初中化学教科书理论内容编排比较.doc
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Longdong University化学化工学院学生毕业论文题 目不同版本初中化学教科书理论内容编排比较专 业 化学 班 级 2008级化学1班 姓 名 马 全 才 指导教师 胡 胜 利 2012 年 5 月 18日不同版本初中化学教科书理论内容编排比较马全才,胡胜利(陇东学院 化学化工学院, 甘肃 庆阳 745000)摘 要:化学理论内容是中学化学教学的核心内容,其重要性不仅体现在理论本身所具有的分析与解决问题的作用,更重要的是其对学生智力与能力发展所起的不可低估的作用。本研究采用内容分析法,对三套国内初中化学教科书(人教版、科学版、上教版)、一套美国初中化学教科书(浙教版)中化学理论内容编排进行分析比较,结果表明:四种不同版本的教科书理论内容都有各方面的缺点与优点,理论内容结构都欠完整性,理论的呈现用了不同的模型,活动内容安排都各具特色,编排位置也都不一样。并依据此结果,对教科书编者和中学化学教师提出教科书理论内容编排层次结构、理论建构方面和教师教学时所运用的理论模型、活动安排及授课方式给出了一些建议。关键词: 化学教科书 化学理论 编排比较Different Versions of Middle School Chemistry Textbook Contents Comparison TheoryMA Quan-cai HU Sheng-li(College of Chemistry and Chemical Engineering, Longdong University, Qingyang 745000, Peoples Republic of China)Abstract: Chemistry theory is the core of middle school chemistry teaching ,tits importance is reflected not only in the theory itself to analysis and solve problem, but more important is the nderestimated role in students intelligence and ability development . This study adopts the method of content analysis through analysising and comparing, the three sets of domestic junior middle school chemistry textbook ( person teaching edition, science, to teach the version ), an American junior high school chemistry textbook ( Zhejiang teaches printing plate) in the chemical theory contents ,the results showed that: four different versions of the textbook theory have various shortcomings and advantages, theory content structure owes the structue theory content is theory presented with a different model, content arrangement characteristics and arrangement position are not the same. And on the basis of the result, there are some suggesttion are given to the editors and the middle school chemistry teachers .theory construction and teaching by applying a theoretical model, activity arrangement and teaching .Key words: Chenistry textbook; Chemical theory; Layout comparison0引言当今,国内外关于科学理论的研究成果比较颇丰,但是关于初中不同版本教科书科学理论内容对比缺乏系统的研究,而科学理论却对科学课程教学特别重要,所以对于不同版本教科书科学理论内容的研究是对科学教科书深入系统的研究,也使得科学理论的研究更加完善,有利于教师更好地进行科学理论的教学,学生更有效地学习科学理论知识。那么,怎么才能让学生更好地学习科学理论知识,把复杂的理论概念熟练掌握呢?其中教科书是尤为重要的,教科书是教与学的中介,是教师组织教学的主要依据,也是学生学习的主要资源。所以教科书完整的将理论呈现给学生才会使得学生更好地掌握理论知识,以便更好地指导实践活动。基于教科书对理论内容的这种重要地位,对教科书理论内容的研究显得更加重要。不同的教科书都有它自己的编排特色以及优缺点,所以对不同版本教科书进行对比研究,找出它们各自的编排特色对进一步研究理论内容有着十分重大的意义。