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摘 要：随着各版本高中地理新教材投入使用，对不同教材进行比较分析，可以发现各版本教材的优点，对优化教学很有价值。本文运用解释结构模型法对高中地理不同版本教材的相同内容——“地球所处的宇宙环境”进行比较，具体分析不同教材在知识要素选取，起始要素、结点要素与要素之间形成关系异同及原因，有助于建构清晰的知识结构体系。同时，提出教学设计要对教材进行知识梳理，并从不同知识要素选取以及要素间形成某种逻辑关系的角度进行教学优化。
关键词：解释结构模型;知识要素;教材比较
教材是知识的载体，对教学有重要的指导作用，是教师开展教学活动的重要依据。随着新课改的不断深化，不同版本高中地理新教材陆续面世，虽然依据相同课程标准进行编写，但是不同的教材在核心知识选取、知识逻辑设计等方面都有一定差异，差异化的教材设计是教材编写者不同教材观的体现。对教材的比较研究可以加深教师对学科知识与教育理念的理解，有助于教师更好地理解教材与利用教材[1]。
教材比较研究的方法有很多，解释结构模型法（ISM）在客观比较不同教材同一内容的知识编排、教材编写特色方面有着独特的价值，是地理教材比较研究的新视角。魏伊[2]应用解释结构模型法对我国不同时期的高中地理教材结构进行比较研究，从核心知识要素、起始要素、结点要素和要素之间的形成关系四个方面，结合课标对教材的纵向变化进行研究分析。庞绪[3]以人教版和牛津版“森林资源”为例运用ISM 法比较和总结它们的异同与特点，并提出反映“整体性”思想、贴近“地理认知过程”、体现“人地关系”等地理教材知识要素编写建议。赵若琳[4]以“地球上的大气”为例应用ISM法对比中美两国地理教材发现，两版教材在知识要素的选择、起始要素与结点要素的安排、要素间关系的排列方面存在的异同，对我国教材编制提出了建议。由此可见，解释结构模型法在中学地理教材比较研究中已经有较多的应用，但比较多的文章是应用此方法对教材的编写提出建议，虽然对一线教学的指导有所涉及，但是还不够丰富。
本文应用解释结构模型法，对2019年投入使用的四版本高中地理教材相同的内容进行比较研究，客观、量化分析知识要素的质与量，起始要素、结点要素与要素间关系的异同，从而提出优化教学的建议。
一、解释结构模型法
解釋结构模型法（Interpretive Structural Modeling Method）简称为ISM法，最早由美国的沃菲尔德教授提出，是一种用于社会学研究的方法，可以用于分析社会系统中复杂元素之间的关联结构，佐藤隆博证实解释结构模型可用于目标分析和教材开发。该模型在教材分析中有机地结合了主观认识、实践经验与科学系统方法，梳理教材中知识要素的逻辑关系，通过可视化的层级有向图将教材的内容结构化和程序化。该模式的操作步骤如图1所示。
二、ISM下不同教材中“地球所处的宇宙环境”知识梳理
本文选择《普通高中地理课程标准》中必修一的内容要求“1.1 运用资料，描述地球所处的宇宙环境，说明太阳对地球的影响。”（以下简称“地理1.1”）所对应不同版本教材的章节进行比较，对人教版、中图版、湘教版、鲁教版四个版本的教材（表1）运用解释结构模型法进行分析。
首先按照各要素在教材中出现的先后顺序，抽取四版本教材的知识要素，分别编码排序为S1、S2……S44，四版本教材相同内容下的知识要素见表2。然后，根据各知识要素的形成关系建立邻接矩阵并推导可达矩阵，制作层级有向图（图2）。
三、结果分析与教学思考
1. 知识要素异同
