中美教材呈现方式对比-以元素周期表为例

朱静雯，杨天林

(宁夏大学 化学化工学院，宁夏 银川 750021)

教材是教学活动中必不可少的辅助材料。教材对学生的学习有直接影响，可帮助学生构建知识体系，培养学生理性思维，获得科学的责任感与价值观[1]。根据《2017年化学新课标》提出的科学核心素养[2]，全国各地都在设计与试用新型教材，怎样的教材既能更符合新课标又能与学生的成长发展相匹配，是教育工作者值得思考的问题[3]。本文选取中美两系列教材进行对比，期望为广大的教育工作者提供更多的参考。

1 教材简介

图1 两系列教材封面(左为国内教材，右为美国教材)

国内化学教材《普通高中课程标准实验教科书化学》由人民教育出版社、课程教材研究所、化学课程教材研究开发中心共同编著。此系列教材共6本，其中必修2本，选修4本，每本有4章节内容。本文对比的元素周期表这一内容设计在必修二中第一章“物质结构、元素周期律”的第一节[4]“元素周期表”。此内容在教材中共9页。

美国化学教材《Chemistry (Concepts and Applications)》主要由三位教师(均是美国化学会成员、博士学位)根据化学科学素养编写。此外，有许多教育咨询顾问参与完成教材的编写，咨询顾问为各大学的理学博士，这意味着教材多借助社会力量完成，其社会参与率高。此系列教材仅一本，共21章。本文对比的元素周期表知识在第三章“Introduction to the Periodic Table(元素周期表简介)”中的第一节“元素周期表的发展”。此内容在教材中共9页。

2 知识内容陈述对比

教材的内容反映了教学的核心。国内《普通高中课程标准实验教科书化学必修二》将元素周期表这一内容分为元素周期表、元素的性质与原子结构、核素三个部分进行讲解[5]。

第一部分为介绍元素周期表，教材运用发现元素周期表引出新课。首先展示的是俄国化学家门捷列夫制出的第一张元素周期表，揭示化学元素之间的内在联系。再介绍元素在周期表中原子序数与各元素内部性质的规律。最后介绍元素周期表的结构，进行周期规律总结。

第二部分元素的性质与原子结构。先讲解周期表中第一主族碱金属元素的性质，具体以金属钠为例，进行“科学探究”，类比得到第一主族元素共通的物理性质。根据宏观现象，对原子微观结构进行解释，总结第一主族碱金属元素的化学性质。后运用“学与问”观察第七主族卤族元素的原子结构，学生类比探究碱金属元素化学性质的方法，探究卤族元素的性质。最后运用实验现象，对比卤族元素的活泼性。

第三部分核素。介绍元素周期表中各元素自身的数量关系，如：质量数(A)= 质子数(Z) + 中子数(N)。具体引入核素和同位素的化学概念。将核素和同位素的化学概念与科学探究相联系。

《Chemistry(Concepts and Applications)》将知识分为9个部分。

第一部分以生活中春夏秋冬的周期性交替规律为例，引出化学元素也具有一定规律。

第二部分讲解故事，几百年前，化学家们发现了一部分元素，并对这些元素进行数据测定，发现一些元素的某些数据存在规律性。化学家们根据这些规律性，将元素进行分类，发现这些元素所属的类别有明显相似之处和不同之处。

第三部分，1829年德国化学家J.W.多伯里纳对某些元素进行分类。将物理性质相似和化学性质相似的物质分在同一类别中，并把同一类别的物质称为triads。具体举例卤素的熔沸点的规律性和钙、锶、钡的密度的规律性，进一步说明J.W.多伯里纳元素分类的合理性。1869年，根据某些元素的相似属性，门捷列夫在表格的水平位置填写了一类元素，但当时已发现的元素并不能填满此表格的所有位置，于是门捷列夫在没填元素的地方留有空白，并在空白处填写问号，这些问号就表示当时没有被发现的元素。后来门捷列夫发现，在表格中所列的元素中，有的并没有原本设想的相似性。

第四部分教材给出表格，表格内有元素半径的数据和原子结构的计算公式，提示学生元素中结构的相似性与化学性质的相似性之间的关系。此部分注重学生与教师之间的交流。

第五部分根据学生计算所得数据，进行分析。历史上门捷列夫也探究了同样的性质，并遇到同样的问题。在水平位置填满元素不够合理，于是门捷列夫又想到另一种排列方式，将元素进行水平和竖直排列，教材展示门捷列夫将元素进行重新排列的图表，此种排列方式是最接近现代元素周期表的一种排列方式。教材中运用日历同元素周期表类比，说明同一周期就像一周7天一样存在规律性和周期性，同一主族像一天内能做的事情一样来进行类比。

第六部分列举镓(Ga)锗(Ge)等元素的发现过程，是通过门捷列夫先根据元素周期表的性质推理得到的，后来科学家具体进行研究，发现了这两种元素。并解释它们被安排在元素周期表中相应位置的过程。

