美国高中教科书《化学：概念与应用》特色栏目的分析

辛雪 季春阳

摘要：以美国高中理科教科书《化学：概念与应用》作为研究对象，基于培养学生科学素养的视角对该教科书的特色栏目进行分析，结合我国普通高中化学课程标准得出启示，希望为我国化学教科书的编写提供几点参考。

关键词：美国化学教科书;科学素养;教科书编写

文章编号：1008-0546（2020）02-0005-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.002

我國《普通高中化学课程标准（2017年版）》中明确提出，“化学学科核心素养是学生必备的科学素养，是学生终身学习和发展的重要基础;化学课程对于科学文化的传承和高素质人才的培养具有不可替代的作用”。可见，化学作为自然科学领域的一门重要基础学科，科学素养和化学学科核心素养存在着实质性的关系，化学学科核心素养是科学素养的学科化，而科学素养是化学核心素养的科学化。《化学：概念与应用》作为美国高中阶段科学教材的代表之一，是以“像科学家那样思考;像科学家那样探索;知识能力方法并重;动手动脑趣味无穷等”为目标展开的，对我国科学素养培养的实施以及中学化学教科书编写具有启示和借鉴价值。本文将基于学生科学素养培养的视角，对《化学：概念与应用》中“氧化还原反应”一章中的特色栏目加以分析，寻求栏目与科学素养的关系，并阐述其对教科书编写的启示，希望为我国化学教科书的编写提供借鉴和参考。

一、科学素养的内涵

科学素养最早是由美国学者科南特首先从科学家的角度进行论述的，1985年美国针对科学教育改革提出了“2061计划”，为了提高公民的“科学素养”，其内容不仅涉及了科学知识和原理，还包含了科学研究的过程与方法、科学发展史、科学技术与社会之间的关系。不同学者对科学素养的含义有不同的理解与表述（见表1）。笔者认为，对于中学生来说，科学素养是学生在学习科学知识及了解科学研究的内容与方法的过程中逐步形成的适应社会和自身发展需要的基本品质和能力。

综合学者们的观点可知，科学素养包括科学概念、科学事实、科学原理、科学定律、科学研究的过程、科学态度、科学精神和科学价值观。本文将上述科学素养分为以下三个维度：科学知识、科学过程与方法、科学本质和价值。其中科学知识包括科学概念、科学事实、科学原理和科学定律，是科学素养的载体;科学过程与方法包括科学研究的过程和所应用到的方法，是科学素养的重要组成部分;科学本质和价值包括科学态度、科学精神和科学价值观，是科学素养的核心体现。

二、《化学：概念与应用》中特色栏目的设置

本义将以科学素养的三个维度即科学知识、科学过程与方法、科学本质和价值为依据，对《化学：概念与应用》巾的特色栏目进行划分总结，寻找栏目的功能以及与科学素养的对应关系。

1.科学知识类栏目

科学知识是科学素养的载体。毕华林认为，从新课程改革“培养学生科学素养”的主旨出发，课程内容的选择应是学生终身学习和适应现代社会生活所必需的。教科书主要通过“生活巾的化学”“化学与社会”“化学与技术”“跨学科链接”“工作原理”等栏目呈现，这几个栏目在每一章巾都有所设置，每一章的栏目巾都以不同的情景素材展开，介绍不同的科学知识，表2所列是“氧化还原反应”巾科学知识的栏目及相应的功能。以“化学与技术”栏目为例，这一栏目以法医学巾的血液检测为情景素材，普及法医检测血液的原理即血液巾的血红蛋白能够催化有机指示剂的氧化，从而产生能够发光的物质。栏目巾的内容让学生运用所学知识回答相关问题，帮助学生进一步理解科学知识，并且注重知识的应用。学生在阅读栏目时，不仅丰富知识内容，还能从素材巾关注科学知识的技术成果对社会发展的影响。教科书巾呈现的科学知识不仅是化学知识，更涉猎与化学相关的生活、社会、技术和其他学科的科学知识，通过栏目设置，学生将学习不同栏目的不同科学知识，培养学生的科学素养。

2.科学过程与方法类栏目

科学过程与方法是科学素养的动态化体现，它是对科学知识动态化的过程，通过培养科学过程与方法实现科学知识的内化。《化学：概念与应用》巾科学过程和方法类栏目主要包括实验和习题两个栏目。

（1）实验栏目

高巾阶段，实验是学生科学探究的主要途径，也是学生体验科学过程和掌握科学方法的重要手段。教科书巾的实验类型有起步实验、化学实验、迷你实验、家庭实验四类。这几个实验在每一章巾都有所设置，其巾起步实验是在每章之前呈现的与本章内容相关的导人实验，化学实验和迷你实验是与本章内容相关的课堂实验，家庭实验是每章内容学习后的趣味实验。四种类型的实验比例均匀，分布位置合理，形成了完整的体系，促进学生知识能力和思维模式的建构。表3所列是“氧化还原反应”巾实验的栏目及功能。

显然，教科书巾选取的实验比较多样化，实验主题和实验的组织形式更突出综合化。实验是通过提出问题，猜想和假设，实验方案的设计，实验方法的优化，实验步骤的操作，最后解决问题。这符合科学探究的过程，其巾学生对于实验方法的评价与选择的过程也是科学素养形成的过程。

（2）习题栏目

教科书对于科学方法类知识尤为重视，不仅在正义内容巾介绍了多种科学模型，在习题上，设置了系统化的栏目，训练学生的科学方法，体现习题栏目的导向功能。习题编排采用循序渐进的原则，从学习知识到应用知识的过程也是学生思维深入的过程，有较强的系统性、科学性和严谨性。