从知识要素的提取来看，虽然不同教材对该课标内容的编排有较多差异，但是在核心知识内容的选取方面则较为一致。从表3可以发现，四版本教材知识要素的选取较为统一，平均约38个，总共出现了61个不同的知识要素，其中接近一半的知识要素在至少三本教材中重复出现，高频出现的是核心知识要素，教师在教学过程中要作为重点内容进行落实。从知识要素出现的顺序来看，不同版本教材都是从地球所处的宇宙环境开始，从整体逐步聚焦到太阳系，然后再具体介绍太阳对地球的影响，所以核心知识要素的选取和编排符合课程标准的要求。
同时有约1/3的知识要素在各版本教材中是独立出现的，这些差异主要来自教材编写者不同的教材编写观。如在概括介绍了“天体系统”与具体介绍了“太阳系”的同时，中图版教材中又出现了“恒星系统”的知识内容，介绍对已发现的天体系统的层级划分，对同一知识内容从不同角度差异化介绍，体现了教材编写者严谨的学科逻辑观。湘教版中出现的“太阳常数”看似和本课关系不大，却是帮助学生量化了解太阳对地球影响的依据，并且该内容通过活动的形式呈现给学生，是教材编写遵循学生认知逻辑的体现。
不同版本教材不仅在知识要素的数量上有差异，在知识要素的呈现方式上也有不同。比如对于“可观测宇宙”这一知识要素，除了文字介绍以外，鲁教版在天体系统示意图中进行了标注说明，中图版利用示意图与框架图结合的形式介绍最为详细，而湘教版则结合光年设计了计算半径的活动，丰富了教学的参与性。对于“太阳辐射”这一知识要素，多版本教材从知识角度具体介绍太阳辐射的数量特点、分布特征与形成和影响等内容，人教版则结合太阳能发电的生活应用进行编排，与生活相结合更能调动学生的学习主动性。
2. 起始要素与结点要素的异同
在层级有向图中，只有箭头指出，没有箭头指入的要素是起始要素，起始要素是教材内容的起点，是其他内容展开的基础。中图版与鲁教版都选择了整体的“宇宙”作为起始要素，体现了起始要素的基础性，接着顺势介绍宇宙中的“天体”，符合学科的知识逻辑。湘教版从人类感性认识的“银河”与神话故事开始，然后介绍现代科学理性认识的宇宙，符合学生的认知规律。人教版的起始要素是学生可以具体感知的“天体”，但是缺少了“宇宙”这一时空概念的介绍，不利于形成完整的时空宇宙观，因此，教师在实际教学中可以选择补充这一内容。 在层级有向图中，没有箭头指出，只有箭头指入的要素是结点要素。从数量上来看，虽然各版教材的知识要素都比较丰富，但是众多的知识要素最后都有所聚焦，教材內容既注重了知识的广博性，又注重了知识的深度学习。从内容来看，各版教材的结点要素多关于“太阳活动影响”，是“课标1.1中太阳对地球影响”这部分知识的最高目标。教材从宇宙环境整体的宏观认识，到太阳系星体的相互联系，最后具体到太阳活动对地球的影响，从单一的知识要素延伸到现象与影响，既符合地理学科的基本知识逻辑，也符合学生由易到难的认知逻辑。同时人教版、湘教版将“月相”作为结点要素，中图版将“空间天气”作为结点要素，都将知识学习引向情境性应用，有利于促进学生对宇宙环境深入探究，从而形成深刻的认知。湘教版将“太阳常数”作为结点要素，并引导学生思考太阳常数是不是常数以及可能带来的影响。虽然只是一个小问题，但在培养学生的发散思维方面有着重要的作用。
3. 要素之间关系的异同
虽然在核心知识要素的选择，起始与结点要素的编排方面不同教材有很多的共性，多数知识要素之间的形成关系受学科知识内在逻辑影响也比较一致，但各版教材在部分知识要素的形成关系表达有相异表现，这些表现值得探究与分析。
如对于“天体”这一核心知识要素，各版教材选择的下位知识要素不同，中图版详细地罗列了“仙女座星系”“星云”等八个天体，这是重视学科知识完整性的体现;而人教版和鲁教版则筛选了与地球和人类关系密切的天体进行介绍，体现了教材内容的生活化特征;湘教版在“天体”知识要素之后没有直接介绍不同的天体，而是在不同的天体系统中对与地球密切联系的天体进行分散介绍，这样的设计有助于学生在了解丰富天体的同时，理清不同天体的位置，利于对天体知识的建构（图3）。