因此,本研究选取人民教育出版社、上海教育出版社、科学出版社出版的义务教育课程标准实验教科书 化学(九年级上下册)和由浙江教育出版社出版的美国最权威的研究性学习教科书科学探索者四种不同版本的教科书进行系统的分析比较研究。根据研究所得出的结果给教科书编者和中学化学教师提供宝贵的意见,以便使教科书更加完美地展示给大家,让老师教的好学生学的更好。让教科书更好地为学生和教师服务。1 研究背景1.1 问题背景1.1.1 新课程改革及教学的需要科学理论科学课程的内容基础,教师只有自己对科学概念科学理论由深刻的认识和理解,才能根据学生的发展经行教学设计,促进学生对科学知识的融合贯通。所以关于科学理论的研究对中学化学教育尤其重要,中学化学理论教学目前也成为教学中重要的一部分,一个教师对化学理论的教学是影响学生的学习的因素,因此,中学化学理论的研究在理论教学中是很重要的一部分。新世纪伊始,我国新一轮基础教育课程改革便如火如荼地展开了。此次新课改最突出的表现就是依据教育部2001年颁布的义务教育化学课程标准(实验稿)编写出版了新的教科书。新教科书不但打破了以往全国统一使用一套教科书的格局,而且在课程理念、课程内容安排、教与学的方式等方面的改革力度也是前所未有的。在初中化学新课程实施及上一轮高中化学新教科书实施过程中,化学教育界积累了一定的研究落实新课程、推进新课程的经验,但也发现了一些问题。其中,对化学基本概念和基础理论的教学存在着以下问题:部分教师不注重联系实际创设情境,教学内容缺少时代性、人文性和教育性,教学模式僵化、方法单调,学生学习比较被动,缺少自主学习、合作学习和探究学习过程,思维层次低,学生觉得化学基本概念和基础理论枯燥无味,缺乏兴趣,难以生动、活泼、主动地学习和发展。普通高中化学课程标准(实验)认为:教师不再是代表权威的指导者,而是学生学习化学的咨询者、引导者、帮助者和促进者。教师应该引导学生进行自主学习、探究学习和合作学习,帮助学生形成终身学习的意识和能力;引导学生像科学家那样去探究化学科学的真谛,像科学家那样去学习化学科学知识;培养学生的科学学习方法和创新意识;让课堂成为一个师生、生生互动交流、积极探讨、共同发展的场所,学生发现问题、分析问题、解决问题的场所,构建“知识与能力、过程与方法、情感态度与价值观”的场所。因此,我们在化学基本概念和基础理论教学设计时,要以学生为中心,尽可能地挖掘教科书,帮助学生发现概念之美,感受理论之实,增加学生的认知体验,把学生能力的培养落到实处。孟庆宏.义务教育化学课程内容标准特点分析M.化学教育,2003,24(10).1.1.2 中学化学理论的核心地位及内在要求课程是社会发展的产物,在教育系统中处于核心地位。课程历来又是教育研究最为关注的领域,它承载着理论与实践的双重使命,课程的变革蕴涵着新的思想和方法论。新的课程标准的出台,是我国基础教育领域里的一次革命,它的实施必将给我国基础教育的发展带来新的蓬勃发展的生机。化学基础理论是整个中学化学教学的核心,其重要性不仅体现在理论本身所具有的分析。与解决问题的作用,更重要的是其对学生智力与能力发展所起的不可低估的作用。化基础理论涵盖了整个中学化学的重要领域,既是认识元素及化合物、化学计算与化学实验的认知基础,也是指导学生获取知识、训练思维和解决问题的重要工具。北京师范大学教育学部的丁永霞总结了化学理论内容几个方面的特点:化学基础理论的抽象性与概括性它使用专业化的符号与规则代表其意义,是在长期的历史发展中形成的,需要进行系统的学习训练才能理解和掌握。化学基础理论的综合性与复杂性化学的基础理论是化学家长期摸索的智慧集合,几乎每一个理论背后都有无数科学家探索的痕迹。化学基础理论的认识性与实践性价值化学基础理论是研究者对客观事物运动规律的总结,也是化学研究的思想、方法的结晶,其中不仅蕴含着巨大的认识论价值,也包含了丰富的思想资源,还为我们的学习实践和生产实践提供了强有力的方法论支持。丁永霞.中学化学基础理论的教学价值与实践策略M.教育科学论坛,2010(4).1.1.3 STS教育对化学理论的需要科学(Science)、 技术(Technology)与社会(Society) 教育, 即“STS教育”是当代科学教育实践的重要理念, 环境(Environment)教育则是公民科学素养教育的一个重要组成方面。由科学、技术、社会、环境构成的STSE教育强调科学、技术与社会、环境的相互关系,重视科学技术在社会生产、生活环境和社会发展中的应用,是指导和实施学科教育的新理念。STSE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、科技发展动向问题和科技的社会伦理问题等。当学生看见所学知识在许多方面都有应用时,就会涌现出一股强烈的求知欲望,在化学学习中表现出前所未有的自觉性和主动性。对于中学化学来讲,最能体现学科基本结构的是课程内容中的化学基本概念和原理,亦即化学理论。所以对于中学化学课程中的科学理论研究显得尤为重要。1.2 研究目的本课题的研究目的分析比较四套中美初中化学教科书中化学理论的编排情况,为初中化学教科书理论内容编排和化学理论教学提供参考。本课题的研究任务主要有:(1)分析初中教科书所涉及的化学理论内容;(2)建构化学教科书理论内容编排分析框架;(3)运用建构的化学理论内容编排框架,分析比较四套中美初中化学教科书中化学理论的编排特点;(4)依据分析比较结果,为初中化学教科书理论内容的合理编排和化学理论的有效教学提出参考建议。1.3 名词解释科学理论:科学理论是系统化的科学知识,是关于客观事物的本质及其规律的相对正确的认识,是经过逻辑论证和实践检验并由一系列概念、判断和推理表达出来的知识体系。