高慧 王驕陽 閆春更 周青

摘要：采用FLOW MAP對中美四版化學(xué)教材中“物質(zhì)的量”概念體系內(nèi)容難度進(jìn)行了測量與評價。定量統(tǒng)計表明，中國教材的整合廣度較美國教材高，表征深度較美國教材低。質(zhì)性評價表明，美國教材的概念組織與整合設(shè)計以“化學(xué)計量思想與方法”演繹為內(nèi)核，中國教材則以“物質(zhì)的量相關(guān)概念的邏輯關(guān)系”演繹為內(nèi)核；美國教材的內(nèi)容表征注重情境線索搭建與類比思維的嵌入。

關(guān)鍵詞：FLOW MAP；教材難度比較；物質(zhì)的量；化學(xué)教材

文章編號：1005–6629（2016）6–0019–05 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

“物質(zhì)的量”概念體系在中學(xué)化學(xué)中占有非常重要的地位[1]。該主題知識是化學(xué)計量的基礎(chǔ)，表征了宏觀與微觀之間的量化關(guān)系，對培養(yǎng)學(xué)生宏微結(jié)合的能力起到了關(guān)鍵性作用?！拔镔|(zhì)的量”概念體系包含的主要概念有：物質(zhì)的量、阿伏伽德羅常數(shù)、摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度。閆蒙鋼、鐘志健等人進(jìn)行的實證研究均證明“物質(zhì)的量”概念體系是教與學(xué)的難點(diǎn)[2，3]?！拔镔|(zhì)的量”核心概念體系把人們的研究視野從宏觀引入微觀，在微觀的世界里，需要人們更多地使用抽象邏輯思維來重新認(rèn)識事物，學(xué)生認(rèn)知水平的欠缺造成物質(zhì)的量有關(guān)概念學(xué)習(xí)困難，教師的經(jīng)驗錯覺與課程共建意識不夠又一次加大了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度[4]。從教材特點(diǎn)分析出造成“物質(zhì)的量”教學(xué)困難的5個方面：（1）概念多；（2）理論性強(qiáng)；（3）內(nèi)容抽象；（4）符號雜；（5）計算難[5，6]。

對于這一學(xué)科教學(xué)難點(diǎn)，相關(guān)內(nèi)容的教材編寫是如何回應(yīng)的？本研究選取由人民教育出版社、山東科學(xué)技術(shù)出版社、江蘇教育出版社出版的三種代表性的中國高中化學(xué)教材（以下簡稱人教版、魯科版、蘇教版）與美國教材Chemistry： Concepts and Applications（McGraw Hill Education出版）作為研究對象，對“物質(zhì)的量”概念體系內(nèi)容難度進(jìn)行了測量和評價，并對其隱含的教育寓意進(jìn)行了探討。

1 研究方法

本研究基于由閆春更等建立的“二維度四指標(biāo)”的教材難度評價模型[7]，依托知識結(jié)構(gòu)表征的方法——Flow Map，重點(diǎn)對四版教材中“物質(zhì)的量”概念體系的整合廣度和表征深度進(jìn)行評價和比較。

1.1 評價模型簡介

閆春更等人認(rèn)為教材的廣度與深度均具有“二象性”特征：對于廣度，教材一方面通過所選擇學(xué)科知識點(diǎn)的多少來體現(xiàn)課程的基本廣度，另一方面又通過學(xué)科知識的有效組織與整合來實現(xiàn)對課程基本廣度的消解，表現(xiàn)為“整合廣度”；對于深度，教材一方面通過所選擇學(xué)科知識本身的抽象度等來體現(xiàn)課程的基本深度，另一方面又通過內(nèi)容表征時信息處理水平的合理提升來實現(xiàn)對課程基本深度的消解，表現(xiàn)為“表征深度”。據(jù)此，建立了如圖1所示的教材難度評價的二維度四指標(biāo)模型[8]，基本廣度、基本深度取值大小與教科書難度呈正相關(guān)；整合廣度、表征深度取值大小與教科書難度呈負(fù)相關(guān)。對教材整合廣度和表征深度的評價有助于研究者在微觀層面深入認(rèn)識學(xué)科知識與課程內(nèi)容之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)教科書編寫中的課程創(chuàng)生價值，為教科書編寫與改革提供更有針對性的參考。

