基于HPS教育的人教版、苏教版高中化学教材对比研究

陈芳 龙云飞 童述明

*该文为2019年湖南省学位与研究生教育改革研究项目“强化过程指导提升研究生培养质量的探索与实践”（2019JGYB206）的阶段性研究成果、湖南省教育科学规划课题“课程思政融入湖南省中学化学教学育人路径研究”（XJK23CJC007）的终结性研究成果

T：通讯作者

摘      要

HPS教育以丰富学生科学认知，提高学生科学素养为目标，与我国高中化学新课程标准的要求高度契合。从HPS教育理念的三个维度对比分析新人教版和新苏教版高中化学教材必修第一册的“物质结构元素周期律”中HPS教育内容的数量、构成及呈现方式，客观反映两版教材中融入HPS教育的现状和特点，并为教材内容编写及一线化学教师有效开展HPS教育教学提供参考。

关 键 词

高中化学；HPS教育；教材对比；元素周期律

引用格式

陈芳，龙云飞，童述明.基于HPS教育的人教版、苏教版高中化学教材对比研究[J].教学与管理，2024（06）：82-86.

HPS教育旨在从科学史（History of Science，简写为H）、科学哲学（Philosophy of Science，简写为P）和科学社会学（Sociology of Science，简写为S）层面理解科学本质，筛选、编排科学教育内容以帮助学生在历史、哲学和社会学语境中理解科学、渗透科学，从而真正地、有效地、全面地提高国民科学素养。20世纪80年代初，HPS教育由美国和英国为首的西方国家提出，并逐渐发展成一种新的科学教育范式。在教材中融入HPS教育以促进学生在掌握科学知识与技能的同时，提高思辨能力，培育学生严谨求实的科学态度和社会责任意识[1]。《普通高中化学课程标准（2017年版）》中提出的“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”和“科学态度与社会责任”三大化学学科核心素养，对学生从内化的科学观念到外化的科学表现都有所要求。落实化学学科核心素养，有利于培养学生的批判精神和创新精神，培育学生的社会责任感，这与HPS教育的教育内涵高度契合。

化学教材是落实课标要求的具体表现，也是教师教学的基本依据和学生学习化学的重要资源[2]。目前，我国对HPS教育的研究集中在教学模式、教学策略和教材等领域。其中教材研究的内容主要为：同一时期我国与国外教材的横向对比和同一版本不同时期教材的纵向对比[3]。而高中化学教材对比研究较少，横向对比研究更少。本文采用新人教版和新苏教版两版国内现行主流高中化学教材作横向对比分析，比较两版教材HPS不同子类目数量的差异及分析两版教材HPS教育内容的融入情况，以期为化学教材编写和一线教师开展化学教学工作提供重要参考。

一、HPS教育的内涵及价值

科学史是科学知识产生、形成和发展的动态反映，它切实地记载了科学家探索真理和科学知识，并不断对其尝试与修正的过程。科学史是科学家留给人类的宝贵财富，通过对科学历史发展的情景再现，帮助学生从历史的角度把握科学本质，以促进学生对科学知识的建构。在教学中增设科学史知识，将学生带入科学史情境中，一方面可以激发学生探索化学科学的欲望，领会知识生成的动态过程；另一方面可以帮助学生厘清化学科学发展的内部逻辑，理解化学科学的实质。

科学哲学是对科学概念、规律的哲学思辨。要求学生从哲学角度认识科学、思考科学本质，如在学习科学知识过程中，让学生思考“科学是什么？”“科学本质是什么？”等问题。如果将知识看作有形的信息与结论，那么科学观念就是隐藏在人们脑中无形的思想和看法。单纯在头脑中囤积、记忆具体的知识是无意义、无价值的，真正有意义、有价值的是知识升华后内化在学生思想意识层面的科学观念。将科学哲学融入到化学教育教学中，引导学生从思辨的角度看待问题，帮助学生将外在的化学科学知识转化为内在的科学观念，从而提高学生的化学科学素养。

科学社会学是研究科学与社会学之间关系的学科，揭示科学发展的社会背景及科学的社会功能，通过学习与人类生产生活相关的科学技术、科学职业等，深刻领悟科学的社会功能，从而增强学生的历史使命感与社会责任意识，落实化学学科核心素养。在化学教学中渗透科学社会学，使学生从社会学角度理解化学科学本质，正确看待科学的社会功能及价值，从而培育学生的历史使命感和社会责任意识。

HPS教育是科学史、科学哲学和科学社会学的整合，其三要素是密不可分的。以科学史为基，嵌入科学哲学、科学社会学的元素，旨在为学生呈现更加多元立体的科学形象。开展HPS教育，有利于学生在历史、哲学和社会学语境中重新审视科学、理解科学，对科学本质形成多维透视，培养科学精神，提高科学素养，以此推动科学知识传播，促进科学教育发展[4]。

