教材分析包括哪些内容(【新教材分析!】高中化学必修教材中科学史内容的呈现及教学策略!)

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高中化学必修教材中科学史内容的呈现及教学策略
——基于科学史分析量表的比较和分析
1,2

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目前对我国科学教师和科学课程影响最大、最直接的仍然是教材,因此在科学教材的设计中融入科学史以加强对科学本质的理解十分重要[1]。由于教师往往缺乏系统的科学史课程的学习,所以大多依赖教材中科学史材料,也就是“教材怎么写,我就怎么教”。这样,我们就有必要对教材中的科学史进行分析,一方面了解交给学生怎样的科学史,另一方面这些科学史素材是否有助达成课程标准中的相关要求。
1 人教版高一化学必修教材中科学史内容的分布随着2017年版《普通高中化学课程标准》的出台,国家教材专家委员会于2019年审核通过了《普通高中教科书化学》,其中必修模块包括第一册[2]和第二册[3],教材的编排、栏目等依据课程标准进行了相应调整,其中科学史内容的分布罗列于表1、表2。
2 参照Leite量表对教材中科学史内容的分析LaurindaLeite于2002年开发出了针对教材中科学史内容的分析量表[4](国内学者马勇兵等对此曾有译介[5]),包含以下八个维度:(1)历史素材的类型和组织,(2)使用的材料,(3)科学史材料的正确性和准确性,(4)科学史情境,(5)科学史在教材中的地位,(6)有关科学史内容的学习活动,(7)教材的内部连续性,(8)科学史的相关文献。其中前四个维度聚焦教材里的科学史文本,5、6两个维度是教材赋予科学史的地位,第7个维度涉及科学史与教材内容的一致性和协同性,最后一个维度侧重科学史的来源。结合该量表和2019版教材的编写实际,表3选取科学家信息、科学的演变、素材选取、有关科学史内容的学习活动等子维度进行了两个版本教材的比较分析。
2.1 科学史内容的数量和呈现方式的变化Leite量表第一个维度“历史素材的类型和组织”考察了科学家的生平信息等子维度,从表3“科学家的生平信息”维度可以看出,科学家的相关信息、科学史内容选取素材等出现频次2019版必修教材相比与2004版有明显增多(近4倍)。除了数量的变化,科学史内容所在的栏目也更加多样化,2004版必修模块中科学史内容主要出现在正文、图片和科学史话等栏目,而新版教材中除了分布于正文、图片、科学史话中,还在方法导引、资料卡片、研究与实践、练习与应用等栏目(见表1、表2)立体式地呈现,除了内容的补充,还增加了设计科学史内容的学习活动。
2.2 科学史内容的内在一致性的提升——从单一呈现到立体呈现Leite量表除了关注科学史内容各子维度的定量分析,还在第7个维度关注到科学史与教材内容的一致性和协同性。这不仅要求科学史内容与教学内容表面的一致,还要将科学史内容与教学行为协调一致,具有可操作性,同样以元素周期表为例,2019版教材中关于门捷列夫等科学家与元素周期表(律)的内容以正文、科学史话、研究与实践、练习与应用等多栏目配合的形式立体地呈现给老师和学生,不仅是史料的呈现,对学习活动、反馈都进行了整体的设计(图1):包括正文、插图、第92页科学史话《元素周期表的发展》、第99页研究与实践《认识元素周期表》、第105页科学史《门捷列夫的预言》、第106页练习与应用第8题。除此以外,氧化还原反应、侯氏制碱法等也有类似的安排:第一章第三节“氧化还原反应”在正文介绍氧化还原反应相关概念后,在第23页科学史话栏目梳理了“氧化还原反应概念的发展”,随后在第26页“练习与应用”第13题、第28页“整理与提升”、第29页“复习与提高”第5、10题及涉及科学史内容的渗透或反馈;第二章第一节在第37页科学史话《侯德榜和侯氏制碱法》的基础上在第39页设计了“研究与实践”栏目《了解纯碱的生产历史》。
2.3 科学家范围的拓宽——从个体到群体Leite量表关注了科学演变涉及的个人或群体,科学演变很大程度上都是科学家群体的贡献,从表3可以看出,涉及科学家群体和科学共同体的分别有5处和2处。例如:氧化还原反应概念的发展经历了从得失氧到电子转移的演变,其中就有拉瓦锡(氧化学说)、弗兰克兰(化合价的概念)、汤姆逊(发现了电子)等不同科学家的理论贡献;再如元素周期表的发现也不是门捷列夫个体的贡献,在门捷列夫之前有拉瓦锡(在《化学概要》中提出第一个元素分类表)、德贝赖纳(提出“三素组”)和迈耶尔(我没有足够的勇气作出像门捷列夫那样深信不疑的预言——1880)的相关研究,此外还有维尔纳(1905年制成了现代形式的元素周期表)、莫塞来(发现并证明了周期表中的原子序数等于原子的核电荷数)等科学家的完善。苯的发现和结构的确定也是多位科学家共同的贡献:法拉第(发现)、热拉尔(分子式、分子量)、洛施密特(具有环状结构)、凯库勒(凯库勒式)。我国当代的不少贡献也是科学家团队共同合作的结果,如青蒿素的提取和结构修饰是屠呦呦等中国科学家团队的贡献(图2),人工合成结晶牛胰岛素是龚岳亭等几十位科学家共同的的研究成果(图3)。
