徐晶晶　黃紫洋

摘要：基于解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）的基本原理和操作步驟，以人教版和蘇教版高中化學(xué)教材必修1的內(nèi)容“氯的性質(zhì)”為例，構(gòu)建鄰接矩陣并將其轉(zhuǎn)化為可達(dá)矩陣，通過(guò)所得的層級(jí)有向圖比較兩個(gè)版本對(duì)于相同知識(shí)點(diǎn)在編排順序上的差異，分析兩版本不同的風(fēng)格，為教材的比較研究提供一種獨(dú)特的新視角。

關(guān)鍵詞：解釋結(jié)構(gòu)模型；層級(jí)有向圖；教材分析；比較分析

文章編號(hào)：1008-0546（2017）04-0002-03 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.04.001

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》（簡(jiǎn)稱“課標(biāo)”）明確強(qiáng)調(diào)，在備課環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)該細(xì)致分析教材，并處理好不同模塊之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)，掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能，從而具備解決實(shí)際問題的能力[1]。不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)化學(xué)教材的正確分析，準(zhǔn)確把握教材各知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，是有效教學(xué)的起點(diǎn)，也是制定合理的教學(xué)目標(biāo)與設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)程序的前提。

教材的編寫在一定程度上反映了編寫者的教師觀與學(xué)生觀，不同的編寫者對(duì)相同教學(xué)內(nèi)容的編寫，則會(huì)體現(xiàn)出不同的編排意圖。由于不同的教學(xué)研究者為教師和學(xué)生提供了多個(gè)版本的教材對(duì)比素材，更便于不同教材之間的相互借鑒與促進(jìn)，有利于不同教師依據(jù)實(shí)際需要選擇合適的教材編排順序，設(shè)計(jì)更為符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)程序。當(dāng)前，對(duì)于如何進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，如何更為有效地進(jìn)行高中化學(xué)的備課，不免存在以下兩個(gè)問題：一是教師過(guò)分遵循課本的教材內(nèi)容框架體系，機(jī)械式照本宣科進(jìn)行教材分析；二是教師依據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)分析、解讀教材，由于缺乏科學(xué)的分析方法，在教材分析環(huán)節(jié)中，難以準(zhǔn)確呈現(xiàn)化學(xué)基本知識(shí)要素以及知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系。故筆者嘗試運(yùn)用解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）分析法，對(duì)人教版與蘇教版教材中“氯的性質(zhì)”內(nèi)容進(jìn)行比較分析，探討各自的特點(diǎn)，為高中化學(xué)教材比較分析提供一種科學(xué)性、定量化的新視角，旨在拋磚引玉，為一線教師在高中化學(xué)教材的比較分析上提供一種借鑒。

一、ISM分析法

Warfield教授于1973年提出了解釋結(jié)構(gòu)模型（Interpretive Structural Modeling，ISM）[2]。該模型最早用于將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化，分解成多個(gè)子系統(tǒng)（要素），并基于人們?nèi)粘Ｉ睢⒐ぷ髦械膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及計(jì)算機(jī)的幫助，最終得到一個(gè)多級(jí)遞階的結(jié)構(gòu)模型[3-4]。1978年，日本的佐藤隆博教授證實(shí)，運(yùn)用該模型可對(duì)教學(xué)進(jìn)行研究，便于開發(fā)教材。通過(guò)這個(gè)方法，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，能夠?qū)⒅饔^的認(rèn)識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有機(jī)地融入教材分析，最終達(dá)到將教學(xué)內(nèi)容以直觀的層級(jí)有向圖呈現(xiàn)出來(lái)的可視化效果，實(shí)現(xiàn)教材的結(jié)構(gòu)化與序列化。通過(guò)該模型可以細(xì)致地對(duì)教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的要素以及各要素間的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行比較分析[5-6]。ISM分析教材的過(guò)程包括以下4步：

（1）抽取學(xué)科教材知識(shí)要素。ISM分析法中知識(shí)要素需要符合以下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：一是在教材中有明確的概念講解；二是在整個(gè)章節(jié)體系當(dāng)中占據(jù)節(jié)點(diǎn)地位；三是在每節(jié)課的小結(jié)中，可以作為主要知識(shí)點(diǎn)。

（2）確定知識(shí)要素間的關(guān)聯(lián)，獲得鄰接矩陣。根據(jù)ISM對(duì)教材的分析，如果學(xué)生要想掌握S2要素，前提是要先學(xué)會(huì)并掌握S1，則認(rèn)為S1和S2之間是存在關(guān)聯(lián)的，即S1是S2的直接子目標(biāo)。依據(jù)該方法對(duì)某部分內(nèi)容的所有要素建立關(guān)系圖，最后將要素關(guān)系圖轉(zhuǎn)化為鄰接矩陣。

