对我国中学化学教材体现先进工具方法的建议，本文主要内容关键词为：教材论文,先进论文,建议论文,我国论文,中学化学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
高中化学是科学教育的重要组成部分。为适应21世纪科学技术和社会可持续发展的需要，培养符合时代要求的高素质人才，必须构建新的高中化学课程体系。
教材是课程的重要组成部分，它系统地反映了课程内容，是教师组织教学的主要依据，是学生学习知识、技能和方法的重要载体，也是促进学生形成健康情感、态度和价值观的催化剂。对于目前我国大部分高中所采用的化学教材，我们认为其中有这样一环是欠缺的，那就是工具方法。在这方面，我们可以学习国外优秀教材的先进理念和处理方法，结合我国教育教学的实际进行创新，编制出适合我国国情，适合我国中学生创新和实践能力发展需要的优秀化学教材。
一、工具方法
在广义的知识观下，方法是知识的一部分。信息加工心理学把知识分为两大类，一类为陈述性知识，另一类为程序性知识（注：加涅RM.学习的条件和教学论.皮连生等译.上海：华东师范大学出版社，1999）。陈述性知识是关于事实的知识，是指个人具有的有关世界“是什么”的知识。程序性知识是关于进行某项操作活动的知识，即是个人具有的有关“怎么办”的知识（注：邵瑞珍.教育心理学.上海：上海教育出版社， 1997）。程序性知识作为一种“知如何”的知识，有两种不同的表现形态，一为“技术的知识”，一为“实践的知识”（注：周志平.教育理论与实践.2001.4）。工具方法是一种综合运用化学和其他学科的知识、技能用以解决具体的问题的一类方法，与实验室工作、工业生产和日常生活密切联系。工具方法是技术和实践的综合体，所以应属于程序性知识。
工具方法是解决实际问题所必需的重要方法之一，在自然科学方面尤其如此。比如说，物质的结构是化学中一倍分重要的基础知识，最常用、最有效的测定晶体物质结构的方法就是X射线衍射法。X射线衍射法就是一种工具方法。但这类方法及其用途在我们的中学教材中却很少提及或只是寥寥数语，使学生只知物质的结构而不知物质结构是怎样得来的，造成了“知其然而不知其所以然”的结果。这样的后果是，学生只学会了作为结果的静态的知识，对更为重要的获取这类知识的途径和方法却毫无概念。这是一种本末倒置的做法。这对培养学生的科学素养和科学探究是非常不利的。工具方法是将科学、技术与社会相互联系起来的一种很好的中介和桥梁，也是应用化学解决实际问题的必需之法。工具方法应该是科学方法教育的重要组成部分。所以我们的中学化学教材中渗透工具方法的教育是非常必要也是非常重要的。
科学方法尤其是工具方法的培养对于处在信息时代，对工具的依赖性日渐增强的社会人来说是非常必要而且重要的。这就要求在教育过程中要让学生了解这种方法。我们可以通过教材这个载体，给学生传递有关工具方法的信息。在国外的相关中学化学教材中都渗透有工具方法的内容，在这些教材中，工具方法通常是采用案例的方式介绍给学生。案例是一个实际情境的描述，包括有一个或多个疑难问题，同时也可能包含有解决这些问题的方法。在英国的Nuffield Chemistry教材和美国的Merrill Chemistry教材中就有许多这样的案例。纳菲尔德综合理科教材是由英国纳菲尔德——切尔西课程基金会出版，由安德鲁·亨特任主编，朗文出版社于1988年出版发行，1992年再版（彩页版）的中学综合理科系列教材，包括生物、物理和化学学科。该教材在英国被广泛采用，对世界化学课程的改革也有一定的影响（注：周青，薛萍.中学化学教学参考.2003.8～9）。美国的Merrill Chemistry教材是由美国最大的教育书籍出版集团公司McGraw-Hill下的Glencoe出版公司于1998年出版发行的中学化学教材。该教材在美国使用频率很高，是美国3套典型的中学化学教材之一。
本文以测定晶体结构的X射线衍射法和测定元素原子质量的质谱法的案例为例，让读者对国外教材处理有关工具方法内容的手法有所了解。
二、案例及评析
1.案例
案例1（节选自英国Noffield Chemistry教材）（注：Andrew Hunt.Nuffield-Co-Ordinated Sciences,Chemistry.London:Longman Group UK Limited,1992）
我们如何发现物质的结构
如果你对布拉格父子如何发现确定物质结构的最重要的方法感兴趣的话，请学习这部分内容。