3 人教版必修教材中科学史素材的使用策略3.1 体会教科书编者的编写意图,对科学史内容有整体把握科学的形成过程往往比科学本身更具有丰富的思想和文化内容, 从科学形成过程的历史可以感受到前人闪光的思想火花、巨大的创造智慧和不畏崎呕攀登的精神,这些也是提高民族科学文化思想素质的最好食粮。2019版教材在“氯气的发现和确认”、“芳香族化合物和苯”都给出了化学物质从发现到确认经历的崎岖过程,这些过程如果能够很好地在教学过程中予以体现(不仅仅是简单地介绍),科学史素材的价值才能真正被挖掘。表4以“氯气的发现和确认”为例介绍了该教学片段怎样把教材中各栏目的科学史内容加以综合利用,最终指向提升学生对科学本质的理解。
3.2 合理利用教材中的科学史内容,促进学生对科学本质的理解20世纪以来,随着科学以及科学哲学的发展,归纳主义、实证主义、逻辑实证主义所主导的科学观受到严峻挑战,波普尔、库恩、拉卡托斯、劳丹等当代科学哲学家和科学史家都有这样的共识:不存在永恒不变的科学真理,科学在本质上是相对的、可变的,处在不断的修正和发展过程中[10]。科学进步既体现在“累积式”的量变中,有体现在“革命式”的质变中。科学理论不是纯客观的,它包含着人的推理、想象和创造性。
2019版教材在诸多环节渗透了上述的量变和质变,例如元素周期表的发展从1789年拉瓦锡在《化学概要》中第一个元素分类表,到1829年德贝赖纳提出“三素组”概念,从1869年门捷列夫编制了第一章元素周期表到1905年维尔纳制成了现代形式的元素周期表,不断的修正和发展才有了今天我们看到的周期表,当然,现行的元素周期表还会不会有新的发展,这也是可以鼓励学生去思考的。除此以外,氧化还原反应概念伴随着化合价、电子等概念、理论的发展不断完善,氯气的发现和确认、苯的发现和结构的确定都不是一蹴而就,包含了诸多科学家的推理、想象甚至创造。
3.3 理解教材编者的对科学史内容的设计,拓展自己的教学思路教材由于有篇幅的限制和“三序结合”的总体设计,所以部分科学史的内容不能全部呈现给师生,教材的使用者可以在课程标准的指导下,多加体会教材编者的编写思路,丰富自己的课堂教学。首先,从Leite量表对科学史内容的分析(表3),可以看出2019版化学必修教材的科学史数量大大增加,这与课程标准中多处的教学建议可见一斑,教师在教学准备过程中一方面要用好这些科学史内容,此外还要做一些额外的准备,丰富这些科学史素材;其次,科学史内容的选择不仅限于西方的近代科学史,多处出现了我国古代的科技著作,例如在绪言、正文、插图、习题等处出现了诸如《本草纲目》、《天工开物》、《淮南万毕术》等著作,不仅让学生对我国古代科技成就有了更深的体会,而且体现了《完善中华优秀传统文化教育指导纲要》中提出的“……地理、数学、物理、化学、生物等课程,应结合教学环节渗透中华优秀传统文化相关内容”,近年的高考试题和江苏合格考试题中均对此有所重视,教师不仅是教材的使用者,也是教学素材的开发者,领会教材编制的编写意图,打开自己的教学思路,才能让教材具有自己的特色,让学生从中获益。
致谢:感谢南京大学教育研究院博士生导师张红霞教授的指导,同时感谢人民教育出版社化学室王晶编审2020年暑期教材培训讲座《人教版<普通高中教科书?化学>修订总体介绍》对本文的启发。
 参考文献[1] 刘兵,江洋.科学史与教育[M].上海:上海交通大学出版社,2008.[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必修第二册[M].北京:人民教育出版社,2019.[4]LaurindaLeite. History of Science in ScienceEducation: Development and Validation of a Checklist for Analysing theHistorical Content of Science Textbooks.Science & Education 11: 333–359,2002.[5]马勇军.国外对科学教材中融入科学史的研究评介[J].外国中小学教育.2006(1):37-40[6]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.普通高中课程标准实验教科书化学1(必修)[M].北京:人民教育出版社,2007.[7]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.普通高中课程标准实验教科书化学2(必修)[M].北京:人民教育出版社,2007.[8]龚岳亭等.青蒿素的晶体结构及其绝对构型[J].科学通报.1965(11):941[9]中国科学院生物物理研究所青蒿素协作组.结晶牛胰岛素的全合成[J].中国科学.1979(11):1115[10]徐学福.科学的相对性及其在课程和教学中的渗透[J].比较教育研究.2001(8):11-15
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