美国化学教材《化学与社会》习题的特点及启示

摘要 教材习题的设计对实施有效教学起着重要的作用。美国化学教材《化学与社会》中习题的设计反映了当代美国化学教材习题的编写理念,分析研究教材在习题数量、习题分布、习题内容与信息技术的关联等方面的特点对我国化学教材习题的设计具有重要的借鉴价值。

关键词 美国化学教材 习题设计 习题结构 习题内容 化学概念 有效教学

化学习题是化学教材的重要组成部分,它对教师的教和学生的学具有重要的导向作用[1]。随着我国基础教育“新课程”改革的不断深化,化学教材在设计理念、内容的组织和编排上都有了显著的改进;但也有不少教师对教材中的习题的设计提出了意见,如习题的数量欠考量、难度梯度不明显、内容的适切性不好等。随着“新课程”的实施,化学教材的习题设计问题已引起越来越多的一线教师和教材编者的关注。美国化学教材《化学与社会》(Chemistry in Context:Applying Chemistry to Society)是一本基于“提高学生的化学素养”、“激发学生学习化学的兴趣”[2]的教材。它既可作为高中生学习化学的教材,又可供大学非化学专业学生选读化学课程时使用[3]。由于其符合当前国际化学教育教学改革的趋势,该教材在美国各个州的学校得到了广泛的使用。我国于2008年5月组织翻译出版了其第5版,中国化学会郑重向全国推介该教材。该教材不仅在内容上独具特色,在习题设计上也独具匠心,对其进行研究对审视和改进我国中学化学教材中习题的设计有一定的借鉴意义。

1 《化学与社会》习题的结构及特点

1.1 《化学与社会》习题的结构

《化学与社会》全书共有12章,每章的习题按习题的功能分为3类:强调基础、注重概念、探究延伸。

(1)“强调基础”的习题是为了使学生能够练习每章所需要掌握的基本知识和技能。基于此,教材除了在章习题中设计了不少这类习题,还在每章正文的“练一练”栏目设计了类似的习题让学生在学习过程中及时进行练习。这类习题主要是客观性习题,如该教材第二章“全球变暖中的化学”的2道习题[4]:

[例1]下列各组物质中哪些是同素异形体?

a.金刚石和石墨 b.水(H2O)和过氧化氢(H2O2) c.白磷(P4)和红磷(P8)

[例2]写出下列元素的符号,同时在符号上指示出原子序数和质量数。

a.9个质子,10个中子(一种用于放射医学的同位素)

b.26个质子,30个中子(该元素的最稳定同位素)

c.86个质子,136个中子(在某些住宅中发现的放射性气体)

例1是基于巩固理解同素异形体这个概念的目的设计的,例2则针对元素周期表中与元素相关的基础知识的记忆。这类习题难度较低,是对基础知识的简单理解和记忆,但对化学知识的巩固和理解至关重要。此类习题在我国化学教材习题中很常见,占的比例较大。

(2)“注重概念”的习题与教材正文中的“想一想”栏目相似,其作用是使学生关注每章的化学概念以及它们与所讨论的各类问题之间的关系,让学生在习题中整合、应用化学概念,以该教材第8章“电子转移产生的能量”中的一道习题[4]为例:

[例3]本章介绍了一种可以将汽油转化为氢气和一氧化碳的燃料电池原型。该燃料电池产生的一氧化碳在与催化剂接触的情况下,和水汽反应产生二氧化碳和更多的氢气,然后和传统燃料电池一样利用氢气将化学能转化为电能。

a.写出描述这种燃料电池(工作原理)的系列方程式,以辛烷(C8H18)代表汽油中碳氢化合物。

b.预计什么时候这种燃料电池可以商业化?

c.推测这种燃料电池原型未来在经济上成功的前景。

该题除了考查与社会生活相关的问题所蕴含的化学燃料电池的概念原理外,更进一步地让学生作为商业家从化学视角预测该类燃料电池的经济前景,将化学概念与社会经济联系起来,从而使化学的概念原理具有一定的实际价值。这类习题在我国的化学教材中虽然也涉及到了,但与《化学与社会》相比,我国的化学教材相对较为重视化学概念本身,而忽视概念与相关社会问题的关系。因此,在与例3相似的知识内容上,国内习题大多数考查与概念原理相关的问题a,而忽视进一步考查在社会生活中运用化学知识这一方面的问题,如问题b和问题c,导致概念原理与社会生活的关联度降低。

