基于解釋結(jié)構(gòu)模型的高中化學(xué)必修1內(nèi)容比較分析

徐晶晶　黃紫洋

摘要：基于解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）的基本原理和操作步驟，以人教版和蘇教版高中化學(xué)教材必修1的內(nèi)容“氯的性質(zhì)”為例，構(gòu)建鄰接矩陣并將其轉(zhuǎn)化為可達矩陣，通過所得的層級有向圖比較兩個版本對于相同知識點在編排順序上的差異，分析兩版本不同的風(fēng)格，為教材的比較研究提供一種獨特的新視角。

關(guān)鍵詞：解釋結(jié)構(gòu)模型；層級有向圖；教材分析；比較分析

文章編號：1008-0546（2017）04-0002-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.04.001

《普通高中化學(xué)課程標準（實驗）》（簡稱“課標”）明確強調(diào)，在備課環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)該細致分析教材，并處理好不同模塊之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生更好地認識科學(xué)的本質(zhì)，掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識與基本技能，從而具備解決實際問題的能力[1]。不難發(fā)現(xiàn)，對化學(xué)教材的正確分析，準確把握教材各知識點之間的聯(lián)系，是有效教學(xué)的起點，也是制定合理的教學(xué)目標與設(shè)計恰當?shù)慕虒W(xué)程序的前提。

教材的編寫在一定程度上反映了編寫者的教師觀與學(xué)生觀，不同的編寫者對相同教學(xué)內(nèi)容的編寫，則會體現(xiàn)出不同的編排意圖。由于不同的教學(xué)研究者為教師和學(xué)生提供了多個版本的教材對比素材，更便于不同教材之間的相互借鑒與促進，有利于不同教師依據(jù)實際需要選擇合適的教材編排順序，設(shè)計更為符合學(xué)生認知規(guī)律的教學(xué)程序。當前，對于如何進行教學(xué)設(shè)計，如何更為有效地進行高中化學(xué)的備課，不免存在以下兩個問題：一是教師過分遵循課本的教材內(nèi)容框架體系，機械式照本宣科進行教材分析；二是教師依據(jù)自身的經(jīng)驗分析、解讀教材，由于缺乏科學(xué)的分析方法，在教材分析環(huán)節(jié)中，難以準確呈現(xiàn)化學(xué)基本知識要素以及知識之間的內(nèi)在聯(lián)系。故筆者嘗試運用解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）分析法，對人教版與蘇教版教材中“氯的性質(zhì)”內(nèi)容進行比較分析，探討各自的特點，為高中化學(xué)教材比較分析提供一種科學(xué)性、定量化的新視角，旨在拋磚引玉，為一線教師在高中化學(xué)教材的比較分析上提供一種借鑒。

一、ISM分析法

Warfield教授于1973年提出了解釋結(jié)構(gòu)模型（Interpretive Structural Modeling，ISM）[2]。該模型最早用于將一個復(fù)雜的系統(tǒng)進行精細化，分解成多個子系統(tǒng)（要素），并基于人們?nèi)粘Ｉ睢⒐ぷ髦械膶嵺`經(jīng)驗以及計算機的幫助，最終得到一個多級遞階的結(jié)構(gòu)模型[3-4]。1978年，日本的佐藤隆博教授證實，運用該模型可對教學(xué)進行研究，便于開發(fā)教材。通過這個方法，教師在進行教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)中，能夠?qū)⒅饔^的認識與實踐經(jīng)驗有機地融入教材分析，最終達到將教學(xué)內(nèi)容以直觀的層級有向圖呈現(xiàn)出來的可視化效果，實現(xiàn)教材的結(jié)構(gòu)化與序列化。通過該模型可以細致地對教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的要素以及各要素間的內(nèi)在關(guān)系進行比較分析[5-6]。ISM分析教材的過程包括以下4步：

（1）抽取學(xué)科教材知識要素。ISM分析法中知識要素需要符合以下三個標準：一是在教材中有明確的概念講解；二是在整個章節(jié)體系當中占據(jù)節(jié)點地位；三是在每節(jié)課的小結(jié)中，可以作為主要知識點。

（2）確定知識要素間的關(guān)聯(lián)，獲得鄰接矩陣。根據(jù)ISM對教材的分析，如果學(xué)生要想掌握S2要素，前提是要先學(xué)會并掌握S1，則認為S1和S2之間是存在關(guān)聯(lián)的，即S1是S2的直接子目標。依據(jù)該方法對某部分內(nèi)容的所有要素建立關(guān)系圖，最后將要素關(guān)系圖轉(zhuǎn)化為鄰接矩陣。

