中美高中化學(xué)教材“化學(xué)反應(yīng)與能量”專題比較研究

閆銀權(quán)

摘? ? 要：“化學(xué)反應(yīng)與能量”專題是學(xué)生建立化學(xué)能量觀的核心載體，具有重要的教育教學(xué)價值。對中美高中教材中“化學(xué)反應(yīng)與能量”專題從內(nèi)容體系、欄目設(shè)置、知識素材和章復(fù)習(xí)四個方面進(jìn)行比較研究后發(fā)現(xiàn)，美版教材內(nèi)容豐富、多學(xué)科融合、欄目功能強(qiáng)大，能夠較好地實現(xiàn)教材的功能，值得我國化學(xué)教材編寫和教學(xué)借鑒。

關(guān)鍵詞：教材;化學(xué)反應(yīng)與能量;比較研究;能量觀;核心素養(yǎng)

化學(xué)教材是化學(xué)課程的具體化，是對化學(xué)課程理念的體現(xiàn)和對化學(xué)課程內(nèi)容的落實。比較研究不同教材有利于我們更好地領(lǐng)會教材編寫的意圖和價值，同時發(fā)現(xiàn)教材編寫的不足和缺陷，從而做到有整合地高效地用教材教，更好地實現(xiàn)課程目標(biāo)。

“化學(xué)反應(yīng)與能量”是高中化學(xué)的重要組成部分，具有重要的教育教學(xué)價值。從知識領(lǐng)域劃分，“化學(xué)反應(yīng)與能量”屬于化學(xué)熱力學(xué)內(nèi)容，主要研究物質(zhì)在化學(xué)變化中所伴隨著的能量變化，并對化學(xué)反應(yīng)的方向和進(jìn)行的程度做出準(zhǔn)確的判斷;從知識所承載的化學(xué)觀念及育人功能來看，“化學(xué)反應(yīng)與能量”是學(xué)生建立化學(xué)能量觀的核心載體，使學(xué)生更好地認(rèn)識化學(xué)的社會價值，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。本文就我國人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《化學(xué)》[1，2]（以下簡稱“人教版”）與美國高中主流理科教材《化學(xué)：概念與應(yīng)用》[3]（以下簡稱“美版”）中“化學(xué)反應(yīng)與能量”專題進(jìn)行比較研究，從內(nèi)容體系、欄目設(shè)置、知識素材、章復(fù)習(xí)等四方面分析差異，旨在為我國教材編寫及教師教學(xué)提供參考。

一、中美教材“化學(xué)反應(yīng)與能量”比較研究

（一）內(nèi)容（編排）體系的比較

人教版與美版中“化學(xué)反應(yīng)與能量”都分為兩部分編排，體現(xiàn)了認(rèn)知的螺旋式發(fā)展。核心內(nèi)容都包含反應(yīng)熱、吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)、熱化學(xué)方程式、反應(yīng)熱的計算及應(yīng)用等。但兩版教材的主體內(nèi)容仍存在較大差別（見表1）。人教版篇幅共計23頁，美版共計39頁，美版內(nèi)容篇幅量大、知識覆蓋面廣，更注重學(xué)科間的交叉和知識間的邏輯關(guān)系，有助于學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)與能量知識體系及化學(xué)能量觀的建構(gòu)，以及多角度、深層次地思考和認(rèn)識化學(xué)及其價值。

1.關(guān)于熵及化學(xué)反應(yīng)的方向

能量觀是由能量本質(zhì)觀、能量形式觀、能量轉(zhuǎn)換觀、能量耗散觀和能量守恒觀等構(gòu)成的認(rèn)知體系。美版在本專題介紹了化學(xué)反應(yīng)的動力、熵的概念及意義、化學(xué)反應(yīng)方向的判斷。用焓變和熵變說明化學(xué)反應(yīng)的方向涉及化學(xué)中的能量耗散，有利于學(xué)生了解化學(xué)反應(yīng)的方向、全面地認(rèn)識能量現(xiàn)象[4]，形成科學(xué)的化學(xué)能量觀。人教版在本專題中未提及熵和化學(xué)反應(yīng)的方向，而是放在選修4第二章“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”的最后一節(jié)“化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向”中討論，這樣的編排弱化了知識體系及能量概念系統(tǒng)的建構(gòu)，也未能揭示概念應(yīng)用的本質(zhì)（從能量角度研究化學(xué)反應(yīng)），不利于學(xué)生形成全面的能量觀。