化学理论:化学理论是对不可直接感知的化学实体的特点和过程以及实体间的相互作用的有经验支持的解释系统。化学理论结构:由一定的理论观点、解释规则、经验事实和规律陈述组成,并通过一系列的理论模型,图片展示、化学史资料或者通过一定的活动将理论内容组织起来的结构框架。初中化学教科书:义务教育九年级学生所使用的化学教科书。2 文献综述2.1 科学理论及其发展变化科学理论由科学概念、科学原理及这些概念、原理的理论组成的系统知识体系,它有科学概念、观念、原理、学说、假说等形式,由理论部分和经验知识两部分组成,科学理论和经验知识构成科学知识的完整体系。徐长山,王德腾.科学研究艺术M.解放军出版社,1994:174-190.经验是理论发展的必然阶段,是连接理论和实践的桥梁。理论知识是经验阶段的必然上升,是科学知识体系中的骨干和灵魂,而科学理论则是在经验知识的基础上进行概括、总结个、归纳而形成的逻辑体系。科学理论具有客观的真理性、系统性、全面性、逻辑性、发展性、遇见性和对实践的指导性等特点。所谓科学理论,是对某种经验现象或事实的科学界说和系统解释。它是由一系列特定的概念、原理(命题)以及对这些概念、原理(命题)的严密论证组成的知识体系。对于科学理论的研究,许多科学家哲学家都进行了大量的研究。为对经验现象或事实的系统解释,理论表现为一系列具有内在联系的概念、原理或基本命题,是系统化的观点体系。例如,马斯洛需要层次理论就包含了生理需要、安全需要、社会需要、自尊的需要和自我实现的需要等重要概念,并据此构建起了一个模拟需要变化的动态模型,较完整、系统地解释了人们在某些需要得到满足后却仍然感到不满意这样一个普遍现象,从而具备了科学理论的基本形态。林毅夫认为:“理论的构建近乎艺术。好的经济学家和一般经济学家的区别就在于好的经济学家能把握重要的、一般的、简单化的,但又不偏离现实太远的条件于他的理论中”。威廉.R.奥斯顿法官认为一个科学理论应当具备如下特征:遵循自然规律根据自然规律解释现象的能力在经验世界里是可检验的它的结论是暂时性的,即不必是最终的结论它是可证伪的。李醒民.科学理论的结构M.自然辩证法通讯,2007,(6).马克思恩格斯十分重视科学理论的大众化工作,不断推动科学理论与世界各国工人运动相结合,积累了丰富的实践经验:通俗化、民族化的理论宣传普及和教育,是科学理论大众化的主要方式;建立独立的、科学理论武装的无产阶级政党,是科学理论大众化的政治条件和保证;理论与革命实践相结合,是推动科学理论大众化的根本途径;同各种错误的社会主义思潮作斗争,是推动科学理论大众化的重要手段。“批判的武器当然不能代替武器的批判,物质的力量只能用物质的力量来摧毁;理论一经群众掌握,也会变成物质力量。”中共中央马克思恩格斯列宁斯大林著作编译局 编译(马克思恩格斯选集:第1卷)M.北京:人民出版社,1995,1:9-10.“哲学把无产阶级当作自己的物质武器,同样地,无产阶级也把哲学当作自己的精神武器。”马克思在黑格尔法哲学批判导言中的这两段名言,揭示了马克思主义一经产生,必然走向大众化的历程。在推进当代中国马克思主义大众化的背景下,回顾和总结马克思恩格斯推动科学理论大众化的经验,具有重要的现实意义。现代自然科学已经由近代以来的简单性科学阶段进入到复杂性科学阶段,相应地,其演化发展也呈现出复杂性特征,既有众多内在因素的相互影响,同时也受到诸多外在因素的支配制约。进入20世纪,西方科学哲学关于自然科学理论进步问题的研究产生了逻辑实证主义、批判理性主义、历史主义等学派,它们都各自建构了比较成熟的模型,产生了不同的研究成果。逻辑实证主义认为,科学理论的发展是许多绝对命题的积累、是科学知识不断归纳的结果,可以看出,这种直线式累进模式把科学知识的增长看作是一个自觉的量变过程,随着经验事实的不断增多,最终归并成对自然界认识的科学理论,这从一个侧面反映了科学进步的总趋势。史蒂芬霍金(S.W.Hawking)是20世纪具有很强国际声誉的理论物理学家之一,这位伟人在科学理论的认识上具有独到的见解:对物理理论持典型的朴素证伪主义的观点;在物理学上,谨慎而乐观地相信存在一种完整的统一理论;而且“实在”在某种意义上以理论为前提。科学理论始终是科学哲学考察的核心,科学理论的发展模式是科学哲学家和科学史学家、科学家长期探索的一个重要问题。科学理论的发展是科学理论在历史上的更替与演变,更替的判断标准构成了这一中心问题的关键,通常被称为“科学理论的检验问题”。史蒂芬霍金这方面有自己独特的观点。理论只不过是(描述)宇宙或它的受限制的一部分的模型,一些连接这模型和我们所观察的量的规则。”刑怀滨,陈凡.从预警到建构的模式转变J .自然辩证法通讯,2002,24(1):30-36.霍金认为,科学理论仅仅是一些模型或规则,而且这些模型和规则“只存在于我们的头脑中,(不管在任何意义上)不再有任何其他的实在性”卢进.科技评估体系建设初探J.科技管理研究,2001(3):42-44.。显然,霍金的这种观点存在着很大的局限性,因为科学家必须“可能把它们(指自然界的结构和作用)归结为一些普遍的法则和一般的定律”肖锋.技术发展的社会形成一种关联中国实践的SST研究M.北京:人民出版社,2002.,这些是纯粹思维的结构,当它把符号同观察到的现象联系起来时,思维就过渡到了实在,思维结构就过渡到了现象结构,物理学家把现象结构“看作是主观现象后面的客观实在”,在这个层面上来讲,科学理论是客观实在的。然而,霍金强化真理的主观性、弱化真理的客观性,突出科学理论的经验性、否定科学理论的实在性,强调科学知识的认识论性、抹煞科学知识的本体论性,这是极其片面的和不合理的。