二、HPS教育研究内容选定

1．确定研究对象

目前新人教版高中化学教材（以下简称人教版）使用人数最多，覆盖范围最广；而新苏教版高中化學教材（以下简称苏教版）编写参考了美国高中主流教材《化学：概念与应用》，其教材编排方式、栏目、插图和习题等较人教版大不相同，且其中HPS教育理念渗透明显，有重大研究价值。本文以两版化学教材中“物质结构元素周期律”专题为研究对象，分析对比两版教材中HPS内容选取情况，寻找不同版本教材HPS内容呈现方式的差异，为化学教材编写和教师教学提供重要参考。

2．选定研究内容

依据HPS教育的三大要素，结合化学学科特点，且在参考了毕华林、张清苹、刘粤、朱浩和李子涵等人论文的基础上[5-9]，分析整理“物质结构元素周期律”专题中的HPS教育内容，得到了化学学科HPS内容分析类目表，结果见表1。

表1   化学学科HPS内容分析类目

三、两版教材中HPS教育内容比较

1. HPS内容数量

本文研究的HPS教育内容数量统计以“处”为单位，每处HPS教育内容只记录至一个子类目标题下，同一内容出现在教材不同位置则按出现次数进行统计。根据HPS教育内容分析类目表，对人教版和苏教版化学必修第一册“物质结构元素周期律”专题中的HPS教育内容进行分类统计，具体情况见表2[10]。

从总体上看，两版高中化学教材都很重视HPS教育，教材中均含有大量HPS教育内容，其中苏教版中引入的HPS教育内容数量略多于人教版，达42处，人教版为39处，二者数量相差较小。但从HPS教育主类目占比情况中可以看出：两版教材的科学哲学比重都较大，这反映了两套教材都注重对学生认识科学本质能力和思辨能力的培养。人教版中科学社会学内容的数量远多于科学史，而苏教版中科学社会学内容与科学史内容数量相差无几。人教版中科学哲学的内容占比大于苏教版，教材中列举了大量预测性问题，以培养学生“联系—预测”的能力，如预测金属单质锂、钾的化学性质，预测119号元素在周期表中所处的位置及其性质等。此外，人教版更关注化学科学对社会影响及社会发展层面的内容，这些内容与学生生活实际紧密联系，符合“贴近生活，贴近社会”的理念，有利于培养学生的社会责任感。就科学史内容而言，苏教版数量多于人教版，且蘇教版在素材选择上均衡了科学史和科学社会学内容的比例，教材正文完整阐述了科学知识—“原子结构模型”从认识、发展到形成的全过程。正文中搭配了插图，使整个专题内容形式多样，连贯性、逻辑性更强。学生不仅能从物理学角度理解原子结构，掌握科学知识形成、发展的过程，提升化学学科综合能力，更有助于学生了解科学家探索科学知识的艰辛过程，培养科学探索精神。

表2   两版高中化学教材中“物质结构元素周期律”

HPS教育内容及数量

注：括号内为HPS子类目出现次数，单位为“处”

2. HPS内容构成

经对比分析，两版教材“物质结构元素周期律”的专题中，HPS教育内容的选择上存在较大差异，从不同类目看，具体差异如下。

从“科学史”方面看：这部分内容是两版教材在数量上和内容上差异最大的一部分。在“物质结构元素周期律”专题内容中，化学成果方面，人教版选取了为世界考古研究做出巨大贡献的■断代法。苏教版选取的科学史包含了古希腊哲学家德谟克利特对物质构成的看法和“夸克模型”，将物质结构的探索历程活灵活现地呈现在学生面前，反映了科学知识由产生到形成发展的动态过程，体现了苏教版对“科学过程”的重视；在习题中引入了激光光谱技术，拓宽了学生视野；在教材栏目中增设了稀土资源的用途以及徐光宪院士对稀土资源开发的重大贡献，教师利用这一素材有利于增强学生的民族荣誉感和自信心，激发爱国主义情感。

