中美高中化学新教材课后习题比较研究

杨季冬 徐文婷 王后雄

摘要：高中化学教材作为促进课程实施的重要文本材料，其课后习题既是检验学生学习的工具，也是促进学生发展的重要材料。我国人教版高中化学教材与美国高中化学教材《化学：概念与应用》完成更新，以高中化学“物质结构基础”主题为例，比较了两套教程相关课后习题。分别从素养导向和开放性两个角度比较了两国高中化学教材中相关课后习题的异同。根据比较结果，获得相关启示，以期为我国化学教材习题编制提供参考。

关键词：中美高中化学教材;课后习题;物质结构基础;素养为本;比较研究

文章编号：1008-0546（2022）09-0088-04中图分类号：G632.41文献标识码：B

一、引言

《深化新时代教育评价改革总体方案》指出，构建引导学生德智体美劳全面发展的考试内容体系，改变相对固化的试题形式，增强试题开放性，减少死记硬背和“机械刷题”现象。《关于做好2021年普通高校招生工作的通知》同样指出，要优化试题情境设计，增强试题开放性、灵活性，充分发挥高考命题的育人功能和积极导向作用，引导减少死记硬背和“机械刷题”现象。由此可见，国家积极倡导试题的素养导向以及开放性。

我国人教版高中化学教材完成更新并正式使用，而美国的主流化学教材《Chemistry：ConceptsandAp-plications》同样完成修订，王祖浩教授翻译并由浙江教育出版社出版了中译本《化学：概念与应用》[1]（以下简称“美版教材”）。“物质结构基础”是两国高中化学教材中重要内容。人教版教材中相关内容位于《化学》必修第一册第四章[2]以及《物质结构与基础》（选择性必修1），[3]美版教材中相关内容位于上、中两册中，即第2、5、7、9章。笔者根据政策文件要求，以“物质结构基础”主题为例，对中美高中化学教材中相关课后习题的素养导向和开放性进行比较研究，旨在了解中美高中化学教材的习题现状，发现中美教材习题编写的差异，以期获得对我国中学化学教材习题编制的启示。

二、中美高中化学教材“物质结构基础”主题课后习题素养导向比较

2017版课程标准中的命题建议指出了素养为本的命题框架，[4]如图1所示。作为习题分析，“实际问题”“化学知识”一般不会缺失，因此，在课后习题的素养导向比较中，主要关注了真实情境和核心素养两个方面。

1.课后习题中情境题的比较

中华人民共和国普通高中化学课程标准（2017版）明确指出，真实的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要条件。[4]因此，“素养为本”的化学教学倡导创造问题情境，培养学生的科学意识和实践精神，以便学生形成和发展化学学科核心素养。在课后习题中，题目内容也应当赋予问题相应的情境，让学生在真实情境中迁移应用知识，从而展现素养。

有学者撰文写到，试题的情境可以分为日常生活情境、生产环保情境、学术探索情境、实验探究情境、化学史料情境，据此研究分析了两国教材中习题的情境情况，结果如表1所示。

总体来看，中美高中化学教材中有关“物质结构基础”部分的习题中，情境题所占比例约为习题总数的一半。两版教材注重对元素周期表模型情境的设置，引导学生能够从原子和分子层面了解物质构成的规律，以及物质结构与性质之间的关系，从而进一步丰富学生有关物质结构的基本认识。除此之外，两版教材均在物质结构发展史、自然现象、环境问题等方面创设情境，让学生能在现实生活中感知化学问题。但具体而言，两版教材中有关情境的设置仍存在着一定的差异。

第一，问题情境与其他学科的关联度有所不同。2017年版课程标准的实施建议中提出，要加强化学与其他学科的联系，发展学生的科学素养。但是通过对人教版相关习题的分析发现，创设的问题情境与其他学科较少存在着直接联系。而美国教材中，部分习题创设了与其他学科领域的真实情境，加强了化学学科与其他学科之间的相互作用。在美国教材章习题的应用概念板块中，一般设置1～2道与学科链接相关的习题，例如“艺术链接：假如一名工艺师希望给一个黏土器皿上一层浅红色的釉，那么他应该在透明的釉中添加什么材料”，直接带领学生在学习化学知识时走入艺术学的领域，让学生处于艺术情境中感知信息并解决问题，体现了STEAM理念。

