融合学科核心素养的高中化学教科书编制

——简析人教版《普通高中教科书化学·必修》的变化特点

来源: 2019-10-11

  摘要:人教版《普通高中教科书化学·必修》,以继承、发展、创新为基本指导思想,从学科本质出发构建体系结构,精编内容和呈现方式、优化栏目功能,以体现和落实化学学科核心素养,彰显学科育人价值。

  关键词:化学教科书、教体系结构、内容的选择和呈现、栏目功能、学科核心素养

  根据《普通高中化学课程标准(2017版)》的要求,人民教育出版社课程教材研究所化学课程教材研究开中心编写了新的高中化学教科书。新版化学教科书,以“继承、发展、创新”为基本指导思想,构建体现学科本质的体系结构,更新内容和呈现方式、优化栏目功能,以体现和落实化学学科核心素养。本文仅对人教版《普通高中教科书化学·必修》的变化特点进行简要分析。

  一、从体现学科本质出发,合理构建体系结构

  教科书的体系结构,由教学内容的知识结构、技能结构、能力结构和科学过程结构经过科学地排列、整合之后构成1。它是教科书的关键和命脉,体现着多层次的综合因素,如课程理念、知识的逻辑关系、教学规律、学生认知规律等;它是一个立体的、相互交织的、井然有序的网络,通过对这个网络的学习,使学生的科学理解力逐步加深,各方面能力也同步增强2。化学教科书体系的构建,一是要提炼学科主题框架,反映学科的本质,二是要厘清主题框架之间的逻辑关系和层次;从而综合体现知识的逻辑思路、思维的形成过程和价值观的建立途径。

  1.围绕“大概念”主题构建体系框架

  理解化学学科的本质及特征,是落实化学学科核心素养的关键,也是构建教科书体系的基础。化学课程标准明确了化学是在原子分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的一门学科,其特征是从微观层次认识物质,以符号形式描述物质,在不同层面创造物质3,揭示了化学的本质及特征。基于化学学科本质,建立起化学学科中的许多大概念,如元素及其化合物(无机物、有机物)、化学原理和规律(化学反应与能量、物质结构等)及化学应用等,它们也是教科书体系框架构建的基础。教科书的编写,围绕这大概念,进一步提炼能够统摄一类化学知识的化学学科核心概念或化学学科思想、方法与观念4主题,即构建出化学教科书的体系基本框架。

图 1 体系基本框架

  在体系基本框架的基础上,还需厘清主题之间的逻辑关系。教科书的体系,既体现学科知识的逻辑关系,在一定程度上也体现着教学的过程和学习的思维过程,完善的教科书的结构体系是决定教科书能否易教、易学的关键环节。多年来,人教版教科书秉承“继承、发展、创新“的思想,根据课程理念和内容的更新,使教科书的体系不断改进和完善。

  新版教科书体系的构建,遵循系统性、逻辑性、层次性等原则,将化学学科逻辑、教师的教学逻辑和学生的学习逻辑有机地融合。必修教科书经过整体设计,从基本概念和原理出发,通过元素化合物知识的介绍体现化学学习的一些主要特点;通过化学原理和规律的介绍,呈现出化学学科的微观本质特征;进一步,合理建构理论知识与事实性知识的关系,将理论与元素化合物知识穿插安排,螺旋上升;最终落实到将化学与可持续发展,显现化学的价值。在这样的体系结构中,融入科学探究内容以及科学方法、思维过程,综合体现化学学科核心素养。

图2 教科书体系建构的思路

  2.体系结构的特点

  (1)发挥物质结构、元素周期律的理论指导作用

  物质结构、元素周期律是中学化学的重要理论知识,原教科书受课程模块限制,这一内容安排在元素化合物知识之后,在“化学 2”介绍。新的课程设置,打通了原“化学 1”和“化学 2”模块的界限,使物质结构、元素周期律的内容得以提到非金属元素知识之前。这样的安排,“律”前从原子结构入手,介绍典型元素钠和典型非金属元素氯,以此为元素知识基础,再通过呈现碱金属、卤族及第三周期元素性质变化规律,建构元素周期律理论模型,为后续非金属元素(硫和氮)、有机化合物及分子结构相关知识的学习提供理论基础,充分发挥了理论的指导作用。 