（3） 通過計算機程序?qū)⑧徑泳仃囖D(zhuǎn)化為可達矩陣，制作要素層級分布表。E是單位矩陣，A是鄰接矩陣，根據(jù)布爾運算，當（A+E）k ≠（A+E）k+1 =（A+E）k+2可求得可達矩陣。由于人工計算工作量大，本文通過計算機進行Visual FoxPro 6.0軟件編程，輸入鄰接矩陣后可以直接求得可達矩陣M。

（4）探討、修正，形成要素層級有向圖。教師在實際運用解釋結(jié)構(gòu)模型的過程中，應(yīng)根據(jù)教材內(nèi)容、學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況等對得出的要素層級有向圖進行探討，通過具體的實踐過程，討論某些要素是否需要刪除與變更，同一層級的要素在教學(xué)過程中出現(xiàn)的先后順序，亦或是各要素間的形成關(guān)系判斷是否正確，若需修正，則返回上一步驟，直到所得的要素層級有向圖符合實際情況為止，以便使ISM分析法更適應(yīng)于教材分析。

二、“氯的性質(zhì)”教材內(nèi)容的ISM分析

依據(jù)上述對知識要素確定的標準，并結(jié)合課標的要求，即“通過實驗了解氯、氮、硫、硅等非金屬及其重要化合物的主要性質(zhì)，認識其在生產(chǎn)中的應(yīng)用和對生態(tài)環(huán)境的影響”[1]。抽取蘇教版化學(xué)必修1教材中“氯的性質(zhì)”的知識要素15個，同樣人教版教材中“氯的性質(zhì)”的知識要素也有15個，分別標注為S1、S2、……S15，如表1所示。

根據(jù)ISM對教材的分析過程，兩種版本的“氯的性質(zhì)”中15個知識要素間的相互關(guān)系如圖1所示。

根據(jù)圖1的知識要素間的關(guān)系形成圖，編制得到鄰接矩陣。接著通過計算機編程求得可達矩陣。并由可達矩陣運算得到要素層級分布表，最后根據(jù)層級分布表得到如圖2所示的兩個層級有向圖。

三、結(jié)果分析與討論

根據(jù)人教版和蘇教版化學(xué)教材必修1的“氯的性質(zhì)”層級有向圖，結(jié)合ISM分析法，可得到以下幾點對比與分析結(jié)果[7]。

1. 核心概念選擇的異同

通過對人教版和蘇教版高中化學(xué)必修1“氯的性質(zhì)”這一節(jié)內(nèi)容的層級有向圖的比較發(fā)現(xiàn)，兩者的核心要素選擇大致相同。氯是學(xué)生在高中階段接觸到的第一種非金屬元素，因而，兩本教材都從學(xué)生的生活實際出發(fā)，引起興趣。從學(xué)生熟悉的大海出發(fā)，由海水資源引出對“氯的性質(zhì)”的學(xué)習(xí)，最后回歸到化學(xué)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，所以，各要素的安排是合理又科學(xué)的。其中，蘇教版教材在正文中，引入高中階段較為重要的知識“氯堿工業(yè)原理”，以及“制備Cl2的實驗裝置流程”，人教版教材則是增加了“H2在Cl2中燃燒”的實驗，進而使學(xué)生對“燃燒本質(zhì)”有新的認識、以及具備對“Cl-的檢驗”等知識要素的理解。

蘇教版教材首先通過介紹“氯堿工業(yè)原理”進而引出實驗室制取Cl2的方法，緊接著介紹實驗室制備Cl2的裝置。由于Cl2制備裝置的各部分作用是高考較為常見的知識點，教師有必要對學(xué)生進行細致的講解，讓學(xué)生真正理解，達到靈活應(yīng)用的效果。因而，蘇教版的安排較為合理。人教版則在教材中引入“Cl-的檢驗”，該要素也是不可忽略的，人教版通過實驗的輔助講解，可以讓學(xué)生深刻理解，為什么在檢驗Cl-的時候，在滴加AgNO3溶液后還需要再滴加稀硝酸。如果學(xué)生能正確理解該內(nèi)容，對以后的解題將產(chǎn)生很大的幫助。同時，通過H2在Cl2中燃燒的實驗，讓學(xué)生轉(zhuǎn)變以往對燃燒本質(zhì)的錯誤理解，即并不是燃燒就一定要有O2的參與。任何發(fā)光、發(fā)熱的劇烈的化學(xué)反應(yīng)，都可以稱之為燃燒。通過增加該知識點的講解，使得學(xué)生對于燃燒本質(zhì)的認識更為科學(xué)、正確，同時也加深對氧化還原反應(yīng)的認識。所以，教師在教學(xué)過程中，可以適當增加該知識要素的講解。