(3)“探究延伸”的习题一般超出教材正文的内容,因此对学生是一种挑战。这类问题与教材正文的“怀疑派化学家”中的分析练习相似,为学生提供了拓展和综合各种技巧、概念以及交流能力的训练机会。以该教材第9章“塑料与聚合物的世界”的一道习题[4]为例:

[例4]你所在学校的社区是怎么处理塑料垃圾的的呢?在本章所叙述的处理塑料垃圾的方法中,你们采用了哪一种?你怎么向社区的管理人员介绍其他处理塑料垃圾的办法的?找出学校社区里现有的塑料垃圾处理办法,然后提出一些改进意见。

例4不仅考查了学生课堂上必须掌握的化学知识(处理塑料的办法),还需要学生了解现实生活中这个与化学相关的问题是如何处理的,并且相应地要求学生从化学角度提出自己的意见并和管理人员进行交流。这类问题不仅利于学生的综合发展,而且帮助学生建立起化学知识与社会生活之间的联系,拓展了知识间的横向联系,使化学知识与社会生活融合。当前,我国教材也设计了这类习题,但是在实际教学中没有受到足够的重视,教师的处理往往是“讲形式,走过场”,这需要引起重视。

1.2 《化学与社会》习题的特点

(1)习题的难度设计层层递进

该教材习题按照“强调基础”、“注重概念”、“探究延伸”3个层级依次编排,习题的难度、综合程度等依次增加,对学生的能力要求也逐渐增强。“强调基础”的习题是针对基础知识和基本技能进行设计的,主要考查学生对知识的记忆和理解。“注重概念”则是要求学生整合、应用概念,即学生必须在记忆的基础上运用自己的判断和推理能力对知识加以分析、关联、应用。“探究延伸”习题则是对所学的知识的综合运用和超越,要求学生通过实践调查、查阅资料、分析解释、推理演绎、实验论证等途径将所学的知识与生活事实、科技前沿、社会焦点、历史故事等联系起来,从而将化学知识与社会生活建立起联系。该教材的习题设计依据学生的学习心理、能力发展、学习规律,难度、综合程度层层递进,对学生的能力要求依次增强,从而满足不同学生的不同要求。

(2)以“提高学生的化学素养”、“激发学生学习化学的兴趣”为设计理念

《化学与社会》以“提高学生的化学素养”、“激发学生学习化学的兴趣”为目标,其化学习题的设计也体现了这些理念。该书的习题设计是将相关的化学概念原理、技术、方法及观念等化学知识与社会经济、政治、科技等联系起来,使学生在各种社会生活情境中学习化学、运用化学,从而在习题中了解社会中化学科学的概貌,理解体会化学在日常生活中的重要作用,最终使学生能从化学的视角思考生活中的问题,渐渐形成化学的思维方式,达到提高学生的化学素养的目的。另外,该教材习题具有极强的趣味性和吸引力,常常运用学生感兴趣的经验素材来承载化学知识,使学生在兴趣和好奇心的驱使下进行思考、分析,从中感受到化学的作用和巨大魅力,培养起学习化学的兴趣。

(3)具有时代性

该教材的习题设计具有时代性,主要表现在其习题的内容上和对现代技术的使用上。该教材的习题,一方面以当前社会中的热点问题为素材来承载化学知识,例如当前的环境问题、科技前沿、生活风尚、社会焦点、最新政策等;另一方面教材习题所承载的化学知识是依据当前社会生活的需要来选择的。另外,随着信息技术在当前社会中的广泛应用,教材中的习题也将学习平台扩展到网络平台上。教材中一部分习题标有网络图标,要求学生借助互联网完成。并且,教材设立了“在线学习中心”(Online Learning Center)(/cic)为学生提供每章的网络习题、小测验等,形成教师与学生的交流平台,为学生提供信息、方法指导等。