第二，问题情境在习题中的融合程度有所差别。按照赵雪等人的观点，[5]“背景”与其他要素的融合程度由浅到深可以分为：①背景与其他要素关联度不大，可以避开背景直接识别问题，运用已有知识解决问题;②考查内容与背景互相融合，需从背景中获取已知条件或问题信息，再运用已有知识解决问题;③需将背景信息进行内化，并与已有知识进行重组形成新的知识，才能实现问题解决。国内教材更为注重对重要概念、模型等特定知识点的考查，一些课后习题的情境编制较为简单。部分习题学生可以避开问题情境后，直接识别问題得出正确答案。例如，国内教材“考古学上常用1C来测定文物的年代C的原子核内中子数是（）”。美国教材中也恰巧创设了相同问题情境的问答题，即科学家常用碳的同位素（6个质子，8个中子）来测定史前化石的年代，要求学生写出该同位素的原子序数、电子个数和质量数。虽然两版教材对情境的创设较为一致，但是在国内教材的习题中，题干问题直接给出了此种同位素的质量数和质子数，而美国教材只是将此已知条件设置在问题情境中。虽然正确答案只需要学生进行简单运算，但在此种情况下，习题本质仍然为一种直接考查特定概念的化学基础知识题，真实问题情境在此类习题中的价值得不到体现。周青等人在研究“化学反应原理”主题时也有类似的发现。[6]但是不能否认的是，国内教材对创设问题情境的重视。同时，国内教材课后习题也在积极引导学生走入情境，在与情境的互动中发现并解决问题。

2.化学学科核心素养的比较

高中化学学科核心素养包括五个方面：宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任，依次为素养1～5。化学学科核心素养虽然是我国本土化概念，但其具体的表述却立足于化学思维和方法、鼓励学生创新和价值追求，是国际化学教育的重要导向。因此，化学学科核心素养的描述以及水平划分能作为两国化学教材课后习题的分析依据。将中美高中化学教材课后习题按照课程标准中化学学科核心素养相关描述分类并统计，结果如图2、图3所示。

中美两版高中化学教材相关习题所侧重的素养具有一致性。素养1、素养3占据了重要地位，其次是素养5、素养4，这与“物质结构基础”主题的内容有直接关系。物质结构基础讨论物质在原子和分子层面上的组成结构和性质之间的关系，探究模型的局限性和进步性，并加以解释等，这与宏微探析、证据推理、模型认知紧密相连。中美两版教材强调学生将宏、微观相结合的能力，引导学生更深入地了解物质结构，培养学生能够从宏观现象发现问题，并从微观层面进行解释的能力，重点突出了化学学科关于物质结构的本质。其次，两版教材均重视锻炼学生的化学学科思维，重视培养学生的证据意识、推理意识、模型意识，以及认识、运用和构建模型的能力。同时，两版教材均在一定程度上将化学学科与社会生活相联系，体现了学科的社会意识。

从化学学科核心素养所考查的水平来看，中美两版教材对水平层次的设置有所差异。对于“证据推理与模型认知”，人教版教材80%左右的习题所考查居于水平2，其余习题考查了水平1和水平3。这说明了国内教材较为重视根据证据和规律来分析和解决问题，能够通过认知模型来推测物质的结构和性质。虽然人教版教材考查了该素养的前三个水平层次，但符合课标中命题框架的习题占比较少，且没有习题能达到水平4。而美国教材中则涉及到了对该素养水平4的考查，例如“描述并比较足球、穹顶建筑和‘巴基球的形态和结构。它们的相似性是不是一种巧合？”此题让学生描述足球和穹顶建筑与“巴基球”的形态，带领学生进入了想象真实生活中足球的形状和穹顶建筑构造的真实情境，并引导学生根据它们的形状即12个五边形和20个六边形为半圆形的结构形式这种关键要素进行分析，以构建相应的模型，从而解释三者的相似性，进而进一步讨论模型的先进性局限性和体现化学学科核心素养中“证据推理与模型认知”的第4水平层次。

对于“宏观辨识与微观探析”，两版教材中的大部分习题主要考查水平1和水平2层次，要求学生能够运用化学符号描述常见的物质，解释物质之间的共性、差异性以及变化的规律。少部分习题考查了水平3，并且两版教材均涉及到了水平4层次的习题。因此，中美教材设置的关于“宏观辨识与微观探析”水平层次的习题数量较为均衡。这是因为“物质结构基础”课程的模块旨在让学生了解物质结构的原子层面和分子层面的规律，侧重提高学生对物质结构的基本认识，加深学生对物质结构与性质的掌握。而该核心素养旨在带领学生从原子、分子水平认识物质，领悟物质结构的多样性。

三、中美高中化学教材“物质结构基础”主题课后习题开放性比较

高校招生考试将优化情境设计、增强试题的开放性和灵活性纳入改革范畴，以此充分发挥高考命题的育人功能和积极导向作用。同时，开放题型也是普通高中化学课程标准大力倡导的题型之一。

1.开放性习题的数量比较

开放题是具有结论的开放性、结构复杂性以及情境真实性的题目。[7]将课后习题中答案或结论不固定的、思考过程具有多元性的习题与问题答案唯一的常规、封闭式的习题进行区分，分别进行数量统计，结果如表2所示。