关于“地球生命存在原因”这个核心知识要素，各版教材都从“地球生命存在条件”的上位知识要素得来，具体介绍了生命存在的温度、水、大气等条件形成的原因。而人教版与鲁教版的上位知识要素增加了“太阳系”，补充了生命存在还需要相对安全的宇宙环境这一容易忽视的原因。从因果关系的完整性来看，“太阳系”的环境作为“地球生命存在原因”的上位要素是需要的，教师在教学设计时需要补充（图4）。
关于“太阳活动”的核心知识要素，人教版、中图版和鲁教版都将“太阳大气层”作为上位知识要素，具体介绍了太阳活动发生的空间位置特征，是培养区域认知素养的体现。而湘教版将“太阳辐射”作为上位知识要素，从太阳释放能量不稳定的形成角度进行介绍，更侧重知识的科学逻辑。笔者认为，在教学中应该将“太阳大气层”和“太阳辐射”都作为“太阳活动”的上位知识，这样既有助于对学生区域认知素养的培养，也使学生对太阳活动的成因有了深刻的理解（图5）。
对于“黑子”与“耀斑”这些核心知识要素，人教版与中图版仅从“太阳活动”的上位知识推导而来，仅说明了“黑子”与“耀斑”现象的归属。湘教版和鲁教版则增加了这些知识要素的地理性，将具体的“太阳大气层”与 “太阳活动”作为共同的上位知识，有助于学生在了解“黑子”与“耀斑”是“太阳活动”的基础上，进一步认识他们发生的位置。同时，湘教版对“太阳活动”知识要素还做了太阳辐射差异的铺垫，在“黑子”与“耀斑”介绍时就可以顺势介绍他们形成的原因，从而形成全面的认识（图5）。
四、结论与启示
解释结构模型法通过知识要素的提取、层级有向图制作等，对教材知识进行了高度概括和知识逻辑的有序梳理。从课标“地理1.1”对应内来看，不同版本教材在知识要素选择，起始与结点要素的安排和要素间形成关系的设计等角度大致相似，仅存在部分差异，这些差异没有优劣之别，是教材编写者不同教材观的体现，丰富的教材内容为一线教师的教学提供了重要的参考和借鉴价值。一线教师在课标要求下参照教材进行教学设计，可以从解释结构模型法的各分析角度进行优化。
从知识要素的选取来说，在课标的指导下教师可以选择不同教材共同出现的高频知识作为核心知识要素，知识要素的数量不求多，不用将教材的所有相关知识都面面俱到的介绍。而是要思考将核心知识要素编排在合适的位置，在符合学科知识逻辑的基础上，由易到难符合学生的认知逻辑并激发高阶思维，对于较难理解或者含义丰富的知识要素可以通过重复出现的形式，从不同角度对其进行认识，在学习的过程中加深理解。同时要赋予知识要素生活性与时代性的特征，在生活中选取时效性强的素材展开教学，并引导学生应用所学知识解决实际问题。
就知识要素的形成关系来看，要建构合适的知识逻辑结构。教师在教学之前要对知识要素进行梳理，建构系统的知识结构图并明确知识要素之间的形成关系，遵循知识逻辑与认知逻辑设计探究型的教学活动，优化知识要素之间的形成路径，并给学生提供丰富的参与机会，使教学过程成为学生建构自己知识体系的过程。
结点知识要素虽然位置在一节课的结尾处，但是不能成为学生知识获得与能力生成的终点，而应该具有开放性与深度性等特征，所以结点知识要素的选择不能过于简单，而且要将结点知识放置在情境中，通过开放性的问题与深度性的实践探究有效联动课堂内外与课上课下，不断提升教学效能。
参考文献：
[1] 周义钦.高中地理各版本新教材的比较分析与教学建议——以“地球的演化历史与圈层结构”为例[J].地理教育，2020（10）：11-15.
[2] 魏伊. 基于ISM法的不同时期高中地理教材结构比较研究[D].武汉：华中师范大学，2019.
[3] 庞绪，徐志梅，王志德.基于ISM方法的高中地理教材知识要素分析——以人教版和牛津版“森林资源”为例[J].天津师范大学学报（基础教育版），2018，19（02）：54-58.
[4] 赵若琳.基于ISM法的中美地理教材逻辑对比——以“地球上的大气”为例[J].地理教学，2019（10）：13-17.