教科书中的习题主要是章末复习。章末复习有知识概要、理解概念、应用概念、理性思维、复习回顾、技能训练、科技写作、解决问题八个栏目。表4所列是“氧化还原反应”中习题的栏目及功能。其中“知识概要”是用专业术语总结本章的基本概念、原理;“理解概念”引导学生是以问题组的形式思考，测试对化学概念和原理的理解;“应用概念”侧重于学科交叉内容，提高学生的综合能力;“理性思维”是通过SI制测量、因果分析、规律识别、运用图表等科学方法培养学生的理性思维;“复习回顾”是将已有知识和新知识结合起来，形成知识链;“技能训练”是训练学生运用图表、构建模型等科学方法，强化动手操作的能力;“科技写作”是促进学生概念的发展、增进学生高层次的思考，在开展科学写作的过程中，促进学生深入思考科学问题的方法。

《化学：概念与应用》的习题栏目丰富，涉及面广，习题设置更加注重陈述性知识与程序性知识的融合，重视培养学生的科学探究能力，注重培养学生的发散性思维、创造性思维、批判性思维。章末习题从知识概要到解决问题，学生的思维随栏目设置逐渐深入，有利于学生认知结构的形成，在习题中重视科学方法的训练，全面检测学生的科学素养。

3.科学本质和价值类栏目

科学本质和价值是科学素养的核心思想，科学是对历史的反映，是时代进步的标志，理解科学本质是科学素养的核心成分之一。教科书中科学本质和价值栏目主要包括科学史实和词源两个栏目。表5所列是“氧化还原反应”中词源和科学史实的栏目及功能。例如在“氧化还原反应”中就涉及了青铜时代的历史、“笑气”N20、肌红蛋白。通过科学史实的引入，学生可以看到科学知识在历史发展过程中的演变，尤其是证实和证伪的过程，让学生明白科学知识也是动态发展的，并不像教科书中所陈述的“科学家认为……”这样简短的字句，理解科学的本质和价值，从而培养学生的科学素养。

国内的教科书多在章节的末尾呈现，作为本节内容的情景素材，多数的作用是吸引学生的兴趣，扩大学生的知识面。但《化学：概念与应用》中的科学史实和词源是以正文内容为主，相应地设置在知识内容旁边，而且内容涉及广泛，不仅仅学习教科书中呈现的结论性知识，更要通过知识发展的过程和事实理解科学本质。

三、对我国化学教科书编写的几点启示

1.丰富栏目的设计，提高科学素养

教科书中栏目的设计具有导向作用，不同栏目具有不同的功能。栏目的设计应符合学生认知发展规律，设置丰富的活动模块，引导学生运用图表等多种科学方法进行知识的建构。栏目应该满足学生对科学知识的需求，让学生理解化学学科不是孤立存在的，学生在学习教科书的过程中不仅学习了化学专业知识，更培养学生从生活中发现化学问题，以知识传输为载体解决化学问题，重在培养学生的科学素养。

2.呈现方式合理化，构建完整体系

化学教科书内容呈现方式应合理化，以反映化学学科知識间固有的逻辑关系。教科书应结合化学学科的特点根据学生认知发展的阶段性特点，合理呈现化学内容。教科书具有完整的知识体系，不仅仅是知识的简单呈现，更重视科学家发现知识的过程、思想和方法。学生能够在学习知识的过程中体会科学发展过程。在学生已有的知识基础和生活经验上呈现化学知识，使教科书体系符合学生的认知建构。

3.营造教科书情境性，彰显STSE理念

我国《普通高中化学课程标准（2017年版）》指出，化学教科书内容应关注学生现实的生活经验，反映化学发展的特点和发展趋势。因此，编写教科书时应注意营造教科书的情境性，在情境中融人STSE理念。例如，“原子间的化学键”对于学生来说比较抽象，在正文知识内容前，可以借助生活中常见的粘贴物品的“胶水”。起联结作用的“胶水”，实际上就是原子间所共用的一些电子，让学生理解如何利用情境理解知识。化学涉及的内容小到生产生活，大到国防科技，情景素材可以选择社会生活、前沿科技、绿色环保等内容，通过现实生活中的情境素材，学生从不同角度思考问题，培养发散思维，提高学生的核心素养。

4.增强学科交融性，注重全面发展

加强化学与数学、生物、历史、地理等学科的联系，引导学生理解物质及其在科学背景下的变化，帮助学生拓宽知识面，可以提高学生综合运用知识解决问题的能力，培养学生的全面发展。例如在“酸碱平衡”可以结合人体血液中的酸碱状况，使学生认识到“酸碱平衡”与生物体的密切关系;化学实验中运用图表、图像分析问题，使学生掌握运用数学方法来解决化学问题。现代社会需要的是全面发展的人才，这就要求教科书在编写时应关注学科之间的交融性。

5.强化实验探究性，培养科学思维

化学实验内容是教科书的重要组成部分，化学实验对于全面发展学生的化学学科核心素养有着极为重要的作用。如何呈现多样化的化学实验，有效地发挥实验的功能是实验设计有待解决的问题。化学实验的功能，不仅在于获得实验结果，更重要的是学生体验获得实验结果的探究过程。探究不是外在的形式，而是实验内容要全面涵盖探究的要素，将其进行必要的细化和分解，在实验过程中体现探究思想。中学化学实验是培养学生探究能力的重要基础，而发现和提出问题是探究的开始，所以教科书可以采用创设情境一发现问题一提出假设一验证假设一得出结论一解决问题的实验探究模型，使学生体验科学研究的思路和方法，进而培养学生科学思维。教科书应强化实验的探究性，适当增加家庭实验、创新实践活动等，让学生在实验探究活动中认识科学探究过程，发展实践能力。