强化整体设计 凸显习题功能

龚伟+傅权嵚

摘要：美国初中科学教科书《科学探索者：化学反应》的习题具有栏目设置多样、模拟真实情境、深化概念理解、关注方法学习、注重能力提升等特点，启示我国科学教科书在选编习题时应赋予习题更多的功能：立足概念学习、促进教材理解、体验真实问题，全面提升学生的学科能力。

关键词：科学探索者；习题特色；化学反应；教材研究

文章编号：1005–6629（2017）2–0021–06 中图分类号：G633.8 文獻标识码：B

1 研究缘起

习题作为教科书的重要组成部分，既是学习者理解教科书、有效学习的辅助工具，也是评估学习者学习目标达成度的重要载体。近年来，随着我国基础教育新课程改革的深化实施，化学教科书从设计理念到内容选择、组织与呈现都有了显著改进，但尚存在不少问题，因而国内外化学教科书习题的比较研究仍然值得关注。

本研究以美国初中主流理科教科书《科学探索者》（Science Explorer）为研究对象，重点从习题的栏目设置、情境选择、关注重点以及考查功能等角度剖析《化学反应》一册的习题特色，以期能够探析教材编写者的编写意图，进而分析其课程观、教材观、教学观，以期为我国初中化学教科书编写以及教学实践提供参考。

2 《科学探索者》习题体系特色探析

《科学探索者》（Science Explorer）是由帕迪利亚（M. J. Padilla）主持编写、经培生教育集团（Prentice Hall）出版的5～8年级的主流理科系列教科书。《化学反应》是17本单册中的一册，该册由四个章节组成：原子和化学键，化学反应，酸、碱和溶液，碳化学。对《化学反应》一册的课后习题进行深入分析，发现其习题编写有以下特色：

2.1 借助栏目设置，突出习题功能

《义务教育化学课程标准》（2011版）中对教科书的整体编写提出了具体要求：采用生动多样的呈现方式，发挥教材的多样教育功能[1]。《科学探索者》课后习题栏目丰富，每一个栏目承担着不同的教学功能，更好地为学习者“理解教材、探究学习”服务，较好地体现了学习活动的规划和指导。

表1列出了《科学探索者》课后习题系统的栏目设置，每个章节的习题系统由四个部分组成：“节末评估”用于学习者对本节内容进行小结，既包括“复习主要概念”栏目，大约聚焦于2～3个主要概念，用于辅助学习者进行内容复习，又根据具体内容配有“科学写作”、“家庭活动”或“技能实验室”来支持学习者开展课外活动，进一步加深学生对主要概念的理解；“学习指导”以“节”为单位，列出每一节的主要概念及主要术语，有助于学习者构建起全章的概念体系；“复习与评估”环节包括“组织信息”、“复习主要术语”、“检测概念”、“批判性思考”、“应用技能”等栏目，并通过“表格”、“选择”、“判断”、“问答”等形式引导学生进行系统复习，每一章节的复习评估题量在25题左右；“标准化测试卷”题量虽然不多，但旨在给学习者提供一个模拟的测试环境，检测其认知水平发展状况，以便很好地反馈教学。

进一步比较发现，国内初中化学教科书已经在借鉴国外教科书的处理方式，如沪教版初中化学在每章章末均设置了“归纳与整理”栏目[2]，供学习者复习所用，具有一定的指导意义。而《科学探索者》章末的“学习指导”更具特色，借鉴了“核心概念”的研究成果，不仅列举主要概念，而且用一句完整的陈述句来表达化学概念[3]。这样的表达，一方面更易于明确需要学习者理解和掌握概念的主要内容及其学习价值，也更易于建立概念间的联系；另一方面也有助于学习者“不再停留在记住几个术语的表面”，而是促进概念的理解深入到“内核”。

2.2 重视情境设计，突出应用价值

化学教育的本质在于让学习者洞悉化学学科的内在属性与本质规律，从化学的视角去观察、分析和处理事件，让学习者在学习化学知识、技能之后能应用到日常生活中与化学有关的问题上，真正成为其科学素养的一部分[4]。因此，“在生活中学习化学”成为了现代化学教育的基本理念，《科学探索者》习题正是秉承这一理念，让学习者在解决化学习题的同时体会感受到真实存在与实际应用，从而体会到化学对人类的生存与发展所起到的巨大作用。

《科学探索者》一般在学习者充分理解基本概念与掌握基本技能之后设置情境化问题，着眼于学习者是否能够在相对真实的情境下识别与分析所要解决的问题，进而提出合理的解决方案，最终顺利地解决化学问题。一般在“科学写作”、“家庭活动”或“技能实验室”以及章末“标准化测试卷”中模拟真实的情境，每章大约10个左右习题属于情境化习题。如“共价键”一节中的“家庭活动”栏目要求学习者利用洗涤剂或肥皂向家人展示除垢效果，并解释具体原因；“碳化合物”一节的“技能实验室”栏目要求学习者利用牙签和橡皮糖来模拟碳原子的链接；“酸、碱和溶液”一章的“本章课题”要求学习者自制指示剂并思考如何选择材料。对比国内化学情境化习题可以发现，《科学探索者》中的情境化习题综合评估学习者的概念理解、技能掌握、方案设计等方面的能力，要求更高，也更有利于学习者发展自身的学科能力。