科学理论的形成发展也经历了不同的时期。科学理论经过评价和检验,会进一步向前发展。科学方法论研究的一个重要成果,就是人们发现,科学研究没有机械的程序和万无一失的方法,科学理论的发展没有固定的单一模式。另一方面,有些学者,比如法伊尔阿本德,看起来是否定科学方法论的存在,但实际上是在倡导多元方法论。某个科学理论发展的模式有局限性,只能说明该模式有一定的适用范围和欠完善之处,不能说明科学理论的发展完全就是不能认识和把握的。历史上,许多学者提出了自己的科学观,试图以一个单一的模式概括科学理论的发展过程。虽然这些科学观和科学发展模式都受到不同观点的责难和批判,但是它们均从不同方面概括和反映了科学理论发展的某种情况。科学理论发展的四个主要模式置于不同的角度,分别进行阐述。亚里士多德等人提出逻辑实证主义精细研究的归纳演绎模式,反映的是科学累积发展的情况。笛卡儿、孔德和波普尔等人提出的猜想反驳模式,反映的是科学否证发展的情况。萨伽德等人倡导计算科学哲学,提出的概念革命模式反映的是科学理论认知框架的变化。库恩和拉卡托斯认识到科学理论的复杂性,提出的结构模式反映的是科学理论变化的历史性和社会性。前两个模式注重的是科学理论发展的逻辑一面,后两个模式注重的是科学认识冷热认知的一面。累积科学观是关于科学理论发展的较早且较有影响的科学观。20世纪,围绕科学理论的发展,出现了一个又一个不同的理论。累积式科学观的科学理论发展模式归纳演绎模式。这个模式最初由亚里士多德系统论述,经过赫歇尔(JHerschel)和惠威尔(WWhewell)的发展,后来在逻辑实证主义那里得到更加精致的阐发。科学理论发展的另一种方式是否证。否证主义科学观虽然是20世纪才出现的科学观,但是,与这种科学观相联系的科学理论发展的假说演绎模式或者猜想反驳模式的初步形态,是文艺复兴时期就出现了的。否证主义科学观有朴素的和精致的两种形式。本节把否证看做科学理论发展的一种形式而不是普遍的形式,科学发展的否证形式是:科学始于问题,为回答问题提出猜想,根据猜想演绎出一系列的预见,再根据这些预见设计观察和实验方案,通过经验与预见的比较检验猜想,然后依据经验检验的结果来调整理论或假说。科学理论的发展就是不断经受否证检验的过程。这个过程可以简单表示为:P1TTEEP2其中,P1代表问题,TT代表试探性理论,EE代表排除错误,P2代表新的问题。波普尔.客观知识一个进化论的研究M.舒炜光、卓如飞、周柏乔、曾聪明译上海:上海译文出版社,1987.科学理论的发展主要三种发展方式:累计式发展观、否证式发展观和社会历史观。累积式发展观先假定存在着不依赖于人类认识的科学事实,这些事实有待于类通过各种观察手段来发现:科学理论来自经验事实的归纳,科学进步就是通过归纳获得科学知识的不断增加,具体表现为科学事实以及能够揭示这些事实的科学定律和理论的不断积累。它包括两个发展阶段,分别是古典归纳主义的累积式发展观和实证主义的累积式发展观。邱仁宗.现代科学哲学概述(第二版)M.北京:高等教育出版社,2006.科学理论的否证模式代表人物是奥地利著名哲学家波普尔。他从证伪主义出发,否定了逻辑实证主义的逐渐积累的模式。科学理论的否正式发展过程是:猜想-证伪-猜想。卡尔.波普尔.实在论与科学的目标M.杭州:中国美术学院出版社,2008. 科学理论发展的社会历史观主要代表人物是美国著名的科学哲学家托马斯.库恩。他反对归纳主义的静态的科学发展观,认为它没有看到科学发展史中的实质性的变化不同意科学发展的证伪主义模式,他主张用历史的的方法,从动态角度来考察科学发展的机制和规律,进而克服片面性的科学发展观,勾画出一幅符合科学是实际的科学发展模式。2.2 科学理论的要素和结构逻辑经验论者对科学理论的要素结构做过系统的研究。他们认为,科学理论由三部分组成:形式系统、对应规则和概念模型。这一思想最早是由坎贝尔提出,卡尔纳普接受了它,内格尔加以系统的阐发。形式系统是所谓的“假设”、“抽象演算”,它由逻辑句法以及一组初始概念和公理两部分组成。利用逻辑句法提供的形式规则和变形规则,可以从公理导出理论的全部定理(科学定律)。对应规则即坎贝尔的所谓“词典”,它把理论语言同观察语言对应起来,前者的意义可由后者导出。卡尔纳普.科学哲学和科学方法论J.江天骥译.华夏出版社.1990:177.为此,他们为理论概念和命题制定了详尽的对应规则,这样一来,漂浮或翱翔在经验事实平面之上的纯粹演算的形式系统便获得了经验意义。概念模型就是对形式系统作语义解释,它施加于形式系统的初始概念和公理或公设之上,由此使抽象的演算变成具体的科学理论。由于模型,科学理论不仅是“定理的源泉”,而且还成为“知识的源泉”。此外,理论还通过模型而扩展到新的领域,并借助它指示可以在什么地方引入对应规则。 内格尔在阐明科学理论的三要素时说:为了分析起见,区分理论的三个成分将是有益的:(1)一种抽象的演算,它是该系统的逻辑骨骼,且隐含地定义了这个系统的基本概念;(2)一套规则,通过把抽象演算与具体的观察实验材料联系起来,这套规则实际上便为该抽象演算指定了一个经验内容;(3)对抽象演算的解释或模型,它按照那些或多或少比较熟悉的概念材料或可以形象化的材料使这个骨骼变得有血有肉。李醒民.论爱因斯坦的探索性的演绎法M.福建人民出版社.1988.一个完整的科学理论是由其各个不同成分结合而成的有机整体。科学理论的结构这成分之间相互关系的总和或整体表现。构成科学理论的主要成分有概念、定律、对应规则逻辑形式和模型。简单地说科学理论就是理论定律加对应规则。概念是科学理论的“细胞”。