中美德三国高中化学教材中化学动力学内容设计的比较研究？鄢

关婷艳+周宝石+周青

摘要：在高中化学教学内容中，化学动力学是化学反应原理的重要组成部分。中美德三国高中化学教材中化学动力学部分的内容选取、编排和呈现方式各不相同。德国高中化学教材既重视化学动力学基本理论部分，也重视催化反应动力学部分，内容选取较系统;中国高中化学教材重视化学动力学基本理论的内容，淡化催化反应动力学的内容;美国高中化学教材中化学动力学部分的内容不仅少而且简单。

关键词：高中化学教材;化学动力学;内容选取的比较;内容编排的比较

文章编号：1008-0546（2014）12-0055-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.022

化学动力学是研究化学反应速率和反应机理的物理化学分支学科[1]，主要通过研究化学反应发生的具体过程和路径，认识化学反应从开始到完成的各个步骤（反应历程），从而探究出化学反应速率的大小及其影响因素，找到控制反应速率的方法，并将其应用到工业生产中，以满足工业生产的需要。化学动力学的研究对化工领域、化学、医学和食品等学科的发展具有重要意义。

高中阶段化学动力学的内容主要包括化学动力学基本理论和催化反应动力学的一些基础知识，是学生认识化学反应机理的基础，也是学生认识化学工业的起点。这部分内容看似简单，但是其蕴含的学科思维的教学价值不容忽视。通过这部分内容的学习，学生可以在明确化学变化的基础上，认识化学变化所遵循的基本原理和规律以及化学变化与时间的定量关系，建立对化学反应规律的微观认识，形成化学学科思维，了解到化学反应原理对科学技术和社会发展所起的重要作用，能对生产、生活和自然界中有关化学变化的现象进行合理的解释，增强探索化学反应原理的兴趣。

高中学生学习化学动力学部分内容的主要媒介是高中化学教材，教材中这部分内容的选取和编排直接影响学生的学习效果。世界发达国家高中化学教材在化学动力学的内容设计上特点各异。本文对中美德三国高中化学教材中化学动力学内容的选取、编排和呈现特点进行了比较研究，并根据我国的教育现状和学情批判性地借鉴国外高中化学教材中这部分内容设计的可取之处，希望可以为我国高中化学动力学部分的教学及教材编写提供反思和参考。

一、内容选取的比较[2]

本文选取的研究对象依次是：人民教育出版社2007年出版的《化学2（必修）》[3]，《化学反应原理（选修4）》[4]（中国）;Glencoe/ McGraw-Hill出版公司2009年出版的Chemistry：Concepts and Application[5]（化学：概念与应用）（美国）;巴伐利亚教育出版社2009年出版的GALVANI Chemie 11·Ausgabe B[6]（德国）。

高中化学教材中化学动力学的内容主要包括化学动力学基本理论和催化反应动力学两部分。中美德三国高中化学教材中化学动力学的内容选取见表1。

1. 化学动力学基本理论内容选取的比较

高中化学教材中的化学动力学基本理论主要包括化学反应速率和反应速率理论两部分，从表1中可以看出：在化学反应速率内容的选取上，三个国家的高中化学教材中都选取了化学反应速率的定义、影响反应速率的因素及其规律。中国和德国的高中化学教材中选取的内容还包括：化学反应速率的表达式、计算、单位和实验测量。此外，德国高中化学教材中选取的内容还包括：平均反应速率，瞬时反应速率，离散程度的概念模型和RGT规则。

在反应速率理论内容的选取上，三个国家各不相同，德国高中化学教材选取的内容包括：碰撞理论和过渡态理论，其中碰撞理论介绍了化学反应发生的三个条件，分别是粒子必须发生碰撞、粒子必须具备一定的能量和粒子的碰撞必须在一定方向上;过渡态理论介绍了过渡态、放热反应的过渡态能量曲线图和活化能。中国高中化学教材选取的内容包括：简化后的有效碰撞模型，化学反应发生的两个条件，即分子必须发生碰撞（充分条件）和有效碰撞（必要条件）;过渡态理论中只选取了活化分子和活化能两个概念，并没有介绍过渡态理论的内容。美国高中化学教材选取的内容只有活化能，在此基础上介绍了化学反应发生的条件，即分子碰撞时必须具备一定的能量，理论要求较低。