用X射线探测晶体与在医学上使用X射线是非常不同的。确定原子在晶体中的位置的方法是近70年才被发现的。X射线和可见光属于同种性质的波，但它的波长却只有可见光的万分之一。劳伦斯·布拉格是第一个发现X射线能被用来确定物质结构的人。他的父亲，威廉姆·布拉格发明了第一台用来探测晶体结构的仪器。他们一起确定了许多物质的结构并且创立了X射线晶体学。
1912年，德国科学家冯·劳厄发表了一篇附有一些漂亮照片的文章，在文中他宣称，这些照片显示X射线是光波。
“我试图证明X射线不是波。但后来，我开始相信劳厄的解释是对的。但我认为劳厄对照片上黑斑是由于X射线管放射出的一系列光线的复杂波长造成的这一解释不正确。我认为是晶体中原子的排列方式造成了这种现象，如果我的猜想正确，那么X射线就可以用来确定原子的排列方式了。”
“我后来才意识到劳厄照片中的黑斑是由于 X射线在晶体原子表面上反射所形成的。这个想法令我非常激动，我做实验得到了碱金属氯化物的X射线照片，能够演示证明衍射斑出现时，X射线的波长和原子在晶体中的空间位置和角度之间有一个简单对应法则，用这个法则可以得出许多化合物的晶体结构。”
当我告诉父亲我的发现时，他非常激动。他立即开始做试验来证实我发现的从晶体表面反射回来的这种射线是否是X射线。为了准确研究这种波，父亲发明了X射线分光计，可以测量出从晶体表面反射回的X射线。用父亲的分光计，我解释了金刚石产生的X射线衍射图。金刚石的结构激起了很多人的兴趣并且使科学家们相信X射线在晶体学中的价值。事实证明父亲的仪器在晶体结构测定方面是很有用的。
霍奇金是第3个获得诺贝尔奖的女科学家，她于1913年毕业于牛津大学化学学院。当霍奇金在牛津大学工作期间，意识到，证明复杂的有机化合物分子的化学式的证据非常少。她在1935年得到一张胰岛素的X射线衍射图，在二战期间分析了盘尼西林的结构，在五十几岁时分析了维生素
的结构，由于她确定了重要生物分子的结构而荣获了1964年的诺贝尔化学奖。
X射线分析中一个最大的成功是发现了DNA的结构。DNA存在于所有活的细胞中并且在遗传机制上起着至关重要的作用。在1954年，弗兰西斯·克里克和詹姆士·华特生在剑桥大学的凯文迪什实验室设法分析出了这个分子的结构。但是如果没有伦敦的威尔金斯和弗兰克林做的X射线分析，他们是不可能分析出来的。现在电脑的使用使这种分析变得更为容易。
X射线分析技术要求你必须看懂一系列X射线衍射图，用想象力去构思分子中原子各种可能的排列方式，依据经验选择出最有可能的那种。
案例2（选自美国Merrill Chemistry教材）（注：Merrill Chemistry.Glencoe/McGraw-Hill,1998）
平均原子质量
测定元素平均原子质量的方法之一是使用测量仪器——质谱仪，它有很高的准确度。质谱仪有多方面的用途。地质学家，生物学家，石油化学家和许多其他的研究工作者都用质谱仪作为分析工具。质谱仪的发展以早期汤姆逊用来发现电子荷质比的电子管的设计为基础。
用质谱仪，我们能测定一种元素的所有同位素的不同核素的相对的数量和质量。元素样品以气体的形式进入一个小室被带上电荷。充电后的微粒被电磁场推动。当在汤姆逊管中时，电磁场使被带电微粒的运动路径发生弯曲，如图1所示。当微粒通过电磁场时，较重微粒的运动路径弯曲程度较小。越轻微粒的运动路径弯曲程度越大。因此，微粒路径因为其质量不同的而被分开。微粒被捕获并且被自动记录。这种仪器的一个缺点是充电室、电磁场管和检测仪必须处于相当于正常大气压百万分之一的接近于真空的状态下。因为电磁场的强度和微粒运动的速度已知，微粒的质量可以被计算出来。图2为汞的同位素的质谱分析图。
图1 质谱仪工作原理图
图2 汞的同位素质谱图
一旦得知同位素的质量及其数量，平均原子质量也可以计算出来了。这个平均质量被称为元素的原子质量。
一种元素的各种同位素在数量上不是全部相等的。因此，在计算平均原子质量时我们采用加权平均值。相似的过程被老师用在计算班级平均成绩上。例如，在一个班里有24个学生，在一次小测验中，假如5个学生得了100分，19个学生得了80分。班级平均成绩是90分吗？显然不是，平均成绩会接近80分，因为80分的学生比100分学生多。要得到加权平均值，老师应将5个100分和19个80分加和，然后除以班级学生总数24。
加权成绩平均值
要得到平均原子质量，计算过程相似。首先，将一种元素的每种同位素质量乘以这种同位素的丰度，然后加和，最后除以同位素总的丰度，得到加权平均值。
例题：氖有2种同位素，
原子质量为 19.992u，
原子质量为21.991u。一个有100个氖原子的样品中，99个是，10个是。计算氖的平均原子质量。
解题过程：每种同位素质量乘以它的丰度，得数相加，结果除以总丰度。
氖的平均原子质量
2.案例评析
