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    三版高中化學(xué)教科書中化工內(nèi)容建構(gòu)的對比分析

    2024-05-16 13:11:43劉玉榮馬敬宇邵琦李猛
    化學(xué)教學(xué) 2024年4期
    關(guān)鍵詞:高中化學(xué)

    劉玉榮 馬敬宇 邵琦 李猛

    河南省基礎(chǔ)教育教師發(fā)展研究創(chuàng)新團(tuán)隊項目“依托‘UGSTS學(xué)習(xí)共同體促進(jìn)化學(xué)教師專業(yè)發(fā)展”;河南省十四五教育科學(xué)規(guī)劃項目“UGST培訓(xùn)模式促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展的行動研究——以省培‘一對一幫扶名師工作室項目為例”(項目號:2021YB0072)研究成果之一。

    摘要:? 以最新修訂的人教版、魯科版和蘇教版高中化學(xué)必修和選擇性必修教材為研究對象,梳理其中的化工內(nèi)容,通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計和案例比較分析高中化學(xué)教材中化工內(nèi)容在建構(gòu)方式上的異同,從化工內(nèi)容的陳述方式、價值觀念及教學(xué)功能等方面揭示不同編寫理念下三版教材中化工內(nèi)容的特點,為教材編寫者編寫化工內(nèi)容和教師實施化工內(nèi)容教育提供參考。

    關(guān)鍵詞: 高中化學(xué); 教材對比; 化工內(nèi)容

    文章編號: 10056629(2024)04001407

    中圖分類號: G633.8

    文獻(xiàn)標(biāo)識碼: B

    1? 問題的提出

    依據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱“新課標(biāo)”),必修課程設(shè)置的“主題5? 化學(xué)與社會發(fā)展”要求課程內(nèi)容應(yīng)結(jié)合實例認(rèn)識化學(xué)原理、化工技術(shù)對于節(jié)能環(huán)保、清潔生產(chǎn)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性[1]。伴隨著新課改的不斷深入,高考評價方面已體現(xiàn)化學(xué)與化工融合的理念,高考化學(xué)中的化工流程題已成為考查學(xué)生運用所學(xué)知識解決真實情境下實際問題能力的重要載體。

    雖然化工內(nèi)容一直以來在國內(nèi)高中化學(xué)教材中占有一定的比例,但中學(xué)化學(xué)課程中的工業(yè)化學(xué)教學(xué)卻經(jīng)歷了一個曲折的過程:1966~1976年間,學(xué)?;瘜W(xué)課程“以典型生產(chǎn)為導(dǎo)向”,“三酸”“三堿”和鋼鐵生產(chǎn)等純工業(yè)化學(xué)知識占據(jù)了教材,化學(xué)基礎(chǔ)理論教學(xué)受到削弱;1978年以來,隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和國家對人才培養(yǎng)的要求,中學(xué)化學(xué)課程普遍強調(diào)學(xué)科結(jié)構(gòu)的邏輯性,化工內(nèi)容僅在介紹相關(guān)化學(xué)基礎(chǔ)理論時被提及到。即便如此,教材中的化工內(nèi)容在上世紀(jì)80年代仍大約占30%[2]。21世紀(jì)以來,隨著我國基礎(chǔ)教育的改革和發(fā)展,教材內(nèi)容經(jīng)歷多次變革,化工內(nèi)容依舊是高中化學(xué)教材的重要組成部分。

    新課標(biāo)頒布后,隨之問世的新教材內(nèi)容發(fā)生了一些改變,不同版本高中化學(xué)教材編制中化工內(nèi)容的建構(gòu)特點值得進(jìn)一步研究,以期為教材編寫和教師教學(xué)提供參考。

    2? 研究設(shè)計

    2.1? 研究對象

    化工內(nèi)容是指與化學(xué)基礎(chǔ)知識相結(jié)合的化學(xué)工業(yè)、化學(xué)工程、化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)等內(nèi)容[3],以新人教版、魯科版、蘇教版必修和選擇性必修中的化工內(nèi)容部分作為研究對象(見表1),比較三版教材中化工內(nèi)容的建構(gòu)特點。