2. 催化反应动力学内容选取的比较

高中化学教材中的催化反应动力学主要包括催化剂、酶和抑制剂三方面的内容，从表1中可以看出：在催化剂内容的选取上，三个国家的高中化学教材都选取了催化剂的概念、性质和催化作用原理。不同的是德国高中化学教材中还详细介绍了催化作用的两种方式，即均相催化和多相催化;在生物催化剂——酶的内容选取上，中国和美国的高中化学教材比较相似，选取的内容主要有：酶的概念、性质和实际应用;德国高中化学教材选取的内容主要有：酶的概念、性质，酶-底物复合物，酶的作用方式（模型），作用特异性，底物特异性，酶活性的影响因素以及酶的实际应用;在抑制剂内容的选取上，只有美国和德国高中化学教材中选取了抑制剂的概念和实际应用，此外德国高中化学教材中还介绍了三种类型的抑制作用及其特点。由此可以看出德国高中化学教材比较重视催化反应动力学这一部分，选取的内容比较全面。

二、内容编排和呈现的比较[7]

如何编排和呈现教材内容是编制教材中非常重要的一个方面。中美德三国高中化学教材中化学动力学内容的章节分布如表2所示。

从表2中可以看到：中美德三国高中化学教材中化学动力学内容的编排顺序大体相同，都是在介绍化学反应速率概念的基础上，介绍外界因素对反应速率的影响及其应用，最后介绍催化反应动力学的内容;但是反应速率理论的内容在三国高中化学教材中的编排各不相同。各国高中化学教材中化学动力学部分的编排和内容呈现的具体情况如下：

中国高中化学教材中化学动力学的内容编排在两本教材中，必修2中首先介绍化学反应速率的定义，然后通过实验定性地介绍温度和催化剂对反应速率的影响，最后在科学视野中简单介绍催化剂和酶及其应用;选修4在此基础上，首先在绪言部分简单地介绍碰撞理论、活化分子和活化能，然后在第二章中定量地介绍反应速率的表达式，并呈现了测量反应速率的实验，最后进一步通过实验探究影响反应速率的因素及其规律，并从微观角度结合活化分子百分数和有效碰撞频率给予解释。因此中国高中化学教材中化学动力学部分采取螺旋式上升的编排方式。endprint

美国高中化学教材中化学动力学的内容编排在第六章第3节的反应速率这一小标题中，首先在介绍活化能的基础上，从能量角度引出了化学反应发生的条件，即分子碰撞必须具备一定的能量;然后通过生活实例定性地介绍化学反应速率的概念和外界因素对反应速率的影响及其规律;最后介绍催化剂和抑制剂，其中重点介绍酶及其在生命体内的重要作用，简单介绍抑制剂的作用和实际应用。

德国高中化学教材中化学动力学的内容编排在第七章“反应速率和酶的催化作用”，共有十小节内容，第1节定量地介绍化学反应速率，通过测定盐酸和镁反应生成的气体体积这一实验，绘制出气体体积——时间曲线，然后读取相应时间上的气体体积，利用图解法计算平均反应速率，理解瞬时反应速率，呈现了定量计算化学反应速率的科学方法和具体过程。第2节从微观角度全面地呈现碰撞理论和过渡态理论的内容，并解释化学反应发生的条件和过程。之后从第3节到第5节通过设计探究实验依次介绍了固体表面积、浓度和温度对反应速率的影响及其规律，并运用模型和反应速率理论来解释各因素的影响规律，其中温度对反应速率的影响规律用RGT规则表示，即温度每升高10℃，反应速率提高一倍，此外还介绍了各因素的影响规律在生活和生产实例中的应用。第6节在介绍活化能的基础上，解释催化剂提高反应速率的原因，然后介绍催化剂、催化作用的两种方式及其过程和实例。最后从第7节到第9节详细介绍酶，依次介绍了酶的概念和性质、酶的作用方式和酶活性的影响因素，并呈现了酶在食品工业和生物分析中的应用实例。第10节介绍抑制剂的概念、作用和三种类型的抑制作用及其特点，在章末以概念图的形式展示本章知识点之间的联系。由此可以看出德国高中化学教材中化学动力学部分的内容体系完整，并以直线型编排。

三、结论

通过分析和比较中美德三国高中化学教材中化学动力学的内容选取、编排和呈现，得到以下结论：

（1）在化学动力学内容的选取上，德国高中化学教材既重视化学动力学基本理论部分，也重视催化反应动力学部分，整体内容选取的较系统;中国高中化学教材比较重视化学动力学基本理论的内容，淡化催化反应动力学的内容;美国高中化学教材中化学动力学部分的内容不仅少而且简单。

