引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)：普通高中化學(xué)教材中化學(xué)史內(nèi)容的比較研究

陳 婷龍 琪 王偉群*

（1.蘇州大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)部 江蘇 蘇州 215123；2.南京曉莊學(xué)院環(huán)境科學(xué)學(xué)院 江蘇 南京 211171）

化學(xué)史是中學(xué)化學(xué)教材的重要內(nèi)容。人民教育出版社、江蘇鳳凰教育出版社、山東科學(xué)技術(shù)出版社出版的普通高中化學(xué)教材是目前正在使用的三個主流版本教材（下文簡稱人教版、蘇教版、魯科版）。三個版本教材中都有豐富的化學(xué)史內(nèi)容，呈現(xiàn)方式各不相同。

解讀教材中的化學(xué)史內(nèi)容是用好化學(xué)史的關(guān)鍵。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在教材編寫建議部分明確提出，教材內(nèi)容的選擇要“體現(xiàn)科學(xué)與人文的融合”，應(yīng)“利用科學(xué)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的優(yōu)秀案例，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)，體會科學(xué)事業(yè)的特征［1］”。那么，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)的化學(xué)史內(nèi)容在三個版本教材中如何體現(xiàn)？這一問題引起了筆者的研究興趣。

本研究的總體思路是：首先梳理化學(xué)史內(nèi)容在教材中的呈現(xiàn)方式，然后以欄目或正文段落為分析單元，基于科學(xué)本質(zhì)觀內(nèi)涵設(shè)計分析工具，采用分析工具比較科學(xué)本質(zhì)觀的每個維度在教材中的呈現(xiàn)方式及出現(xiàn)的次數(shù)，獲得研究結(jié)論。本研究可為教師在化學(xué)教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)提供參考。

一、三個版本教材中化學(xué)史內(nèi)容的分析

現(xiàn)行三個主流版本高中化學(xué)教材各有5本，分別是2本必修教材和3本選擇性必修教材。筆者閱讀了所有教材，對化學(xué)史內(nèi)容在教材中的呈現(xiàn)方式和次數(shù)進(jìn)行了梳理和比較。

1.人教版高中化學(xué)教材

由表1可見，人教版化學(xué)史內(nèi)容的呈現(xiàn)方式共有9種?！翱茖W(xué)史話”出現(xiàn)19次，占比45%，是最主要的呈現(xiàn)方式。其次為“正文”，出現(xiàn)了8次，占比19%；然后是“科學(xué)·技術(shù)·社會”占比14%，共出現(xiàn)6次，其它方式出現(xiàn)的次數(shù)均較少。

表1 人教版化學(xué)史教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式和次數(shù)統(tǒng)計

2.蘇教版高中化學(xué)教材

表2可見，蘇教版化學(xué)史內(nèi)容呈現(xiàn)的方式共4種。“科學(xué)史話”占比61%，共出現(xiàn)19次，占比最高；其次為“正文”占比29%，共出現(xiàn)9次；“練習(xí)與應(yīng)用”也出現(xiàn)1次，占比3%。

表2 蘇教版化學(xué)史教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式和次數(shù)統(tǒng)計

3.魯科版高中化學(xué)教材

表3可見，魯科版化學(xué)史內(nèi)容呈現(xiàn)的方式共11種，呈現(xiàn)方式多樣?！百Y料在線”占比最高，出現(xiàn)11次，占比27%；其次為“拓展視野”占比17%，出現(xiàn)7次；“聯(lián)想·質(zhì)疑”占比15%，出現(xiàn)6次；“微項目”占比3%，出現(xiàn)2次。

表3 魯科版化學(xué)史教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式和次數(shù)統(tǒng)計

二、分析工具及分析方法

關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵，不同機(jī)構(gòu)和不同學(xué)者對其有著不同的理解。我國《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022）》指出，科學(xué)是知識系統(tǒng)、過程和方法、科學(xué)與技術(shù)社會環(huán)境的關(guān)系。美國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會（AAAS）提出的科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵包括科學(xué)知識、科學(xué)探索活動、科學(xué)作為一種事業(yè)活動。［2］整合劉健智、栗素姣等制作的中學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀測量指標(biāo)，［3］確定本研究所用的分析工具如表4所示。

