四国高中化学教材“化学键’’内容比较*

孙齐 闫春更 冯肖肖 周青

摘要：基于闫春更等建立的教材难度二维度四指标评价模型，对中、美、英、澳四国高中化学教材中“化学键”内容的整合广度、表征深度进行了测评，发现四国教材整合广度数值差异不大，美国教材表征深度明显较高;中国教材注重概念知识体系的清晰表达;英国教材将概念介绍与具体例子相结合;澳大利亚教材的内容与生活实际联系较多。美国教材在内容组织中巧妙设置了“电负性与△EN”这一“支架”，在内容呈现中注重情境推理与解释等高级信息处理方式的运用，凸显了化学键知识的认识工具价值。

关键词：教材难度;国际比较;化学键;流程图法

文章编号：1008-0546（2019） 11-0006-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2019.1 1.002

化学学科教育的目的之一是培养学生的好奇心以及对宏观事物进行微观探索的思维倾向与能力。化学键反映了物质内部相邻原子间强烈的相互作用，是揭示物质宏观性质与其微观结构之间关系的关键知识，是实现学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”等素养发展的重要素材。本研究选取中国、美国、澳大利亚、英国的主流高中化学教材，对其中“化学键”的内容难度进行测评比较，分析各国该部分教材内容编写的特点，以期为我国教材设计与编写提供参考。

一、研究对象

选取中国、美国、澳大利亚、英国的主流高中化学教材中“化学键”内容（具体包括离子键、共价键、金属键、离子化合物、共价化合物、分子间力、电负性、VSEPR模型、分子立体结构等知识点）作为研究对象，四国教材基本情况见表1。

二、研究方法

1.评价模型

闫春更等人建立的教科书难度“二维度四指标”评价模型如图1所示，其中，基本广度、基本深度取值大小与教科书难度呈正相关;整合广度、表征深度取值大小与教科书难度呈负相关。

2.评价方法

采用Flow Map（流程图法）进行教科书整合广度和表征深度的评价[1]：（1）将教材中主要概念或知识点按照出现的先后顺序依次排列，用“顺序箭头”标明其关系。（2）按照不同概念或知识点间的“信息回访”关系（如先前概念或知识点中的某个术语在随后概念中再次出现，记作由后者到前者的一次信息回访），用“回访箭头”标明其关系，完成流程图绘制。如图2美国教材“化学键”的知识结构流程图中，知识点2、3中的“离子键、共价键”术语首次出现在知识点1中，因此分别出现了由知识点2、3指向知识点1的回访箭头。（3）对流程图中每条概念或知识呈现时采用的信息处理方式进行评判。信息处理方式分为直接定义、描述、比较或对比、情境推理与解释4个层级水平，具体内涵见表2。定量统计中，将A、B级合并为低级信息表征水平（简称“低表征水平”），C、D级合并为高级信息表征水平（简称“高表征水平”）。（4）对流程图中反映的知识结构的整合广度、表征深度等进行定量统计。①整合广度=流程图中概念回访总数/（概念总数目+概念回访总数）。以美国教材为例，其整合广度=18/（18+27） =0.400。②表征深度=高表征水平分值/（低表征水平分值+高表征水平分值）。以美国教材为例，其表征深度=53/73=0.726。（5）针对流程图反映的知识结构特征进行质性评价。

三、数据分析与结果讨论

两位研究者分别对中国、澳大利亚、美国、英国的化学教材中“化学键”的内容进行流程图的独立绘制，计算得其整合广度和表征深度的评分者一致性系数分别为0.743和0.714，信度较高。

1.中美教材“化学键”内容流程图

限于篇幅，我们只给出美国、中国教材“化学键”内容的流程图（见图2、图3）。

2.整合广度与表征深度分析

四国教材“化学键”内容整合广度和表征深度的分析见表3。

3.四国教材内容难度分析

（1）知识点分布分析

由表4可见，四国教材均涉及的知识点包括：离子键、共价键、离子化合物、共价化合物、电子式。其他三国教材均有而中国教材未明确涉及的知识点为电负性、金属键;中国教材呈现但其他三国教材均未明显涉及的知识点为分子手性、杂化轨道、分子结构对溶解性的影响。中国教材在选修三中花大量篇幅介绍了杂化轨道以及配合物的相关知识，实践活动模块中还介绍了运用计算机软件Chemsketch制作分子立体模型。英国教材还介绍了氢键与水的沸点、张力、密度等之间的关系，对范德华力、诱导力、氢键等都做了详细介绍。美国教材图片较多，包括用图示形式讲解金属键;用橡皮糖和气球来展示分子模型，并涉及相关知识的应用实例，如介绍双键时以乙烯为例，还介绍了乙烯催熟功能;在化学与技术模块介绍了纸层析法及其应用。澳大利亚教材将共价键、金属键、离子键分三个章节进行讲解，对每一种键的类型都进行了详细的介绍，其巾金属键内容与日常生活联系紧密。

（2）整合广度分析

从表3中可以看出，英国、中国、澳大利亚的教材整合广度数值较大，分别为0.491、0.466、0.467，美国教材的整合广度较小。整合广度的取值大小与教科书难度呈负相关，即就整合广度而言，美国教材难度较大。