（2）在化学动力学内容的编排和呈现上，德国高中化学教材以直线型编排，通过展示学习知识的科学方法和过程，深入透彻地讲解概念和原理，而且通过一些生产生活实例和插图来体现知识的实用性，并在章末以概念图的形式展示本章知识点之间的联系，整体结构比较完整，有利于学生初步建立起化学动力学的知识体系;中国高中化学教材则采取螺旋式上升的编排方式，但是应用方面的内容不足，与现实生活有些脱节;美国高中化学教材是通过生活实例或者创设情境来编排和呈现教材内容，并重视知识的应用价值。

四、启示

普通高中化学课程标准中规定，化学教学要体现课程改革的基本理念，引导学生积极主动地学习，掌握最基本的化学知识和技能，了解化学科学研究的过程和方法;在实际教学过程中要尽量联系生产、生活实际，帮助学生拓宽视野，开阔思路，也要发挥实验的教育功能，重视探究学习活动，发展学生的科学探究能力。高中化学教材要为课程改革和教学服务，在分析和了解了中美德三国高中化学教材中化学动力学内容设计的特点之后，结合我国的教育现状及课程标准中化学动力学部分的内容标准，批判性地借鉴国外高中化学教材中化学动力学部分内容设计的可取之处，对我国高中化学教材中化学动力学内容的编写和实际教学提出如下启示：

（1）在化学动力学内容的选取上，我国应将与生活密切相关的催化剂和酶的知识以及应用实例更加丰富地编入高中化学教材;在化学动力学内容的编排和呈现上，我国高中化学教材应重视化学知识产生过程的呈现和科学方法的运用，为培养学生的科学思维能力提供真实的情境。

（2）在实际教学过程中，教师对于催化剂的应用案例应更加贴近时代和生活，让学生体验和认识到化学科学对人类生活的真实影响以及化学知识的实用性;还应注重从学生认知规律的角度出发，创设更多真实情境或生活实例来呈现化学动力学基础理论和催化剂的内容，使学生对知识的认识从感性认识逐渐上升到理性认识。

参考文献

[1] 天津大学物理化学教研室. 物理化学（下册）[M]. 北京：高等教育出版社，2009：507

[2] 田红，周青，杨辉祥. 英国“Advanced Chemistry”教材有机化学内容编排的评析[J].化学教育，2008，（3）：10-12

[3] 课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书化学2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：47-50

[4] 课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书化学反应原理（选修4）[M].北京：人民教育出版社，2007：2-4，16-24

[5] John S. Phillips，Victor S. Strozak，Cheryl Wistrom，et al. Chemistry：Concepts and Applications[M]. New York：Glencoe /McGraw-Hill companies，2009：216-221

[6] Isabell Hefner，Georg Herrmann，Werner Kraus，et al. GALVANI Chemie 11·Ausgabe B[M]. Bayerischer Schulbuch Verlag GmbH，München，2009：139-161

[7] 周青，朱雪莲，杨辉祥. 英美两种高中化学教材中原电池内容的编制特点[J]. 化学教育，2008，（1）：13-15endprint

美国高中化学教材中化学动力学的内容编排在第六章第3节的反应速率这一小标题中，首先在介绍活化能的基础上，从能量角度引出了化学反应发生的条件，即分子碰撞必须具备一定的能量;然后通过生活实例定性地介绍化学反应速率的概念和外界因素对反应速率的影响及其规律;最后介绍催化剂和抑制剂，其中重点介绍酶及其在生命体内的重要作用，简单介绍抑制剂的作用和实际应用。

德国高中化学教材中化学动力学的内容编排在第七章“反应速率和酶的催化作用”，共有十小节内容，第1节定量地介绍化学反应速率，通过测定盐酸和镁反应生成的气体体积这一实验，绘制出气体体积——时间曲线，然后读取相应时间上的气体体积，利用图解法计算平均反应速率，理解瞬时反应速率，呈现了定量计算化学反应速率的科学方法和具体过程。第2节从微观角度全面地呈现碰撞理论和过渡态理论的内容，并解释化学反应发生的条件和过程。之后从第3节到第5节通过设计探究实验依次介绍了固体表面积、浓度和温度对反应速率的影响及其规律，并运用模型和反应速率理论来解释各因素的影响规律，其中温度对反应速率的影响规律用RGT规则表示，即温度每升高10℃，反应速率提高一倍，此外还介绍了各因素的影响规律在生活和生产实例中的应用。第6节在介绍活化能的基础上，解释催化剂提高反应速率的原因，然后介绍催化剂、催化作用的两种方式及其过程和实例。最后从第7节到第9节详细介绍酶，依次介绍了酶的概念和性质、酶的作用方式和酶活性的影响因素，并呈现了酶在食品工业和生物分析中的应用实例。第10节介绍抑制剂的概念、作用和三种类型的抑制作用及其特点，在章末以概念图的形式展示本章知识点之间的联系。由此可以看出德国高中化学教材中化学动力学部分的内容体系完整，并以直线型编排。