    2.2? 研究工具

    梳理現(xiàn)存文獻(xiàn)中教材對比的研究思路,參考樊藝?yán)伲?]和范韋芳[5]等關(guān)于教材內(nèi)容建構(gòu)的分析工具,結(jié)合化工內(nèi)容和教材文本的特點,并咨詢了化學(xué)教學(xué)論及化工方面的專家,研究對有分歧的部分進(jìn)行了充分討論并達(dá)成共識,最終確定從陳述方式、價值觀念和教學(xué)功能三個維度對教材中化工內(nèi)容的建構(gòu)特點進(jìn)行比較分析。

    陳述方式是化工內(nèi)容在教材中的具體表征形式,依據(jù)教材中化工內(nèi)容的表征特點,研究將其細(xì)化為關(guān)聯(lián)程度和呈現(xiàn)形式兩個層面。價值觀念旨在揭示化工內(nèi)容價值的傳遞載體和導(dǎo)向問題,依據(jù)化工內(nèi)容傳遞價值觀念的素材和結(jié)果,研究將其細(xì)化為價值載體和傳遞導(dǎo)向兩個層面。教學(xué)功能則是指教材中化工內(nèi)容所承載的作用,依據(jù)化工內(nèi)容所具備教學(xué)功能的類別,研究將其細(xì)化為促進(jìn)知識理解與豐富活動方式兩個層面,具體的評價指標(biāo)與劃分依據(jù)見表2。

    2.3? 信度分析

    為減少評分誤差,研究采用內(nèi)容分析法進(jìn)行評分者信度檢驗。由本文的第二、三作者獨自分析,本文第一、四作者參與核查和數(shù)據(jù)處理,檢驗公式[6]如下:

    R=n×P1+[(n-1)×P]

    P=不同測評員之間的相互同意度之和n

    相互同意度=2MN1+N2

    其中,R為信度值,P為平均相互同意度,n為測評員個數(shù),M為兩個測評員都完全同意的類目數(shù),N1為第一個測評員分析的類目數(shù),N2為第二個測評員分析的類目數(shù)。

    經(jīng)計算,研究工具的相互同意度為0.72,信度為0.84(>0.80),兩位研究人員對工具中各項指標(biāo)的一致性和信度都較高,本研究的分類項目達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。隨后對信度檢驗時存在意見分歧的部分進(jìn)行了討論,咨詢化學(xué)教學(xué)論專家,最終達(dá)成一致意見,可運用此工具進(jìn)行后續(xù)研究與分析。

    3? 研究過程及結(jié)果

    采用內(nèi)容分析法對三版高中化學(xué)教材中的化工內(nèi)容進(jìn)行分析。首先,確定各教材中契合“化工內(nèi)容”界定的文字部分,并依據(jù)語義的完整性將其劃分為相對獨立的化工片段,統(tǒng)計三版教材中設(shè)置的化工片段總數(shù),人教版、魯科版、蘇教版分別有79、 81、 82個,可見三版教材中的化工片段總數(shù)相當(dāng)。隨后,根據(jù)研究工具所劃分的三個維度、六個評價指標(biāo)統(tǒng)計各類化工片段的數(shù)量和占比,對三版教材中化工內(nèi)容的建構(gòu)特點進(jìn)行對比分析,研究過程與結(jié)果如下。

    3.1? 陳述方式

    3.1.1? 關(guān)聯(lián)程度

    化工內(nèi)容在教材中的關(guān)聯(lián)程度表現(xiàn)為直接呈現(xiàn)和間接關(guān)聯(lián)兩種,三版教材相應(yīng)內(nèi)容的統(tǒng)計結(jié)果如圖1所示。對這一層面進(jìn)行卡方檢驗,得到的χ2=1.421, p=0.491>0.05,可知三版教材在關(guān)聯(lián)程度這一層面不存在顯著性差異。

