（课程与教学论专业论文）建构主义视角下的国外化学教材研究.pdf

摘要 教材是制约课程实施的一个重要因素，是课堂教学的主要依据，是学生获取知识的 重要源泉，所以如何进行教材设计成为新课程改革的重要组成部分。教材的设计是在一 定的教育理念的指导下进行的，因此选择什么样的教育理念来进行教材设计就显得尤为 重要。2 0 世纪末，以培养科学素养为目标，以认知主义学习理论为基础的建构主义学习 理论在理科教学领域中逐渐流行起来。从建构主义的视角对国外化学教材进行研究对我 国的新课程改革有一定的现实意义。通过比较美国、澳大利亚、加拿大高中化学教材和 我国相关教材，可见，国外教材反映出如下特点： 理论知识的逻辑结构全面而连贯； 认识梯度呈现出螺旋式递进； 内容的表述体现化学研究的过程与方法： 情境设计利于开展建构的学习； 注意引导学生掌握化学学习策略。 比较反思，得出研究结论： 1 实现意义建构的学习，前提是教材要体现学科结 瓴 2 教材的编写应以探究的过程与方法为隐性线索。 ： 教材设置应促进教师对教材的理解。 4 教材应有利于学生建立开放结构和形成自我发展的能力。 通过研究，澄清一个认识误区有利于建构学习的教材不需要完整的结构。 相反j 下是因为学科结构的完整，才更利于建构的学习，更有利于培养科学素养。 关键词：建构主义国外化学教材新课程改革 a b s t r a c t a st h ef o u n d a t i o no ft e a c h i n ga n dl e a r n i n g ，t e x t b o o ki st h ek e yf a c t o rt ot h e i m p l e m e n t a t i o no fc u r r i c u l u m s oh o w t od e s i g nag o o dt e x t b o o ki st h em o s ti m p o r t a n ti s s u e t oa d d r e s si nn e wc u r r i c u l u mr e f o r m t h ed e s i g no ft e x t b o o ki sl a r g e l yd e t e r m i n e db yt h e p h i l o s o p h yo fe d u c a t i o n t h e r e f o r e ，w h a tk i n do fe d u c a t i o n a lp h i l o s o p h yt ob e l i e v eb e c o m e s t h en e c e s s a r yp r e r e q u i s i t ef o rt e x t b o o kd e s i g n b a s e do nt h ec o g n i t i v el e a r n i n gt h e o r y ，t h e c o n s t r u c t i v i s tl e a r n i n gt h e o r yr e g a r d sc u l t i v a t i n gs c i e n t i f i cl i t e r a c ya si t sg o a la n di th a sb e e n p o p u l a ri ns c i e n c ee d u c a t i o ns i n c et h ee n do f2 0 t hc e n t u r y i ti sm e a n i n g f u lt om a k ea n e x h a u s t i v es t u d yo no v e r s e a st e x t b o o ko fc h e m i s t r yf r o mt h ep e r s p e c t i v eo fc o n s t m c t i v i s m c o m p a r i n gt h et e x t b o o k so fc h e m i s t r yi na m e r i c a ，a u s t r a l i aa n dc a n a d aw i t hr e l e v a n t t e x t b o o k so fc h e m i s t r yi no u rc o u n t r y ，if i n d t h a tt h e r ea r es o m es t r i k i n gc h a r a c t e r i s t i c si n o v e r s e a st e x t b o o k so f c h e m i s t r y ： t h el o g i c a ls t r u c t u r eo f t h e o r e t i ck n o w l e d g ei sc o m p l e t ea n dc o h e r e n t ； t h ec o g n i t