中美高中化学教材实验要求比较及优化建议

化学教材中实验根据类型不同，对于学生的要求也不同。教材实验要求的难度可以定义为以化学教材实验教学目标为标准，学生在单独阅读和学习教材实验的情况下，对于相关化学知识和技能获得的难易程度和要求及其思维训练的深浅程度［21］。

（一）实验设计的要求

学生自主设计实验对于学生的要求相对较高，不过两国教材中对于实验设计都有一定的要求。

人教版《化学》选修中的各个课题中都有“拓展实验”这一模块，提供了简单的实验步骤指导，要求学生设计方案以完成实验，但是对于实验设计的规范性并没有特别的要求。而《化学：物质与变化》中对于实验设计的要求在第1章中就有所体现，要求学生明确实验目的，找出实验中的自变量、因变量和控制变量并明确实验步骤及需要重复实验的次数。但是相比较而言，人教版《化学》中有实验设计要求的实验多于美国的《化学：物质与变化》，但是美国化学教材中的实验设计要求和规范性更高。

（二）实验操作的要求

化学教材中对于实验操作的要求越来越成为增强学生科学素养、重视科学精神的熏陶、体现科学的人文内涵的一个重要抓手。纵观中美高中化学教材中对于学生实验操作的要求，两国教材对于学生在实验过程中操作的安全性和规范性做出了明确的要求和规定。根据人教版《化学》中实验类型的区别，对于学生操作的要求也有所不同。学生实验对于学生的实验要求最高，因为学生实验的内容是对学生在化学学习中的一个重要衡量标准，也是化学实验操作考试中的重要内容。例如：在必修1第一章第一节“萃取实验中对于分液漏斗的使用”中，教材给出了明确的指示和指导：“用右手压住分液漏斗口部，左手握住活塞部分，把分页漏斗倒转过来振荡，使两种液体充分接触；振荡后打开活塞，使漏斗内气体放出”，并且对于分液漏斗的使用给以配图来辅助提示学生操作。

现在以“配制一定物质的量浓度的溶液”实验为例比较两国教材中的实验操作要求。两国教材对于该实验的实验操作表述和溶液配制过程示意图的比较如表2-22所示。

表2-22　“配制溶液”实验操作难度的对比

通过以上的例子我们可以看出，对于学生实验操作方面的要求，中国教材通常会做出更具体的要求和规范，包括仪器使用的规范、药品的状态和操作顺序等。而美国教材中大多把实验操作顺序做出明确的规范，但是操作上的细节没有中国教材中规定得明确。

（三）实验记录的要求

中国高中化学教材中实验记录一般有以下几个方面的要求：药品用量、实验步骤、现象及解释、反应方程式、装置图等，教材中对这几部分的记录都有涉及表格或者留有填写的空间。例如人教版《化学》必修中的实验“钠、镁、铝金属性质对比”如表2-23所示。

表2-23　人教版《化学》实验记录表范例

美国高中化学教材中对于学生在实验操作中的记录也有相应的表述，一般会引导学生记录现象并设计表格记录数据。例如：《化学：物质与变化》第21章中有一个迷你试验“研究铁钉生锈的原因”，其中第二步有这样的表述：“Record your observations for each of the beaker”（记录你所观察到的每个烧杯中现象），第三步中有这样的表述：“Examine the nails and solutions the next day and record your observations”（第二天检查铁钉和溶液并记录现象）。在教材中没有给出供学生记录的表格，这就对学生记录数据提出了更高的要求：选择什么数据进行记录，定量数据和定性数据如何获取，怎样设计表格记录数据最方便分析实验结果得出结论。学生利用教材预习实验的时候看到这样开放式的问题会事先进行实验记录表格的设计。另外，教材配套的实验书的设计也非常精妙，采用灵活的活动页形式，学生实验过程中的问题和现象可以直接记录在实验书上，报告填写好可撕掉这一页交给教师批阅。

（四）实验安全的要求(www.xing528.com)

中美两版化学教材的实验安全内容都旨在培养学生的实验安全意识，并提升学生作为一个公民的科学素养。人教版《化学》中的实验安全教育的内容主要集中在《实验化学》教材中，第一单元的课题一里就有关于“保证实验安全”的基本规则和安全警示图标及含义。人教版《化学》除了实验守则的内容外，还在附录中以表格的形式列出了实验仪器的使用方法和注意事项。在必修1的开篇也列出了一些常用危险化学品的标识以提醒学生注意实验安全。在《化学：物质与变化》中，利用9页的篇幅在教材开篇的重要位置强调实验安全及不同实验意外的处理方式，并在第1章“科学研究方法”部分列出高中生需要注意的24条实验安全规则。因此，两国教材在实验安全的编排上各有特点，表2-24呈现了两者的差异。

表2-24　中美教材实验安全要求的对比

人教版《化学》选修6的附录Ⅱ列出了化学实验中的常用仪器、使用方法和注意事项，如图2-5。而《化学：物质与变化》中没有这样一个专门的栏目介绍仪器的使用和安全操作。

图2-5　人教版《化学》选修6中关于实验仪器的使用规则和注意事项［22］

相比而言，《化学：物质与变化》中化学标识的标注比人教版《化学》更加详细，还有针对性地列举了标识表示的注意事项。部分标识的摘录如图2-6所示。

（五）实验结果的要求

结果的呈现和分析也是实验要求的重要部分。人教版《化学》中对实验结果一般以表格形式呈现。例如：必修2的“水果电池”实验中，对于实验操作、现象和结论的记录在一个表格中，如表2-25所示。后面会有一些与实验相关的问题引导学生对自己的实验结果进行反思。

图2-6　《化学：物质与变化》中的化学标志［20］

表2-25　人教版《化学》实验结果记录表格范例［23］

《化学：物质与变化》中对于结果的呈现和反思有更高的要求。教材中的“分析与结论（Analyze and Conclude）”一般要求学生从以下几个方面呈现并分析结果：“分析数据（Analyzing Data）”“分类（Classifying）”“利用数据分析（Using Numbers）”“预测结果（Predicting）”“分析和结论（Analyzing an Concluding）”“误差分析（Error Analysis）”。在第2章内容中，教材系统性地介绍了实验测量中数据的记录、单位换算方法及误差的产生和避免，所以几乎每个实验后都有关于误差的相关计算要求，有助于学生借助测量数据分析自己的实验结果，并分析操作的失误或者改进方案。

总体来说，《化学：物质与变化》中实验编写的主体框架是以学科为中心的编写体例，突出学生为中心和社会问题为中心的编写特点，具有很强的综合性。教材多采用“实验情境创设式”“激发疑问式”及“引导探究式”，使化学知识信息形象化、直观化、趣味化，突出以学生的发展为本，倡导自主、合作、探究的学习方式。人教版《化学》的实验呈现方式多为“实验活动陈述式”和“总结提炼式”，采用规范的学科术语讲解和呈现教材内容。《化学：物质与变化》从形式上讲，采用了大量色彩艳丽的图片，使学生第一眼看到教材就会非常喜欢并且感兴趣。整个教材不仅仅局限于基础知识的介绍，还力图通过系统的教学过程，培养学生初步的科研能力。教材注重学生思维能力的培养，加之其强大的栏目功能，全面而富有创新性的教育理念，使得学生认识到化学与生活之间是紧密联系在一起的，认识到学习化学的重要性，学会用化学的眼光看待世界，充分领略到化学的魅力。