2 《化学与社会》习题设计的启示

《化学与社会》的习题与我国化学教材的习题有很大的不同,如习题数量及习题分布、习题内容、习题设计与信息技术相关联等,这些不同之处对我国化学习题的设计有重要的启示。

2.1 习题的数量及分布要合理

习题的多少是习题设计的一个重要定量指标,从《化学与社会》第11章“营养:理想的食物”与国内“新课标”教材“鲁科版”、“苏教版”、“人教版”《化学2(必修)》内容较相近的第3章“重要有机化合物”[5~7]的章节习题对比来看,《化学与社会》章节习题量比国内高中化学教材大。《化学与社会》中该章有57题,而“鲁科版”为35题,“苏教版”和“人教版”则分别只有30题、26题(如表1所示)。学生掌握一定的知识,需要有一定量的练习,练习量偏少则不宜达到一定的学习目的。另外,较多的习题可以给教师和学生一定的选择空间,教师和学生可以根据学习需要进行选择。同时,在我国“新课程”实施中,有不少教师和学生反应教材中习题太少。因此,国内化学教材增加习题量是必要的。

表1 《化学与社会》与我国新课标教材中相关内容习题的数量及其分布的比较

教材化学与社会鲁科版化学2苏教版化学2人教版化学2

总习题数57353026

“强调基础”28(49%)21(60%)17(57%)16(62%)

“注重概念”18(32%)10(28.6%)10(33%)5(19%)

“探究延伸”11(19%)4(11%)2(7%)5(19%)

在习题类型的分布上,《化学与社会》上述“3个层级”的比例较为合理,各占49%、32%和19%。相对而言,国内教材中“强调基础”部分比例较大,多达60%、57%和61%,“注重概念”及“探究延伸”则相应较少,其中“注重概念”在“人教版”教材中只占19%,而“探究延伸”在“鲁科版”和“苏教版”教材中各只占11%、7%(如表1所示)。这些数据说明国内教材章节习题相对比较注重对知识的巩固加深和对教学的信息反馈,而忽视了习题的其他功能,如体验知识的价值、感受化学的魅力、提高学生学习的兴趣以及培养情感态度价值观等。这也使得国内教材习题没有拉开难度层次,导致教材习题难以满足各层次学生的需要,也不利于学生能力的发展,同时也弱化了习题的价值,使教材习题在实际教学中使用率较低。

2.2 习题内容要注重趣味性和社会性

习题内容是习题的核心因素,《化学与社会》在习题内容设计方面对国内教材有一定的借鉴意义。

(1)注重习题内容的趣味性

该教材的习题关注学生生活中的趣味性内容。如《化学与社会》第4章“能、化学、社会”中的一道基础题如例5[4]所示:

[例5]一副未打开的扑克牌和一盘煮好的(意大利)细面条,用来比拟某体系的熵较高,何者更好?说说你的理解。

该习题将化学知识“熵”用生活中学生喜爱的常见事物扑克牌和(意大利)细面条来承载,能很好地引起学生的思考兴趣。另外,所考查的化学知识很好地与学生常见的事物契合,一方面达到让学生用熟悉的事物帮助理解化学概念,另一方面能够让学生感受到生活中的事物蕴含着各种各样的化学知识,从而逐渐形成用化学的视角来看生活中的事物,提高学生的化学素养。我国教材习题将化学知识和学生感兴趣的事物相联系的习题很少,往往采用考查纯化学知识的形式,或化学知识与社会生活情境生硬组合,缺乏趣味性而难以引起学生兴趣,这样往往使习题的作用大大削弱。

(2)关注与社会生活相关的化学知识

《化学与社会》的习题除了考查大量化学学科知识,还注重与社会生活相关的化学知识的考查,包含不少与社会生活密切相关的基础化学知识。如第11章“营养:理想的食物”的一道习题[4]:

[例6]每一片香肠比萨含有几种不同的食物。确认每种食物的种类以及对应的营养素。

该习题以学生喜爱的食物(香肠比萨)考查化学物质在食物中的存在,要求学生掌握食物中含有哪些化学物质,学生从而能根据自身需要选择食物,这对学生的生活很有意义。相比较,国内教材习题在基础知识方面往往主要关注物质的化学式、化学性质等学科本体内容,对于与生活相关的化学知识的关注度较少。例如,国内的“鲁科版”教材特别提出“饮食中的有机化合物”这节内容,但是对于与饮食密切相关的社会生活化学知识却不敏感,即使教材正文有所涉及,但在习题中并没有相应地给予关注。