i o ns h o w ss p i r a ld e v e l o p m e n t ； t h ep r o c e s sa n dm e t h o do fc h e m i s t r ys t u d yh a sb e e np r e s e n t e di nt h ea r r a n g e m e n to f c o n t e n t ； t h ed e s i g no f s i t u a t i o n sw i l lf a c i l i t a t ec o n s t r u c t i v i s tl e a r n i n g ； t h et e x t b o o kp a y sm o r ea t t e n t i o nt oh e l ps t u d e n t sg r a s pc h e m i s t r yl e a r n i n gs t r a t e g y b yc o m p a r i s o na n da n a l y s i s ，id r a ws o m ec o n c l u s i o n sa sf o l l o w s ： 1 w h e t h e rt h et e x t b o o kh a v eac o m p l e t es t m c t u r eo fs u b j e c ti st h ep r e r e q u i s i t ef o r i m p l e m e n t i n gc o n s t r u c t i v i s tl e a r n i n g ； 2 t h ed e s i g no ft h et e x t b o o ks h o u l dt a k et h ep r o c e s sa n dm e t h o d so fs c i e n t i f i cr e s e a r c h a st h ei n t e r n a lg u i d e l i n e ； 3 t h ed e s i g no ft h et e x t b o o ks h o u l df a c i l i t a t et e a c h e r sc o m p r e h e n s i o na b o u tt e x t b o o k ： 4 t h et e x t b o o ks h o u l dh e l ps t u d e n t se s t a b l i s ha no p e ns t r u c t u r eo fk n o w l e d g ea n d d e v e l o ps e l f - d e v e l o p m e n tc a p a b i l i t y k e yw o r d s ：c o n s t r u c t i v i s m ，o v e r s e a st e x t b o o k o fc h e m i s t r y ，n e wc u r r i c u l u m r c f o r m 灭，1 帅他人掌坝i 学l 仑 吐壮j 主义m f f 下的国外化学教“训_ 尢 1引言 2 】世纪，国家竞争将是人才和教育的竞争，每个国家都在探索更合理的人爿培养模 式。西方发达国家如美国、英国、加拿大、澳大利，亚洲发达国家如日本、新加坡、 马束两亚、韩国，以及发展中的巴西、埃及、印度等国和我国的香港、台湾等地都在九 十年代先后制订了针对2 l 世纪上半叶的国家性科学教育课程标准和规划，这表明新一轮 世界范围内的科学教育改革已经开始。这次改革反映出以下特点：突出国家和政府对基 础教育阶段科学与技术教育的统一规划和领导；明确地把培养和发展学生的科学素养作 为核心目标；突出对科学探究、科学过程、科学方法的教育要求；强调对科学本质的认 识，对科学现象和原理的理解以及对科学的积极态度和情感的培养：鲜明地体现出综合 考虑科学、技术、社会( s t s ) 与学生发展的各方面需要；尤其强调面向全体学生，关注 学生的终身发展的现代课程理念；在重新制定科学课程的内容标准的同时，对科学素养 的衡量和评价、科学教师的职前与职后培训、科学教学及学习的标准与策略等问题进行 了深入系统的整体规划。 面对这样一个飞速发展的世界，面对各国基础教育课程改革的热潮，我们必须跟进。 反思我国的教育，长期以来，在“应试教育”的重压下，作为自然科学的基础课程之一 的中学化学教育发生了程度不同的扭曲和异化。表现在：重书本，轻化学与生活、社会、 生态的联系及影响；重理论，轻实验操作与科技活动；重知识认知，轻情感和意志培养； 重左脑的抽象思维，轻右脑的形象思维；重结论，轻科学思想、过程与方法：重应试解 题，轻观察、分析和解释社会生活中实际化学现象与问题的能力：重“显性”教育因素， 轻“隐性”教育因素等。严重制约了学生个性、能力的发展。中国科协分别在1 9 9 2 年、 1 9 9 4 年和1 9 9 6 年对我国公民的科学素养进行了三次调查。