2.關(guān)于能源及其利用中的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保問題

利用化學(xué)開發(fā)使用能源是化學(xué)重要的社會價值。人教版提到了能源的重要性，化石燃料不能再生，解決的辦法是開源節(jié)流。但沒有具體說明措施，只停留在知識介紹的層面，沒有上升到感悟現(xiàn)實意義的層面。美版詳細(xì)介紹了能源經(jīng)濟(jì)學(xué)、能源利用效率。從鋁制品的回收利用、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能、使用催化劑節(jié)能、熵及提高工業(yè)效率等多方面闡述能源的利用及節(jié)能原理、方法，探討可再生能源及其意義。這樣將化學(xué)知識與自然、社會以及科學(xué)、技術(shù)融合起來，滲透STSE教育，有利于學(xué)生形成正確的科學(xué)（能源）觀念及環(huán)保意識;更能體現(xiàn)學(xué)習(xí)是為生活服務(wù)，為人類服務(wù)的理念，形成正確的價值觀。催化劑、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能等內(nèi)容兩版教材都有章節(jié)專門學(xué)習(xí)，但美版在此集中介紹體現(xiàn)了教材內(nèi)容的整合性與全面性以及教材編制的實用性與靈活性，能更好地實現(xiàn)教材的功能與價值。

3.關(guān)于光合作用

太陽是地球的能量之源，太陽能經(jīng)過光合作用轉(zhuǎn)化為化學(xué)能為地球上的生命體利用，能量的來源及轉(zhuǎn)化是我們理解生命存在的基礎(chǔ)。美版將生物學(xué)知識與化學(xué)學(xué)科有機(jī)融合起來，使學(xué)生在科學(xué)的大觀念下建立了較為系統(tǒng)的能量和物質(zhì)轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化觀與守恒觀，為學(xué)生進(jìn)入大學(xué)的科學(xué)學(xué)習(xí)奠定了思想觀念基礎(chǔ)。人教版不學(xué)習(xí)此部分內(nèi)容（只在必修2的“科學(xué)視野”欄目中介紹了生物體中的能量轉(zhuǎn)化），隔斷了學(xué)科間密切融合的內(nèi)容及學(xué)生跨學(xué)科思維的形成，單科思維不利于學(xué)生科學(xué)觀念的形成與核心素養(yǎng)的發(fā)展。

4.關(guān)于化學(xué)反應(yīng)熱的測量、計算

反應(yīng)熱的測量與計算是能量研究的重要內(nèi)容。人教版以實踐活動的形式學(xué)習(xí)了中和熱的測定;通過例題讓學(xué)生較系統(tǒng)地掌握蓋斯定律及反應(yīng)熱的計算，形成能量守恒觀。美版在同一節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)熱量測量及計算，使學(xué)生明確實驗與計算的關(guān)系而不是純粹的計算技能;涉及的是食物中蘊含的能量，與健康生活密切相關(guān)，促進(jìn)學(xué)生形成正確的價值觀念?？傊?，人教版更重視蓋斯定律理論和計算，嚴(yán)謹(jǐn)、難度大;美版更關(guān)注反應(yīng)熱的測量和應(yīng)用，實用、難度小。

（二）欄目設(shè)置的比較

欄目是課堂教學(xué)內(nèi)容的載體，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的“中介”手段，使學(xué)習(xí)的指向更為明確。如表2所示，人教版欄目重視與社會聯(lián)系，注重對學(xué)生正確價值觀的培養(yǎng);但有的欄目功能較弱，如科學(xué)視野欄目供學(xué)生自主選擇閱讀，沒有設(shè)計問題，學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性不強(qiáng)。美版欄目新穎多樣，緊密聯(lián)系生活、社會，多學(xué)科交叉，每個欄目功能獨特（見表3）?？傊?，美版欄目突出學(xué)科性，兼顧綜合性，功能強(qiáng)大，學(xué)習(xí)指導(dǎo)性強(qiáng);人教版重在傳授知識與技能，與其他學(xué)科及生活的融合性及功能性顯得不足。

（三）知識素材比較

教材中的知識素材是其內(nèi)容的補(bǔ)充與詮釋，素材選用是否恰當(dāng)影響著學(xué)生對知識的理解與掌握以及學(xué)生對化學(xué)學(xué)科價值的理解。比較發(fā)現(xiàn)（見表4），美版突出的特點是引入大量精彩的圖片，從不同角度恰到好處地將難懂、抽象的化學(xué)知識以學(xué)生熟悉的畫面形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前，增強(qiáng)了內(nèi)容的直觀性、可讀性，降低了學(xué)習(xí)難度?？茖W(xué)史話可以讓學(xué)生知道相關(guān)歷史事實的來龍去脈，有利于學(xué)生更好地理解科學(xué)的發(fā)展歷程，促進(jìn)學(xué)生形成正確的科學(xué)觀與價值觀。