    三版教材主要以直接呈現(xiàn)的方式陳述化工內(nèi)容,占比均超過60%,這種方式能明確表征化工內(nèi)容,有利于學(xué)生清晰直觀地理解其內(nèi)涵,便于化工知識的普及。如在“硫酸的工業(yè)生產(chǎn)”內(nèi)容的學(xué)習(xí)中,三版教材雖選擇了類型不同、各有特色的插圖(如圖2所示),但均顯性化地展現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)硫酸的裝置、流程及原理,有利于學(xué)生理解工業(yè)生產(chǎn)中蘊含的化學(xué)原理,感受到化工技術(shù)對于節(jié)能環(huán)保、清潔生產(chǎn)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要意義,建立化學(xué)與生產(chǎn)的密切聯(lián)系。

    3.1.2? 呈現(xiàn)形式

    化工內(nèi)容的呈現(xiàn)形式主要包括文字?jǐn)⑹?、圖文結(jié)合、文表結(jié)合及圖文表結(jié)合四種,三版教材的統(tǒng)計結(jié)果如圖3所示。對這一層面進(jìn)行卡方檢驗,得到χ2=11.142, p=0.084>0.05,可知三版教材在呈現(xiàn)形式這一層面上不存在顯著性差異。

    三版教材都善于通過文字?jǐn)⑹龅姆绞絹沓尸F(xiàn),蘇教版最為明顯;極少采用文表結(jié)合、圖文表結(jié)合的形式呈現(xiàn)(兩種形式的占比之和低于10%)。深入分析各版教材的數(shù)據(jù),人教版比較重視圖文結(jié)合,魯科版更傾向于通過圖文表結(jié)合的方式呈現(xiàn)化工內(nèi)容。

    化學(xué)學(xué)科的規(guī)律如果不進(jìn)行深度挖掘和梳理,往往顯得零散和跳躍,而圖表與文字相結(jié)合有助于學(xué)生對知識的加工和理解,提升學(xué)習(xí)效率。三版教材均注

    重運用表格對化工內(nèi)容進(jìn)行梳理,必要時還會配上圖片,以清晰呈現(xiàn)信息。例如,人教版在“工業(yè)合成氨”中就以表格形式記錄了實驗數(shù)據(jù)

    (見表3),結(jié)合“分析增大合成氨的反應(yīng)速率與提高平衡混合物中氨的含量所應(yīng)采取的措施是否一致”的文字提示,

    配合線圖分析不同壓強和溫度下平衡混合物中氨含量的變化情況,方便學(xué)生快速找到合成氨的最佳反應(yīng)條件(見圖4)。然而,各版教材結(jié)合多種形式呈現(xiàn)的化工內(nèi)容還是偏少。

    3.2? 價值觀念

    3.2.1? 價值載體

    化工內(nèi)容傳遞價值觀念的載體主要有歷史事件、現(xiàn)實情境、歷史與現(xiàn)實結(jié)合三類,三版教材中相關(guān)內(nèi)容的統(tǒng)計結(jié)果如圖5所示。對這一層面進(jìn)行卡方檢驗分析,得到χ2=1.288, p=0.863>0.05,可知三版教材中化工內(nèi)容的價值載體不存在顯著性差異。

    經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),三版教材均主要借助現(xiàn)實情境這一載體傳遞化工內(nèi)容的價值觀念,且各版本教材的比例相差不大,均為90%左右。例如,印刷電路板、海水提溴、肥皂的生產(chǎn)等化工素材均體現(xiàn)較強的時代性,有利于引導(dǎo)學(xué)習(xí)者了解現(xiàn)代生活中的化學(xué)工業(yè)。