它有两大类:一类是与直接经验相联系、明确标示或对应某种客体或属性,称它为经验概念;另一类则是通过理性构思建立起来的,称之为理论概念。科学理论结构除了包括概念、定律以外,还应包括理论概念与经验概念或实验程序的联系规则,即对应规则。亨佩尔做了一个十分微妙的比喻:科学理论可以比做一张错综复杂的空中之网,网结代表了它的术语,而连接网结的网绳,一部分相当于定义,一部分相当于包括在理论中的基本的以及派生的假设。整个系统好像是漂浮在观察平面上。可以把这些解释规则看做一些细线,它们不是网的一部分,但是把网上的某些点和观察平面的特定位置连接起来,借助这种解释性的连接,网结就能作为一种科学理论起作用:从某些观察材料开始,我们可以通过解释性的网绳上升到理论之网的某些点,而通过定义和假设达到其他一些点,其他的解释性网绳使得可以从这些点下降到观察平面。中国学人任鸿隽也表明,科学智识或科学理论的要素至少有两个:一是事实,一是观念,事实是由外物的观察得来的,观念是由内心的思想得来的。观察是属于官觉(sense)的,思想是属于推理(reason)的。但是观念必须根据于事实,事实必须系属于观念,这两个要素,须如车有两轮,鸟有两翼,同时并用,方能得到真正的知识。若偏于一方面,不是失之零碎,便是失之空虚,知识既不完全,今后亦因之阻滞了。李醒民.科学理论的要素和结构M.中国政法大学学报,2007(1).对科学理论的要素列举得更为详尽的,恐怕非伊利英和卡林金莫属。他们把自然科学理论的要素用公式表示如下:(Fac,Lw,Cnst,Int,Abstr Mdl,Frml,L)。其中,Fac是符合实在的事实的非空集合;Lw是定律的集合;Cnst是常数的集合,在许多理论中它是空的; Int是自然的、经验的和语义的诠释的集合,该诠释保证了自然科学的理论的Abstr Mdl和形式化与实在的类型论的同一;Abstr Mal是在理论中所接受的抽象模型语义假定和辅助建构物的集合;Frml是作为自然科学的思维、语言和命题定量化的工具起作用的形式化的集合;L是在理论中所接受的逻辑假定和推导法则。李醒民.哲人科学家眼中的科学理论的认知结构M.自然辩证法通讯,2012.伊利英和卡林金认为,在自然科学和实在的确定部分之间存在者直接的(刻板的)关联;这个特征。使自然科学区别于数学,并使它明确地在本体论上被阐明。作为实在的简化的复制,理论研究在固定域中的对象之间实质性的关系,决定了分开的要素和它们的完整结构的定性性质。理论的概念基础Bc和它的经验基础Be之间的依赖用公式BcBe表达,在这里,基础之间的联系机制和Bc在认识论上阐明了自然科学的本质。纵览科学理论的结构,一般而言,不外乎经验归纳结构和假设演绎结构两种。说穿了,这两种结构的理论是借助两种不同的科学方法经验归纳法和假设演绎法建立起来的。它们往往集中地出现在科学的不同发展阶段或同一门科学的不同成长时期。周昌忠教授还从自然界、认识主体、科学知识三者结构的同一性看待这个问题 ,其视角是颇为独特的。在前科学和科学的幼年时期,或者在一门科学的初创阶段,其理论形态往往呈经验归纳结构。这种结构的科学理论主要由事实和定律两种要素构成。它满足于经验事实的收集、整理、分类和抽象。仅有的科学定律基本上直接从经验事实归纳概括而来,其涵盖性和普适性不是很大。各个定律或各类定律往往的孤立的,它们之间没有有机的联系。经验归纳结构的理论是用经验归纳法建构起来的。皮尔逊正确地描绘了经验归纳法这种科学方法的特征:(1)仔细而精确地分类事实,观察它们的相关和顺序;(2)借助创造性的想象发现科学定律;(3)自我批判和对所有正常构造的心智来说是同等有效的最后检验。许多中外的不同专家和学者提出了许多种形式的科学理论结构模式,本文比较我们从Hempel的理论结构 Hempel,C.G.(1958).Fundamentals of concept formation in empirical science.Chicago:University of Chicago Press.模型作为研究使用的结构模型,他将理论结构的模型分为三个层次,即:经验观察(下层)、解释规则(中层)和理论系统(上层)三种层次。他通过这三个层次分析一个科学理论的结构。我们可以从科学理论内部的原理组成上来分析理论命题与经验命题的联系表述一个科学理论,需要表征理论诉诸的基本实体和基本过程,并且假定与这些基本实体和过程相应的规律。起这种作用的原理叫做内在原理。同时,我们还需要指出理论所设想的过程如何与人们已经熟悉且理论能够解释和预言的经验现象相联系。符合这种目的的原理叫做连接原理。 Hempel C GPhilosophy of Natural ScienceMNewJersey:Prentice Hall.1966.归纳假说模式比归纳演绎模式更加注重科学定律和科学理论的提出。这个模式是赫歇尔提出来的。这个模式认为,发现定律和理论有两条途径,这就是归纳和假说。科学理论的发现分为三个步骤:第一步是把复杂现象分解为有关方面;第二步是通过归纳和假说寻找有关方面之间的关系,形成自然定律;第三步是再次通过归纳和假说把有关的自然定律组合成为科学理论。这个模式所说的假说实际上就是猜想。这个模式可以用以下图示表示为: Losee JA Historical Introduction to the Philosophy of Sci-ence(Fourth edition)MOxford/New York:Oxford U-niversity Press.2001复 杂 现 象有 关 方 面自 然 定 律理 论归纳假说归纳假说归纳图1. 