调查结果从一个侧面说明，我 们幽家现行的以学科为中心的科学教育体系对于公民了解和掌握基本科学知识发挥了 积极作用，效果比较显著。但是对于公民理解科学过程、理解科学对于社会的影响等方 面的作用甚微，明显落后于发达国家。1 9 9 6 年，我国公民基本理解科学知识的占3 0 6 ， 基本卵觯科学过程的只占2 7 ，基本理解科学技术对社会影响的占3 3 ，基本具备科学 素养的仅1 斤0 3 。而欧共体具备科学素养的公民1 9 8 9 年就达4 4 ，美国1 9 9 0 年已达6 ，9 。 牡冉 ：杜础教爵”j 教育部师范教育”j 共组i 织化学谍程标准耐修f m l 】：j 1 0 矬舟帆fj l 争题1 ) 2 0 0 47 天7 m n 矩人掌蛳i 学位论文 建构土义视拜3 下的国外化学教材训究 1 2j 另外，从第二次国际教筒成就评价看，在参加测试的2 0 个国家或地区中，我国初中生 的科学测试平均百分正确率居r 第1 3 位，而每周科学教学时间为3 3 1 分钟，远远高于世 界各国的平均教学时间( 2 0 0 分钟) 。学生学习负担重，学习效率低，对科学学习丧失信 心和兴趣己成为普遍问题。b ，见，我国公民科学素养总体水平还很低，基础教育的状况 很难适应新时代的要求且仍停滞不前。这不能不引起我们对现行的科学教育体系进行深 刻的反思和改革。 在教育活动中影响人的发展的基本因素是学校课程，课程在学校教育中处于核心地 位，而决定课程的诸要素中又以教材为重中之重。布鲁纳曾真切地指出，“一门课程对 教师比对学生更有意义。如果这门谍程不能改变、鼓动、困扰以及启发教师，那它对他 们所教的学生将不会发生影响。供教师教学用的课程必须是第一流的。如果它对学生有 什么影响，它势必凭借对教师已产生的影响而表现出来。” 3 1 教材在教学系统中所占据 的重要地位，可从以下关系体现出来：在社会需求、知识经验的积累、教学规律等的共 同作用下，形成一定的课程目标；在课程目标的指导下，形成相应的课程规划；而课程 规划决定课程范围和内容、形式及相应的教学模式等。师生教学活动的中介是教材，教 材作为教学目标的物化形态，通过教学过程中教师、学生、教材三者的相互作用实现教 学目标。教材作为课程的重要组成部分，既直接反映课程内容，又反映课程设计中规定 的学习活动方式，其设计的质量直接会影响到课程设计的质量，从而影响教育教学质量， 最终影响教学目标的实现。 我国新一轮的课程改革正处在推广阶段，这次课程改革以建构主义为指导，大力提 倡探究学习。目前，我国学者的研究热点纷纷集中于探究学习的教学设计与实施方面， 对于教学资源中的最主要构成教材的研究尚显不足。而西方在课程领域的研究，包 括在教材的研究与丌发方面，都积累了丰富的经验。因此，在建构主义思想指导下，探 讨团外教材如何进行“结构”的设置，怎样激发教师引领学生实现“意义的建构”，对 我目的课程改革具有现实意义。 2 相关概念与理论综述 2 1教材的界定与分类 许多教师把教材理解为教科书，认为教科书就是教材的全部，并常与学科、课程、 2 中旧普硝苑所i9 9 6 中阁公众 0 学素养训矗撒舞ir j 北京科普研究1 9 9 7 3j 伽眢纳# ，郇瑞培详教曹过棵i m 】殳化教育版祉1 9 5 26i i l 津帅池人掌坝i 学位论 - j 的主题和内容来自于我们的日常生活一一我们吃的穿的，日常生活中用 到的，市里和市郊的污染情况，报纸上的化学故事等老师和学生被鼓励运用已有的经验和化学理 论对化学现象进行思考并善于提出问题只有当我们以求知的眼光观察我们周围的世界的时侯，通 过这些探索这些最基本化学问题的过程才能达到对化学学科内在规律的认知 这两本教材反映出了这种教学方式的改变 这套教材的第三版同以前几版相比发生了质的改变除了设置了新的章节来反映学科的最新发 展以外，教材已经重新设计并且包含了一些新的解释和图片，以使教材更能吸引学生，更适合他们 的学习每本教材都提供了范围更广的f * q 题，更加精细的目录和教学反馈，列出了主要的化学用语， 举了一些化学在现代工业中的应用实例并且对学习内容进行及时总结 教材很清晰的把学习内容与它们在化学工业中的实际应用相结合，使学生一直在和谐的氛围中 学习所学知识应用了化学工业上的更多实例，教材中以紫色的形式排版出来有利于进一步学习 的资料一般都在括号中标出 教师用书包含了丰富的实验资源，有关教材的解释练习与答案指导用书已经过改进来适应 教材的变化并更多的考虑利用信息技术i t e i n e m a n ，教材的出版商可以为你提供更多的帮助，那 就是邀请你浏览他们的网站一一h t t p ：w w h i c o m a u 化学教育协会是在1 9 77 年由一些高中和大学的老师一起成立的它的目的是更好的促进化学教 学，特别是高中化学教学它已经形成了提供最先进的教材和丰富的教学资豫以及为教师提供继续 发展的机会的传统 h e i n e m n 系列教材就是为了支持这种全新的、更具挑战性的化学学习理念而制定的。 作者对教材的说明体现出建构主义的课程理念，反映出他们对化学科学的历史、研 1 4 氕碍m p 他j 。