普通高中科学教材表层结构分析
时间：2023-06-06 13:55:42 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
姚建欣，曾 莹，孟丹宁，李 想
库恩（Thomas Kuhn）等诸多学者都曾指出：作为最经典的学校教育资源，科学教材被潜在地视为一切科学文本的基准[1]，科学教育的进步离不开科学教材的发展。近年来，随着认知科学、学习科学和语言心理学的发展，人们对科学教材的表征与学生认知发展的契合提出了更高要求。国内外认知导向的教材研究呈现出专题化、精细化的研究趋势，科学教材的表征革新吸引了包括《科学》（Science）在内的顶级学术期刊的关注[2]。在此背景下，本文聚焦于科学教材的组织结构中的表层结构，以新修订的普通高中物理、化学、生物学科必修模块的教材为实例，分析当前科学教材表层结构的基本形式和主要特点。
教材的分析与评价是教材研究最核心的切入角度之一。针对科学教材的分析与评价，中国的“理科教材难度比较项目”、美国“2061 计划”中的课程教材研究项目[3]和英国的苏萨克斯课程材料分析项目[4]等都曾设计了成体系的框架。而这些框架虽然维度划分角度、分析评价方式有差异，但其本质上都遵循着教材结构与功能的规律。例如，“2061 计划”中的教材研究项目的指标体系分“内容分析”（包括广度、深度、连贯性、案例等）和“教学分析”（包括提供目标意识、考虑学生观点等，如表1）两大维度[5]。而这两大维度的划分实质上契合了我国老一辈教材建设者所提出的教材的两种基本功能——教学资源功能和教学工具的功能[6]。纵览上述指标框架，教材的结构组织均是其中重要的分析角度之一。
表1 “2061 计划”教材研究项目“教学分析”维度的指标体系
按照不同的分类方式，对教材结构组织的分析可从不同的角度开展，例如学科结构/教学结构、深层结构/表层结构、宏观结构/微观结构等。对于科学教材，在伍兹霍尔会议上，布鲁纳等心理学家与科学家、教育家一道，重新确立了学科内容体系（即学科结构）在科学教材中的基石地位[7]。可以说，理科教材的原型是科学各学科其自身的学科结构。但学科结构有时不适应儿童的认知特征和心理特点，直接在教材中将学科结构展示给学生是无法有效地达成教育目标的[8]。因此，教材编者要将学科知识、学科能力、科学态度等要素按照学生的认知规律进行重新编排，由此形成了教材的教学结构。对教材教学结构的研究不应局限于文本分析，而是宜结合教学观察、师生访谈等来了解其教学结构是否能使得教材所承载的教育内容被学生吸纳和理解。
对于教材文本的静态分析而言，从教材的深层结构和表层结构来分析是常见的研究视角。深层结构（或称深层组织）是教材中的内容在纵向和横向组合时与各教育要素所构成的体系；
表层结构一般指为使学生更有效地学习内化教育内容而赋予教材的表现形式[9]。对教材表层结构的分析实质上是一种要素分析。教材表层结构的要素是精心设计的功能模块和各式各样的栏目及其所属的文本表征和图表表征。教材表层结构的分析主要就是析解上述要素的功能，关注教材的呈现表征与形式组织（具体表现为编写体例、栏目设置、插图设计和习题配置等及要素间的排布关系）。研究教材表层结构的意义在于，教材的表层结构引导着教与学的开展，其为教师的教学设计提供了指导框架，为学生的自主学习提供了范例场景。可以说，教材的表层结构在很大程度上决定了教师怎样教和学生怎样学，是教材教学特征的集中展现。
2017 年版普通高中课程方案和课程标准颁布后，各编写出版单位按照课程标准对普通高中教材进行了大幅修订。其中的物理、化学、生物学等科学教材经国家教材委员会科学专家委员会统一审查，其必修模块的教材已于2019 年进入《中小学教学用书目录》供各省市选用。本研究选取了2019 年《中小学教学用书目录》中根据2017 年版普通高中课程标准修订的5 套物理教材、3 套化学教材和5 套生物学教材的必修册次为研究对象，从整体结构和微观架构两方面分析当前科学教材表层结构。
各套教材一般都遵循“册→章/专题→节/实验/主题→小节→正文/栏目”的五级结构。其中，“册”基本都是按照课程标准中模块的内容进行排布，各册再以“章”或“专题”为单元进行结构划分，章下分“节”“实验”以及其它主题活动，每节下含若干小节（四级标题），正文和各类栏目分散在各小节中。在对册和单元的宏观设置方面，绝大多数教材均按照课程标准中对“课程结构”和“课程内容”的整体设计进行编排，一般以课程标准中的一个“模块”为一册（化学学科除外），单元次序充分考虑课程标准在模块下的主题设计。
