中美高中化学教材 “物质结构和元素周期律”的对比研究

雷宇祺，兰国成，字敏

（1.云南师范大学化学化工学院，云南 昆明 650000；2.内江市第十四中学，四川 内江 641107）

随着课程改革发展，人民教育出版社出版的普通高中化学新教材于2019年正式发行。化学教材是学生学好化学知识和探索化学物质性质的内容载体，是学生理解和思考化学概念的基本解释，对学生的发展起着必不可少的作用。中国为了不断提高当代中学生的能力和水平，对课程和教材也在不断地进行改革。为更好地编写和修订我国教材，近年来对比中外教材成为学者和专家的研究热点。本研究以中国人教版普通高中化学新教材必修1“第四章物质结构 元素周期律”为例［1］，与美国高中教材 《科学发现者：化学概念与应用》相应部分做对比研究［2，3］，旨在借鉴国外经典教材的优点，为中国普通高中化学教材的编写和修订提供建议。

1 中美高中化学教材体系结构设置的对比分析

“物质结构和元素周期律”是高中化学教材体系中的核心知识点，对 《普通高中化学课程标准（2017）版》中提出的培养学生 “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”的化学核心素养非常重要［4］。为深入了解两版教材，以下将对两版教材的体系结构设置进行对比分析 （表1）。

表1 中美高中化学教材 “物质结构和元素周期律”的体系结构设置

1.1 中美高中化学教材的体系结构设置

由表1可知，美版教材将 “物质结构和元素周期律”这部分知识拆分成 “第二章 物质是由原子构成的”“第三章元素周期表导论”“第八章元素性质的周期性”和 “第九章 化学键”共四章的内容，并且前两章内容和后两章内容间隔五章内容；我国教材将此内容合为一章，即 “第四章物质结构元素周期律”。

1.2 中美高中化学教材的体系结构设置的优缺点

美版教材共四章内容的编排以及前后五章内容的间隔，在体系结构的设置上过于分散，会让学生难以将所学的各章知识相互联系，不利于学生对各章化学知识的灵活运用；我国教材在体系结构设置上则更为集中和直观，避免了相近知识的分散，在降低学生学习新知识难度的同时，也减轻了教师的教学负担。

2 中美高中化学教材知识点设置和顺序的对比分析

知识点的设置和顺序是否合理，这是衡量一个教材是否适合该年龄阶段学生使用的重要参考。只有合理的知识点设置和顺序才能循序渐进地让学生理解和掌握知识，培养学生的化学核心素养［5］。表2将对两版教材知识点设置和顺序进行对比分析。

表2 中美高中化学教材 “物质结构和元素周期律”知识点设置和顺序的统计

2.1 中美高中化学教材知识点设置对比

由表2可知，从知识点设置上看，两版教材具有差异性。例如，我国教材在讲述同位素的知识时，补充了核素的知识，而美版教材在讲述同位素时，则没有提及核素的有关概念；我国教材在讲述化学键的知识时，只讲述了离子键和共价键，共两种化学键，而美版教材则多讲述了金属键和补充了分子的形状与极性的知识。

2.2 中美高中化学教材知识点顺序对比

由表2可知，从知识点呈现顺序上看，两版教材核心知识呈现的顺序一致。例如，两版教材从原子结构→元素周期表→元素性质的周期性→化学键的顺序编写教材，重视学生的认知发展，具有科学性和逻辑性，有利于提高学生的科学素养和优化学生的认知结构。

3 中美高中化学教材栏目设置的对比分析

栏目设置具有引导学生学习和开阔学生视野的作用，所以合理的栏目设置会让学习者具有更好的学习体验。为更好地对比中美教材的栏目设置，将两版教材的栏目类型分为实验类和拓展延伸类［6］，具体统计如表3所示。

表3 中美高中化学教材 “物质结构和元素周期律”栏目类型和数量统计

3.1 中美高中化学教材实验类栏目对比分析

从表3可知，实验类和拓展延伸类两个栏目的数量美版教材都多于我国教材。在实验类栏目设置上，美版教材在每一个章节设置了一个大实验，在每一小节设置了一个迷你实验，以大化学实验和迷你实验相互补充的设计形式。其中，大实验，其实验内容十分丰富和有趣，也对学生的实验操作能力有一定要求，但对于学生的综合能力至关重要；迷你实验主要是一些更贴近生活和难度较小的简单实验，目的是为学生积累大实验所需的基本技能和知识，让学生在学习大实验时能够更加轻松和愉快。美版教材这样充满特色的编排方式，不仅充分体现了美版教材对实验的重视程度以及对学生科学素养的培养，也体现了化学知识的学习与实验密不可分的理念，让实验与课本知识的学习紧密结合。

3.2 中美高中化学教材拓展延伸类栏目对比分析

从表3可知，在拓展延伸类栏目设置上，美版教材体现学科交叉的理念，拓展的知识不仅仅是化学知识，还包含了物理和生物等多学科内容。如在介绍第二章的第二节，原子中的电子时，美版教材引入了物理学中的北极光，介绍了北极光产生的原因和北极光的特征，以此来说明原子的结构这部分知识，让学生对这部分知识的理解更加深入和透彻。让学生在学习化学知识的过程中，了解其他学科与之紧密相连的知识，这在一定程度上有助于学生掌握各门学科和运用各门学科。

4 中美高中化学教材课后习题数量的对比分析

习题与学生的课后学习密不可分，是学生课后巩固和掌握知识的媒介，也是教材的重要组成部分，与正文内容紧密相连。好的习题不仅有助于培养学生分析和解决问题的能力，还能提供教学反馈信息［7］，对学生的学习起着引导、加深理解和巩固的作用。表4是中美教材习题数量的统计。