学慷i j 学他比卫 避掏土义观如下的网外化学教材研究 究方法、化学与其他学科的关系、化学学习的时代背景以及化学学习资源的重视。 加拿大高中教材：突出特点是教材呈现了丰富的教学情景，教学内容广泛涉及社会 重人问题，课后设计的题目有利于他们进行探究学习，明确提出对学生进行s t s e ( 科 学、技术、社会与环境) 教育。该教材由m c g r a w h i l lr y e r s o n 出版公司出版，分为 c h e m i s t r y l l 与c h e m i s t r y l 2 两册，主要是为安大略省的高中学生升大学而准备的预科课 程。学生用书对化学理论进行了清晰、明确的解释，版面精美，为学生提供了有效的视 觉支持。教材中提供了各种实际问题和多样的实践活动，以此来激发学生在大学开始阶 段的竞争意识。教材通过提供能令学生感兴趣的化学技术，化学事业，并对加拿大的科 学家们和s t s e 课程进行介绍，使化学学习变得生动有趣。 通过对上述教材的比较分析，可得出如下基本认识： 3 2 1 理论知识的逻辑结构全面而连贯 化学基本原理是化学学科特点的集中体现，也是教材现代化的标志面向2 l 世纪 的教材改革呈现出的共同特点表现在：较全面地介绍化学学科的概貌、化学学科的各个 分支、化学学科的整体对人类社会的贡献和作用，化学学科的发展现状、前沿和发展的 潜在远景、化学与其他自然科学、技术科学以及人文社会科学的相互渗透等，以培养学 生的科学文化素养。 表1 国内外部分化学教材化学原理部分选材的比较 我国大学基础化学选材内容美高中化我国现澳大利亚加拿大 国学实验 行教材 教材 原了皇r ! ；构人对电子的认识过程 由 密壁根的油滴实验( 电子的电量与 质量) 1 9 世纪来物理学的三大发现 卢瑟福的核型原子阅读 o x 射线的实验研究( 核电荷数= 核 外电了数= 原予序数) 质子的发现( 质子的电量与质量) 中予的发现( 中了的电性与质量) 毋 相对原了质量和同位豢a 缶 灭津师范人学坝 学位论文建构主义视f lf 的田外化学教材州究 电了在原光、电磁辐射光的波粒二象性 有介 物理课 了中的分和光涪： 电磁辐射光谱 绍有所涉 o 柏 氧光潜和玻 氢原子发射光谱 及 o 尔模型玻尔的氢原子模 o 型和能级的概念 近代量了电子云 力学关于电子层和原 波函数的4 四个量 原了结构子轨道予数 的一些结 论 原子轨道 o 电子层的能量分布 电子层的屏蔽和穿透作用与能级 交错 原子轨道能级图 o 轨道电子元素周期律 充填和化 周期表 o 学元素周 备元素的电子层结构( 能量最低原 o 期律 理和洪特规则) 稀有气体的原子结构 o 电子层结构和元素周期律的关系 o ( 周期表的分区和价电子) 离子键理离子键理论元素的电离能 o 沦基础元素的电予亲和 能 呙于键理论离子晶体 氧化数 o 离子的电荷、半径和结构类型 离了晶体的晶格能 共价键理共价键概念 论 元素的电负性 共价键的特征 共价键的参数 原了轨道杂杂化轨道的基本 化理沦论点( 激发态与杂 化态) s p 杂化、s p 2 杂化、 s 一杂化 0 轨道与0 键 6 ，k 冲帅范人学坝1 。学位论文 建构主义现角f 的国外化学教材硝究 n 轨道与n 键 不定域的n 键( 大 键) 共价分子的等电 子体 杂化态对分子性 质的影响 s p 3 d 2 s p 3 d 、s p 3 d 3 杂化 分子轨道理论 价层电子对互斥理论 分了间力共价分子的外形 范德华力取向力 有 诱导力介绍 色散力 离子的极化作用 氢键 凝聚态物质离子晶体 的结构和性非极性分子型晶 质体 极性分子型晶体 原子晶体 金属晶体$ 无机固体化学 气体 气体分子运动论 物理课 中有论 理想气体状态方程 述 实在气体状态方程 气体分压定律 阿伏加德罗定律 气体扩散定律 混乱度的概念 阅读 液体液体状念 蕊馆盛与让( 慕馆执面积与化孰) 蒸气压( 饱和蒸气压、临界温度与 临界压力) 沸点 摩尔气化焓 凝洲点摩尔凝砌热摩尔 熔化热 玻璃体 气化熵和熔化熵 状态变化和熵变 水和水的性质、净化等 溶液 溶液概念溶解度、浓溶液、 稀溶液、饱和溶液 溶解过程 水合物 溶解热 温度压力对溶解度的影响 溶液的浓度质量分数 体积摩尔浓度( 物 质的量浓度) 质量摩尔浓度 溶液的稀释与浓缩、溶液中的定量o 反应、容量分析 溶液的蒸气压 稀溶液的依数性 电解质溶液 胶体分散体系( 溶液、 胶体、悬浮液) 溶胶 溶胶的聚沉 高分子溶液对溶 胶的保护作用 化学反应分子碰撞和反应速率 田 速率温度和反应速率、活化能 o 催化剂 o 多相反应 o 质量作川定律 反应的级数 阿累尼乌斯方程 化学热力热力学中的一些常川术语 学化学热力学 焓变、焓图 o 第一定律、热热化学方程式 o 化学盖斯的热量加合 定律 生成焓 o 标准状念 燃烧热 o 兀津师范大学烦l 学位论文建构主义 见角下的国外化学教材研亢 最低能量和最大混乱度概念 自由能概念、热力学第二定律 绝对熵和标准自由能、热力学第三 定律 温度对自由能变化的影响 化学平衡可逆反应与化学平衡 