2.3 深化概念理解，建构内容体系

化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的一门基础自然科学，其特征是研究物质和创造物质。概念在化学的发展历程中起到了举足轻重的功能，可以帮助人们将现实世界中纷繁复杂的现象、事物加以抽象、概括以及分类并建立起相互间的广泛联系，最终形成对世界整体化、结构化的认识，即帮助人们将其认识从简单的知觉水平提升到思维水平，这样可以更加全面地认识世界。因此，《科学探索者》的习题十分注重检测学习者概念的理解深度，图1是其习题设计思路。从整体上看，上文所述的众多栏目设置其实是在统一的框架下设计的。

宏观层次上，教科书的习题系统先是节末初步评估学习者的概念理解，重在引导学习者学习；其次是章末学习指导对本章主要概念进行概括，供学习者总结参考；再次是复习与评估通过“比较与分析”的视角让学习者进一步深化概念的理解；最后是标准化测试综合检测学习者概念发展水平。而这些栏目均围绕本章的核心思想而设置的，从整体上为学习者提供一个完整的认知框架。

中观层次上，以“节末评估”为例来说明。不同章节的“节末评估”有着不同的设计，但起始环节均是“复习主要概念”，在于支持学习者复习初学概念；后续环节要求学习者收集材料进行科学写作或相关实验。如“元素和原子”这一节的“复习主要概念”从微观层次上评估学习者对原子、元素以及原子模型的认识；“科学写作”要求学习者以汤姆生的名义给另外一名科学家写信解释为什么原子必须包括正电荷与负电荷以及为什么会提出这种原子模型。这种“先基础、后综合”的学习要求，符合学生的认知顺序，有助于学习者学习层次的提高。

从微观层次上看，各栏目设计的最大特点就是逐步加大学习任务的难度。如“复习主要概念”针对“价电子”的学习对学习者提出如下的学习要求：“定义（什么是价电子？）→复习（价电子在元素结合形成化合物的过程中起着什么作用？）→比较和比对（当氧元素与其他元素形成化合物时，氧原子是变得更加稳定，还是变得更加活泼？）”。这样的设计遵循了“最近发展区”理论的要求，让学习者亲身经历像科学家一样的思维过程，不断完善自身的概念发展水平。

2.4 关注方法学习，提供学习指导

“学科结构”（structure of the disciplines）是“一门学科特定的一般概念、一般原理所构成的体系”与“该门学科特定的探究方法与探究态度”两者的有机统一。当课程按照学科结构的要求组织的时候，就能使课程站在知识的最前沿，学习者也能够像科学家一样从事发现学习、探究学习[5]。作为启蒙教材的《科学探索者》，不仅重视学习者理解科学概念本身，更对学习者如何学习化学、如何解答习题给予了十分具体的指导与支持。在整个习题体系中，相同栏目的习题一般具有相同的学习要求。为此，《科学探索者》在附录部分详细列举了相应的技能要求：运用已有知识、提出问题、预览直观教具、列提纲、确认主要思想、比较与比对、确定正面证据、排序、构建因果关系、概念图，并简要地进行解释以帮助学习者正确理解和解答习题。

以“酸、碱和溶液”一章为例（图2），这一章包括五节内容，每一节的习题设置均提出了不同的阅读技能要求。其中，“描述酸和堿”这一节的阅读技能要求是“提出问题”，习题中通过若干具体小问题一方面引导学习者完成相应的技能要求，另一方面强化学习者的概念理解，以完成相应的学习目标。这种将方法学习要求显性化的做法，不仅深化了学习者的概念理解，更使得学习者“走在‘适当的训练迁移的大道上”。

此外，《科学探索者》不仅对习题中出现的各种技能要求作出说明，而且在“标准化测试卷”的试题前设置了“测试小贴士”，为学习者解答相关问题提供了具体范例指导，以便答题时有章可循。

2.5 注重能力提升，追求全面发展

2010年颁布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010～2020年）》[6]以“坚持能力为重”作为当前基础教育的重要指导思想。科学教育必须为学习者未来发展必需的多种能力作准备，在这准备过程中“习题”也必须发挥其不可或缺的作用。对《科学探索者》中的习题体系中的能力要素进行梳理发现，大体在两个方面关注学习者的能力提升：

第一种设计思路与美国《国家科学教育标准》[7]相似，依据科学家在认知过程中所运用的知识、方法、过程将能力进行分解，着眼于学习者的整体“科学探究能力”，让学习者亲身经历科学探究的全过程。如“技能实验室”栏目提供具体的问题情境，激励学习者像科学家一样思考和探究问题，在科学探究的各环节按科学探究总目标进行细化，并在探究完成后提出进一步探索的课题。表2展示了“揭示离子的性质”对学习者的科学探究能力要求。