1.2 FLOW MAP簡介

Flow Map（流程圖法）是兼具知識結(jié)構(gòu)與信息表征評價功能的工具，最初被用于測量學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，閆春更等將其用于教材評價領(lǐng)域以測評教材整合廣度和表征深度[9]。

Flow Map評價知識結(jié)構(gòu)分為以下步驟：第一，通過信息轉(zhuǎn)錄構(gòu)建知識或核心概念的順序圖。按照知識或概念出現(xiàn)的先后順序自上而下排列，并用順序符號表明其先后關(guān)系；第二，在順序圖的基礎(chǔ)上，按照不同知識或概念間的“信息回訪”或“概念重現(xiàn)”關(guān)系添加概念回訪符號，以完成流程圖；第三，對流程圖中每條知識或概念呈現(xiàn)時采用的信息處理方式進(jìn)行評判。信息處理方式分為直接定義、描述、比較或?qū)Ρ取⑶榫惩评砼c解釋共4個層級水平，具體內(nèi)涵如表1所示；第四，對流程圖中反映的知識結(jié)構(gòu)的整合廣度、表征深度等進(jìn)行定量統(tǒng)計；第五，針對流程圖反映的知識結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行質(zhì)性評價[10]。

1.3 借助Flow Map繪制教材知識結(jié)構(gòu)流程圖

圖2是用Flow Map方法繪制的美國教材“物質(zhì)的量”概念體系知識結(jié)構(gòu)流程圖。文本框中呈現(xiàn)的是教材的知識或概念，按照其出現(xiàn)的先后順序自上而下排列，并用順序符號表明其先后關(guān)系。圖中的回歸箭頭表示不同知識或概念間的“信息回訪”或“概念重現(xiàn)”，即若后續(xù)知識點(diǎn)B的教材文本陳述中的某個核心術(shù)語曾首次出現(xiàn)于先前的知識點(diǎn)A中，則繪制一條由知識點(diǎn)B指向A的回訪箭頭。例如，圖2中知識點(diǎn)8、12的文本陳述中的術(shù)語“1mol”曾首次出現(xiàn)在知識點(diǎn)6中，因此分別出現(xiàn)了由知識點(diǎn)8、12指向知識點(diǎn)6的回訪箭頭。文本框中的A、B、C、D是對每個知識或概念呈現(xiàn)時采用的信息處理方式進(jìn)行的評判。具體標(biāo)準(zhǔn)見表1[11]。

1.4 變量統(tǒng)計

整合廣度=流程圖中概念回訪總數(shù)/（概念總數(shù)目+概念回訪總數(shù)）。其中“概念回訪總數(shù)”即是流程圖中出現(xiàn)的概念回訪箭頭總數(shù)目。以美國教材為例，其“物質(zhì)的量”概念體系的整合廣度=18/（18+20）=0.474。

對四層級（直接定義、描述、比較或?qū)Ρ取⑶榫惩评砘蚪忉專┓謩e編號A、B、C、D，依次賦值1分、2分、3分、4分進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，A、B級合并為低級信息表征水平（簡稱“低表征水平”），C、D級合并為高級信息表征水平（簡稱“高表征水平”），表征深度=高表征水平分值/（低表征水平分值+高表征水平分值）。以美國教材為例，其“物質(zhì)的量”概念體系的表征深度為：30/44=0.682[12]。

整合廣度、表征深度的取值與教材難度呈負(fù)相關(guān)，即整合廣度、表征深度數(shù)值越大，則相應(yīng)的教材難度越小。

2 結(jié)果討論

按照上述方法，分別對人教版、蘇教版、魯科版、美國教材四版高中化學(xué)教材中“物質(zhì)的量”概念體系的整合廣度、表征深度進(jìn)行了分析和比較（結(jié)果見表2），其中整合廣度一致性系數(shù)較高，總體水平為0.911，信度高；表征深度一致性系數(shù)的總體水平為0.737，信度良好。

2.1 整合廣度分析

從表2可見，美國教材的整合廣度最低，為 0.474，中國教材整合廣度均不小于0.524。即就整合廣度而言，美國教材“物質(zhì)的量”概念體系內(nèi)容的難度較中國教材大。