从“科学哲学”方面看：这一类目是两版教材中HPS教育内容占比最大的部分，可见两版教材对科学本质理解的融入力度都较大。在科学知识的本质子类目中，人教版详细介绍了“元素周期表”不断修正、完善的过程，体现了科学知识的继承性和发展性；设置了大量考查学生预测能力的问题，例如根据金属钠的化学性质预测其同主族元素锂和钾的化学性质，依据某元素的原子序数和质子数预测其在周期表中对应的位置及其性质特点等。就科学探索的本质子类目而言，两版教材的融入量不相上下。在引导学生归纳总结元素周期律的教材编排方式上，人教版采取了先纵向分析同主族元素性质递变规律，再对同周期元素性质递变规律进行横向分析的编排方式；而苏教版采取先横向后纵向的方式编排同周期、同主族元素的递变规律。相同的是，这两版教材中均设计了大量探究实验，引导学生从化学事实层面概括元素周期表中不同主族、不同周期元素性质的递变规律，由点及面体现了知识结构螺旋式上升的特点。两版教材利用不同的分析思路，复刻了科学家探索元素编排规律的踪迹，引导学生站在科学本质的角度思考问题，利用实验结论再探究、再编排最终得到元素周期表的模型，从中体会科学知识产生及形成过程中的快乐。此外，苏教版还注重对学生科学思想观念的培养，如开设“学科提炼”栏目，以显性的方式体现“模型建构思想”“结构决定性质思想”等化学科学所蕴含的思想观念；而人教版多采用隐性的方式，将化学科学思想观念隐含在教材正文、栏目及习题中，这些思想观念亟待教师挖掘。

从“科学社会学”方面看：两版教材列举了大量体现化学科学在实际生活中应用和对社会发展产生重大影响的例子，如同位素、放射性同位素的应用，元素周期表中用作半导体材料、催化剂、耐高温材料等新型材料元素等。两版教材亦重视化学科学对社会经济的影响，如利用位置相近的元素改良农药成分，制造低毒的含磷农药，降低农药对人畜的危害；■断代法的发明对人类考古研究产生了重大的意义；半导体材料硅和锗制成的晶体管面世，标志着人类进入电子时代等。此外，在科学事业这一子类目中，人教版补充了化学职业——科技考古学家的内容，以此向学生介绍化学在考古方面的用途，拓宽学生的知识面。科学社会学的渗透，充分体现了化学知识与人类日常生活的密切联系，引导学生正确看待科学发展的价值，由此加深学生对科学功能的认识。

3．HPS内容呈现方式

研究HPS教育内容的呈现方式也是了解其在教材中渗透情况的有效途径。本文对HPS教育内容在教材中的呈现方式研究发现，其呈现方式主要分为正文、图表、栏目、习题四类。对“物质结构元素周期律”中HPS教育内容的呈现方式进行统计，结果见表3。

表3   两版高中化学教材中“物质结构元素周期律”HPS教育内容呈现方式及数量

从总体数量上看，两版教材中的HPS教育内容在正文、图表、栏目和习题中均有分布，呈现形式多样。其中人教版栏目和习题总数略大于苏教版，而正文和图表的数量少于苏教版。

在具体的呈现方式中，两版教材的HPS内容都主要以“栏目”形式呈现。其中人教版设有“科学史话”“思考与讨论”“探究”“化学与职业”“方法导引”等栏目，苏教版设有“科学史话”“交流讨论”“基础实验”“拓展视野”“学以致用”等栏目。并且HPS教育的三个维度在栏目中均有体现，其中科学哲学和科学社会学所占比例较大，可见教材栏目既是教科书的重要组成部分，也是落实HPS教育的重要载体。

从习题数量上看，两版教材中融入HPS教育的习题总数差异较小，但习题分布及题型相差悬殊。苏教版未设置与科学哲学相关的题型，且题型以客观题居多，大量的客观题限制了学生综合应用能力的发展，不利于培养学生的思辨能力。而人教版注重与学生生活实际、社会背景相联系，强调知识的综合性、开放性和生活性。教材习题以生产、生活为背景素材，设置了大量调查研究、交流讨论等开放题，学生通过查阅资料、设计实验、探究实验、交流讨论、撰写报告和小论文等形式答题，以此强化学生的实验探究能力，培养其发散思维和创新意识。

从正文中引用量上看，两版教材正文中引入HPS教育的总数相差较小。人教版中HPS教育的三大维度分布均衡，重要知识点突出。苏教版正文中科学社会学占较大篇幅，引入了大量化学知识的应用素材，且素材内容紧跟时代焦点议题，如卤族元素在牙膏、自来水消毒、碘酒中的应用，稀有矿产的开采等。这些渗透在教材正文中的HPS教育素材内容，有利于引导学生从社会学角度理解科学本质，正确评判科学的社会价值。

从图表的数量上看，两版教材的数量差异悬殊，主要体现在科学史维度的数量上，人教版与科学史维度相关的插图为1张，而苏教版引入了6张。苏教版在描述人类认识原子结构的历程时，引入了大量科学家们推测原子结构模型所得假设的实验原理图和原子结构模型图，生动形象地向学生展示科学知识发展的动态过程，引导学生学习科学家的思维方式及科學研究方法，再现科学知识的形成过程，由此体会到新知识的形成和发展并非是一蹴而就的。