关键词：解释结构模型;知识要素;教材比较
教材是知识的载体，对教学有重要的指导作用，是教师开展教学活动的重要依据。随着新课改的不断深化，不同版本高中地理新教材陆续面世，虽然依据相同课程标准进行编写，但是不同的教材在核心知识选取、知识逻辑设计等方面都有一定差异，差异化的教材设计是教材编写者不同教材观的体现。对教材的比较研究可以加深教师对学科知识与教育理念的理解，有助于教师更好地理解教材与利用教材[1]。
教材比较研究的方法有很多，解释结构模型法（ISM）在客观比较不同教材同一内容的知识编排、教材编写特色方面有着独特的价值，是地理教材比较研究的新视角。魏伊[2]应用解释结构模型法对我国不同时期的高中地理教材结构进行比较研究，从核心知识要素、起始要素、结点要素和要素之间的形成关系四个方面，结合课标对教材的纵向变化进行研究分析。庞绪[3]以人教版和牛津版“森林资源”为例运用ISM 法比较和总结它们的异同与特点，并提出反映“整体性”思想、贴近“地理认知过程”、体现“人地关系”等地理教材知识要素编写建议。赵若琳[4]以“地球上的大气”为例应用ISM法对比中美两国地理教材发现，两版教材在知识要素的选择、起始要素与结点要素的安排、要素间关系的排列方面存在的异同，对我国教材编制提出了建议。由此可见，解释结构模型法在中学地理教材比较研究中已经有较多的应用，但比较多的文章是应用此方法对教材的编写提出建议，虽然对一线教学的指导有所涉及，但是还不够丰富。
本文应用解释结构模型法，对2019年投入使用的四版本高中地理教材相同的内容进行比较研究，客观、量化分析知识要素的质与量，起始要素、结点要素与要素间关系的异同，从而提出优化教学的建议。
一、解释结构模型法
解釋结构模型法（Interpretive Structural Modeling Method）简称为ISM法，最早由美国的沃菲尔德教授提出，是一种用于社会学研究的方法，可以用于分析社会系统中复杂元素之间的关联结构，佐藤隆博证实解释结构模型可用于目标分析和教材开发。该模型在教材分析中有机地结合了主观认识、实践经验与科学系统方法，梳理教材中知识要素的逻辑关系，通过可视化的层级有向图将教材的内容结构化和程序化。该模式的操作步骤如图1所示。
二、ISM下不同教材中“地球所处的宇宙环境”知识梳理
本文选择《普通高中地理课程标准》中必修一的内容要求“1.1 运用资料，描述地球所处的宇宙环境，说明太阳对地球的影响。”（以下简称“地理1.1”）所对应不同版本教材的章节进行比较，对人教版、中图版、湘教版、鲁教版四个版本的教材（表1）运用解释结构模型法进行分析。
首先按照各要素在教材中出现的先后顺序，抽取四版本教材的知识要素，分别编码排序为S1、S2……S44，四版本教材相同内容下的知识要素见表2。然后，根据各知识要素的形成关系建立邻接矩阵并推导可达矩阵，制作层级有向图（图2）。
三、结果分析与教学思考
1. 知识要素异同
从知识要素的提取来看，虽然不同教材对该课标内容的编排有较多差异，但是在核心知识内容的选取方面则较为一致。从表3可以发现，四版本教材知识要素的选取较为统一，平均约38个，总共出现了61个不同的知识要素，其中接近一半的知识要素在至少三本教材中重复出现，高频出现的是核心知识要素，教师在教学过程中要作为重点内容进行落实。从知识要素出现的顺序来看，不同版本教材都是从地球所处的宇宙环境开始，从整体逐步聚焦到太阳系，然后再具体介绍太阳对地球的影响，所以核心知识要素的选取和编排符合课程标准的要求。
同时有约1/3的知识要素在各版本教材中是独立出现的，这些差异主要来自教材编写者不同的教材编写观。如在概括介绍了“天体系统”与具体介绍了“太阳系”的同时，中图版教材中又出现了“恒星系统”的知识内容，介绍对已发现的天体系统的层级划分，对同一知识内容从不同角度差异化介绍，体现了教材编写者严谨的学科逻辑观。湘教版中出现的“太阳常数”看似和本课关系不大，却是帮助学生量化了解太阳对地球影响的依据，并且该内容通过活动的形式呈现给学生，是教材编写遵循学生认知逻辑的体现。