赫歇尔归纳假说模式中国的贾玉树提出了现象知识、观念知识与形式知识是构成科学理论的三大基础知识,特定的观念与现象和谐地结合在一定的数学逻辑框架中,是科学理论取得成功的关键。他从经验及其结构在主客体相互作用过程中的发展状况以及科学史上已经形成的科学理论出发认为更为合理的一种结构为:科 学 理 论观念层(原始出发点,科学解释)原理层(经验理论过程,科学预测)现象层(最终目的,科学实践)图2. 贾玉树科学理论结构图(这三个层次组成一个球状结构,观念层与现象层分别处于球体的核心与表面,原理层居于其间。三者之间相互联系、相互制约,形成一个同一的整体,共同决定着科学理论的性质、结构与功能)贾玉树.论科学理论的历史结构M.河北学刊,1994,(1).2.3 科学理论的价值技术史家乔治巴萨拉认为“科学与技术在很多方面上是互动的,没有科学提供对自然物质和自然力量的理论解释,许许多多现代关键性的人造物就不可能生产出来”。(美)乔治.巴萨拉.技术发展简史M.周光发译,上海复旦大学出版社,2000.理论的内在价值形成于科学研究过程中,并成为推动科学进步的精神因素。科学研始于问题。在科学研究中如果没有问题,科学也就停滞不前了。科学革命往往是因为解决了重大的科学问题。正如爱因斯坦所说:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要,因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已,而提出新的问题,新的可能性,从新的角度去看待旧的问题。爱因斯坦,英费尔德.物理学的进化M.周肇中译,上海科学出版社,1962.成都信息工程学院社会科学系主任,副教授;北京师范大学哲学与社会学学院博士研完生、刘松涛以爱因斯坦的科学成就为例指出科学理论的价值在于:理论的魅力:逻辑战胜常识。理论的内在价值:科学进步的精神因素与标志。理论的社会价值:技术进步的支点总之,当我们回顾20世纪初以来从理论创新到技术变革及其社会影响时,我们就不难发现,理论与现实的距离其实很近,当今先进的技术都是以超前理论为先导的,看似无用的理论其实最有用处。刘松涛.科学理论的价值、意义及其创新启示M.新视野,2007.2.4 有关中学化学课程中化学理论的研究有关中学化学课程中关于化学理论的研究还是比较多的,通过在中知网上检索,在检索项“题名”里面输入“中学化学理论”进行初级检索,共检索到中国优秀硕士论文25篇,中国重要会议论文2篇。进行高级检索检索到文章0篇。并对其检索结果进行简单分类,并做简单举例说明。主要有关于化学理论学习的文章,例如:上海市七一中学的邵学文老师的建构主义学习理论指出视野下的中学化学教学改革建构主义学习理论是近年来在西方国家逐渐流行起来的一种学习理论,它使我们重新认识了学生学习的本质,反思了教育的目的,转变了化学教学观念,为进行化学教育教学改革带来新的理念。还有关于化学理论教学的研究文章也比较多,例如:甘肃省永靖县永靖中学巨发青老师的结合实例浅谈化学教学中理论与实际的结合指出化学课堂上重视“应用性”是指新知识的学习中要实现理论和实际的统一,一方面要善于用理论分析问题、解决问题;另一方面要通过对实际问题的分析、归纳,形成新的知识;这就需要化学教学走出书本,走向社会,学用结合。巨发青.结合实例浅谈化学教学中理论与实际的结合J.甘肃省化学会第二十五届年会、第七届甘肃省中学化学教学经验交流会论文集,2007.支瑶. 高中化学概念理论教学设计的基本思路与策略方法J.第三届中学化学教学优秀论文交流暨表彰大会论文集J.中国化学教学网,2006.下面从以下几个方面就中学化学教学中理论与实际的结合以实例进行分析说明。北京市第三十五中学支瑶老师的文章高中化学概念理论教学设计的基本思路与策略方法指出了化学核心概念和基本理论的学习能帮助学生深入理解元素化合物知识,能促进学生的化学反应知识系统化、结构化,能帮助学生发展逻辑推理能力,能促进学生的化学素养。因此,在教学过程中,应设计符合学习规律和学习心理特点的多样的教学活动,尽可能地启发同学开动脑筋、动手实践,经过理性思考之后,再做出归纳、介绍理论,避免填鸭式的知识罗列。在开展探究活动时,应重视实验探究与交流研讨、问题分析和推论、解释说明等理性思维方式相结合。叶青.化学基础理论教学小议J.青海教育,2007(7).章晓刚的谈谈初中化学概念原理的教学内容和特点指出关于化学基本概念基本理论教学,在概念形成过程中,要尽可能避免将概念作为结论直接传输给学生,要在启发、引导的基础上,让学生经过分析、比较、抽象、概括得出结论。在概念运用过程中,要帮助学生建立起概念与概念,概念与具体物质、化学反应及其实际应用之间的联系,形成概念体系。叶青的文章化学基础理论教学小议中提到化学基础理论抽象、难懂,为让学生理解和掌握,必须使抽象理论具体化、形象化。除了使用形象生动的教学语言来进行教学和演示实验外,也常常运用理论模型作为领会理论的跳板。侯典军的基本概念和理论探究式教学中指出化学概念理论是化学知识体系中的一个极其重要的组成部分,在新教科书中使这部分知识更为立体,也更有利于学生掌握。它以理论探究为主线,最后归于实践中去。创建了一个完整的怎么来-是什么-干什么理论认知过程,从科学的本质上反映出化学的学科特点。侯典军.基本概念和理论探究式教学J.齐鲁名师网,2010.但是关于系统的初中化学教科书理论内容编排比较研究的文章相对缺乏,所以本研究从理论内容编排进行系统地研究,更好地为编者和中学化学教师提供参考,更好地为中学生的学习服务。