四、高中化学教材的编写与教学建议

1.整合教材资源，丰富HPS教育素材

教材是教师备课的重要资源，不同版本的教材在教学内容的编排上有所不同。从两版教材的内容构成和数量上来看，与苏教版教材相比，人教版教材对“科学史”融入力度较小，HPS教育素材的综合性、实时性有待提高。教师在设计教学时应广泛借鉴、参考苏教版等各版本化学教材，挖掘、整合与教学内容相关的教材资源，并适当补充相关知识素材。这也为化学教材的编写与教学带来启示：一是在科学史子类目中，加大对科学史素材的挖掘，整合科学知识相关内容，提炼教材中隐含的化学科学思想观念，增加对科学家生平事迹、化学成果的引入。如引入我国伟大化学家徐光宪的生平事迹。二是寻找综合性的HPS教育素材，注重跨学科知识素材的融入。科学知识的形成、发展往往建立在几个学科的基础之上，因此教学中穿插部分其他学科知识，一定程度上有利于培养学生的发散思维，从而加深学生对科学本质的理解。如在原子结构的探索历程学习中，引入物理学家卢瑟福依据α粒子散射现象提出原子的“有核模型”。三是紧跟时代焦点议题，关注生活中的化学知识和探索活动，革新化学HPS教育内容。如引入元素周期表中用于制备晶体管的半导体材料硅和锗。

2.均衡呈现方式，呈现多样化HPS教育内容

从呈现方式来看，两版教材中的HPS教育内容在正文、图表、栏目和习题中均有分布，呈现形式多样。但不同呈现方式总数相差较大，其中人教版的栏目和习题总数略大于苏教版，而正文和图表的数量少于苏教版。呈现方式是分析教材中HPS教育内容融入情况的一大核心板块，为呈现教材中HPS教育内容的多样性，建议教师教学时做到以下两点：一是增加插图数量，插入多样化的插图。诸如科技前沿知识、化学实验、化学史类的插图，激发学生学习兴趣。教师在讲解元素在社会生活中的应用时，可引入记忆合金在机器人中的应用、溴化银在胶卷上的应用、镧系元素在电视荧屏上的应用等插图信息。通过展现科技对人类衣食住行等方面的影响，突出知识与生产生活的紧密联系。二是设置综合性、开放性习题以促进学生发散性思维的发展，培养学生的综合运用能力。如教师在上完元素周期律章节知识的课后，选择与学生生活实际相联系的素材，要求以小组合作设计实验、撰写实验报告等形式答题。

通过对比分析人教版和苏教版高中化学第一册“物质结构元素周期律”专题中HPS教育的渗透情况，发现两版教材均蕴含了大量HPS教育的内容，但是在具体内容构成、数量及呈现方式上存在较大差异。在科学史的渗透方面，苏教版引用的科学史素材相较人教版更丰富，叙述更完整，学生通过学习不同科学家探索真理的过程，切实领悟了科学发展的内部逻辑。在科学哲学渗透方面，该部分内容是两版教材着墨最多、HPS教育内容比重最大的部分。其中，人教版侧重对学生科学知识本质的培养，而苏教版则更关注学生化学科学思想观念的构建。科学探索的本质子类目二者所占比例相当，可见两版教材对帮助学生理解科学知识形成和发展、培养科学观念的重视。在科学社会学渗透层面，两版教材均重视化学科学的应用与化学科学对社会经济的作用，选取的素材与人类日常生活密切相关，有助于引导学生正确看待科学发展的价值。在HPS教育内容的呈现方面，两版教材的呈现方式以正文和栏目为主，图表和习题次之，内容丰富、形式多样。

参考文献

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[2] 黄晓娜，吴先球.基于HPS教育的新人教版和新粤教版高中物理教材对比研究——以“行星的运动”内容为例[J].物理教学探讨，2020，38（06）：23-27.

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[8] 朱浩.新旧版高中化学教科书HPS内容比较研究[D].武汉：华中师范大学，2020.

[9] 李子涵.基于HPS教育理念的中美高中化学教材比较研究[D].桂林：广西师范大学，2022.

[10] 梁慧颖，刘瑞，蒋敏.新旧人教版“物质结构  元素周期律”内容的比较[J].中学化学教学参考，2020（24）：59-61.

[作者：陈芳（1998-），女，湖南邵阳人，湖南科技大学化学化工学院，硕士生；龙云飞（1969-），男，湖南安仁人，湖南科技大学化学化工学院，教授；童述明（1988-），男，湖南新化人，湖南科技大学招生就业处，助教，硕士生。]

【责任编辑   郭振玲】