表2 以物理教材为例，列举了各套教材的单元设置。对比《普通高中物理课程标准（2017 年版）》，可以看到各套教材一般以1 至2 个单元落实课程标准中一个主题的课程内容。在单元次序方面，各套教材绝大多数的单元是按课程标准的“主题”顺序进行编排的。两者之间的差异集中在必修2 和必修3 的能量相关主题的位置上，例如有两套教材按照课程标准的次序将机械能单元作为必修2的第一单元，而另外三套教材按照传统教学习惯先论述完曲线运动等再集中讨论机械能及其守恒。总体来讲，各套教材从单元设置所展现的知识结构基本按照课程标准的设计思路，符合科学概念和规律建构的一般思路和主体进程，力图达成学科知识结构与教学结构的有机结合。
表2 普通高中物理教材的册、章编排
在教材的微观设计方面，在保持学科知识结构的基础上，充分体现了各套教材的设计特色和其编写者的教学思路。按照栏目所处的位置和功能，将教材栏目分为“导引栏目”“正文栏目”“侧边栏目”“节后栏目”“章末栏目”“拓展栏目”六类。“导引栏目”主要包括序言、章首语以及各类章首/节首栏目等，旨在呈现教材的整体设计，展现章节主要内容，创设各节教学的问题情境。“正文栏目”主要包括观察思考、实验探究、分析论证、讨论交流、示范例题等栏目，是发展学生核心素养最主要的内容载体。随着版面率的优化，大部分教材留出了侧边栏并增设了“侧边栏目”来配合正文栏目，承担名词解释、方法提示、补充资料、解读旁注等功能。“节后栏目”和“章末栏目”主要供学生进行课后练习、自我评价、复习总结使用。为适应学生多样性、选择性的学习需求，教材普遍设立了“拓展栏目”补充相关信息材料或探究问题，以期实现开阔视野、联系实际、课外探究等目标。
（一）导引栏目
导引栏目在三个层次上对教学内容和教材使用进行指引（表3）。第一层次面向整套教材，各套教材第一册均以序言、绪论开启，虽然这些序言、绪论标题、体例、内容形式各不相同，但其均力图用中学生能够理解的话语展现该学科对于人类文明发展的核心价值、论述学习该学科课程的重要意义、点拨课程学习的关键方法、说明教材的体例设计和使用建议。序言文本和配图注重展现中华民族科技成就、弘扬爱国主义、科学精神和社会责任感。部分教材引用历史上和现当代知名科学家的语录、访谈，甚至邀请科学家直接执笔寄语同学们，拉近了科学家和学生们之间的距离。
表3 普通高中化学教材的导引栏目
第二和第三层面上的章和节的导引栏目均属于课前辅助系统，也被一些教材分析模型称为教材的定向系统[10]。此系统的核心功能在两方面：学习目标的生成和学习动机的激发[11]。在每章开篇呈现统领本章内容的章首图、章首语或章结构，以建构整章学习的总体情境、展现整章内容的逻辑结构、提升学生的学习兴趣并对本章涉及的核心内容和关键方法给予引导，这已成为当前各版本教材在第二层面引入的基本范式。在每节伊始创设探究情境或提出探究问题，也已逐渐成为具有科学教材特色的第三层面引入方式。各版本之间的主要差异在于学习目标的生成与呈现方式：有的教材将学习目标含在章节导语中，有的教材则将学习目标单列出来；
有的教材能用学生话语呈现学习目标，也有教材的学习目标近乎转引了文件话语。此外，同一节课不同版本的不同导入设计充分展现了教学情境、教学设计和教学资源的多元和创意。
（二）正文栏目
正文栏目包括观察思考、探究活动、分析论证、讨论交流、方法导引、例题应用等栏目，每类栏目都对应特定的学习活动（表4）。教材一般会为每类栏目配以标识，结合每节课的课程内容和教学重点灵活安排相应栏目，通过栏目的设置引导学生主动学习。例如延续各节引入时的情境或问题，通过“观察思考”引导学生进一步关注相关的现象、数据和模型，通过“探究活动”“分析论证”“讨论交流”等栏目组织同学们进行科学实践与交流合作，并利用“方法导引”栏目提炼科学探究的重要思想方法，对学生科学学习在方法论层面进行指导。可见，修订后科学教材正文的编排已多沿两条线索展开——科学知识的本体逻辑线和科学建构的探究实践线，其在保持知识结构和教学习惯的基础上，更为突出了学生能力发展的主线。
表4 普通高中化学教材的正文栏目
（三）侧边栏目
侧边栏的出现是版面率优化的结果，侧边栏的留白空间可以用来记笔记，在学生中间广受欢迎，而且合适的留白大小能提升教材版面的视觉效果，因而一定版幅的侧边栏已成为物理等学科教材的主流版式。为了更高效地利用这部分版面，越来越多的教材设计了侧边栏目与教材正文内容相配合（表5）。这类辅助栏目承担了旁注、名词解释、资料链接等功能。更进一步，有些版本的教材设计方法提示、策略凝练、素养提升等栏目，将正文内容所涉及的科学思维方法和问题解决方法进行提炼，更为显性地帮助学生建构学科核心素养。还有的教材设计学科交叉、知识链接等栏目，拓展学科教材的边界，建立跨学科的联系，提升科学各学科教材之间以及科学与技术等的整合度。