3 研究方法3.1 分析比较的教科书本研究选取人民教育出版社、上海教育出版社、科学出版社出版的义务教育课程标准实验教科书 化学(九年级上下册)和由浙江教育出版社出版的美国最权威的研究性学习教科书科学探索者分别进行比较。表1 本研究所选的四种不同版本的教科书教科书编者出版社出版年份义务教育课程标准实验教科书化学(九年级上下册)课程教科书研究所化学课程教科书研究开发中心(胡美玲 何少华 王晶)人民教育出版社2001年3月义务教育课程标准实验教科书化学(九年级上下册)中学化学课程标准研制组(王祖浩 王磊)上海教育出版社2002年12月义务教育课程标准实验教科书化学(九年级上下册)化学教科书编委会(汪琳才 钱扬义 李开祥)科学出版社广东教育出版社2004年10月Science Explorer Chemical Building Blocks科学探索者(物质构成)David V.Frank,Ph.D. John G.Little(华曦 车木) 翻译浙江教育出版社2003年10月Science Explorer Chemical Building Blocks科学探索者(化学反应)David V.Frank,Ph.D. Steve Miller(盛国定 马国春)翻译浙江教育出版社2003年10月注:本文中后面的比较中为了简便其间,我们分别把人民教育出版社、上海教育出版社、科学出版社和浙江教育出版社的教科书分别简称为人教版、上教版、科学版和浙教版。3.2 研究方法本研究主要运用文献法、内容分析法和比较研究法等方法,对四套中美初中化学新旧教科书中理论内容进行分析比较,找出它们的异同及优缺点,为有关教科书的编写和教学提供启示。3.2.1 文献法现有的化学教科书研究中未见有对理论内容的专门的、系统的研究,没有现成的化学理论内容的比较分析的模型可以借鉴。作为化学理论的上位概念科学理论的研究多见于有关科学哲学的研究中。因此,运用文献分析的方法,对科学哲学中的相关研究进行系统的总结,在充分吸收和借鉴前人研究成果的基础上,希望对本研究化学理论内容的分析维度和指标的构建有所启示。3.2.2 内容分析法在教科书的具体研究方法上,国外和中国港台地区的学者主要运用内容分析法。所谓内容分析法,1992年,美国传播学家伯纳德.雷尔森将其定义为“一种对具有明确特性的传播内容进行的客观、系统和定量描述的研究技术。”卜卫.方法论的选择-定性还是定量J .国际新闻界.1997. 内容分析法以教科书内容之范围区分大致可分为三类:以某一教育概念为主轴,对相关学科之教科书内容进行分析;对单一学科教科书之内容进行分析;对单一学科之内容中某一主题之内容进行分析。黄显华,霍秉坤著. 寻找课程轮和教科书设计的理论基础(增订版)M. 北京:人民教育出版社,2005.本文是对中学化学新旧教科书中有关科学家内容的分析比较,属于最后一种内容分析法。3.2.3 比较研究法通过分析比较,了解中美初中化学教科书中理论内容的编排特点,挖掘可借鉴的理论与经验。结合笔者构建的分析框架,对四套不同版本中美初中化学教科书中有关理论内容进行比较。3.3 化学教科书理论内容编排分析框架在进行教科书比较研究时,确定教科书比较研究的维度有其重要意义。为了能从分析比较中研究不同版本初中化学教科书理论内容编排的特点,本研究在有关科学理论及其结构的文献研究基础上,设计了一个多维度的化学教科书理论内容分析框架。详见表2。表2 中学化学教科书中理论内容编排分析框架维 度指 标编排内容原子理论、分子理论、原子结构理论、化合价理论、溶液理论、化学键理论、酸碱理论编排位置理论结构理论观点、解释规则、规律陈述、经验陈述、经验理论模型实验图解、卡通动漫、示意图、比较模型、微观模型建构方法直接提出、方法类比、经验猜想、化学史融入、探究比较、模型辅助、不同概念比较、图片展示、学习活动讨论交流、观察活动、实验探索、比较对比、联想推断、课外知识3.4 研究程序查阅有关科学理论的内容,并对所查资料进行分类汇总,撰写文献综述。在文献资料研究的基础上,建构一个化学教科书中理论内容编排分析框架。对四种不同版本初中化学教科书理论内容编排进行分析比较。根据所比较得出的结果,给编者和中学化学教师给出建议。撰写“不同版本初中化学教科书理论内容编排比较”的毕业论文。4 比较结果4.1 教科书编排的化学理论内容四种不同版本初中化学教科书中编排的化学理论内容见表3。从表3中可以看出,四种初中学教科书都选编有原子、分子、原子结构、化合价和溶液等理论内容,但不同的是浙教版美国初中化学教科书把化学键理论内容编入教科书,让初中学生接触化学键理论内容,为高中更好的学习化学键打下坚实的基础,拓展了学生的视野。这种编排值得借鉴。表3 四种不同版本教科书涉及的化学理论内容教 材理论内容人教版原子理论 分子理论 原子结构理论 化合价理论 溶液理论 酸碱理论上教版原子理论 分子理论 原子结构理论 化合价理论 溶液理论 酸碱理论科教版原子理论 分子理论 原子结构理论 化合价理论 溶液理论 酸碱理论浙教版(物质构成)原子理论 分子理论 原子结构理论 化合价理论 化学键理论浙教版(化学反应)原子理论 分子理论 原子结构理论 溶液理论 化学键理论4.2 不同版本教科书中理论内容的编排位置比较学生对知识的学习是一个循序渐进的过程,新知识的学习是建立在原有经验学习的基础上的,学习知识是一个不断积累的过程,所以理论内容在整个教科书中的编排位置对学生的理论知识学习有很大的影响,据此,在这里把四种不同版本初中教科书中涉及的理论内容编排位置做一比较。四种版本初中教科书中化学理论编排位置详见表4(附表1、2、3、4为四种不同版本初中教科书目录,表中用粗黑体表示的为教科书中所编排的理论内容。)