談、交流等形式，而在美國(guó)教材中則很少出現(xiàn)直接考查學(xué)生口頭表達(dá)能力的題目。

四、研究結(jié)論與啟示

通過(guò)對(duì)中美高中化學(xué)教材中有關(guān)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”課后習(xí)題的素養(yǎng)導(dǎo)向以及開(kāi)放程度對(duì)比分析，可以得出如下結(jié)論：（1）兩版高中化學(xué)教材均重視問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，但美國(guó)教材更加突出問(wèn)題情境的必要性和與其他學(xué)科的聯(lián)系。（2）兩版高中化學(xué)教材均在培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)方面，把“宏觀辨識(shí)與微觀探析”與“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”放在首要地位，凸顯了“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”的本質(zhì)。（3）人教版教材大多以選擇題、填空題、問(wèn)答題為主，更加適應(yīng)我國(guó)化學(xué)學(xué)科學(xué)業(yè)水平考核的模式，而美國(guó)教材更加注重說(shuō)理解釋，開(kāi)放題的數(shù)量、比例、開(kāi)放程度均高于人教版教材。

基于上述結(jié)論，對(duì)人教版教材課后習(xí)題的編制可以得到以下啟示：（1）適當(dāng)設(shè)置高水平的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)考查題。人教版教材中習(xí)題在各素養(yǎng)維度上大多居水平2，直觀感覺(jué)這是合理的，難度適中。但仍可以在習(xí)題設(shè)計(jì)時(shí)由淺入深、由簡(jiǎn)到繁，層次分明，適度設(shè)計(jì)水平3、水平4的習(xí)題，以拓寬視野、開(kāi)闊思路。[8]（2）對(duì)于問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，應(yīng)當(dāng)重視情境在問(wèn)題中的真實(shí)性以及情境與習(xí)題的緊密聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)情境在問(wèn)題解決中的必要性。盡可能地保障學(xué)生內(nèi)化背景信息，在真實(shí)情境中遷移應(yīng)用知識(shí)，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決，從而提升素養(yǎng)。（3）習(xí)題設(shè)計(jì)可以加強(qiáng)與其他學(xué)科的聯(lián)系。化學(xué)學(xué)科與社會(huì)生產(chǎn)、其他學(xué)科均有緊密聯(lián)系，為了全面發(fā)展學(xué)生素養(yǎng)，應(yīng)注重學(xué)科之間相互聯(lián)系。美國(guó)《下一代科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中就強(qiáng)調(diào)交叉概念的重要性，因此在編制習(xí)題時(shí)可以充分考慮科學(xué)認(rèn)識(shí)規(guī)律、研究方法上的相通之處，充分體現(xiàn)學(xué)科交叉，尤其是理科知識(shí)的綜合滲透，提高學(xué)生的綜合能力。

除此以外，過(guò)去做試題分析時(shí)常用布盧姆教育目標(biāo)分類學(xué)、SOLO分類等國(guó)外理論。而本次研究中發(fā)現(xiàn)我國(guó)提出的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)理論體系不僅適用于我國(guó)教材習(xí)題分析，同時(shí)對(duì)美國(guó)教材中的習(xí)題分析也有一定適切性，因此認(rèn)為該體系有推廣的可能。不過(guò)還需討論學(xué)科核心素養(yǎng)的操作性定義，進(jìn)一步開(kāi)展實(shí)證研究。

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