（四）章復(fù)習(xí)比較

章復(fù)習(xí)是學(xué)生鞏固知識和發(fā)展認(rèn)知系統(tǒng)的重要載體，從表5可知兩版本的章復(fù)習(xí)差異較大。人教版只有“歸納與整理”對本章重點知識點進(jìn)行總結(jié)，沒有復(fù)習(xí)題。美版設(shè)計精細(xì)，除知識概要外，還有更細(xì)的分類引導(dǎo)問題。美版章習(xí)題與節(jié)習(xí)題分層設(shè)置，難度逐漸加深，注重對知識的本質(zhì)理解與應(yīng)用;內(nèi)容注重生活化設(shè)計、多學(xué)科綜合，促進(jìn)學(xué)生思維深化、能力提高和素養(yǎng)發(fā)展。

二、結(jié)論與啟示

化學(xué)能量觀是重要的科學(xué)觀念，具有重要的教育教學(xué)價值。只具有具體知識、方法和技能，沒有正確科學(xué)觀念的人，科學(xué)素質(zhì)必定不會高[5]。從以上比較可知，美版內(nèi)容全面豐富，多學(xué)科融合，注重知識的邏輯關(guān)系，突出知識體系與化學(xué)能量觀的完整建構(gòu);圖片新穎多樣，欄目功能強(qiáng)大，指導(dǎo)性強(qiáng);習(xí)題層次清晰，難度適中，強(qiáng)化理性思維與知識概念的應(yīng)用，很好地實現(xiàn)了教材的功能，達(dá)成了建構(gòu)化學(xué)能量觀和認(rèn)識化學(xué)學(xué)科價值、社會價值的課程目標(biāo)。我國化學(xué)教材編寫和化學(xué)教學(xué)可以從以下三方面加以改進(jìn)。

（一）內(nèi)容選取上，突出學(xué)科性，兼顧融合性，凸顯STSE教育

化學(xué)是一門中心學(xué)科，與物理學(xué)、生物學(xué)、地理科學(xué)、文學(xué)、藝術(shù)、歷史以及生命健康等密切相關(guān)?；瘜W(xué)教材不應(yīng)該僅傳遞化學(xué)知識與技能，更應(yīng)該體現(xiàn)化學(xué)的學(xué)科價值、社會價值和育人價值。在教材編寫及教師教學(xué)中選取內(nèi)容要以化學(xué)為中心，跨學(xué)科融合;貼近生活、社會實際，凸顯STSE理念。培養(yǎng)學(xué)生建立多學(xué)科綜合意識，指導(dǎo)學(xué)生用STSE的思維模式思考化學(xué)及其價值，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)觀念、核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展。

（二）內(nèi)容呈現(xiàn)上，豐富素材和欄目，強(qiáng)化教育功能

教材的內(nèi)容呈現(xiàn)是知識與課程理念最為直接的載體，是向?qū)W生傳遞知識、滲透科學(xué)思想的媒介，影響著教材價值的實現(xiàn)。在教材編寫及實際教學(xué)中要注重素材的多樣性和實用性，強(qiáng)化其教育功能。教材欄目設(shè)置要整體規(guī)劃，富有啟發(fā)性，突出功能性。要注重設(shè)置跨學(xué)科綜合性欄目，結(jié)合多樣化的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生從知識記憶轉(zhuǎn)向整合不同信息進(jìn)行理性分析、解決問題，增強(qiáng)其思維能力、認(rèn)知能力和跨學(xué)科聯(lián)系的敏感性[6]，從而提升核心素養(yǎng)。

（三）章復(fù)習(xí)應(yīng)精細(xì)設(shè)計，促進(jìn)素養(yǎng)發(fā)展

復(fù)習(xí)是學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)。章復(fù)習(xí)設(shè)計可分為兩部分，一部分用概念圖、表格、思維導(dǎo)圖等工具引導(dǎo)學(xué)生對專題知識進(jìn)行梳理，促進(jìn)學(xué)生對知識的結(jié)構(gòu)性建構(gòu)。另一部分是習(xí)題，新版課標(biāo)強(qiáng)調(diào)，要重視化學(xué)習(xí)題設(shè)計的創(chuàng)新，發(fā)揮習(xí)題在促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展方面的作用[7]。習(xí)題要精細(xì)分類設(shè)計，功能明確;重視情境化設(shè)計，滲透STSE教育;重視多學(xué)科交叉，知識多角度運用。習(xí)題要發(fā)展學(xué)生的理性思維、知識遷移能力和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[5]吳俊明，吳敏.為什么要關(guān)注科學(xué)觀念——關(guān)于科學(xué)觀念和科學(xué)觀念教育的思考之一[J].化學(xué)教學(xué)，2014（4）：3-6，13.

[6]陸孟君，王世存，王紅梅.美國高中化學(xué)教材中跨學(xué)科內(nèi)容分析——基于《化學(xué)：概念與應(yīng)用》的教材分析[J].化學(xué)教學(xué)，2019（11）：26–30.

[7]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：83.