表4 四种版本初中教科书中化学理论编排顺序教科书人教版上教版科学版浙教版(物质结构)浙教版(化学反应)理论编排顺序分子理论原子理论原子结构理论化合价理论溶液理论酸碱理论分子理论原子理论原子结构理论化合价理论溶液理论酸碱理论分子理论原子理论原子结构理论化合价理论溶液理论酸碱理论分子理论原子结构原子结构理论化学键理论分子理论原子结构原子结构理论化学键理论溶液理论酸碱理论绪言 化学使世界变得更加绚丽多彩第一单元 走进化学世界 课题1 物质的变化和性质 课题2 化学是一门以实验为基础的科学 课题3 走进化学实验室 第二单元 我们周围的空气 课题1 空气 课题2 氧气 课题3 制取氧气第三单元 自然界的水课题1 水的组成 课题2 分子和原子 课题3 水的净化 课题4 爱护水资源 第四单元 物质构成的奥秘 课题1 原子的构成 课题2 元素 课题3 离子课题4 化学式与化合价 第五单元 化学方程式课题1 质量守恒定律 课题2 如何正确书写化学方程式课题3 利用化学方程式的简单计算 第六单元 碳和碳的氧化物课题1 金刚石、石墨和C60 课题2 二氧化碳制取的研究 课题3 二氧化碳和一氧化碳第七单元 燃料及其利用课题1 燃烧和灭火 课题2 燃料和热量 课题3 使用燃料对环境的影响 第八单元金属和金属材料课题1金属材料课题2金属的化学性质 课题3金属资源的利用和保护第九单元溶液 课题1溶液的形成课题2溶解度 课题3溶质的质量分数 第十单元酸和碱课题1常见的酸和碱课题2酸和碱之间会发生什么反应第十一单元 盐 化肥 课题1 生活中常见的盐课题2 化学肥料 第十二单元 化学与生活课题1 人类重要的营养物质 课题2 化学元素与人体健康附表1 人教版初中化学教科书目录附表2 上教版化学教科书目录第一章 开启化学之门第一节 化学给我们带来什么?第二节 化学研究些什么?第三节 怎样学习和研究化学?第二章 我们身边的物质第一节 由多种物质组成的空气第二节 性质活泼的氧气第三节 奇妙的二氧化碳第四节 自然界中的水第三章 物质构成的奥秘第一节 用微粒的观点看物质第二节 构成物质的基本微粒第三节 组成物质的化学元素第四节 物质组成的表示方法第四章 燃烧燃料第一节 燃烧与灭火第二节 定量认识化学变化第三节 化石燃料的利用第五章 金属与矿物第一节 金属与金属矿物第二节 铁的冶炼合金第三节 金属的防护和回收第四节 石灰石的利用第六章 溶解现象第一节 物质的溶解第二节 溶液组成的表示第三节 物质的溶解性第七章 应用广泛的酸、碱、盐第一节 溶液的酸碱性第二节 常见的酸和碱第三节 酸和碱的反应第四节 酸、碱、盐的应用第八章 食品中的有机物第一节 什么是有机物第二节 淀粉和油脂第三节 蛋白质和维生素第九章 化学与社会发展第一节 化学与能源第二节 化学与材料第三节 化学与环境附表3 科学版化学教科书目录第一章 大家都来学化学1.1社会生活和化学 21.2化学实验室之旅 71.3物质的变化 131.4物质性质的探究 20第二章 认识空气、保护空气2.1空气的成分 282.2保护空气的洁净清新 362.3物质构成的奥秘 42第三章 维持生命之气氧气3.1认识氧气 663.2制取氧气 713.3燃烧条件与灭火原理 793.4辨别物质的元素组成 86第四章 生命之源水4.1我们的水资源 984.2饮用水 1054.3探究水的组成 1114.4表示物质组成的化学式 1144.5化学方程式 121第五章 燃料5.1洁净的燃料氢气 1325.2组成燃料的主要元素碳 137第六章 金属6.1奇妙的金属性质 1686.2金属矿物与冶炼 1786.3珍惜和保护金属资源 184第七章 溶液7.1溶解现象 1947.2物质溶解的量 2027.3溶液浓稀的表示 2107.4晶体的生长 2157.5乳化作用 218第八章 生活中的酸、碱、盐8.1重要的酸 2248.2常见的碱 2328.3溶液的酸碱性 2378.4常用的盐 2438.5化学肥料 2508.6海洋资源的综合利用 254第九章 现代化学合成材料9.1有机物的特征 2629.2我们常用的有机合成材料 2689.3白色污染的危害与治理 2739.4层出不穷的新材料 279第十章 食品、药品与健康10.1食品中的有机营养素 28610.2生物微量元素与健康 293附表4浙教版科学探索者目录(物质结构)走近科学 来自植物的化学品第一章 了解物质第一节 物质概述第二节 物质的测量第三节 物质的构成第四节 与地球科学的综合:地球上的元素第二章 物质的变化第一节 固体、液体和气体第二节 气体的性质第三节 与数学的综合:用图表描述气体的性质第四节 物理变化和化学变第三章 元素和元素周期表第一节 元素的排列第二节 金属元素第三节 非金属元素和准金属(半导体)元素第四节 与空间科学的综合:化学元素的起源第四章 碳化学第一节 化学键、单质碳的类型第二节 碳化合物第三节 与生命科学的综合:含碳的生命物质跨学科探索:肥皂污垢的克星(化学反应)走近科学:拯救臭氧层第一章 化学反应第一节 物质及其变化第二节 描述化学反应第三节 控制化学反应第四节 与健康科学的综合:火与用火安全第二章 原子和化学键第一节 原子的内部第二节 元素周期表中的原子第三节 离子键第四节 共价键第五节 与地球科学的综合:晶体化学第三章 酸、碱和溶液第一节 溶液中的反应第二节 酸和碱的描述第三节 酸、碱溶液第四节 与生命科学的综合:消化和pH第- 配套讲稿:
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