o 自由能与化学平衡 化学平衡常数 o 化学平衡的移动，勒沙特列原理 o 酸碱平衡，经典的酸碱水的电离和p h 标 毋 酸碱容量概念度、 分析 水的离子积常数 o 酸碱指不剂 一元弱酸和一元 0 弱碱的电离平衡 电离度 同离子效应 多元弱酸的电离 毋 平衡 盐的水解 缓冲溶液 酸碱中和反应和酸碱容量分析 o 酸碱质子理论 路易斯酸碱理论 氧化还原基本概念氧化一还原反应o 反应 氧化剂、还原剂o 自氧化还原( 歧化 反应) 氧化还原反应方程式配平 o 氧化还原反电解池与原电池 o 廊与电化学 电极电势、h 的标 o 准电极电势 电池的电动势和 化学反应自由能 的关系 原电池的热力学 平衡常数 能斯特方程 电极电势的麻用 o 9 灭律师范人学顺l 学化论文建构主义视角下的国外化学敦利研究 氧化还原容量分析 。 电解和化学电源 o 核化学简介 o 化学科学的发展从基于直观的猜测、假想，到基于实验现象的定性、定量分析与归 纳，再到借助量子力学研究成果，由科学概念演绎、建立假说、证明假说、构建理论。 在其发展演变过程中，元素原子一分子的观念：静电引力与化学键的观念；分子具有不 同形状、结构的立体化学观念；微观粒子永恒、无序运动的动力学观念；转换与化学变 化、化学反应的观念：能量、混乱度( 熵) 的热力学观念等在化学发展中起到了至关重 要的作用。正是因为科学家对这些观念的确信，确保了正确的研究方向，选择了有效的 研究方法与手段，才能使他们对化学概念、规律、原理的认识一步步从模糊到清晰。 比较可见，国外教材涉及了原子结构、价键理论、元素周期律、化学热力学、化学 动力学、物质变化与能量变化、核化学等内容，基本涵盖了近代化学以来的研究成果， 全面地反映出现代化学的基本概念、原理、学科的基本结构。突出体现了物理科学、数 学在化学理论发展中的基础地位，以及化学在生物学、地质学等学科和社会发展中的基 础性、中心性。 相比之下，国内9 0 年代编写并沿用至今的高中化学教材对于现代化学的基本概念 原理以及学科的基本结构反映不够全面，教材描述性知识过多，知识的逻辑关系上跳跃 性较大，显得不够连贯。多年来我国的基础教育一直引以为荣的就是扎实的双基训练。 事实上，由于国外很多国家实行学分制，虽然从整体上讲国外中学生化学学习水平逊于 我国，但那些打算学化学的学生，其水平远远超过我国学生，扎实的理论基础训练有利 于为高一级学校输送专业研究人才。 我国新课程理念指导下的高中化学实验教材虽然总体上涵盖了近代以来化学的研 究成果，也反映出了现代化学的基本概念、原理。但由于教材内容是以模块的形式划分 的，无形中将化学学科的基本结构人为地割裂开来，给教师深入理解教材造成障碍。新 课程标准主张由学生选修各模块，这在实践中尚缺乏可取的经验和足够的选择空m 、教 学资源，更出于尚未摆脱的考试、评比压力，很多学校要么加大教学的难度、深度，从 而进一步增加了学生的学习负担；要么采取“套餐式”的选修，造成学生学科结构的缺 陷。 新课程既然鼓励多元、鼓励差异，在教材设计形式上也应满足不同层次、不同群体 天津帅范人学坝| 学位i 殳矬构主义视角f 的国外化学敦利研 的需求。国外教材即使币断修订，在学科结构上也相对保持着稳定。因此，建议我国的 课程工作者改变目前新课程千篇一律的模块式教材，避免这种剧烈变革因条件不成熟、 不完善，观念相对滞后等种种主客观因素可能给教学实践带来的损失。总之，教材的编 写既应反映化学学科内在的科学性和当今国际教育的新理念，又不能忽视本国的教学实 际中的各种制约因素。 3 2 2 认识梯度呈现出螺旋式递进 通常，以学科结构为中心的教材都十分重视学生认识的螺旋式递进。化学简 单之路( c h e m i s t r y - t h ee a s yw a y ) 包括了化学学科的基本概念，基础理论，并触及 到了化学学科发展的最前沿。为了体现上述原则，该教材在内容的编排上先介绍基础概 念、基本原理，然后再介绍他们的具体应用，有利于他们对化学学科结构的理解与运用。 澳洲化学教材分为二册，两者部分知识点出现了很多重叠，更好地体现了知识的螺 旋递进顺序。比如，第一册中的第二章“物质是由粒子构成的”和第二册第二十八章“原 子的内部结构”以及第二十九章“元素周期表”，讲述的几乎是同样的知识点。如同样 是讲述原子的内部构成，在第一册中采用描述的方式说明原子的结构模型： “在原子的中心是原子核，原子核周围具有很大的空间原子核中含有带正电的粒子被称为质 子最简单的原子核是氢原子核，里面只含有一个质子别的元素的愿子核还含有中子中子和质 子的质量相当，但是不带电原子的质量主要集中在中子和质子上，而电子占据了原子内部大部分 的空间” 为了有助于学生了解原子的内部结构，教材中利用足球场的插图进行类比：如果原 子有足球场这么大的话，那么原子核只有开球的中圈那么小。 在第二册揭示原子的结构的过程中，重在叙述粒子发现的过程与方法以及实验所采 取的手段。