  (2)体现多层次理论与元素化合物的知识体系

  教科书中的元素化合物知识依然按照无机物和有机物的分类系统,突出典型元素的性质。与上版教科书不同,无机物的知识不再集中安排,而是分散为几章,以主族元素典型金属和非金属,金属族和非金属族为主要线索,穿插元素价态变化“特征”明显的铁及其化合物,最后落实到化学的应用。这样的安排使非金属硫和氮的学习建立在物质结构和元素周期律的基础之上,有“理”可循。概念原理和规律性知识穿插于元素知识中,不但加强了理论指导,也使难点分散。例如,将原第一章有关物质的量的内容,安排到第二章和第三章,分散处理,位置适当置后,“物质结构、元素周期律”和“化学反应与能量”之间安排非金属元素硫和氮的内容,也分散理论知识,降低学习难度。

  (3)贯穿体系结构的主线索

  体系的构建体现了两条主要线索,一是“物质结构-元素周期律”线索,教科书在“律”前介绍元素化合物知识时,都是从原子结构引入,在“律”后的内容,则以物质结构和元素周期律为基础,充分体现出结构决定性质的观念。二是化学反应-转化线索,如从“第一章化学物质及其变化”开始,就以含Ca、C元素的物质为例,引导学生认识不同类别物质之间的转化关系和反应规律;并通过氧化还原反应本质的介绍,初步建立从类别和价态认识物质转化的视角,为之后进一步认识含有同种元素不同价态物质间的转化关系奠定基础。后续的钠、氯、铁、硫、氮及其化合物的呈现始终贯穿着这条线索,且是逐步突出从价态变化认识物质间转化关系的视角。例如,关于硫和氮的知识,原教科书将硫和氮集中,按照氧化物、含氧酸的类别,分别安排在两节,突出分类;新版教科书则是将硫及其化合物、氮及其化合物单独安排为两节,在体系构建上,不但体现了分类思想,更突出了从价态变化认识化学反应中物质转化的视角和思路。教科书从不同视角切入,突出“反应-转化”的线索,体现物质转化的价值,使学生建立通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化的观念。

图 3 反应-转化线索

  (3)与义务教育化学的合理衔接

  教科书第一章安排“化学物质及其变化”,内容包括分类及转化、离子反应、氧化还原反应等知识,实现了与初中知识和观念的合理衔接,源于初中且高于初中。例如,在知识的衔接上,初中化学已经初步介绍了纯净物的分类及几种基本化学反应类型,第一章在此基础上从分类研究方法的角度,对纯净物的分类和化学反应的分类进行归纳和系统化;并且明确了酸性氧化物、碱性氧化物、酸和碱等概念的含义。又如,在观念的衔接上,初中从宏观表述了的氧化反应和还原反应,这里则是通过微观视角进一步揭示氧化还原反应的本质;等等。

  二、优化栏目功能,外显核心素养

  在教科书的正文叙述性内容中穿插活动性、资源性等栏目,呈现一定教学思路,提供活动形式、方法等;可起到适当干预教师教学和学生学习的作用。根据课程理念和内容、体系的变化,新版教科书对栏目设置进行了调整,如将原“思考与交流”“学与问”合并为“思考与讨论”,增加了“方法导引”“化学与职业”“实践活动”等,更新了栏目的名称,如“科学技术社会”“练习与应用”“复习与提高”“整理与提升”等。调整后,不但使栏目名称更加直观清晰、贴近内容,更优化了栏目的功能,以达到外显学科核心素养的目的。

  1.突出科学方法的导引作用

  化学学科方法,也是化学学科核心素养的重要组成。教科书通过引言、方法导引、整理与提升的设计,突出认识视角和思路,构建出教科书的科学方法体系。

  教科书针对每章学习内容精心设计“引言”,多以问题形式引出本章学习内容,提炼核心知识和观念,提出认识视角,确学习目标和内容价值等,特别是为全章学习提供了认识视角和思路。例如,“第五章 化工生产中的重要非金属元素”的引言,首先提出“硫和氮元素具有怎样的性质?应如何研究和利用?”的问题,表明主要学习内容,引导学生带着问题进入学习;接着提出从物质类别和元素价态研究硫和氮的认识视角,提炼出核心知识(性质和用途)--硫和氮等元素及其化合物的性质和用途,以及核心观念(转化关系);最后明确化学知识和观念在工业生产和环境保护、资源利用等方面的应用价值。