進(jìn)一步分析流程圖內(nèi)容，可從質(zhì)性評價的角度審視四種教材內(nèi)容整合的差異性。由圖2可知，美國教材中“如何方便計數(shù)”、“摩爾是微觀粒子的計量單元”、“1mol物質(zhì)所含的微粒數(shù)”3個概念的回訪次數(shù)依次為4、4、3，從這一概念序列不難看出美國教材的概念組織與整合設(shè)計以“化學(xué)計量思想與方法”演繹為內(nèi)核，緊密圍繞“計量問題——計量思想——計量方法”這一邏輯關(guān)系組織內(nèi)容。另外，該教材還專門介紹了“化學(xué)計量學(xué)”這一概念，進(jìn)一步印證了教材的編寫意圖，即通過提出問題、解決問題的過程，滲透化學(xué)計量的基本思想和方法，充分體現(xiàn)對化學(xué)計量學(xué)內(nèi)容教學(xué)價值的強(qiáng)調(diào)。

對中國教材的流程圖進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，三個版本的中國教材主要圍繞核心概念“物質(zhì)的量”、“1mol所包含的微粒數(shù)”進(jìn)行知識內(nèi)容的組織，各版本教材對以上兩個核心概念的回訪次數(shù)依次為：人教版6、5；魯科版7、5；蘇教版5、5。三個版本教材均從“物質(zhì)的量是聯(lián)系宏觀和微觀的橋梁”引入該主題內(nèi)容。明確給出“物質(zhì)的量”的意義、符號和單位。在對摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度的概念引入中均強(qiáng)調(diào)了新概念與物質(zhì)的量概念內(nèi)涵的關(guān)系。可見，中國教材重視核心概念“物質(zhì)的量”內(nèi)涵的解釋，傾向于以“物質(zhì)的量相關(guān)概念的邏輯關(guān)系”演繹為內(nèi)核組織相關(guān)內(nèi)容。

綜合中美教材在整合廣度方面的差異可見，中國高中化學(xué)教材有助于學(xué)生建立較為清晰而完整的標(biāo)準(zhǔn)概念體系，有助于學(xué)生從知識的“符號”維度掌握課程；而美國高中化學(xué)教材則注重學(xué)生在問題解決過程中領(lǐng)悟化學(xué)計量的思想與方法，強(qiáng)調(diào)學(xué)生從知識生成“過程”維度掌握課程，在這一層面對學(xué)生提出的要求明顯高于中國教材（即導(dǎo)致難度較大）。

2.2 表征深度分析

由表2可見，美國教材的表征深度最高，達(dá)到了0.682，中國教材的表征深度不超過0.450。即就表征深度而言，美國教材“物質(zhì)的量”概念體系內(nèi)容的難度較中國教材小。

分析流程圖可以看出，美國教材對核心概念“如何方便計數(shù)”、“摩爾”等更多地運(yùn)用了比較與對比（C）、情境推理與解釋（D）等高級信息表征策略，例如對知識點(diǎn)“如何方便計數(shù)”的表征水平，就將微觀粒子類比為錢幣，如何不通過挨個數(shù)就能確定大量錢幣的數(shù)量，運(yùn)用了比較或?qū)Ρ鹊谋碚鞣绞剑缘燃墳镃；對“摩爾作為計量微觀粒子的計量單元”的表征水平，在數(shù)硬幣這樣一個大故事情境中，推理“如果你想數(shù)出原子個數(shù)，設(shè)定什么樣的單位比較合適呢？比起你數(shù)硬幣所選用的1000這個單位，你需要更大的單位，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1000，可以多至100萬。原子實在太小，即使是一個普通大小的樣品物質(zhì)，其所包含的微觀粒子數(shù)也是無法數(shù)清的，因此若把它們按照每組1000個來數(shù)的話，就不具有可操作性。即使以100000作為單位進(jìn)行也是不合適的”[13]。進(jìn)而直接給出“用來計量物質(zhì)中原子、分子數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)單位是摩爾（mol）”，因此屬于D（情境推理與解釋）表征水平。由于美國教材對該部分內(nèi)容的呈現(xiàn)目的主要是讓學(xué)生通過已有的認(rèn)知經(jīng)驗建構(gòu)起化學(xué)計量的思維和方法?；诖四康模罅坎捎幂^高的信息表征策略也在情理之中。