在讲述原子的结构时描述了科学模型的方法，而不是具体的实物，并且由卢 瑟福模型介绍到玻尔模型： 放射性元素镭的原子分解时，会发射出带正电的a 粒子卢瑟福的研究团队用一束镭原子放射 出来的a 粒子来轰击金箔通过研究放在金属后面的屏幕上出现的闪光来确定a 粒子运动的路径 大多数的高能粒子径直穿过金箔，好象没有遇到什么阻挡不过，卢瑟福惊奇的发现大约80 0 0 个0 粒子中有一个会发生散射，而且散射的角度比较大有时，粒子甚至会被径直地反射回来卢瑟福 推断，质子曲定位于原子中心一个很小的区域内他把这一区域称为原子核，原子核占据了原子大 部分的质量并携带了所有的正电荷。原子的原子核以外的区域除了有电子分布外，大部分区域是空 天津师范人。学坝t 学位论义建构土义说角f 的附外化学敦丰才研( 的。卢瑟福实验中的大部分a 粒子恰好通过这一区域，几乎没有遇到阻挡只有极少数的a 粒子轰 击到原子核上并且发生7 明显地散现象 卢瑟福形象化地把电子绕梭运动比作行星绕太阳运动原子中的作用力是存在于电子和原子核 之间的静电引力，而使太阳系运行的是万有引力依靠卢瑟福的a 粒子散射实验建立起来的原子模 型理论存在明显的缺陷 根据经典物理学推测电子绕圆形轨道运动应该连续不断地发射出电磁辐射，不过任何辐射都 没有观察到 当电磁辐射发生后，电子将会丧失动能，螺旋着飞向原子核，在很短的时问内，原子将会消 失 模型不能解释当元素被加热时，只能观察到具有特定能量的光当光通过棱镜打到屏幕上的 时候，原子发射光谱就形成了这个光谱是黑色背景下的一些有间隔的彩线 19 13 年丹麦物理学家玻尔认为经典物理学不能用来解释电子的运动他指出电子在原子内的运 动应该是这样的： 绕原于核逗动而没有能量损失 只能以既定的能量在特定的轨道中运动 电子在什么轨道运动决定于电子的能量的商低，能量低的电子在离核近的轨道运动，能量高的 电子在离核远的轨道运动 前后比较可见，学生对同一知识在有了初步认识基础上，进一步加深了理论描述的 力度，实现了由具象思维向抽象思维的发展。 我国的新教材中，必修模块和选修模块之间也存在知识点的重叠。如在化学必修2 的第1 2 到1 3 页、选修模块物质的结构与性质的第4 到1 3 页，都同是讲述原子核外电 子的排布： 在必修2 中编者指出对于多电子原予，电子分别在能量不同的区域内运动，这些能 量不同的区域被简化为不连续的壳层，也称作电子层。核外电子总是尽可能的从内层排 起，当一层充满后再填充下一层。对于每层最多可排多少电子，编者是通过给出第l 到 2 0 号元素的核夕 电子排布图来解决的。 在选修模块物质的结构与性质中，编者先后介绍了能层与能级、构造原理、能量最 低原理、基态与激发态、光谱、电子云、原子轨道，力争使学生在学习核外电子排布的 知识时，不光要知其然，还要知其所以然。 在此不妨设想，由于学生水平的不同，必修模块对一些水平较高的学生显然过于浅 人，f | 帅弛人掌坝| 学位论文 矬构主义视埔f 的陶外化学教材研究 显，跨年级、跨模块的学习势在必行，这在中学能否实现目前还是个未知数。总之，好 的教材需要灵活的使用方式，新课程各模块的教材如何衔接还是个有待探索的难题。 3 2 3 内容的表述体现化学研究的过程与方法 科学方法就是认识和研究自然界所遵循的过程和手段。在化学研究中主要有：观察、 实验、测定、数据处理、比较、分类、科学抽象、假说和模型等。综观国外化学教材， 在编排上注意描述科学概念、理论形成和发展的过程。不仅对于学生理解化学的过去与 未来很有帮助，而且也是对化学研究方法的最好诠释和示范。 以原子结构这部分内容为例： 美国教材是通过化学史来揭示原予内部结构的：首先指出在十九世纪二十年代初， 用玻尔模型来解释核外电子的排布遇到了两方面的困难。一是根据玻尔模型用经典机械 运动理论不能解释电子能够存在于确定的能级当中，而能量没有损失；二是玻尔模型只 是在解释氢原子核外电子的运动时比较成功，却不能解释其他原子( 含有两个或两个以 上电子) 核外电子的运动。这时候就需要新的理论来解释核外电子的运动规律，这一难 题在二十年代通过多位科学家的共同努力被解决了。他们的工作包括涉及量子力学方面 的众多数学模型。此时，爱因斯坦的质能方程已经提出。普朗克在他的光的量子理论中 指出，光就像具有波动性一样也具有粒子性。在1 9 2 4 年一位年轻的法国物理学家德布 罗意指出既然像普朗克说的那样光具有波粒二象性，那么粒子也应该具有波动性。在 1 9 2 7 年，德布罗意的理论被证明是正确的。同年海森堡阐述了他的测不准原理，原理指 出在某一具体时间确切的知道核外运动粒子的速度和位置是不可能的。海森堡和澳大利 亚物理学家薛定谔一起结合了德布罗意的理论指出电子以驻波的形式绕原予核运动，他 们用复杂的方程来描述原子的机械波模型。这些能具体的描述电子的波动性的方程的解 是“轨道”，它和波尔轨道是完全不同的概念。在这个模型中，粒子不是以圆形轨道绕 原子核运动，轨道只是表明电子可能在哪一区域出现，并没有表明具体的运动路径。通 过这些介绍可以让学生理解科学过程和科学方法，更重要的是让他们在了解化学史的同 时，明白了核外电子运动的基本原理。反映出从绝对时空观到相对时空观的过渡对化学 理论研究所起的决定性作用。 