    利用歷史事件承載化工內(nèi)容的價值觀念,能將化工發(fā)展過程中的原理變遷、技術(shù)進(jìn)步與科技成果等滲透到化學(xué)教材中,有助于引導(dǎo)教師開展化學(xué)史教育、傳遞正確的價值觀念,三版教材都有所提及,例如侯氏制堿法、煉鐵高爐和工業(yè)合成氨等化工內(nèi)容。此外,人教版和蘇教版還提到濕法煉銅和我國古代釀造工藝,魯科版和蘇教版都提到硫酸工業(yè)生產(chǎn)的演變。但從總數(shù)上看,三版教材中涉及的化工歷史事件較少。

    3.2.2? 傳遞導(dǎo)向

    化工內(nèi)容傳遞的價值觀念主要有行為傾向和意識傾向兩種結(jié)果,三版教材的統(tǒng)計結(jié)果如圖6所示。對這一層面進(jìn)行卡方檢驗,得到χ2=3.141, p=0.208>0.05,說明三版教材中化工內(nèi)容的傳遞導(dǎo)向不存在顯著性差異。

    統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),三版教材均傾向于從意識層面提高學(xué)生的化工發(fā)展意識,而忽略從行為層面引導(dǎo)學(xué)生感受化工的原理與實際應(yīng)用。例如,工業(yè)上通常采用電解熔融氯化鈉的方法制取單質(zhì)鈉,教材僅展示相關(guān)的化學(xué)方程式,未給予具體的解決實際問題的生產(chǎn)措施,可能會導(dǎo)致學(xué)生對這一化工內(nèi)容的理解淺層化。

    3.3? 教學(xué)功能

    3.3.1? 促進(jìn)知識理解

    教材中利用化工內(nèi)容幫助學(xué)生導(dǎo)入知識、解釋知識、拓展知識可以體現(xiàn)其促進(jìn)知識理解層面的功能,三版教材相關(guān)內(nèi)容的統(tǒng)計結(jié)果如圖7所示。對這一層面進(jìn)行卡方檢驗,得到χ2=8.609, p=0.072>0.05,說明三版教材在促進(jìn)知識理解這一層面也不存在顯著性差異。

    三版教材均注重利用化工內(nèi)容促進(jìn)知識理解,且占比由高到低依次為導(dǎo)入知識、解釋知識和拓展知識。用化工知識來導(dǎo)入或解釋與生產(chǎn)、能源、環(huán)境等相關(guān)問題是三版教材最主要的編寫形式,占比均超過80%,但具體形式略有不同。例如,在介紹“海水提溴”案例時,人教版先以“思考與討論”的形式呈現(xiàn),運用了概念講解、問題思考和模型分析的形式,然后借助“信息搜索”這一欄目提供了更多關(guān)于海水資源綜合利用途徑的信息。魯科版教材則以微項目的形式開展“海水提溴”探究活動,即先設(shè)計從苦鹵中提取溴單質(zhì)的實驗方案,然后討論比較不同提取方法的異同,最后進(jìn)行項目成果的展示。蘇教版沒有借助任何欄目和模型,直接導(dǎo)入并簡潔介紹海水提溴的工藝和產(chǎn)品應(yīng)用。

    此外,三版教材正文中與化工內(nèi)容相關(guān)的拓展性知識或拓展性欄目有所不足,如果在這一方面能有所改進(jìn),可以更有利于學(xué)生綜合能力的發(fā)展。

    3.3.2? 豐富活動形式

    教材通過抽象闡述、實踐活動、闡述與實踐結(jié)合的方式承載化工內(nèi)容,來體現(xiàn)化工內(nèi)容豐富活動形式層面的功能,三版教材的統(tǒng)計結(jié)果如圖8所示。對其進(jìn)行卡方檢驗分析可知,χ2=3.924, p=0.416>0.05,說明三版教材利用化工內(nèi)容豐富活動形式層面不存在顯著性差異,即三版教材中化工內(nèi)容多為抽象闡述(89.9%~93.90%),而與之相關(guān)的實踐活動偏少。