與此形成鮮明對比的是，中國教材對核心概念的表征上大多采用了直接定義（A）、描述（B）等低級表征水平，例如三種版本的中國教材對三個核心概念“可稱量物質(zhì)與微粒數(shù)之間關(guān)系”、“物質(zhì)的量”、“1mol所包含微粒數(shù)”的表征水平均依次為B、A、B。三種版本的中國教材均是通過要建立“可稱量物質(zhì)與微粒數(shù)之間的關(guān)系”來引入“物質(zhì)的量”，接著直接對“物質(zhì)的量”進(jìn)行描述，給出符號和單位，進(jìn)而直接引入“1mol所含微粒數(shù)”，其表征水平均屬于直接定義或描述，所以歸為A或B等級。

美國教材編排的重點(diǎn)是微觀粒子的計量單元“摩爾”。以數(shù)40桶硬幣為情境，提出問題“如何方便計數(shù)”，引發(fā)思考，進(jìn)而提出選擇計量單元的思想，將硬幣與微觀粒子進(jìn)行類比，對微觀粒子計數(shù)時選擇摩爾作為計量單元，明確規(guī)定1摩爾所含的微粒數(shù)是6.02×1023，并將此數(shù)命名為阿伏伽德羅常數(shù)。同時，運(yùn)用類比“如果把6.02×1023張紙堆起來，那么它的厚度可以從地球到太陽來回1000000次以上。紙張的厚度非常小，但是一個原子的體積更小，而1摩爾的鎂原子還鋪不滿手心”[14]。讓學(xué)生感受6.02×1023的龐大與微觀粒子的微小。接著，通過對計量微觀粒子與計量雞蛋的單位進(jìn)行類比，發(fā)現(xiàn)計量單元大小與計量對象大小呈反比，滲透方法論思想。

在對1mol所包含的微粒數(shù)的介紹中，中美教材也顯現(xiàn)了較大的差異。中國教材均呈現(xiàn)了6.02×1023的數(shù)值來源——“0.012kg 12C中所含碳原子數(shù)”，但對于“為何摩爾質(zhì)量數(shù)值與相對原子質(zhì)量數(shù)值相等”均未作出解釋；美國教材直接給出1mol所包含的微粒數(shù)是6.02×1023后，通過情境推理的方式，解釋了摩爾質(zhì)量與相對原子質(zhì)量在數(shù)值上相等的原因。圖片呈現(xiàn)天平的兩端分別放置6個碳原子和6個鐵原子，天平指針偏向鐵原子一邊。并配以文字解釋道“1個鐵原子的平均質(zhì)量是1個碳原子平均質(zhì)量的4.65倍，1mol鐵原子的質(zhì)量就是1mol碳原子質(zhì)量的4.65倍”。

綜合中美教材在表征深度方面的差異可見，美國高中化學(xué)教材注重情境線索搭建，且通過較多類比思維的嵌入實現(xiàn)知識的文本演繹過程，關(guān)注對相關(guān)疑難概念的本質(zhì)原因的推理和解釋。在這一層面上，美國教材對學(xué)生學(xué)習(xí)過程提供了更加有力的支撐（即導(dǎo)致難度較?。?/p>

3 研究啟示

整合廣度的評價結(jié)果顯示，美國高中化學(xué)教材的整合水平低于中國教材，即美國教材在內(nèi)容組織與整合層面的難度較大；質(zhì)性分析表明，美國教材的內(nèi)容整合注重“化學(xué)計量思想與方法”的全面滲透，與中國教材注重“物質(zhì)的量相關(guān)概念的邏輯關(guān)系”有明顯差異。表征深度的比較結(jié)果顯示，美國高中化學(xué)教材在學(xué)科概念的呈現(xiàn)中注重情境線索的搭建與類比思維的嵌入，注重對情境推理與解釋等信息處理策略的滲透，對學(xué)生學(xué)習(xí)的支撐力更強(qiáng)?？梢?，對教材整合廣度和表征深度的評價不僅可以定量地反映教材的相關(guān)內(nèi)容難度，也可以從質(zhì)性研究的角度揭示教材編寫中蘊(yùn)含的教學(xué)價值與教育寓意。

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