三、结论

通过分析和比较中美德三国高中化学教材中化学动力学的内容选取、编排和呈现，得到以下结论：

（1）在化学动力学内容的选取上，德国高中化学教材既重视化学动力学基本理论部分，也重视催化反应动力学部分，整体内容选取的较系统;中国高中化学教材比较重视化学动力学基本理论的内容，淡化催化反应动力学的内容;美国高中化学教材中化学动力学部分的内容不仅少而且简单。

（2）在化学动力学内容的编排和呈现上，德国高中化学教材以直线型编排，通过展示学习知识的科学方法和过程，深入透彻地讲解概念和原理，而且通过一些生产生活实例和插图来体现知识的实用性，并在章末以概念图的形式展示本章知识点之间的联系，整体结构比较完整，有利于学生初步建立起化学动力学的知识体系;中国高中化学教材则采取螺旋式上升的编排方式，但是应用方面的内容不足，与现实生活有些脱节;美国高中化学教材是通过生活实例或者创设情境来编排和呈现教材内容，并重视知识的应用价值。

四、启示

普通高中化学课程标准中规定，化学教学要体现课程改革的基本理念，引导学生积极主动地学习，掌握最基本的化学知识和技能，了解化学科学研究的过程和方法;在实际教学过程中要尽量联系生产、生活实际，帮助学生拓宽视野，开阔思路，也要发挥实验的教育功能，重视探究学习活动，发展学生的科学探究能力。高中化学教材要为课程改革和教学服务，在分析和了解了中美德三国高中化学教材中化学动力学内容设计的特点之后，结合我国的教育现状及课程标准中化学动力学部分的内容标准，批判性地借鉴国外高中化学教材中化学动力学部分内容设计的可取之处，对我国高中化学教材中化学动力学内容的编写和实际教学提出如下启示：

（1）在化学动力学内容的选取上，我国应将与生活密切相关的催化剂和酶的知识以及应用实例更加丰富地编入高中化学教材;在化学动力学内容的编排和呈现上，我国高中化学教材应重视化学知识产生过程的呈现和科学方法的运用，为培养学生的科学思维能力提供真实的情境。

（2）在实际教学过程中，教师对于催化剂的应用案例应更加贴近时代和生活，让学生体验和认识到化学科学对人类生活的真实影响以及化学知识的实用性;还应注重从学生认知规律的角度出发，创设更多真实情境或生活实例来呈现化学动力学基础理论和催化剂的内容，使学生对知识的认识从感性认识逐渐上升到理性认识。

参考文献

[1] 天津大学物理化学教研室. 物理化学（下册）[M]. 北京：高等教育出版社，2009：507

[2] 田红，周青，杨辉祥. 英国“Advanced Chemistry”教材有机化学内容编排的评析[J].化学教育，2008，（3）：10-12

[3] 课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书化学2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：47-50

[4] 课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书化学反应原理（选修4）[M].北京：人民教育出版社，2007：2-4，16-24

[5] John S. Phillips，Victor S. Strozak，Cheryl Wistrom，et al. Chemistry：Concepts and Applications[M]. New York：Glencoe /McGraw-Hill companies，2009：216-221

[6] Isabell Hefner，Georg Herrmann，Werner Kraus，et al. GALVANI Chemie 11·Ausgabe B[M]. Bayerischer Schulbuch Verlag GmbH，München，2009：139-161

[7] 周青，朱雪莲，杨辉祥. 英美两种高中化学教材中原电池内容的编制特点[J]. 化学教育，2008，（1）：13-15endprint

美国高中化学教材中化学动力学的内容编排在第六章第3节的反应速率这一小标题中，首先在介绍活化能的基础上，从能量角度引出了化学反应发生的条件，即分子碰撞必须具备一定的能量;然后通过生活实例定性地介绍化学反应速率的概念和外界因素对反应速率的影响及其规律;最后介绍催化剂和抑制剂，其中重点介绍酶及其在生命体内的重要作用，简单介绍抑制剂的作用和实际应用。