表4 中美高中化学教材 “物质结构和元素周期律”课后习题数量统计

从表4可知，我国教材的习页比高于美版教材，是美版教材的2.39倍，意味着习题数量多于美版教材。因此，可以得出我国教材更注重让学生通过课后习题的锻炼，理解和掌握所学知识；结合表3和表4可知，美版教材0.49的习页比和实验类栏目总计12的数量，可以得出美版教材相较于我国教材更注重通过实验，来让学生理解和掌握所学知识。

5 中美高中化学教材插图的对比分析

插图是教材中必不可少的一个部分，是教材内容呈现的另一种形式，可使得教材内容更为丰富多彩和培养学生的观察、语言、想象等诸多能力，达到事半功倍的效果。两国教材的插图对比见表5。

表5 中美高中化学教材 “物质结构和元素周期律”插图数量统计

由表5可知，由于 “物质结构和元素周期律”这部分知识抽象难懂，因此中美教材都非常注重插图的使用，但我国教材使用插图数量与美版教材相比偏少。通过在知识点旁附带插图，可以让学生通过插图清楚地了解知识点所要传达的内容，并对知识点有更形象和直观地理解，而我国教材相对偏少的插图使用，给学生理解和掌握这部分抽象知识带来一定难度。

6 总结与启示

我国教材体系结构设置更为集中和直观、知识点顺序具有科学性和逻辑性、主题明确、内容具体，注重通过课后习题帮助学生理解和掌握知识，知识内容逐步加深、层层递进、侧重学科、多文字、重逻辑、采用螺旋式编排方法；美版教材则更加注重通过实验、拓展延伸类栏目和插图等形式，提升学生的逻辑思维能力和动手发现问题的能力。总的来说，两版教材都各有优势，我国教材内容设置难易适中，适合大部分学生，强调实验的规范性和重要性，在教师的教学中更易使用，学生易于接受；而美版教材则更注重案例与生活贴近，将不易理解的概念和知识点用插图的形式展示出来，紧密结合化学学科发展的芳香和跨学科整合等，有利于学生的终身发展。通过以上对比，我国教材可以从以下几个方面做出改变。

1）增加实验类和拓展延伸类栏目的数量

化学是一门以实验为基础的科学，学习化学离不开实验［8］，化学思维的培养也离不开对所学知识的拓展延伸，因此美版教材以实验和对知识拓展延伸的方式帮助学生理解和掌握知识的思想比我国教材以课后习题帮助学生理解和掌握知识的思想更具实用性和合理性，更有利于培养学生的化学核心素养。

2）与生活紧密相连

美版教材在栏目设置、实验等方面的鲜明特征就是紧密联系学生的社会实际，非常重视把化学这门学科和生活紧密相连。例如，在讲解 “第二章物质是由原子构成的”，美版教材通过引入氮循环图，生动形象地介绍了氮在生活中的流动方式，让学生可以更加形象地学习与他们生活紧密相关的氮元素，对氮元素不再陌生；在讲解 “电子与光”这一知识点时，美版教材补充引入了 “色彩斑斓的烟花”这一知识，让学生充分了解生活中烟花的化学成分和原理，通过美丽的烟花极大激发了学生的学习兴趣，让学生爱上化学，喜欢与他们生活紧密相关的化学。在这方面，我国教材稍逊一筹，导致我国教师在教学实践中，往往会脱离学生的生活实际，学生的化学学习是由客观的、逻辑的化学知识编制而成的，是理性的概括和提升，这样会过滤掉学生自我的个性和主观性，让学生只会机械的学习，容易导致学生在学习过程中的单调贫乏，让他们感受不到学习的价值。所以，教材的编写应该充分立足化学与社会生活的紧密联系。

3）减少课后习题的数量

课后习题数量应控制在五道左右，前三道侧重学生理解和掌握所学知识，以选择和填空题的形式，第四道注重学生独立思考，以实验题的形式，而第五道注重学生积累运用和整体感悟，以综合应用题的形式。通过此方式，让学生有更多的空余时间，为学生查漏补缺，探究和运用所学知识创造了条件。

4）增加插图数量

化学是一门需要系统理解的学科，也是一门抽象的学科，在知识点旁附带的插图具有将抽象知识形象化的作用。我国教材过多的文字给学生也造成了不小的理解负担，如果能适当增加插图的数量，将学生难以理解的概念和知识点转化成生动形象的插图，一方面可以减轻学生的理解负担，另一方面也能激起学生对化学知识学习和探究的兴趣。

5）丰富内容形式，重视学科交叉

丰富的内容和形式，能够更好地提高学生的学习兴趣和激发学生的思维，使学生真正做到喜欢学习和善于学习［9］。与此同时，教师可以配合一些附录的查阅设计等栏目，充分地发展学生的自主学习能力，同时发展学生的信息意识，体现了核心素养中的学会学习、自主发展的要求。而教师在学生的学习过程和教学过程中，重视学科交叉的融合，丰富学生的人文底蕴，让学生能充分利用所学的各门知识，以此促进对学生的全面发展。

6）重视实验在生活中的可操作性

化学实验不应该仅仅只是在实验室中完成，通过引入一些学生在日常生活和学习中也可以自己动手做得小实验，不仅让化学和学生自己的生活紧密结合，也让学生体会到随处可见的化学实验的乐趣，让这些生活中可做的化学实验激发学生探究和学习化学的欲望，可以有效地促进了学生的实践创新能力，体现了科学探究与创新意识的化学核心素养。