表4 科學(xué)本質(zhì)觀的分析工具

本研究對每一套高中化學(xué)教材中體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的化學(xué)史內(nèi)容的分析方法是：將涉及化學(xué)史素材的每個欄目或者一段正文作為一個分析單元，根據(jù)科學(xué)本質(zhì)觀分析工具的維度分解為段落，摘錄相關(guān)語句，根據(jù)操作說明判斷該段落所屬科學(xué)本質(zhì)的維度，進(jìn)行分析編碼。分析示例見表5。

表5 化學(xué)史“侯氏制堿法”分析范例

對所有段落進(jìn)行分析編碼后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行量化統(tǒng)計，得到整個分析單元科學(xué)本質(zhì)呈現(xiàn)的情況。在對化學(xué)史內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)本質(zhì)分析的統(tǒng)計過程中，當(dāng)同一分析單元涉及兩種或兩種以上的科學(xué)本質(zhì)維度時，每個科學(xué)本質(zhì)維度各計數(shù)一次，若某分析單元內(nèi)容不涉及科學(xué)本質(zhì)的維度，則不予計數(shù)。

三、三個版本教材中科學(xué)本質(zhì)觀內(nèi)容的比較分析

運(yùn)用以上分析工具和分析方法，對三套現(xiàn)行教材中體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的化學(xué)史內(nèi)容進(jìn)行分析，得到的統(tǒng)計結(jié)果見表6。

表6 三個版本化學(xué)史內(nèi)容出現(xiàn)的科學(xué)本質(zhì)各個維度頻次統(tǒng)計結(jié)果

圖1為三套高中化學(xué)教材化學(xué)史內(nèi)容科學(xué)本質(zhì)各個維度統(tǒng)計結(jié)果直方圖。

圖1 三種教材化學(xué)史內(nèi)容科學(xué)本質(zhì)出現(xiàn)的各個維度頻數(shù)統(tǒng)計直方圖

不同的欄目預(yù)設(shè)了不同的學(xué)生學(xué)習(xí)方式。從表6和圖1可知，三套教材都是通過多樣的欄目設(shè)計化學(xué)史教學(xué)內(nèi)容。教材中的化學(xué)史內(nèi)容涉及到科學(xué)本質(zhì)觀的各個維度，體現(xiàn)出現(xiàn)行高中化學(xué)教材在利用化學(xué)史素材進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計時普遍注重引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)觀。

科學(xué)本質(zhì)觀的三個維度在教材中的體現(xiàn)是有所側(cè)重的。三套教材在“科學(xué)知識”和“科學(xué)事業(yè)”維度呈現(xiàn)的次數(shù)都較多，平均次數(shù)為17次和15次。尤其是科學(xué)知識的“相對性”“積累性”呈現(xiàn)次數(shù)較多，平均次數(shù)是35、31，表明教材強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生知道化學(xué)知識不具有永久性，會隨著歷史發(fā)展不斷積累與發(fā)展?！翱茖W(xué)事業(yè)”維度中的“科學(xué)與技術(shù)”呈現(xiàn)的次數(shù)也較多，平均次數(shù)是25，說明教材注重讓學(xué)生關(guān)注化學(xué)與技術(shù)的聯(lián)系，關(guān)注技術(shù)對化學(xué)發(fā)展的影響。

相對而言，“科學(xué)探究”維度出現(xiàn)的次數(shù)較少，平均次數(shù)是10。這與化學(xué)史教學(xué)的欄目設(shè)計有關(guān)，因為教材中化學(xué)史內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計大多以“科學(xué)史話”“資料在線”“拓展視野”“科學(xué)·技術(shù)·社會”等欄目為主，主要呈現(xiàn)的是化學(xué)家或科技發(fā)展的主要成就，以知識為主。只有較少的案例涉及化學(xué)家的探究過程：通過“質(zhì)疑”發(fā)現(xiàn)問題、通過“方法多樣化”不斷探索、通過“創(chuàng)造性”思維實現(xiàn)突破。