（3） 通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)⑧徑泳仃囖D(zhuǎn)化為可達(dá)矩陣，制作要素層級(jí)分布表。E是單位矩陣，A是鄰接矩陣，根據(jù)布爾運(yùn)算，當(dāng)（A+E）k ≠（A+E）k+1 =（A+E）k+2可求得可達(dá)矩陣。由于人工計(jì)算工作量大，本文通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行Visual FoxPro 6.0軟件編程，輸入鄰接矩陣后可以直接求得可達(dá)矩陣M。

（4）探討、修正，形成要素層級(jí)有向圖。教師在實(shí)際運(yùn)用解釋結(jié)構(gòu)模型的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)教材內(nèi)容、學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況等對(duì)得出的要素層級(jí)有向圖進(jìn)行探討，通過(guò)具體的實(shí)踐過(guò)程，討論某些要素是否需要?jiǎng)h除與變更，同一層級(jí)的要素在教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的先后順序，亦或是各要素間的形成關(guān)系判斷是否正確，若需修正，則返回上一步驟，直到所得的要素層級(jí)有向圖符合實(shí)際情況為止，以便使ISM分析法更適應(yīng)于教材分析。

二、“氯的性質(zhì)”教材內(nèi)容的ISM分析

依據(jù)上述對(duì)知識(shí)要素確定的標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合課標(biāo)的要求，即“通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解氯、氮、硫、硅等非金屬及其重要化合物的主要性質(zhì)，認(rèn)識(shí)其在生產(chǎn)中的應(yīng)用和對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響”[1]。抽取蘇教版化學(xué)必修1教材中“氯的性質(zhì)”的知識(shí)要素15個(gè)，同樣人教版教材中“氯的性質(zhì)”的知識(shí)要素也有15個(gè)，分別標(biāo)注為S1、S2、……S15，如表1所示。

根據(jù)ISM對(duì)教材的分析過(guò)程，兩種版本的“氯的性質(zhì)”中15個(gè)知識(shí)要素間的相互關(guān)系如圖1所示。

根據(jù)圖1的知識(shí)要素間的關(guān)系形成圖，編制得到鄰接矩陣。接著通過(guò)計(jì)算機(jī)編程求得可達(dá)矩陣。并由可達(dá)矩陣運(yùn)算得到要素層級(jí)分布表，最后根據(jù)層級(jí)分布表得到如圖2所示的兩個(gè)層級(jí)有向圖。

三、結(jié)果分析與討論

根據(jù)人教版和蘇教版化學(xué)教材必修1的“氯的性質(zhì)”層級(jí)有向圖，結(jié)合ISM分析法，可得到以下幾點(diǎn)對(duì)比與分析結(jié)果[7]。

1. 核心概念選擇的異同

通過(guò)對(duì)人教版和蘇教版高中化學(xué)必修1“氯的性質(zhì)”這一節(jié)內(nèi)容的層級(jí)有向圖的比較發(fā)現(xiàn)，兩者的核心要素選擇大致相同。氯是學(xué)生在高中階段接觸到的第一種非金屬元素，因而，兩本教材都從學(xué)生的生活實(shí)際出發(fā)，引起興趣。從學(xué)生熟悉的大海出發(fā)，由海水資源引出對(duì)“氯的性質(zhì)”的學(xué)習(xí)，最后回歸到化學(xué)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，所以，各要素的安排是合理又科學(xué)的。其中，蘇教版教材在正文中，引入高中階段較為重要的知識(shí)“氯堿工業(yè)原理”，以及“制備Cl2的實(shí)驗(yàn)裝置流程”，人教版教材則是增加了“H2在Cl2中燃燒”的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而使學(xué)生對(duì)“燃燒本質(zhì)”有新的認(rèn)識(shí)、以及具備對(duì)“Cl-的檢驗(yàn)”等知識(shí)要素的理解。

蘇教版教材首先通過(guò)介紹“氯堿工業(yè)原理”進(jìn)而引出實(shí)驗(yàn)室制取Cl2的方法，緊接著介紹實(shí)驗(yàn)室制備Cl2的裝置。由于Cl2制備裝置的各部分作用是高考較為常見的知識(shí)點(diǎn)，教師有必要對(duì)學(xué)生進(jìn)行細(xì)致的講解，讓學(xué)生真正理解，達(dá)到靈活應(yīng)用的效果。因而，蘇教版的安排較為合理。人教版則在教材中引入“Cl-的檢驗(yàn)”，該要素也是不可忽略的，人教版通過(guò)實(shí)驗(yàn)的輔助講解，可以讓學(xué)生深刻理解，為什么在檢驗(yàn)Cl-的時(shí)候，在滴加AgNO3溶液后還需要再滴加稀硝酸。如果學(xué)生能正確理解該內(nèi)容，對(duì)以后的解題將產(chǎn)生很大的幫助。同時(shí)，通過(guò)H2在Cl2中燃燒的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生轉(zhuǎn)變以往對(duì)燃燒本質(zhì)的錯(cuò)誤理解，即并不是燃燒就一定要有O2的參與。任何發(fā)光、發(fā)熱的劇烈的化學(xué)反應(yīng)，都可以稱之為燃燒。通過(guò)增加該知識(shí)點(diǎn)的講解，使得學(xué)生對(duì)于燃燒本質(zhì)的認(rèn)識(shí)更為科學(xué)、正確，同時(shí)也加深對(duì)氧化還原反應(yīng)的認(rèn)識(shí)。所以，教師在教學(xué)過(guò)程中，可以適當(dāng)增加該知識(shí)要素的講解。