德国高中化学教材中化学动力学的内容编排在第七章“反应速率和酶的催化作用”，共有十小节内容，第1节定量地介绍化学反应速率，通过测定盐酸和镁反应生成的气体体积这一实验，绘制出气体体积——时间曲线，然后读取相应时间上的气体体积，利用图解法计算平均反应速率，理解瞬时反应速率，呈现了定量计算化学反应速率的科学方法和具体过程。第2节从微观角度全面地呈现碰撞理论和过渡态理论的内容，并解释化学反应发生的条件和过程。之后从第3节到第5节通过设计探究实验依次介绍了固体表面积、浓度和温度对反应速率的影响及其规律，并运用模型和反应速率理论来解释各因素的影响规律，其中温度对反应速率的影响规律用RGT规则表示，即温度每升高10℃，反应速率提高一倍，此外还介绍了各因素的影响规律在生活和生产实例中的应用。第6节在介绍活化能的基础上，解释催化剂提高反应速率的原因，然后介绍催化剂、催化作用的两种方式及其过程和实例。最后从第7节到第9节详细介绍酶，依次介绍了酶的概念和性质、酶的作用方式和酶活性的影响因素，并呈现了酶在食品工业和生物分析中的应用实例。第10节介绍抑制剂的概念、作用和三种类型的抑制作用及其特点，在章末以概念图的形式展示本章知识点之间的联系。由此可以看出德国高中化学教材中化学动力学部分的内容体系完整，并以直线型编排。

三、结论

通过分析和比较中美德三国高中化学教材中化学动力学的内容选取、编排和呈现，得到以下结论：

（1）在化学动力学内容的选取上，德国高中化学教材既重视化学动力学基本理论部分，也重视催化反应动力学部分，整体内容选取的较系统;中国高中化学教材比较重视化学动力学基本理论的内容，淡化催化反应动力学的内容;美国高中化学教材中化学动力学部分的内容不仅少而且简单。

（2）在化学动力学内容的编排和呈现上，德国高中化学教材以直线型编排，通过展示学习知识的科学方法和过程，深入透彻地讲解概念和原理，而且通过一些生产生活实例和插图来体现知识的实用性，并在章末以概念图的形式展示本章知识点之间的联系，整体结构比较完整，有利于学生初步建立起化学动力学的知识体系;中国高中化学教材则采取螺旋式上升的编排方式，但是应用方面的内容不足，与现实生活有些脱节;美国高中化学教材是通过生活实例或者创设情境来编排和呈现教材内容，并重视知识的应用价值。

四、启示

普通高中化学课程标准中规定，化学教学要体现课程改革的基本理念，引导学生积极主动地学习，掌握最基本的化学知识和技能，了解化学科学研究的过程和方法;在实际教学过程中要尽量联系生产、生活实际，帮助学生拓宽视野，开阔思路，也要发挥实验的教育功能，重视探究学习活动，发展学生的科学探究能力。高中化学教材要为课程改革和教学服务，在分析和了解了中美德三国高中化学教材中化学动力学内容设计的特点之后，结合我国的教育现状及课程标准中化学动力学部分的内容标准，批判性地借鉴国外高中化学教材中化学动力学部分内容设计的可取之处，对我国高中化学教材中化学动力学内容的编写和实际教学提出如下启示：

（1）在化学动力学内容的选取上，我国应将与生活密切相关的催化剂和酶的知识以及应用实例更加丰富地编入高中化学教材;在化学动力学内容的编排和呈现上，我国高中化学教材应重视化学知识产生过程的呈现和科学方法的运用，为培养学生的科学思维能力提供真实的情境。

（2）在实际教学过程中，教师对于催化剂的应用案例应更加贴近时代和生活，让学生体验和认识到化学科学对人类生活的真实影响以及化学知识的实用性;还应注重从学生认知规律的角度出发，创设更多真实情境或生活实例来呈现化学动力学基础理论和催化剂的内容，使学生对知识的认识从感性认识逐渐上升到理性认识。

参考文献

[1] 天津大学物理化学教研室. 物理化学（下册）[M]. 北京：高等教育出版社，2009：507

[2] 田红，周青，杨辉祥. 英国“Advanced Chemistry”教材有机化学内容编排的评析[J].化学教育，2008，（3）：10-12

[3] 课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书化学2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：47-50

[4] 课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书化学反应原理（选修4）[M].北京：人民教育出版社，2007：2-4，16-24

[5] John S. Phillips，Victor S. Strozak，Cheryl Wistrom，et al. Chemistry：Concepts and Applications[M]. New York：Glencoe /McGraw-Hill companies，2009：216-221

[6] Isabell Hefner，Georg Herrmann，Werner Kraus，et al. GALVANI Chemie 11·Ausgabe B[M]. Bayerischer Schulbuch Verlag GmbH，München，2009：139-161

[7] 周青，朱雪莲，杨辉祥. 英美两种高中化学教材中原电池内容的编制特点[J]. 化学教育，2008，（1）：13-15endprint