第二种设计思路是根据具体学习内容的内在特点及特殊要求来设计习题，不同学习内容对能力的要求有所不同，但类似于指向培养未来公民的总的能力要求[8]，如表3列出不同章节“复习与评估”部分中“批判性思考”栏目的能力要求，它们具有一定的共同之处，这种做法有助于学习者基于共同能力去解决不同问题。

3 对我国化学教材习题编写的启示

习题的功能不仅在于巩固与强化，更可以促进学生继续学习，依据对《科学探索者》习题体系特色的分析，以及借鉴相关学习理论研究成果，对我国化学教材习题编写提出如下建议：

3.1 习题编写理念需坚持“整体学习”思想

自从20世纪80年代以来，“整体学习（Holistic Learning）”成为了课程与教学领域的研究热点。“整体学习”基于相互关联和整体性的原则，把学习者看作是身体、心理、情感和精神相统一的完整的人，是一种通过不同形式的共同体寻求学科之间、学习者之间关联的教与学的方式[9]。《科学探索者》习题正是基于“整体学习”的思想来进行设计的，也给予我们相应的启示：宏观层面上，习题可将知识理解、能力提升以及情感体验融为一体，让学习者在解决化学习题过程中凭借自身能力来综合运用已学知识，并感知化学知识的价值与意义；中观层次上，应将习题的评估功能（如深化概念理解）分解——节末习题主要承担概念理解功能，章末习题主要承担知识框架构建功能，标准化测试则承担能力提高的功能；微观层次上，习题所评估的核心概念及基本技能的掌握需考虑学习者的认知顺序，逐步加大难度。

3.2 习题选择内容需着眼于学习者概念理解

化学属于科学的一个分支，与人们的日常生产、生活密切联系，涉及了大量的化学概念。现代公民要学习和了解这些化学概念及其系统，才能对世界有更清晰、更深刻的理解，才能促进对科学本质的理解、解决有关化学的现实问题，最终与自然界和谐共处。因此，化学课程的习题内容选择，应以基本概念为起点，模拟真实的生活情境，重点评估学习者的概念理解水平。同时，节末、章末以及具体的每一道练习题必须考虑到“学习者概念学习往往被分解成渐进发展的几步”，形成不同层次的习题链，逐步来评估学习者的概念发展水平，而不是仅仅做到不重复。此外，《科学探索者》章末“学习指导”栏目进一步启示我们：减少支离破碎的、条目式的罗列，基于整合的观点、用生动而恰当的语句向学习者呈现化学核心概念，帮助学习者建立一个完整的概念理解框架。

3.3 习题评估功能需突出学习者的能力提升

习题评估以概念理解为起点的，同时也要考虑其整体功能，最终也是最重要的是评估学习者的学科能力，这就需要教科书编写者在编制习题时考虑到习题的形式、情境以及问题设计均为学科能力提升而服务的（图3）。内容丰富、灵活多变的形式的不同习题要求学习者掌握不同的解题思路与方法，可以很好地评估学习者各种必备的基本概念与技能，如增加实验题既可以强化学习者的实验思维与动手操作能力，也增进他们对科学探究过程的认识，并激发他们积极探究的兴趣。有的放矢地设置真实情境，不仅仅是要求学习者在解决问题过程中情感态度价值观方面有所发展，更重要的是要求学习者利用化学知识与信息加工策略将复杂的问题簡化成“已知条件+未知空间”的形式，这就锻炼了学习者作为一个现代人的基本信息素养。待学习者对化学问题有了正确的表征之后，就需要他们动用自己的已有认知结构对问题的解决方法和程序进行思考并付诸行动，必要时还需运用元认知策略，最终有效解决化学习题，学习者的知识结构得到完善，学科能力也得到了充分的提升。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2012：56.

[2]中学化学国家课程标准研制组.义务教育课程标准实验教科书·化学[M].上海：上海教育出版社，2012.

[3]张颖之，刘恩山.核心概念在理科教学中的地位和作用——从记忆事实想理解概念的转变[J].教育学报，2010，6（1）：57～61.

[4]龚伟，王玮，丁珣，陈赟.中考化学试题情境创设的系统研究[J].化学教育，2013，（5）：49～51，55.

[5]钟启泉，张华.课程与教学论[M].沈阳：辽宁大学出版社，2007：15～16.

[6]中华人民共和国教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010～2012年）[EB/OL]. http：//www.edu.cn/ zong_he_870/20100730/t20100730_501910.shtml.

[7] National Research Council（NRC）. National Science Education Standards [M]. Washington， DC： National Academy Press，1996.

[8]龚伟.义务教育阶段（7～9年级）科学学科能力测评框架构建及应用研究[D].上海：华东师范大学博士学位论文，2013：64～65.

[9] The Holistic Learning and Spiritually in Education Network [EB/OL]. http：//www.oise.utoronto.ca/fieldcentres/miller-ascd.html.