  教科书中设置了8个“方法导引”栏目,呈现了科学研究的一般方法,如分类、模型、预测和变量控制;以及化学学科研究的认识方法和学习方法,如认识元素及其化合物性质的视角、认识有机化合物的一般思路、化学实验设计、实验室中制取气体装置的设计;等等。“方法导引”特别强调认识视角,体现从学科本原对物质及其变化的认识过程4,即认识思路,从而提升学生的认识和思维水平。

  化学课程标准指出:“化学教学内容的组织,应有利于促进学生从化学学科知识向学科核心素养的转化,而结构化则是实现这种转化的关键。”基于此,教科书章末的“整理与提升”,通过从知识关联、认识视角和思路、核心观念等方面,对全章内容进行整理,呈现出结构化的认识模型和应用实例,体现“化学学科知识向学科核心素养的转化”途径,发展学生对于化学知识的结构化认识水平。

  2.加强实践活动设计,提升问题解决能力

  科学探究是化学学科核心素养的构成要素,也是中学阶段重要的实践活动。教科书设置的“探究”活动,增强了思考性、开放性和指导性;并突出体现探究的思路和和过程,如钠与水反应的探究,呈现了“预测——实验——观察—描述—分析—结论—反思”的过程,并开放设计观察和描述现象的环节,使学生在亲历活动的过程,体验探究的乐趣,体会科学探究的思路和方法。

  教科书新设计了“研究与实践”栏目,以提出课题、项目研究等形式提出任务,提供拓展学习内容的真实情境素材,使学生能在研究和实践中,通过调查、实验、设计方案、动手制作等形式,运用元素化合物、化学原理和规律等知识,以及科学研究方法,解决实际问题。例如,“认识元素周期表”,学生通过完成“调查与整理”“设计与制作”的任务,了解元素周期表的重要发展阶段、特点、设计依据,并自己设计、制作周期表,由此加深对元素间的关系和其中所蕴含的科学方法的认识。“检验食品中的铁元素”,则是利用实验检验方法,使学生体验实验研究的一般过程和化学知识在实际中的应用。通过这些活动,促使学生积极实践,勇于创新,提升综合解决实际问题的能力。

  三、精编内容素材,彰显学科育人价值

  内容的选择和呈现,体现着学科的价值。教科书精选内容素材,在呈现和处理时,考虑学科特点、社会需求、学生的认知规律,以及教学中的学科教育功能,力求彰显化学学科育人价值。

  1.突显学科内容的德育功能

  教科书内容的选择,突出十九大提出的“德育为先,能力为重,全面发展”的要求,努力挖掘学科内容中的德育素材。结合化学学科特点,有机融入社会主义核心价值观和中华优秀传统文化等内容。通过正文、图画、栏目、习题等形式,突出我国科技发展、科学家的贡献。例如,教科书中呈现我国成功研制的超级钢,我国研制的高性能歼击机使用的隐形涂料;我国科学家候德榜、徐光宪、屠呦呦的贡献等;教科书特别重视宣扬中华优秀传统文化,挖掘我国古代如中医中药、传统饮食、传统工艺等中与化学相关的内容,使学生能从历史和发展的眼光看问题。教科书着力体现化学在自然资源和能源综合利用方面的重要价值及在环境保护中的重要作用,使学生建立节约资源、保护环境的可持续发展意识,树立建设绿色家园、为全球生态作出贡献的信念。培养学生树立远大理想和崇高追求,形成正确的价值观。

  教科书专门设置了“化学与职业”的栏目,结合内容,介绍与化学有关的职业,如“水质检验员”“科技考古人员”“化工工程师”等,引导学生职业发展。教科书加强了实验安全和健康安全教育,使学生形成安全意识。例如,在实验中增加了安全操作标识,附录中编入了“实验室突发事件的应对措施和常见废弃物的处理方法”“一些化学品安全使用标识”;增加了关于化肥、农药、药品、食品添加剂合理使用的内容,加强对健康安全的正确认识。