结合流程图进行教材内容分析，发现四国教材化学键内容组织与整合的差异如下：美国教材中“电负性”概念的回访次数最多（5次），且大致表现出“离子键与共价键——电负性——离子键特性与共价键的特性”这一组织顺序。可见，美国教材以“电负性”作为串联化学键主要概念的线索，揭示了离子键、共价键的微观结构与其所导致的物质宏观特性之间的关系，有助于学生理解离子键、共价键的区别、联系并把握化学键的本质。围绕电负性这一概念，教材分别介绍了电负性的周期性变化、電负性与屏蔽效应、电负性与核电荷的关系、电负性差值等内容，电负性及△EN起到了一个“支架”的作用，体现了建构主义教学思想。澳大利亚教材中“VSEPR模型”“单键”“金属的特性”3个概念的回访次数依次为5、4和4，由此可以看出澳大利亚教材的重点放在了分子立体结构上，以VSEPR模型贯穿分子立体结构的学习，在VSEPR模型之前讲解了金属键模型，但各个知识点之间联系较弱。英国教材中“共价单键”“离子键”的概念回访次数依次为5和3，教材以共价单键贯穿共价键内容的学习，由离子键过渡到共价单键再到其后的双键、三键、键长、键能等知识点。中国教材中“电子式”“共价键”“离子键”3个概念的回访次数依次为5、5、4，通过“电子式”将离子键、共价键、离子化合物、共价化合物等概念联系起来，相关概念间的关系脉络清晰，但离子键、共价键内容相对独立，可见教材注重对化学键概念内涵及其化学符号表征的强调。综上所述，四国教材通过特定的知识组织方式为学生勾勒出不同的“知识图景”，中美教材的知识组织较为突出，中国教材注重对化学键内涵及其下位知识点之间关系的表达，美国教材注重学生对离子键、共价键之区别与联系的深度解释。

（3）表征深度分析

从表3可知，英国、中国、澳大利亚教材的表征深度数值较低，分别为0.459、0.462和0.508，美国教材的表征深度数值（ 0.704）相对较大，即就表征深度而言，中国、英国和澳大利亚教材的“化学键”内容难度较美国教材大。

如在“共价键”内容呈现中，美国教材更多地采用“比较或对比（C）”或“情境推理与解释（D）”等高级信息处理方式：以电负性差值△EN较大的离子键进行对比提出问题“当两个原子不存在电负性差值或者电负性差值很小时是什么情况？”，以双方势均力敌的拔河比赛类比非极性共价键，从△EN的角度对非极性共价键进行介绍;以双方对比力量悬殊的拔河比赛为例类比极性共价键，从△EN的角度对极性共价键进行介绍;之后介绍共价化合物的物理性质，并展示几种共价键分子的立体模型;最后同样从△EN的角度介绍极性共价键对分子沸点的影响。综上可以发现，美国教材在这部分内容介绍时，都是围绕电负性进行知识介绍，并且图示较多。相比之下，澳大利亚教材采用描述（B）的信息处理方式：从品格结构角度解释氯化钠不是分子的原因;从氢原子半径的角度解释原子之间的重叠组成分子，并用图示展示两个氢原子的原子轨道重叠形成氢分子的分子轨道的过程;以两个氢原子互相靠近形成氢分子过程中能量变化的数据图示说明，氢分子最稳定状态时两个氢原子的质子和电子处于互相靠近的位置，即在形成氢分子过程中，两个氢原子各自贡献出自己的一个电子组成电子對，从而对共价键进行介绍。澳大利亚教材在介绍完非极性共价键之后，穿插了路易斯结构、分子的形状等内容;在分子间作用力的内容中，介绍了电负性和偶极作用，由电负性和偶极作用描述极性共价键的形成并以CH4和CH3Cl的立体结构图和电负性值描述极性分子和非极性分子。

四、结论与启示

关于“化学键”内容，其他三国教材均有而中国教材未明确涉及的知识点为电负性、金属键;中国教材呈现但其他三国教材均未明显涉及的知识点为分子手性、杂化轨道、分子结构对溶解性的影响。美国高中化学教材中“化学键”内容的组织与呈现比较突出，值得借鉴：该教材不局限于对离子键、共价键、离子化合物、共价化合物等知识点之间关系的简单描述，而是以“电负性”概念作为重要“支架”，揭示了上述知识点的内涵及相互间的深度联系，既提升了化学键知识体系的理论深度，又很好地实现了化学键知识的认识工具价值，引导学生去解释或解决物质宏观性质与其微观结构之关系的系列问题。因此，在化学键内容的教材编写中应该明确：在目标层面，化学键内容不仅应该作为一种认识结果，更应该作为一种认知工具，学生应该在化学键的课程学习与课程体验中，把握描绘物质内部相邻原子间不同作用方式的途径及其实质，并将其作为形成“宏观-微观-符号”三重表征能力的重要素材。在方法层面，应该注重问题情境创设，注重情境推理与解释等内容表征方式的运用，提升学生对化学学科问题的建构与解决能力。

参考文献

[1] 闫春更，周青，王婷婷.教科书难度评价的模型建立与方法改进[J].上海教育科研，2015（09）：42-45