中美高中化学教材“化学反应与能量”专题比较研究

闫银权

摘    要：“化学反应与能量”专题是学生建立化学能量观的核心载体，具有重要的教育教学价值。对中美高中教材中“化学反应与能量”专题从内容体系、栏目设置、知识素材和章复习四个方面进行比较研究后发现，美版教材内容丰富、多学科融合、栏目功能强大，能够较好地实现教材的功能，值得我国化学教材编写和教学借鉴。

关键词：教材;化学反应与能量;比较研究;能量观;核心素养

化学教材是化学课程的具体化，是对化学课程理念的体现和对化学课程内容的落实。比较研究不同教材有利于我们更好地领会教材编写的意图和价值，同时发现教材编写的不足和缺陷，从而做到有整合地高效地用教材教，更好地实现课程目标。

“化学反应与能量”是高中化学的重要组成部分，具有重要的教育教学价值。从知识领域划分，“化学反应与能量”属于化学热力学内容，主要研究物质在化学变化中所伴随着的能量变化，并对化学反应的方向和进行的程度做出准确的判断;从知识所承载的化学观念及育人功能来看，“化学反应与能量”是学生建立化学能量观的核心载体，使学生更好地认识化学的社会价值，发展学生的核心素养。本文就我国人教版普通高中课程标准实验教科书《化学》[1，2]（以下简称“人教版”）与美国高中主流理科教材《化学：概念与应用》[3]（以下简称“美版”）中“化学反应与能量”专题进行比较研究，从内容体系、栏目设置、知识素材、章复习等四方面分析差异，旨在为我国教材编写及教师教学提供参考。

一、中美教材“化学反应与能量”比较研究

（一）内容（编排）体系的比较

人教版与美版中“化学反应与能量”都分为两部分编排，体现了认知的螺旋式发展。核心内容都包含反应热、吸热反应、放热反应、热化学方程式、反应热的计算及应用等。但两版教材的主体内容仍存在较大差别（见表1）。人教版篇幅共计23页，美版共计39页，美版内容篇幅量大、知识覆盖面广，更注重学科间的交叉和知识间的逻辑关系，有助于学生对化学反应与能量知识体系及化学能量观的建构，以及多角度、深层次地思考和认识化学及其价值。

1.关于熵及化学反应的方向

能量观是由能量本质观、能量形式观、能量转换观、能量耗散观和能量守恒观等构成的认知体系。美版在本专题介绍了化学反应的动力、熵的概念及意义、化学反应方向的判断。用焓变和熵变说明化学反应的方向涉及化学中的能量耗散，有利于学生了解化学反应的方向、全面地认识能量现象[4]，形成科学的化学能量观。人教版在本专题中未提及熵和化学反应的方向，而是放在选修4第二章“化学反应速率与化学平衡”的最后一节“化学反应进行的方向”中讨论，这样的编排弱化了知识体系及能量概念系统的建构，也未能揭示概念应用的本质（从能量角度研究化学反应），不利于学生形成全面的能量观。

2.关于能源及其利用中的经济、环保问题

利用化学开发使用能源是化学重要的社会价值。人教版提到了能源的重要性，化石燃料不能再生，解决的办法是开源节流。但没有具体说明措施，只停留在知识介绍的层面，没有上升到感悟现实意义的层面。美版详细介绍了能源经济学、能源利用效率。从铝制品的回收利用、化学能转化为电能、使用催化剂节能、熵及提高工业效率等多方面阐述能源的利用及节能原理、方法，探讨可再生能源及其意义。这样将化学知识与自然、社会以及科学、技术融合起来，渗透STSE教育，有利于学生形成正确的科学（能源）观念及环保意识;更能体现学习是为生活服务，为人类服务的理念，形成正确的价值观。催化剂、化学能转化为电能等内容两版教材都有章节专门学习，但美版在此集中介紹体现了教材内容的整合性与全面性以及教材编制的实用性与灵活性，能更好地实现教材的功能与价值。

3.关于光合作用

太阳是地球的能量之源，太阳能经过光合作用转化为化学能为地球上的生命体利用，能量的来源及转化是我们理解生命存在的基础。美版将生物学知识与化学学科有机融合起来，使学生在科学的大观念下建立了较为系统的能量和物质转化的转化观与守恒观，为学生进入大学的科学学习奠定了思想观念基础。人教版不学习此部分内容（只在必修2的“科学视野”栏目中介绍了生物体中的能量转化），隔断了学科间密切融合的内容及学生跨学科思维的形成，单科思维不利于学生科学观念的形成与核心素养的发展。

4.关于化学反应热的测量、计算

反应热的测量与计算是能量研究的重要内容。人教版以实践活动的形式学习了中和热的测定;通过例题让学生较系统地掌握盖斯定律及反应热的计算，形成能量守恒观。美版在同一节内容学习热量测量及计算，使学生明确实验与计算的关系而不是纯粹的计算技能;涉及的是食物中蕴含的能量，与健康生活密切相关，促进学生形成正确的价值观念。总之，人教版更重视盖斯定律理论和计算，严谨、难度大;美版更关注反应热的测量和应用，实用、难度小。