    教材中采用實踐活動承載化工內(nèi)容,有利于教師開展豐富多彩的教學(xué)活動,避免枯燥無味地講解化工流程、概念、原理等,充分發(fā)揮化工內(nèi)容所蘊含的教學(xué)功能,且與舊教材相比,實踐探究活動已有所增加,如人教版以“傳統(tǒng)釀醋食醋和食用乙酸在生產(chǎn)工藝和成分上的異同”為話題設(shè)計了查閱資料活動,魯科版安排了“探討如何利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳合成甲醇”的微項目活動,蘇教版則設(shè)置了“以乙烯為原料合成乙酸乙酯”的交流討論活動。但總體來看,實踐活動的占比依然較低。

    4? 研究啟示

    在對比分析三版高中化學(xué)教材中化工內(nèi)容的建構(gòu)特點時發(fā)現(xiàn)了一些問題,如化工內(nèi)容呈現(xiàn)以文字?jǐn)⑹鰹橹?、素材單一、實踐探究活動偏少等,故從化工內(nèi)容建構(gòu)的三個維度對教材編寫者和教材使用者提出以下建議:

    4.1? 豐富化工內(nèi)容呈現(xiàn)形式,顯性化表征化工內(nèi)容

    高中課程改革和高考內(nèi)容改革均強調(diào)問題情境的復(fù)雜性和新穎性,新教材也注重提高學(xué)生應(yīng)用知識解決實際問題的能力[7]。真實的化工議題可能涉及政治、經(jīng)濟(jì)、文化、環(huán)境、安全等諸多領(lǐng)域,情境復(fù)雜、信息繁多,其解決過程往往需要我們對解決問題的各要素進(jìn)行整體考察和設(shè)計以及對單要素的多方面進(jìn)行考察、選擇和協(xié)調(diào)的控制。化工生產(chǎn)情境往往來源于化學(xué)工業(yè)應(yīng)用和化學(xué)工藝等,可借助化工生產(chǎn)案例來創(chuàng)設(shè)[8]。因此,化工生產(chǎn)的素材適用于創(chuàng)設(shè)真實問題情境以提升學(xué)生的高階思維和問題解決能力,具體應(yīng)用時:先梳理化工素材,然后觀照教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)增補、完善化工素材,接著定位素材類型,確定培育目標(biāo),最后系統(tǒng)設(shè)計、合理布局,用好化工素材資源[9]。

    但由于教材中化工內(nèi)容的呈現(xiàn)形式大多局限于文字?jǐn)⑹?,教師可嘗試在教學(xué)中展示模型,如在冶鋁、合成氨、高爐煉鐵和接觸法制硫酸等教學(xué)過程中可允許學(xué)生觀察縱向與橫向截面模型,以獲得對工藝過程的全面認(rèn)識[10]。此外,教師還可以運用動態(tài)虛擬仿真技術(shù)創(chuàng)建直觀、動態(tài)的生產(chǎn)工藝流程,以加深學(xué)生對化工生產(chǎn)原理的理解,優(yōu)化化工知識的教學(xué),加強理論與實踐的聯(lián)系。

    4.2? 重視化工內(nèi)容素材選取,發(fā)揮化工內(nèi)容正面價值

    4.2.1? 注重借鑒化工內(nèi)容發(fā)展史素材

    三版教材對化工發(fā)展史的關(guān)注不夠。像合成氨工業(yè)、侯氏制堿法、高爐煉鐵、鋁的冶煉、硫酸工業(yè)等的化工發(fā)展史,都與新課標(biāo)提供的情境素材密切相關(guān),在教材編寫或教學(xué)中進(jìn)行介紹,有利于促進(jìn)學(xué)生對化學(xué)學(xué)科特性的認(rèn)識和理解。相對于簡單的敘述,教材中融入化工發(fā)展史能展現(xiàn)化工發(fā)展過程中的原理變遷、技術(shù)革新和科技成果等[11],可為教師開展基于化工史料的化學(xué)史教學(xué)提供參考,有利于學(xué)生跟隨科學(xué)家的腳步,厘清化工發(fā)展的脈絡(luò),探尋與之相關(guān)化學(xué)知識的本源,加深化學(xué)學(xué)科理解,提升化學(xué)思維能力。