四、三個版本教材中體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的典型欄目

教材以正文和欄目的形式交替編寫教學(xué)內(nèi)容，是2001年課程改革以來教材的新變化。新教材延續(xù)這樣的編寫方式，重視讓學(xué)生通過欄目體驗不同的學(xué)習(xí)方式。由于正文和欄目對知識的組織方式不同，對學(xué)生的學(xué)習(xí)要求和學(xué)習(xí)方式也不同。三個版本教材都有體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的典型欄目。

1.人教版高中化學(xué)教材

人教版教材中與化學(xué)史教學(xué)相關(guān)的典型欄目是“研究與實踐”，這是一個為學(xué)生提供拓展學(xué)習(xí)、項目研究和實踐活動的欄目。例如：必修1第四章第一節(jié)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)元素周期律”有“研究與實踐—認(rèn)識元素周期律”“調(diào)查和整理”欄目，希望學(xué)生以教科書中“科學(xué)史話——元素周期表的發(fā)展”為基礎(chǔ)，通過收集信息，了解元素周期表發(fā)展的幾個階段，認(rèn)識有代表性的元素周期表及其特點(diǎn)，“設(shè)計和制作”是希望學(xué)生在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計和制作自己的元素周期表。通過了解各種形式元素周期表的特點(diǎn)，加深對元素間關(guān)系和其中所蘊(yùn)含的科學(xué)方法的認(rèn)識。

依據(jù)科學(xué)本質(zhì)觀分析工具進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該段化學(xué)史內(nèi)容涉及科學(xué)知識的認(rèn)識性、積累性、相對性、預(yù)見性；科學(xué)探究的創(chuàng)造性、邏輯推論性、方法多樣性、公開交流性；科學(xué)事業(yè)的科學(xué)家個人和科學(xué)合作。因此，“研究與實踐—認(rèn)識元素周期律”中的化學(xué)史內(nèi)容較為全面地呈現(xiàn)了科學(xué)本質(zhì)的基本要素。

2.蘇教版高中化學(xué)教材

欄目中的化學(xué)史內(nèi)容意味著這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)具有可選性。但必修1專題2的第三單元“人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識”以兩頁正文的篇幅，完整地介紹了不同階段人類對原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識和科學(xué)家建構(gòu)原子模型的歷程。從中國古代先賢對物質(zhì)的微觀思考，到道爾頓的原子學(xué)說，再到湯姆生、盧瑟福、波爾依據(jù)實驗獲得的數(shù)據(jù)或現(xiàn)象，提出各種假說和模型。同時插入了“學(xué)科提煉”欄目的“模型建構(gòu)”，指出：“模型本質(zhì)是科學(xué)家描述事物的原型，解釋和預(yù)測未知現(xiàn)象的一種思維方式，廣泛應(yīng)用于科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科學(xué)發(fā)明的過程中。從原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展歷程可以看出，科學(xué)家通過不同實驗收集各種證據(jù)，從而提出原子結(jié)構(gòu)的模型，并不斷修正模型?？茖W(xué)家在一定時期通過建構(gòu)的模型不是絕對的、一成不變的，而是依據(jù)知識的積累、方法和技術(shù)的更新、實驗證據(jù)的不斷完善而動態(tài)發(fā)展的?！?/p>

依據(jù)科學(xué)本質(zhì)觀分析工具對該段化學(xué)史教學(xué)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該內(nèi)容涉及科學(xué)知識的積累性、相對性、實證性；科學(xué)探究的邏輯推論性、方法多樣性、公開交流性；科學(xué)事業(yè)的科學(xué)與技術(shù)。該段化學(xué)史內(nèi)容不僅體現(xiàn)了教材內(nèi)容幫助學(xué)生形成“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)，而且還較好地引導(dǎo)了學(xué)生全面認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)。