在加拿大教材中，描述了几个世纪以来人们为了解释北极光这一自然现象所做的种 种假设与科学探索过程，直到近代通过革命性的原子结构模型这一现象才得到了合理的 解释，这样很自然的就把学生引入到对原予内部结构的探讨的学习当中来。 天津师范人学硕l 。学仲论史建构主义税角下的田外化学教利研宄 “北极光是在北极地区的夜空中出现的，持续时闻极短的自然现象数世纪以来、很多人都观 察到了这种跳动着的微弱的彩色光带并试图解释出现这种情况的原因生活在哈德森海湾附近的因 纽特人认为北极光是引领死难者的灵魂去往另一个世界的精灵所举的火把的光芒；在格陵兰和拉布 拉多，人们认为北极光可以预测天气：在中世纪的欧渊，人们把北极光的出现看作是有战争和瘟疫 迫近的征兆今天，科学家们认为北极光是由太阳发射出来的由质子和电子组成的等离子体流引起 的当等离子体中的电子和大气层中的气体原子发生作用后，原子就会发射出有颜色的光十九世 纪的原子理论不能解释为什么北极光只能呈现很窄的波长范围内的特定光谱，而不是整个可见光谱 然而在二十世纪初，科学家们革命性的形成了新的原子模型新的模型和他所对应的理论能够解释 当时的原子理论所不能解释的现象，其中就包括北极光” 这一部分内容的叙述不仅仅把学生引入到对本章节的学习，更让学生明白科学发展 的历史，实际上就是一部求真创造史，一部人类充分发挥思维能力和创造能力、批判一 切盲从迷信的历史。 澳大利亚教材也详细介绍了原子内部结构探讨的过程： 在十九世纪末，化学工作者拥有两个非常重要的工具来对物质的本质进行理解，一个是道尔顿 的原子理论，另一个是门捷列夫的元素周期表由于受道尔顿原子理论的局限，在门捷列夫的周期 表中元素是按原子质量的大小来排序的化学工作者需要用道尔顿的理论来解释物质在化学反应中 表现出来的性质，不过他的理论存在局限性，这就需要更靖深的原子模型理论的提出随着汤姆逊 发现了电子，为新的原子模型的提出提供了理论依据汤姆逊也提出了自己的尿子结构模型，不过 随着科学新发现，这一模型很快被卢瑟福的核型原子模型所代替由于十九世纪的物理学不能解释 为什么依据卢瑟福的理论，原子能形成稳定的结构，这一问题的解决也成为了科学发展史上重要的 转折点人们观察到原子光谱之后，核型原子模型也被推到被变革的边缘这时卢瑟福的学生玻尔 提出7 玻尔模型，能很好的解释氢原子的结构，但同时又存在缺陷，那就是不能解释含有多个电子 的原子的结构德布罗意波被发现以后，海森堡提出了测不准原理并和薛定谔一起创立了新的原子 结构模型，即原子的量子化机械模型他们用波函数来表征电子的运动情况用薛定谔方程来求解 表征波函数的物理量，即量子数，根据量子数推测电子所处的轨道 可见原子结构知识是通过介绍对其探究的过程而呈现给学生，这样的教材设计更利 于提升学生的科学素养。学生在学习时，可以认识到，在科学探索的过程中会不断遇到 科学问题，这时候科学家们往往会大胆地进行猜想与假设，并通过科学实验来去伪存真， 有利于学生形成科学的世界观、峰定的科学信念。我国新课程也注意了化学史的独特教 自魅力在教育部基础教育课程教材发展中心指导下的化学课程网( c h e m c e r s p c o m ) 2 4 天津帅袍人学坝j 学位论殳建构土义视角f 的困外化学教材研艽 i 3 设有化学史教育的栏目。但不论是教科书中，还是教师的思想观念中，化学史还往 往被当作标签式的思想教育内容。客观上造成重视科学发现的结果，轻视科学发现的过 氍与办法的教育现状。 3 2 4 情境设计丰富多样，利于开展建构的学习 在国外化学教材中，为学生创设了丰富的情境。有的来源于现实生活，有的来源于 人们的科学观念的进步( 如上例中对北极光的认识) ，有的来源于化学史实。情境不仅 易于引发学生学习，作为相关学习的大背景，它时时与学习的内容发生联系，连接着日 常概念和科学概念，潜在地引导学生学习知识，运用知识。其作用表现在： ( 1 ) 作为学习线索，围绕中心内容引导学生多向度的学习与建构。 如澳洲化学教材第一册第一章对材料科学发展的描述： 1 9 5 7 年澳洲人l e wh o a d 用一把天然皮革穿成的木制球拍赢得了温布尔登网球公开赛男子单打 的桂冠在那一年，城郊的澳大利亚人用玻璃瓶子装牛奶回家；他们逛商场时用的是篮子或自己编 的袋子：驾驶的是装有镀铬的钢铁缓冲架的车子 在1 9 9 7 和1 9 9 8 年，另一位澳太利亚人拉夫特用一把碳素球拍连续两次登上了温布尔登网球公 开赛男子单打的最高领奖台这时候的澳大利亚人买的牛奶，有的是用纸盒装的并放在纸箱当中用 塑料封着，有的用望科瓶装的；他们逛完商场回家时放东西的是塑料袋子；他们驾驶的新车上的缓 冲架已经是用坚固的、黑色的聚合体制作的了 在这四十年里，让我们看到了制作日常用品的材料的巨大变化。新的纤维被制作出来芳和其他 混合或单独用于新材料的制作制作厨房中橱子与板凳等用品的流行材料不在是木材而是合成塑料 在50 年代，学校的学生用防油的纸来装他们的三明治，到了9 0 年代，用塑料食品薄膜或铝箔来包 装国内用于排水的陶制管道大部分被p v c ( 聚氯乙烯) 管道代替7 在19 5 7 年，大多数今天用到的材料还没有制作出来，一些有关航空科技研究的项目还没有进展 现在经常用到的一些聚合体还没有进入市场计算机技术处于孕育阶段，通讯缺乏今天的便利和快 捷。 