    4.2.2? 積極引入生活化和前沿化工內(nèi)容素材

    提及化工,人們腦海涌現(xiàn)的可能是掠奪、污染、毒害和爆炸等負(fù)面影響,這不利于向?qū)W生傳遞正面的價值觀念。因此,教師應(yīng)了解我國化工發(fā)展的戰(zhàn)略構(gòu)想,全面掌握教材中的化工內(nèi)容及其現(xiàn)實價值,引導(dǎo)學(xué)生感受化學(xué)在解決化工問題和促進(jìn)社會可持續(xù)發(fā)展的意義,促使學(xué)生形成對化工行業(yè)和化工事件的理性認(rèn)識,提高學(xué)生參與討論化工相關(guān)問題并予以決策的意識。

    目前,三版高中化學(xué)教材多以化學(xué)的視角選取化工內(nèi)容素材,簡單描述其生產(chǎn)過程,這不利于激發(fā)學(xué)生興趣,使學(xué)生參與其中。因此,教材應(yīng)多從公民的視角出發(fā)挖掘化工素材,如選擇“咖啡的制取——一種工業(yè)分離過程”“從油菜到生物柴油”等充滿生活趣味的素材,使化工內(nèi)容更加生態(tài)化,更容易被學(xué)生接受[12]。

    此外,面對我國創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享發(fā)展理念的提出,化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展備受關(guān)注,教材中化工內(nèi)容的素材選取應(yīng)關(guān)注綠色化工、化工安全和化工新材料等方面。這些素材有利于學(xué)生感受時代的發(fā)展,感知化學(xué)對社會發(fā)展的重要意義,有助于他們未來肩負(fù)起時代發(fā)展主力軍的職責(zé)。

    4.3? 創(chuàng)新化工內(nèi)容實踐活動,落實化工內(nèi)容教學(xué)功能

    與舊版教材相比,人教版和魯科版的實踐探究活動的設(shè)計有所增加,但三版教材中關(guān)于化工內(nèi)容的實踐性活動數(shù)依舊偏少,形式也主要局限為討論和調(diào)查。教材可嘗試增加自主設(shè)計類的實踐活動,即讓學(xué)生借助所學(xué)知識,自行制造化工小產(chǎn)品,如制造飲料、自制鏡子、配制醫(yī)藥碘酒等。教師則可引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計化驗、鑒別化學(xué)成分的方案,并組織學(xué)生成立課外科研小組,研究配制萬能膠、食品添加劑和水果保鮮劑等項目,這都有利于學(xué)生學(xué)習(xí)、鞏固并運用化工知識解決實際問題,進(jìn)而發(fā)展化工素養(yǎng)。此外,像合成氨的教學(xué)中,反應(yīng)條件的選擇就比較困難,為了讓學(xué)生掌握這方面的理論與實踐知識,可帶學(xué)生參觀工廠并請技術(shù)人員指導(dǎo)[13]。

    我國高中化學(xué)教材中的化工內(nèi)容歷來都占有相當(dāng)?shù)谋壤?,但化工?nèi)容的教學(xué)效果多年來仍不盡人意,新版教材雖然發(fā)生了一些變化,但我們?nèi)孕枰_認(rèn)識教材中化工內(nèi)容的地位和作用。在化學(xué)與化工重新交叉和融合的大背景下,我們應(yīng)不斷完善教材中的化工內(nèi)容,引領(lǐng)學(xué)生理性對待、正確認(rèn)識和參與化工相關(guān)問題的解決。

    參考文獻(xiàn):

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