第七部分展示展示一张现代的元素周期表。

第八部分将元素根据金属性与非金属性以图表的形式进行了区分。

图2 美国教材中元素周期表的部分

最后一部分介绍后来人们根据内部规律性发现其他元素的过程。最终的元素周期表是按其原子序数进行排列的。将这种原子序数增加但重复的规律模式称之为周期定律。

国内人教版教材将元素周期表知识分成三个部分，知识与实验紧密联系，运用教材中各个教学版块进行知识串联。教材先展示元素周期表的全貌，再介绍其中的规律性及规律性的应用。知识逻辑性较强，但几部分知识间的联系没有做出解释，需要学生自行补全知识内部的相关联性。美国版教材以元素周期表的发现过程展开，在发展过程中，学生模拟科学家发现元素周期表的过程，发现元素周期表排列时所遇到的问题，根据问题进行探究，解决困难，教材最后展示完整的元素周期表。美国版教材涉及内容较多，教材讲解顺序以人文性知识为主。从学生角度讲，能教清楚的了解元素周期表的发展过程，更容易理解元素周期表的规律性与周期性。原理方面，由于原子结构与性质的关系由学生自己探究推导，学生对于原理解释较为清晰，但是推理本身难度较大，对学生的数理推理能力要求较高。由于教材的呈现方式是根据元素周期表的发展过程呈现，教师可扩展的知识较多。

3 教材的学习版块对比

中国版教材有固定的学习版块。陈述知识内容过程中，运用学习版块，使教材更加丰富[6]。国内教材的学习版块如表1。

表1 国内教材的学版块

在本节元素周期表的知识中，涉及的学习版块有“科学探究”，运用在探究钠的化学性质实验中。“学与问”学习版块探究卤族元素化学性质的相似性和递变性。运用“资料卡片”比较卤族元素单质的物理性质。还有习题学习版块，本节内容一共有12道习题，习题难度较小，有固定答案。

图3 国内“资料卡片”学习模块和国外“预览”学习模块

美国版教材没有固定的学习版块，每一章都有不同的版

块，如“Section Preview(预览部分)”介绍物质分类要涉及到的知识；“Word Origin(词的起源)”介绍混合物的词的组成；“Connecting to Chemistry(连接化学)”运用提问将化学知识与生活实际相联系，具体在混合物一章中询问北半球与南半球的冰山之间存在的差异？；“Analyzing the Issue(分析问题)”根据具体所学内容提出问题进行分析研究；“Fact of the Matter(真实事件)”介绍一真实事件，举例为某一化学试剂在运输过程因为失误导致灾难，提示学生化学在实际生活中的双面性；“Section Review(复习回顾部分)”此版块主要为思考习题练习。美国教材的版块运用较少，没有固定的版块，其内容主要以小标题形式展开介绍。如元素周期表中所呈现的小标题如下，“寻找元素周期表”、“多伯里纳的三合会”、“卤素的物理状态和颜色”、“门捷列夫的元素周期表”、“门捷列夫1869年的表格”、“预测神秘元素的属性”、“相似元素是相邻元素”、“每月的日历”、“eka -铝和eka -硅的预测”、“元素周期表”、“现代元素周期表”、“氦的一种用途”和“习题”。最后习题分为三个部分，分别为“理解概念”、“批判性思考”、“应用化学”。本节共有5道习题，习题主要为探究思考类习题，没有固定的答案，题目难度较大。

4 图表呈现对比

国内教材在元素周期表这一小节中有6张图片，6张表格，共12张图表。6张图的内容分别为门捷列夫的照片；一张元素周期表；模拟绘画钾在空气中燃烧的现象；钾与水反应的实验现象；钠与水反应的实验现象；测定某射线的装置。6张表主要为碱金属的科学探究表；金属钠和金属钾与氧气和水反应现象对比表；碱金属的物理性质表；卤素单质与氢气反应现象表；卤素元素化学性质实验现象表；氢元素的同位素数据表。

图4 国内教材部分图表

美国版教材在元素周期表这一小节中有11张图片，7张表格，共18张图表。11张图的内容分别为夏天游泳的照片；秋天收获果实照片；三只容量瓶装有三种不同元素的图片；门捷列夫元素周期表的手稿；矿石的图片；用来类比元素周期表的日历图片；镓融化的图片；现代元素周期表；一束气球的图片。7张表主要为卤族元素熔沸点对比表；金属各物理性质数据对比表；元素预测探究表；门捷列夫1871年的元素周期表；eka-铝和eka-硅的预测图表；锗部分物理性质与化学性质的表格；习题中某性质对比的表格。

美国版教材图表数量比中国版教材的要多，但两种教材都运用图表清楚展示所讲内容 。

5 总结

通过对比两系列教材的内容呈现方式、学习模块、图表情况，得到国内教材逻辑性强，知识内容较为简单，学习版块丰富，教材呈现实验探究较多，但知识之间的相关联性体现较少，所学知识与日常生活联系不够紧密。美国版教材是按时间逻辑顺序呈现知识，知识与知识之间联系紧密，学习版块灵活，习题数量不多，但难度相对较大，需要学生具备坚实的数理推理能力与创新探究能力。通过对比分析，期望为广大的教育工作者提供更多的参考和教学素材。