  2. 突显化学学科的价值

  教科书内容的选择着力丰富化学与社会发展的内容,呈现化学研究的最新进展和成果,体现新的化学观念和思想,突显化学在解决实际问题中的作用,彰显化学学科的社会价值。例如,结合知识内容,简介了新型化学电源、燃料电池、储氢合金、特种橡胶等;教科书关注化学原理与化工生产、技术的关系,如编入了硫酸工业、海水提溴、污水处理等内容,体现化学的应用价值。

  教科书还通过内容的呈现,引导学生正确认识与化学相关的社会热点问题,努力揭示化学在面对和解决问题中的作用和价值,如关于化肥、农药的使用,通过“农业生产中是否应该继续施用化肥和农药”的辩论活动和“科学·技术·社会—滴滴涕的功与过”,使学生能从正反两方面辩证地看待问题,形成“合理”使用化学品的观念。

  3. 注重情境的创设

  情境素材为教师教学和学生学习提供了丰富的资源。教科书通过引入、正文、栏目、实验、习题等形式,提供了大量生活、生产、科技、化学史等方面真实、科学、有价值,以及内容积极、正面的情境素材。特别重视化学史情境素材的呈现,专门设置了“科学史话”栏目,如“元素周期表的发现”,通过介绍元素周期表从发现到不断完善的过程,体现分类和归纳等方法,科学家不懈的努力、勇于挑战、追求完美的精神,以及对从相对原子质量到原子序数认识周期表的科学认识过程等,使学生认识到科学规律的发现和建立,需要理解科学本质、运用科学方法、具有科学精神。在介绍氯气时,从氯气的发现史引入,通过学生讨论,了解氯气从发现到被确认经历了漫长时间和数位科学家努力的过程,使学生体会科学研究的艰辛;教科书在后面介绍氯气和实验室制法时,仍然利用了氯气发现的化学反应,使学生认识到科学研究必须以科学原理为依据。科学史情境的创设,有利于从科学观念、科学方法、科学态度与创新精神等方面,发展学生的学科核心素养。

  教学情境是知识获得、理解及应用的文化背景的片断缩影,其中往往含有社会生活的人际交往和协调,也包括相应的活动背景5。将知识内容、活动过程融入情境之中,能更好地体现认知活动和思维的过程。教科书设置真实的问题,通过对内容的呈现方式和编排顺序进行设计,创设教学情境。例如,铁与水蒸气的反应,联系生产创设真实情境,利用图画呈现生产中钢水注入模具的真实场景,并提出问题“炽热的铁水或钢水注入模具之前,模具必须进行充分的干燥处理,不得留有水,这是为什么呢?”,以真实问题情境激发疑问,再结合“思考与讨论”给出的还原铁粉与水蒸气反应的实验事实,引导学生进行深入思考和讨论,最后得出结论,并从化学原理上解释最初提出的“情境问题”。又如,如电解质概念建立,从为什么“给电器设备通电时,湿手操作容易发生触电事故”的生活问题引入,通过物质的导电性实验事实,引出电解质的概念,并解释“生活问题”。这样的处理将认知过程和教学过程融入情境中,易于学生理解知识,认识学习知识的实际意义。

  教科书的编写涉及多方面的因素,以上仅是对教科书在体系结构、栏目设置、内容选择和呈现方面的变化特点进行的简要分析。实际上,人教版新高中化学教科书的编写,还从概念的表达、内容的要求,以及实验、习题、文字、插图、版式等多方面综合考虑,进行了整体设计。我们期望,新版化学教科书能为广大使用者提供帮助,成为好教、好用的优质工具、素材和资源。

  1 何少华,毕华林.化学课程论[M].广西:广西教育出版社,1996:51.

  2 张廷凯.从设计和编写视角看教科书品质的提升[J].西南大学学报(社会科学版),2010(4):81

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

  4 郑长龙.2017版普通高中化学课程标准的重大变化及解析[J].化学教育,2018,(9)

  5吴俊明.化学新课程课堂教学的发展走向[J].化学教学,2011,(4):7-15

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