中美两版教材中有关“物质结构基础”部分的课后习题中均设置有开放型习题，但其所占习题比例存在着明显的差异。国内教材开放型习题数量较少，所占比例较美国教材相比偏低，约为美国教材开放型习题所占比例的二分之一。美国教材课后习题中注重将理论与模型相结合，要求学生进行各理论之间的说理比對。而国内教材中大部分习题仍为填空题、判断题等封闭题型，以及常规题型，如已知条件，需要学生填补正确结论的填空题、简单型问答题等。这与国内常采用这类题型作为高考题型相适应。

2.开放性习题分类比较

开放型习题具体可分为四类：考查学生的实践能力，考查学生的口头表达与沟通能力，考查学生的信息处理和书面表达能力，考查学生的综合运用和解决问题能力，依次命名为操作型开放题、表现型开放题、论文型开放题、问题解决型开放题。[7]并根据分类，将开放题考查的具体类别进行数量统计，结果如图4、图5所示。

问题解决型的开放题为中美教材中主要的开放题型，大多为说理题、论述题和与生活实际相联系的题目。例如：人教版教材中，有的习题要求学生通过查阅资料，获取题目所给相关元素在人体内主要功能的信息，考查了学生查找并综合运用信息的能力。而在美国教材中，大多开放型习题为答案不固定的解释型说理题。例如：解释废旧玻璃对环境造成的危害比落叶和食品残渣更为严重。此题融合化学学科内容与环境问题，使学生在真实的生活情境中解释。论文型的开放题具体指撰写调研报告。虽然人教版教材中，论文型的开放题比美国教材占比大，但是其习题数量基数较少，所以实际题数并没有美版教材多。美国教材一般保持着每章一题科技写作的频率，且只存在于章习题中。实验探究以及制作原子结构模型是国内教材操作型开放题的主要表现形式。而在美国教材中大多为与绘画技能有关的测验，例如：画出原子结构式、图标趋势线等。表现型的开放题在国内教材中展现为访谈、交流等形式，而在美国教材中则很少出现直接考查学生口头表达能力的题目。

四、研究结论与启示

通过对中美高中化学教材中有关“物质结构基础”课后习题的素养导向以及开放程度对比分析，可以得出如下结论：（1）两版高中化学教材均重视问题情境的创设，但美国教材更加突出问题情境的必要性和与其他学科的联系。（2）两版高中化学教材均在培养学生的化学学科核心素养方面，把“宏观辨识与微观探析”与“证据推理与模型认知”放在首要地位，凸显了“物质结构基础”的本质。（3）人教版教材大多以选择题、填空题、问答题为主，更加适应我国化学学科学业水平考核的模式，而美国教材更加注重说理解释，开放题的数量、比例、开放程度均高于人教版教材。

基于上述结论，对人教版教材课后习题的编制可以得到以下启示：（1）适当设置高水平的化学学科核心素养考查题。人教版教材中习题在各素养维度上大多居水平2，直观感觉这是合理的，难度适中。但仍可以在习题设计时由浅入深、由简到繁，层次分明，适度设计水平3、水平4的习题，以拓宽视野、开阔思路。[8]（2）对于问题情境的创设，应当重视情境在问题中的真实性以及情境与习题的紧密联系，强调情境在问题解决中的必要性。尽可能地保障学生内化背景信息，在真实情境中迁移应用知识，实现问题解决，从而提升素养。（3）习题设计可以加强与其他学科的联系。化学学科与社会生产、其他学科均有紧密联系，为了全面发展学生素养，应注重学科之间相互联系。美国《下一代科学课程标准》中就强调交叉概念的重要性，因此在编制习题时可以充分考虑科学认识规律、研究方法上的相通之处，充分体现学科交叉，尤其是理科知识的综合渗透，提高学生的综合能力。

除此以外，过去做试题分析时常用布卢姆教育目标分类学、SOLO分类等国外理论。而本次研究中发现我国提出的化学学科核心素养理论体系不仅适用于我国教材习题分析，同时对美国教材中的习题分析也有一定适切性，因此认为该体系有推广的可能。不过还需讨论学科核心素养的操作性定义，进一步开展实证研究。

参考文献

[1]菲利普，等.科学发现者：化学概念与应用（上、中、下册） （第二版）[M].王祖浩，等译.杭州：浙江教育出版社，2018.

[2]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.普通高中教科书（化学必修第一册）[M].北京：人民教育出版社，2019.

[3]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.普通高中教科书（化学选择性必修1）[M].北京：人民教育出版社，2019.

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

[5]赵雪.高考山东卷化学试题情境创设的统计与研究[J].化学教学，2016（8）：82-86.[6]殷婉云，闫春更，樊红，张颖，周青.中美化学教材习题情境创设的比较研究——以“化学反应原理”内容为例[J].化学教育（中英文），2020，41（1）：6-9.

[7]张雨强.开放题编制的理论与技术研究[D].上海：华东师范大学，2006.

[8]王畅，杨季冬，王后雄.化学学科核心素养在习题中的表现研究——以高中新教材必修第一册为例[J].化学教学，2020（10）：14-18.