2. 起始要素安排的異同

所謂起始要素，是指在層級(jí)有向圖中，該要素與其他要素具有關(guān)聯(lián)，而本身無(wú)其他要素的支撐，在整個(gè)層級(jí)有向圖中充當(dāng)基石的作用。該部分知識(shí)中人教版與蘇教版教材的起始要素不同，蘇教版教材采用“電解飽和食鹽水”和“氯的發(fā)現(xiàn)”，而人教版教材采用“氯的發(fā)現(xiàn)”。

通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，兩版本起始要素有所差異，都體現(xiàn)在制取Cl2時(shí)的引入。新課程的基本理念重視學(xué)生所學(xué)的知識(shí)與生活實(shí)際相聯(lián)系，因而，兩版本都注重培養(yǎng)學(xué)生“化學(xué)源于生活，又服務(wù)于生活”的思想。蘇教版教材從海水曬鹽導(dǎo)入新課，從生活實(shí)際出發(fā)，引起學(xué)生興趣的同時(shí)，順勢(shì)引出工業(yè)上用電解食鹽水制取Cl2的方法，這也是高中化學(xué)階段學(xué)生需要掌握的“氯堿工業(yè)原理”。接著由工業(yè)制Cl2的原理引出實(shí)驗(yàn)室制Cl2的方法。這兩種制取Cl2的方式都是高中階段學(xué)生需要掌握和學(xué)會(huì)應(yīng)用的內(nèi)容。況且，電解食鹽水的方程式是《化學(xué)2》電化學(xué)部分需要掌握的方程式，學(xué)生在此提前了解，對(duì)今后學(xué)習(xí)電化學(xué)知識(shí)也有所幫助，因而，蘇教版的安排較為合理，教師可以根據(jù)實(shí)際情況選擇補(bǔ)充這一知識(shí)點(diǎn)。

3. 最高要素選擇的異同

位于層級(jí)有向圖中最高層的知識(shí)要素（亦為第一層）即為最高要素。兩版本的教材在“氯的性質(zhì)”這一部分內(nèi)容的最高學(xué)習(xí)目標(biāo)都定位在“Cl2的生活生產(chǎn)應(yīng)用”上，可以看出，兩版本教材都重視化學(xué)在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，以期培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)與生活聯(lián)系的思想。

4. 要素間形成關(guān)系的比較

兩版本教材在內(nèi)容編排上大致是按照Cl2的制取、Cl2的物理性質(zhì)、Cl2的化學(xué)性質(zhì)和Cl2的生活生產(chǎn)應(yīng)用的先后順序呈現(xiàn)的。通過(guò)對(duì)照不難發(fā)現(xiàn)，在人教版與蘇教版教材中，知識(shí)要素的編排都遵循循序漸進(jìn)的思想，高層級(jí)的要素都有相應(yīng)的低層級(jí)要素作為依托，體現(xiàn)學(xué)習(xí)由易到難的原則，同時(shí)這種教學(xué)順序也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，從他們已有的認(rèn)知基礎(chǔ)出發(fā)，學(xué)習(xí)起來(lái)才會(huì)更加順暢，便于對(duì)知識(shí)的理解。此外，該編排順序使得整個(gè)教材的脈絡(luò)更為清晰，也有利于教師的教學(xué)以及明確各階段應(yīng)當(dāng)達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)。

四、結(jié)論

基于解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）對(duì)人教版和蘇教版《化學(xué)1》 “氯的性質(zhì)”一節(jié)中提取的15個(gè)知識(shí)要素進(jìn)行比較、分析，得到兩個(gè)版本關(guān)于同一教材知識(shí)內(nèi)容的層級(jí)有向圖，并通過(guò)核心概念的選擇、起始要素的異同、最高要素的選擇以及各知識(shí)要素間的形成關(guān)系進(jìn)行比照。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人教版與蘇教版教材的知識(shí)結(jié)構(gòu)安排大體上是相似的，僅在個(gè)別核心要素及起始要素上有所差異。因此，教師需要根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、學(xué)生水平的不同以及實(shí)際教學(xué)情況，對(duì)教材進(jìn)行合理地刪、增、補(bǔ)、拓與重組，盡可能使得教學(xué)內(nèi)容更適于學(xué)生學(xué)習(xí)的需要以及教師教學(xué)的要求。

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