“物质结构与性质”教材图表系统比较研究

胡润泽 陈思颖

摘要：通过定量方法对新旧人教版、新鲁科版3套高中化学教材中《物质结构与性质》模块内容从图表数量、图表密度和图表类型三个维度进行比较，发现3版教材图表类型都较为丰富，微观模型类图表使用最多，且有不少相同或相近图表。教师在教学中可以重视图表信息；丰富图表呈现形式；相互补充不同版本图表素材。

关键词：化学教材比较；图表系统；物质结构与性质

文章编号：1008-0546（2021）11-0077-04中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.11.019

一、问题的提出

教材中的图表指的是穿插在教材文本中的图片和表格，二者所形成的有机整体即为图表系统，这是教材内容编排和呈现的重要组成部分。图表系统又被视为教材的第二语言，既是对抽象化的文本内容的形象化解释，亦是对教材内容的补充和扩展[1]。化学作为一门在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的基础学科，其研究视角的微观性和研究内容的有形性、客观性和操作性，均决定了图像系统在化学教材中不可或缺的地位[2]。

普通高中《化学课程标准（2017年版）》颁布后，各版高中化学教材也同步进行修订，在教材内容的选择和编排呈现上做了较大改进。目前，针对新教材的研究大多围绕某一教学主题下教材内容的选择和编排顺序进行分析或新旧版本的对比研究，较少研究图表系统的设计规律；较多进行新教材各版本或同一版本新旧教材对比研究，横纵向交叉对比研究缺失。

物质结构与性质模块侧重于对最基本的物质结构理论进行学习，以微粒之间不同的作用力为线索，侧重研究不同类型物质的有关性质[3]。在课程标准修订过程中在原有知识内容基础上整合了部分内容，强调对“人类认识物质的不同尺度”这一观念性认识外显化和对研究物质结构的思路和方法外显化[4]。本部分知识的抽象化水平高，学生在学习中不易理解，过度依赖于强化知识识记而忽略了本模块下分析解决问题的方法的应用迁移，而图表系统恰好可以改善学习者的理解和记忆能力，视觉化的图表可扮演辅助文字的角色，改善文字叙述的不足，增强学习成效[5]。

因此，本研究以选择性必修模块2物质结构与性质为例，选择包含新旧人教版、新鲁科版三本化学教材为研究对象，在新旧版本教材对比中明确新教材的承继与创新，在不同版本新教材对比中认识各版本教材特色亮点。以期为教师应用好教材中的图表系统有效开展教学活动提供参考。

二、研究对象及方法

1.研究对象

本研究选择的3本主流高中化学选择性必修模块2教材具体信息可见表1。

2.研究方法

本研究所采用的教材图表系统分析框架结合研究对象中图表的特点，以Porto P A[6]的分析方法为基本框架，从图表数量、图表密度和图表类型三个维度对3版教材的图表系统进行统计。图表数量即教材中出现的图表总数，图表密度则是每页分布的图表个数，图表类型则是结合Porto P A和邓峰[2]两位研究者的划分依据，综合考虑教材中出现的图表类型将其分为：实验、实物、微观模型、符号模型、化学史、数据和原理模拟7类，如表2所示。

三、研究结果与讨论

1.图表数量

图1为“物质结构与性质”模块3版教材的图表数量。旧、新人教版教材的图表数量较为相近——分别为旧版122个、新版125个，新版比旧版略有增加；新人教版和鲁科版教材相比较，鲁科版教材中图表数量更多（144个），较新人教版多出19个。

2.图表密度

图2为“物质结构与性质”模块3版教材的图表密度。旧、新人教版相比，新人教版图表密度由1.67个/页下降到了1.47个/页。在图表数量相近的情况下，新人教版的页面新增近20页致使图表密度下降。而新人教版与鲁科版比较，页面数相近，鲁科版图表数量更大，密度更大（1.69个/页）。

3.图表类型

由上述表3可知：3个版本的高中化学教材“物质结构与性质”模块内容图表类型主要由实验类、实物类、微观模型类、符号模型类、数据类、化学史类和原理模拟类7类组成。旧、新人教版相比：各个图表类型的占比较为相近，微观模型类图表占比皆达40%左右，其余类型差异极小。新人教版中实验类图表增加6个，占比上升4.6%，新增的实验图有如：碘在水中和在四氯化碳中的溶解（新人教版图2-31）。

新鲁科版和人教版相比：鲁科版图表系统中微观模型的图表占比更大，达50.7%，过半数图表为微观模型图，如：水分子和二氧化碳分子中的正負电荷分布（新鲁科版图2-2-20）。一方面，3版教材中微观模型图占比最终皆突出展现了本模块高抽象化的内容特点，另一方面3版教材微观模型图占比上的差异亦可见新鲁科版教材在编写中更侧重于宏微结合以理解晦涩的概念。