（二）栏目设置的比较

栏目是课堂教学内容的载体，是激发学生学习兴趣的“中介”手段，使学习的指向更为明确。如表2所示，人教版栏目重视与社会联系，注重对学生正确价值观的培养;但有的栏目功能较弱，如科学视野栏目供学生自主选择阅读，没有设计问题，学生学习的有效性不强。美版栏目新颖多样，紧密联系生活、社会，多学科交叉，每个栏目功能独特（见表3）。总之，美版栏目突出学科性，兼顾综合性，功能强大，学习指导性强;人教版重在传授知识与技能，与其他学科及生活的融合性及功能性显得不足。

（三）知识素材比较

教材中的知识素材是其内容的补充与诠释，素材选用是否恰当影响着学生对知识的理解与掌握以及学生对化学学科价值的理解。比较发现（见表4），美版突出的特点是引入大量精彩的图片，从不同角度恰到好处地将难懂、抽象的化学知识以学生熟悉的画面形象地展现在学生面前，增强了内容的直观性、可读性，降低了学习难度。科学史话可以让学生知道相关历史事实的来龙去脉，有利于学生更好地理解科学的发展历程，促进学生形成正确的科学观与价值观。

（四）章复习比较

章复习是学生巩固知识和发展认知系统的重要载体，从表5可知两版本的章复习差异较大。人教版只有“归纳与整理”对本章重点知识点进行总结，没有复习题。美版设计精细，除知识概要外，还有更细的分类引导问题。美版章习题与节习题分层设置，难度逐渐加深，注重对知识的本质理解与应用;内容注重生活化设计、多学科综合，促进学生思维深化、能力提高和素养发展。

二、结论与启示

化学能量观是重要的科学观念，具有重要的教育教学价值。只具有具体知识、方法和技能，没有正确科学观念的人，科学素质必定不会高[5]。从以上比较可知，美版内容全面丰富，多学科融合，注重知识的逻辑关系，突出知识体系与化学能量观的完整建构;图片新颖多样，栏目功能强大，指导性强;习题层次清晰，难度适中，强化理性思维与知识概念的应用，很好地实现了教材的功能，达成了建构化学能量观和认识化学学科价值、社会价值的课程目标。我国化学教材编写和化学教学可以从以下三方面加以改进。

（一）内容选取上，突出学科性，兼顾融合性，凸显STSE教育

化学是一门中心学科，与物理学、生物学、地理科学、文学、艺术、历史以及生命健康等密切相关。化学教材不应该仅传递化学知识与技能，更应该体现化学的学科价值、社会价值和育人价值。在教材编写及教师教学中选取内容要以化学为中心，跨学科融合;贴近生活、社会实际，凸显STSE理念。培养学生建立多学科综合意识，指导学生用STSE的思维模式思考化学及其价值，促进学生科学观念、核心素养的形成与发展。

（二）内容呈现上，丰富素材和栏目，强化教育功能

教材的内容呈现是知识与课程理念最为直接的载体，是向学生傳递知识、渗透科学思想的媒介，影响着教材价值的实现。在教材编写及实际教学中要注重素材的多样性和实用性，强化其教育功能。教材栏目设置要整体规划，富有启发性，突出功能性。要注重设置跨学科综合性栏目，结合多样化的问题情境，引导学生从知识记忆转向整合不同信息进行理性分析、解决问题，增强其思维能力、认知能力和跨学科联系的敏感性[6]，从而提升核心素养。

（三）章复习应精细设计，促进素养发展

复习是学习的重要环节。章复习设计可分为两部分，一部分用概念图、表格、思维导图等工具引导学生对专题知识进行梳理，促进学生对知识的结构性建构。另一部分是习题，新版课标强调，要重视化学习题设计的创新，发挥习题在促进学生化学学科核心素养发展方面的作用[7]。习题要精细分类设计，功能明确;重视情境化设计，渗透STSE教育;重视多学科交叉，知识多角度运用。习题要发展学生的理性思维、知识迁移能力和解决问题的能力，培养学生的创新精神与实践能力，促进学生核心素养的形成与发展。

参考文献：

[1]宋心琦.普通高中课程标准实验教科书·化学（必修2）[M].北京：人民教育出版社，2007：26–33.

[2]宋心琦.普通高中课程标准实验教科书·化学（选修4）·化学反应原理[M].北京：人民教育出版社，2007：1–15.

[3]菲利普，等.化学：概念与应用[M].王祖浩，等译.杭州：浙江教育出版社，2008：62–64，726–761.

[4]吴俊明，吴敏.化学课程中的能量与化学能量观——关于科学观念和科学观念教育的思考之六[J].化学教学，2015（1）：7–11.

[5]吴俊明，吴敏.为什么要关注科学观念——关于科学观念和科学观念教育的思考之一[J].化学教学，2014（4）：3-6，13.

[6]陆孟君，王世存，王红梅.美国高中化学教材中跨学科内容分析——基于《化学：概念与应用》的教材分析[J].化学教学，2019（11）：26–30.

[7]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：83.