在最近几年里，又生产出一系列的斯材科，他们中的一些在其应用的工业领域里会产生革命性 的变革这是一种可以用于制作汽车发动机的新型陶瓷( 附插图) 。它更牢固，比钢铁材料更轻，更 能承受高涅，另外还能节省可观的运转费用进一步的研究可以让我们看到更广阔的应用前景 合成材料轻而牢固它们是通过把玻璃纤维和碳素纤维等嵌入在丙烯聚台物中制成的，现在已 经被广砭用于网球拍、冰刀、船只与高尔夫球杆的制作当需要用到很轻但又很坚固的材料时，他 j 凡渖师范人学帧 掌位论文 建掏主义疆角f 舶囝外化擘敦材研究 们是很适合的，比方说，它们可以作为制作飞机和飞船的材料 超导体是一种能够导电，又不会造成电量损耗的物质当超导现象剐被发现的时候，这种现象 要在非常低的温度下才能被观察到( 低于负的2 5 0 度) 在八十年代束，研究人员制作的陶瓷超导材 辩，可以让起导现象在藏氮汽化的温度( 负的1 9 6 度) 之上发生超导现象超导现象必须在较低的 温度下才能发生，使人们减少电动机和电脑的用电损耗的希望破灭了 在材料科学的进展中，最令人振奋的突破之一是可以用人造器官来代替人体的某些部位 对当代的科研工作者来说，由于他们掌握了高科技的技术并拥有高度精密的仪器，使这一切材 料羊 学方面的进展成为可能高精度的显微镜可以看清金属晶体和分子晶体的结构电脑绘图法可 以让科学家们绘制出他们正在合成的物质的结构原子理论可以让他们绘制出想要合成的物质的反 应历程 从上述情境中，学生可观察到不同年代、不同类型、不同科技含量的材料对人们生 活的改善，为学生提供了一个材料科学的概貌，有助于引导学生对其感兴趣的内容进一 步学习。 ( 2 ) 为抽象的科学概念提供直接经验，从而连接日常概念和科学概念。 澳大利亚教材第二章是这样描述“元素”概念的形成的： 看，这是一片铝箔想象一下我们可以把它切成更小的片，而且连续不停的切下去，直到切到 把铝片放到高倍显微镜下都不能继续切割在理论上，你可以继续切下去，直到铝片只有一个辣子 那么大这个原子是构成铝箔的最小微粒如果铝原子被继续分割，那么它将不再是一个铝原子了 铝之所以被定义为一种元素是因为它只是由一类元素构成的自然界中存在9 0 中元素此外，科学 家们还发现了2 0 多种元素，不过它们不稳定，只能在实验室中被发现 心理学认为，概念是人们认识事物及分类事物的心理基础。基于学生的生活经验， 他们往往能自发地建立一些日常概念，如上例中的“物质可分”的概念，而科学概念需 要通过专门的教学过程来掌握。维果茨基认为，这两种类型的概念在形成与发展过程中 是相互联系、相互作用的：“在作为儿童与成人合作形式的教学中得到发展的科学概念， 为儿章同常概念的发展创设了晟近发展区，而源于儿童生活经验的日常概念则是科 学概念发展的重要前提。科学概念的发展始于整个学龄期内儿童的自发概念，因此，我 们完全有理由说，j 下是科学概念的教学为儿童日常概念的发展敞开了大门”1 9 。可见， 通过设立情景，使同常概念与科学概念相互作用，不仅可以促进科学概念的掌握，还有 9 1 雨王善教学模论f m ll 海教育版引。2 0 0 2 21 2 7 1 2 8 页 2 6 人，# 帅北人字懈f 。年似世i蛙f j 土义视柏r 的固外化学教材酬t 利于引导学生避免产生错误的r f 常概念，有效地纠正学生可能存在科学性错误的日常概 念。 高中化学实验教材世设置了丰富的情景，不过情景设置主要集中在化学与生活、化 学与技术这些选修模块当中。化学与生活包括以下几方面的内容：关注营养平衡、促进 身心健康、探索生活材料，保护生存环境。化学与技术包括的内容是：走进化学工业、 化学与资源的开发利用、化学与材料的发展，化学与技术的发展。而在化学必修l 、比 学必修2 、物质的结构与性质、化学反应原理这些让学生形成科学的概念和掌握学科的 结构的模块当中却没有设置丰富的情境，更多的是知识与概念的累积，这样是非常不利 于建构学习的。 ( 3 ) 借助s t s e 主题，引发学生兴趣，为学生的学习积聚情感势能，培养公民意 识和社会责任感。 最近几十年科学技术的发展大大超过了人类有史以来所取得成果的总和，随着科技 的发展，地球的自然环境和人类的生存状况开始发生重大变化，科学技术的“双刃剑” 使风险与利益俱在。在教育中，s t s 主题成为臼益广泛的教育领域。s t s e 教育的显著特 征是把当今与科技相关的重大社会问题及具有地方影响的问题纳入教育特别是科学课 程之中，包括科技的应用问题与社会伦理闯题等，体现出课程观相互融合的态势。教学 中，不再以知识为本位，而是在一个更为开放的背景下，通过学习知识，培养科学态度 与价值观，以便于学生面对复杂的利益纠纷能做出公正的决定。 如果说前面介绍的情境是某个学习主题的背景，那么s t s 则是整个教材的氛围，这 种理念贯穿于整本教材的始终。如澳洲教材第一册各章的情境： 第一章：材料是怎样改变我们的生活的。编者通过对不同年代的网球冠军所用球拍 制作材料的对比，让学生看到了科学的发展与技术的进步。通过不同年代制作