人教版除微观模型图外其余类型占比相近，鲁科版中其余类型占比分布则不太均衡，尤其化学史类和原理模拟类图表很少。主要原因是两版教材在具体内容的选择上存在差异，如新人教版中介绍了元素周期表发展完善过程中出现的各种类型（新人教版图1-15维尔纳特长周期表、新人教版图1-16玻尔元素周期表），也会在部分原理性知识讲解中补充化学史相关图片素材，如鲍林研究电负性的手稿及其肖像（新人教版图1-24、1-25）等，新鲁科版教材中则在化学史素材选择上较少使用图片。此外，两版教材中均涉及的如手性等内容，人教版教材在文本之外补充了原理模拟图（新人教版图2-35手性催化剂的手性传递）而鲁科版中则仅以文字进行呈现。

4.相似图表统计

上述3种比较中，表明实际上旧、新人教版本模块图表系统上总体上呈现出较多相同特征、而人教版与鲁科版亦有相似之处。因此本研究补充统计3种图表系统中图表内容完全或近乎相同的图表，具体结果如下表所示：

如表4所示，统计得相同或近乎相同图表内容共27项，约占每种教材中图表数量的21%左右。在图表分布上，相同或近乎相同图表在各章节上都有分布；在图表所关联知识内容上，3版教材中都相同或近乎相同的图表所联结的内容与本模块中的核心知识内容重叠程度较大；在图表类型上，相同或相近图表以微观模型、符号模型、数据3类图表为主。如表5中所示为离子晶体氯化钠晶胞在3个版本中的呈现。

四、结论与启示

高中化学教材“物质结构与性质”图表系统在不同版本教材中总体上具有变中求新的特点。从纵向的角度看：旧人教版与新人教版图表系统中的图表数量相近，密度受页面数影响新人教版较小，各类型图表数量占比也较为接近，二者传承性强；从横向的角度看：新版两本教材相比旧版教材所选择的图表的必要性和与教材内容的匹配程度更高、图表类型更加均衡，新人教版教材重视化学史、原理模拟类等图表与核心知识图表的间隔与搭配，新鲁科版教材的图表对知识的拓展性更强，尤其善于运用微观模型类图表来承载信息。3版教材中的重复图表关联知识较为核心，图表的设置服务于本模块教学内容的显著特征——知识抽象性、原理规律性。核心知识抽象程度高，对于图表系统的依赖度更强；结构化学涉及理论发展较为成熟完善，呈现方式倾向模型化、符号化，且较为稳定。基于研究结论提出如下课堂教学建议：

1.重视教材图表系统的信息解读

“物质结构与性质”中大量抽象性的原理性知识语言讲授直观性欠缺，最终使走入学生不求甚解的学习模式。部分教师还尚未认识到图表系统在本模块教学中的重要性，备课时忽略，讲课时草草带过。如构造原理图、VSEPR模型图、晶胞模型图等不仅与模块核心知识点紧密相关，且直观呈现了部分复杂晦涩的概念原理。教师在备课时要挖掘图表中蕴含的诸多信息，认识到图表系统承载的深化学生对知识本原性、结构性认识的功能。

2.丰富图表系统的呈现形式

教材中的图表系统受限于纸质印刷条件，仅是静态的平面图像。对于空间想象能力较弱的学生而言二维静态的模型图较难理解。在课堂教学中，许多微观模型类图可以利用现代多媒体如：Chem3D、Crystal？ Maker等软件制作其立体模型示意图，增强学生对于微观结构模型的感知。目前，已有许多学校应用教学平板系统实现了教材图片三维动态化。同时，课堂教学中教师也可以运用实物球棍模型结构展示、学生合作搭建模型等策略，使用实物教具帮助学生全方位观察认识结构模型。

3.不同版本教材的图表素材可以相互补充

如新鲁科版中较少化学史类、原理模拟类图表，可以通过结合人教版教材中的插圖，适时插入化学史的图表和简介，拓展视野同时激发学生对化学课堂的兴趣。而新鲁科版教材在许多数据图表的呈现上将数据与柱状图相结合，由柱状高度可以更加直观看到具体数据的变化规律，亦有其独到可取之处。

参考文献

[1]杨艳丽，任乾材.试论高中化学新教材中图表的运用[J].化学教育，2003（2）：7-12

[2]邓峰，钱扬义，柴颂刚，谢泽琛，阮旭聪.高中化学新教材（必修）图像系统的教学功能初步研究[J].课程·教材·教法，2006（3）：78-81

[3]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：40-41

[4]房喻，徐端钧.普通高中化学课程标准（2017版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018

[5]陈本松.从认知心理学的角度看图表在教科书中的应用[J].中国科技信息，2009（10）：239-240

[6]Souza K A F D，Porto P A. Chemistry and Chemical Educa？ tion Through Text and Image：Analysis of Twentieth Centu？ ry Textbooks used in Brazilian Context[J]. Science&Educa？ tion.2012（5）：705-727