上述2个案例中分别渗透了工具方法——X射线衍射法和质谱法。这两个案例在教材中分别是一小节内容，供学生学习和阅读。x射线衍射法可用来测定晶体结构，质谱法可用来测定元素的原子质量，这两种方法是近现代工农业生产和科学研究工作的工具基础。21世纪课程改革要求中学化学教材的内容要尽量反映现代科技发展前沿，这就要求在教材编写相关的内容。而这类体现工具方法的案例是一些很好的素材，可以弥补我国中学化学教材在此方面的不足。
案例中用工具方法探究的内容与化学中的重要物质及其结构（如晶体）和基本概念（如同位素、核素）等知识密切相关，有利于帮助学生在学习过程中理解概念，掌握化学基础知识。可以改善教材中单纯以陈述性知识呈现物质结构和基本概念所造成的学生机械学习的现象。
案例中的工具方法都是应用了物理的方法来解决化学方面的问题。体现了化学与其他学科的联系，让学生在掌握工具方法的同时培养综合思维，练习综合运用有关知识，技能与方法去分析和解决一些化学问题。
案例中经过对化学物质进行探究，不管是晶体还是原子，有助于帮助学生进一步理解科学探究的意义，学习科学探究的基本方法，提高学生的科学探究能力，有利于提高全体学生的科学素养。
这里要注意的是，通过案例并不是要让学生掌握使用这种方法的细节。有些复杂的工具方法在中学阶段并不适合让他们去追根究底。通过对工具方法的了解主要目的是让学生有一种意识，让学生“知其然也知其所以然”，知道这些知识由何而来，明明白白地学习，而不只是将知识机械地静态储藏。
三、对我国中学化学教材编写的要求
教材的设计与编写质量的优劣不仅会给学生的学习带来直接的影响，也会给教师的教学观念带来潜移默化的改变。高中化学教材的编写要依据基础教育课程改革纲要和高中化学课程标准，而且要满足学生的需要，教师的需要，乃至社会的需要。高中化学课程标准要求通过化学的学习使学生获得有关化学实验的基础知识和基本技能，学习实验研究方法，能设计并完成一些化学实验；重视化学与其他学科之间的联系，能综合运用有关知识、技能与方法分析和解决一些化学问题；经过对化学物质及其变化进行探究的过程，进一步理解科学探究的意义，学习科学探究的基本方法，提高科学探究能力；着眼于提高全体学生的科学素养和终身学习能力，要帮助学生掌握化学基础知识、基本技能和基本方法，认识科学的本质，理解科学、技术与社会的相互联系，提高综合运用化学知识解决实际问题的能力（注：中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准（实验）.北京：人民教育出版社，2003）。
新的课程目标注重对学生科学方法和科学探究能力的培养，这符合时代和社会发展需要，也符合学生自身能力发展的需要。对学生科学方法的培养也在我们的教材中得到了体现。但科学方法的培养应是均衡全面的，工具方法是科学方法中不可或缺的关键性环节。在目前中学化学教材中所体现出来的工具方法的重要性被其他方法和知识所掩盖了，被教育者们忽略了。
四、给我国中学化学教材编写的建议及启示
1.在教材中渗透工具方法的必要性
工具方法有利于体现化学作为实验学科的特色。中学化学教材中体现工具方法有利于让学生进一步理解化学科学的本质。
工具方法是一种综合运用化学和其他学科的知识、技能，并与实验室工作、工业生产和日常生活密切联系的方法。中学化学教材中体现工具方法有利于学科间的综合。
先进的、实用的工具方法进入中学教材，有利于促进学生了解时代的前沿与科技发展的动向，与现在和未来生活接轨。
2.在教材中采用案例来体现工具方法的优越性
案例通过对具体情境的描述或具体过程的分析，可以引导学生对这些特殊问题或相似情境进行处理。案例可以将方法教育和过程教育很好的统一起来。
案例给学生进一步学习提供了经验，有利于培养学生分析问题、认识问题和解决问题的能力，使学生逐渐具备对知识、事务和环境乐于理解、勇于认识和善于发现的品质。
在案例中可以渗透人文知识，可以将方法教育与情感、态度和价值观的教育结合在一起。
当然，除了案例之外，在中学化学教材中还可以用许多其他方法来进行工具方法的教育，比如实验法等，在这里就不再赘述了。
英国Nuffield Chemistry教材和美国Merrill
Chemistry教材的这种处理教材的手法——以案例来进行工具主法的教育，在我们的教材建设中可以借鉴并进行创造，去粗取精，扬长避短，编写出适合于我国教育情况，适应时代发展，满足学生发展需要的好教材。我们要充分利用好化学教材这个载体为我们的化学教育服务，让学生学到的是动态的、发展的和综合的知识，而不再是静止的、陈旧的和片面的知识；让学生学会发现问题和解决问题的方法，利用他们能得到的工具去正确地认识和改造他们的主观和客观世界。