(3)凸显与社会生活的真正联系

当前的“新课改”,我国的化学教材习题开始关注概念与社会生活之间的联系,但却又以化学学科本体知识为指向。因此,我国的与生活相联系的化学习题常常是将问题放在一定化学生活情境中,而习题所指向的问题与该生活情境无实际关联。即,问题表面上与社会生活相联系,但实际解决的化学问题与社会生活无关,没有现实意义。这导致学生难以将化学知识与社会生活真正关联起来,如“鲁科版”《化学2》中的一道习题[5]:

[例7]血红蛋白是一种含铁元素的蛋白质,经测定其中铁的质量分数为0.34%,若其分子中至少有一个铁原子,则血红蛋白分子的最低相对分子质量是多少?

这道习题以化学计算为目的,但是计算得到血红蛋白的相对分子质量对于该习题创设的社会生活情境没有实际的价值,相应地学生体验不到化学计算分析的意义和价值。而《化学与社会》的习题则是真正地运用化学概念来解决社会生活中的问题,如例8[4]:

[例8]向一位朋友解释取消广为宣传的所谓的“全部都是有机食品,无化学品”的饮食是不可能的。

该习题的问题是学生生活中真实存在的一个问题,学生只要理解了有机物的概念和化学物质的含义就能对这个食品广告的科学性作解释,即应用所学的化学知识来解释生活中的现象及问题。在这类问题解决过程中,学生能真正地将化学知识应用于社会生活中,而能真实地感受到化学知识的价值和魅力。

2.3 习题设计与信息技术相关联

另外,《化学与社会》的部分习题标注有网页图标,要求学生使用国际互联网获得更多的信息后进行解答,这是该教材习题的另一突出特点。基于此,该教材设置“在线学习中心”为学生提供解决这类习题的方法和信息指导。这类习题使学习延伸到互联网这个广阔的平台,而不再仅仅局限在书本。以《化学与社会》中的一道习题[4]为例:

[例9]本章引述了理查德•斯莫利预测的纳米技术将为目前制约替代技术应用的难题提供多种解决方案的说法。斯莫利博士是一位诺贝尔获得者,进一步了解有关使他获得此殊荣的研究工作。准备一篇简短的口头报告或者一张墙报在班里交流你的发现。

该习题不仅与当前的科学前沿相关,还与学生生活、社会热点问题等相关。这类习题要求学生以互联网为手段收集相关资料解决问题,这利于拓宽学生视野,培养学生查找信息、搜集资料的能力。当前,互联网技术在我国越来越普及,在传播信息的同时也使不少学生沉迷电脑游戏,对学生的成长产生一定的危害。通过类似具有一定社会意义的问题引导学生正确地使用网络资源,培养学生查找信息、搜集资料的能力将是我国化学教材习题的一个发展方向。

当前,我国“新课程”正处于实施深化阶段,在以“提高学生的科学素养”理念的指导下,化学习题设计理念由过去的“化学学科本体知识”向“提高学生科学素养”转变。因此,化学教材中的习题除了担负起复习巩固知识、培养学习能力、为学生及老师提供教学反馈信息的功能外,还应具有让学生从中体验知识的价值、感受化学的魅力、提高学习的兴趣、发展学生的综合能力、引导学生形成正确的情感态度价值观等功能。在这些方面,美国教材《化学与社会》中的习题设计做得较成功,值得我们借鉴。

参考文献

[1] 王晶.化学教育,1998,(9):912

[2] Truman Schwartz. Science & Education,1999,8(6):607608

[3] 梁琨,吴俊明等.化学教学,2005,(3):2528

[4] [美]Lucy Pryde Eubanks,Catherine H Middlecamp等编著.化学与社会(原著第五版).段连运等译.北京:化学工业出版社,2008:95,351,388,188,480,481,353

[5] 王磊主编.普通高中课程标准实验教科书:化学2.济南:山东科学技术出版社,2005:60100,89

[6] 王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书:化学2.南京:江苏教育出版社,2004:5484

[7] 宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书:化学2.北京:人民教育出版社,2004:5276

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