3.魯科版高中化學(xué)教材

魯科版教材中體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)特色的典型欄目是“微項目”。這個欄目置于章節(jié)末尾，給學(xué)生創(chuàng)造與運(yùn)用章節(jié)知識解決現(xiàn)實問題的機(jī)會，體現(xiàn)以應(yīng)用本章節(jié)知識為主，適當(dāng)聯(lián)系其它學(xué)科知識的特點(diǎn)。［4］如選擇性必修1第三章“物質(zhì)在水溶液中的行為”的微項目“揭秘索爾維法和侯氏制堿法——領(lǐng)略平衡思想的創(chuàng)造性應(yīng)用”，完整地介紹了索爾維的制堿原理，學(xué)生的第一個項目任務(wù)就是在實驗室模擬索爾維制堿法，實驗結(jié)束后學(xué)生需要利用本章所學(xué)的平衡原理解釋用索爾維法為何能得到碳酸氫鈉沉淀。項目的第二個任務(wù)為探索侯氏制堿法，并與索爾維法進(jìn)行比較，利用本章所學(xué)的平衡思想進(jìn)行思考。將化學(xué)史教學(xué)模式與項目相結(jié)合是化學(xué)史教學(xué)的一種創(chuàng)新，對于學(xué)生深刻體會科學(xué)本質(zhì)的三個維度都有重要作用。在探討如何在實驗室模擬索爾維制堿法的過程中，可以加深學(xué)生對科學(xué)知識的實證性、科學(xué)探究的創(chuàng)造性和方法多樣性的理解。

采用科學(xué)本質(zhì)觀分析工具對該段化學(xué)史內(nèi)容進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)它涉及了科學(xué)知識的積累性、相對性、實證性；科學(xué)探究的邏輯推論性、方法多樣性、公開交流性；科學(xué)事業(yè)的科學(xué)與技術(shù)，科學(xué)家個人?？梢娡ㄟ^“微項目”的研究，學(xué)生能對科學(xué)本質(zhì)有更全面和更深刻的理解。

五、研究結(jié)論

引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)是初高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的明確要求?？茖W(xué)本質(zhì)觀是指人們對科學(xué)本質(zhì)問題的認(rèn)識，主要探討“科學(xué)是什么？”借鑒已有研究的成熟量表，本研究從科學(xué)知識、科學(xué)探究和科學(xué)事業(yè)這三個維度設(shè)計了科學(xué)本質(zhì)觀的分析工具，運(yùn)用該工具對人教版、蘇教版、魯科版普通高中化學(xué)教材中體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的化學(xué)史內(nèi)容進(jìn)行比較。研究發(fā)現(xiàn)，三套教材都是通過多樣化的欄目呈現(xiàn)化學(xué)史素材。三套教材在“科學(xué)知識”和“科學(xué)事業(yè)”維度呈現(xiàn)的化學(xué)史內(nèi)容的次數(shù)較多，而在“科學(xué)探究”維度出現(xiàn)的次數(shù)較少。這與化學(xué)史教學(xué)的欄目設(shè)計有關(guān)，目前教材中化學(xué)史內(nèi)容大多出現(xiàn)在“科學(xué)史話”“資料在線、“拓展視野”等欄目中，只有較少的案例描述化學(xué)家的探究過程。

三個版本化學(xué)教材都有體現(xiàn)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)的典型欄目。人教版以“研究與實踐”欄目呈現(xiàn)科學(xué)家認(rèn)識元素周期律的探索過程。相對于其它教材以欄目的形式呈現(xiàn)化學(xué)史，蘇教版則是以正文的形式，完整地介紹了不同階段人類對原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識和科學(xué)家建構(gòu)原子模型的歷程。魯科版在“微項目”欄目中呈現(xiàn)了化學(xué)家探索制堿法的過程，以真實的化學(xué)史為情境，讓學(xué)生自主探究并完成項目任務(wù)。這些化學(xué)史內(nèi)容及其呈現(xiàn)形式都能引導(dǎo)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)形成全面認(rèn)識。