表5 侧边栏目设计实例
（四）节后/章末栏目
节后栏目和章末栏目属于教材的课后辅助系统，在教材分析模型中亦称作教材的反馈系统。反馈系统中必不可少是节后和章末的练习题栏目。之前就有教材通过A、B 分组探索了分级学业评价和学习反馈，但随着课程标准中分级划分了学业质量，分级评价反馈的探索在此轮修订中已经得到了普遍推广。特别是近十余年来国内学科教育研究团队开展的学科能力研究[12]和学习进阶研究[13]提供了理论框架和参照依据，使得开发教材反馈系统时能够按照能力框架（例如：学习·理解；
应用·实践；
迁移·创新）和进阶层级设计不同能力取向和难度水平的习题，使教材反馈系统更为切合学生的认知发展。此外，部分教材章末设计的反思类栏目和小结类栏目提示师生在一个主题或一个阶段学习后进行总结提升，有的教材还特别重视引导学生在小结中进行知识体系的整合与核心素养的提炼。
（五）拓展栏目
课程学习的选择性自第八次课程改革以来得到了充分的重视，教材中的各类拓展栏目（表6）也体现了这一设计原则。例如，为给学生打开窗口、促进自主学习，某版物理教材设置了“科学漫步”栏目，栏目拓展与正文相关的科学史（如“人类对行星运动规律的认识”）或技术应用（如“振动控制技术”）。除类似的综合性栏目外，教材中还设计了一些专题性拓展栏目。这些专题性栏目的设计取向一是关注科学与技术、社会、环境的关系，如物理教材中的“STSE”“实践与拓展”，化学教材中的“科学·技术·社会”“生活向导”，生物学教材中的“与社会的联系”“生物科技进展”。二是重视科学史教育，如“科学史话”“生物科学史话”等栏目。三是引导学生了解认识相关职业，如“化学与职业”“走近职业”等。此外，还有“微项目”“DIS 实验室”等特色类栏目，促进学生开展项目式学习和自主实验探究。这些栏目都展现了课程内容的选择性和教材体系的拓展性。
表6 普通高中物理、化学、生物学教材的拓展栏目
如果将伽利略、牛顿、拉格朗日等的著作算成学术专论而不是教材的话，那么从剑桥大学胡威立（William Whewell）的《初等力学教程》（An Elementary Treatise on Mechanics,1819）算起至今，科学教材也已经历了两百年的发展历程。从这两百年来的发展历程中可以发现，最初的科学教材是学科知识体系的文本化。进入20 世纪以来，教材逐渐成为学科知识（content knowledge）、学科教学知识（pedagogical content knowledge）和教学设计经验的融合[14]。在当前，作为课程实施的核心依据，教材的表层结构已充分展现其教学特性，搭建了课堂教学的指导框架，为教师教学时的素材选择、活动设计、策略方法提供了线索和范例。放到一个比较小的时间跨度来看，对比修订前的教材，新修订的普通高中科学教材的表层结构体系在整体结构和微观设计上均有发展，特别是在栏目体系设计方面，各版本教材持续探索，为各学科教材的开发积累了丰富的内容组织形式和信息呈现策略。
对于后续的研究和教材编写实践，本文只是做了初步的概念范畴梳理和研究素材对比，而且研究对象局限于静态文本，进一步深入研究的空间还很大。后续研究应基于国内外在科学表征和阅读方面的研究进展，重点分析教师和学生在教材使用过程中的动态反馈，从理论和实践两个层面促进教材表层结构设计的系统化和科学化。为此，需要建构教材表层结构的分析框架和评价指标，还需要进一步探讨教材表层结构设计与教师的教学内容组织、教学策略选取、教学情境创设间的关系，探讨与学生的教材阅读习惯、注意力分配、学习策略运用的关系。在这些方面，曾有学者提出过一系列的问题清单供教材编写者和研究者思考，但系统设计、基于实证的研究尚比较缺乏。此外，对于项目式学习、STEM 教育[15]等在教材中的呈现方式，亦值得探讨。
此外，对教材表层结构的深入析解有助于新形式教材的开发和迭代。教材功能模块的设计与组织集中体现了教材编者的教育理念和教学艺术，有效地保障了教学质量和学习结果。但随着新一代教材编制的重心正在发生从学习结果向学习过程的转移[16]，对教材功能模块的界定、设计、选取和组织已经成为新型教材建设的关键问题。教师要有效提升对教材的二次开发能力[17]。兼具良好的认知匹配能力、选择性和拓展性的教材功能模块，辅以教材数字化技术，有潜力开发出真正的自适应教材，能给予教材使用者更充分的二次开发和调适空间。
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