2. 起始要素安排的異同

所謂起始要素，是指在層級有向圖中，該要素與其他要素具有關(guān)聯(lián)，而本身無其他要素的支撐，在整個層級有向圖中充當基石的作用。該部分知識中人教版與蘇教版教材的起始要素不同，蘇教版教材采用“電解飽和食鹽水”和“氯的發(fā)現(xiàn)”，而人教版教材采用“氯的發(fā)現(xiàn)”。

通過比較可以發(fā)現(xiàn)，兩版本起始要素有所差異，都體現(xiàn)在制取Cl2時的引入。新課程的基本理念重視學(xué)生所學(xué)的知識與生活實際相聯(lián)系，因而，兩版本都注重培養(yǎng)學(xué)生“化學(xué)源于生活，又服務(wù)于生活”的思想。蘇教版教材從海水曬鹽導(dǎo)入新課，從生活實際出發(fā)，引起學(xué)生興趣的同時，順勢引出工業(yè)上用電解食鹽水制取Cl2的方法，這也是高中化學(xué)階段學(xué)生需要掌握的“氯堿工業(yè)原理”。接著由工業(yè)制Cl2的原理引出實驗室制Cl2的方法。這兩種制取Cl2的方式都是高中階段學(xué)生需要掌握和學(xué)會應(yīng)用的內(nèi)容。況且，電解食鹽水的方程式是《化學(xué)2》電化學(xué)部分需要掌握的方程式，學(xué)生在此提前了解，對今后學(xué)習(xí)電化學(xué)知識也有所幫助，因而，蘇教版的安排較為合理，教師可以根據(jù)實際情況選擇補充這一知識點。

3. 最高要素選擇的異同

位于層級有向圖中最高層的知識要素（亦為第一層）即為最高要素。兩版本的教材在“氯的性質(zhì)”這一部分內(nèi)容的最高學(xué)習(xí)目標都定位在“Cl2的生活生產(chǎn)應(yīng)用”上，可以看出，兩版本教材都重視化學(xué)在現(xiàn)實生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，以期培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)與生活聯(lián)系的思想。

4. 要素間形成關(guān)系的比較

兩版本教材在內(nèi)容編排上大致是按照Cl2的制取、Cl2的物理性質(zhì)、Cl2的化學(xué)性質(zhì)和Cl2的生活生產(chǎn)應(yīng)用的先后順序呈現(xiàn)的。通過對照不難發(fā)現(xiàn)，在人教版與蘇教版教材中，知識要素的編排都遵循循序漸進的思想，高層級的要素都有相應(yīng)的低層級要素作為依托，體現(xiàn)學(xué)習(xí)由易到難的原則，同時這種教學(xué)順序也符合學(xué)生的認知規(guī)律，從他們已有的認知基礎(chǔ)出發(fā)，學(xué)習(xí)起來才會更加順暢，便于對知識的理解。此外，該編排順序使得整個教材的脈絡(luò)更為清晰，也有利于教師的教學(xué)以及明確各階段應(yīng)當達到的教學(xué)目標。

四、結(jié)論

基于解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）對人教版和蘇教版《化學(xué)1》 “氯的性質(zhì)”一節(jié)中提取的15個知識要素進行比較、分析，得到兩個版本關(guān)于同一教材知識內(nèi)容的層級有向圖，并通過核心概念的選擇、起始要素的異同、最高要素的選擇以及各知識要素間的形成關(guān)系進行比照。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人教版與蘇教版教材的知識結(jié)構(gòu)安排大體上是相似的，僅在個別核心要素及起始要素上有所差異。因此，教師需要根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗、學(xué)生水平的不同以及實際教學(xué)情況，對教材進行合理地刪、增、補、拓與重組，盡可能使得教學(xué)內(nèi)容更適于學(xué)生學(xué)習(xí)的需要以及教師教學(xué)的要求。

參考文獻

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