不同版本教材不仅在知识要素的数量上有差异，在知识要素的呈现方式上也有不同。比如对于“可观测宇宙”这一知识要素，除了文字介绍以外，鲁教版在天体系统示意图中进行了标注说明，中图版利用示意图与框架图结合的形式介绍最为详细，而湘教版则结合光年设计了计算半径的活动，丰富了教学的参与性。对于“太阳辐射”这一知识要素，多版本教材从知识角度具体介绍太阳辐射的数量特点、分布特征与形成和影响等内容，人教版则结合太阳能发电的生活应用进行编排，与生活相结合更能调动学生的学习主动性。
2. 起始要素与结点要素的异同
在层级有向图中，只有箭头指出，没有箭头指入的要素是起始要素，起始要素是教材内容的起点，是其他内容展开的基础。中图版与鲁教版都选择了整体的“宇宙”作为起始要素，体现了起始要素的基础性，接着顺势介绍宇宙中的“天体”，符合学科的知识逻辑。湘教版从人类感性认识的“银河”与神话故事开始，然后介绍现代科学理性认识的宇宙，符合学生的认知规律。人教版的起始要素是学生可以具体感知的“天体”，但是缺少了“宇宙”这一时空概念的介绍，不利于形成完整的时空宇宙观，因此，教师在实际教学中可以选择补充这一内容。 在层级有向图中，没有箭头指出，只有箭头指入的要素是结点要素。从数量上来看，虽然各版教材的知识要素都比较丰富，但是众多的知识要素最后都有所聚焦，教材內容既注重了知识的广博性，又注重了知识的深度学习。从内容来看，各版教材的结点要素多关于“太阳活动影响”，是“课标1.1中太阳对地球影响”这部分知识的最高目标。教材从宇宙环境整体的宏观认识，到太阳系星体的相互联系，最后具体到太阳活动对地球的影响，从单一的知识要素延伸到现象与影响，既符合地理学科的基本知识逻辑，也符合学生由易到难的认知逻辑。同时人教版、湘教版将“月相”作为结点要素，中图版将“空间天气”作为结点要素，都将知识学习引向情境性应用，有利于促进学生对宇宙环境深入探究，从而形成深刻的认知。湘教版将“太阳常数”作为结点要素，并引导学生思考太阳常数是不是常数以及可能带来的影响。虽然只是一个小问题，但在培养学生的发散思维方面有着重要的作用。
3. 要素之间关系的异同
虽然在核心知识要素的选择，起始与结点要素的编排方面不同教材有很多的共性，多数知识要素之间的形成关系受学科知识内在逻辑影响也比较一致，但各版教材在部分知识要素的形成关系表达有相异表现，这些表现值得探究与分析。
如对于“天体”这一核心知识要素，各版教材选择的下位知识要素不同，中图版详细地罗列了“仙女座星系”“星云”等八个天体，这是重视学科知识完整性的体现;而人教版和鲁教版则筛选了与地球和人类关系密切的天体进行介绍，体现了教材内容的生活化特征;湘教版在“天体”知识要素之后没有直接介绍不同的天体，而是在不同的天体系统中对与地球密切联系的天体进行分散介绍，这样的设计有助于学生在了解丰富天体的同时，理清不同天体的位置，利于对天体知识的建构（图3）。
关于“地球生命存在原因”这个核心知识要素，各版教材都从“地球生命存在条件”的上位知识要素得来，具体介绍了生命存在的温度、水、大气等条件形成的原因。而人教版与鲁教版的上位知识要素增加了“太阳系”，补充了生命存在还需要相对安全的宇宙环境这一容易忽视的原因。从因果关系的完整性来看，“太阳系”的环境作为“地球生命存在原因”的上位要素是需要的，教师在教学设计时需要补充（图4）。
关于“太阳活动”的核心知识要素，人教版、中图版和鲁教版都将“太阳大气层”作为上位知识要素，具体介绍了太阳活动发生的空间位置特征，是培养区域认知素养的体现。而湘教版将“太阳辐射”作为上位知识要素，从太阳释放能量不稳定的形成角度进行介绍，更侧重知识的科学逻辑。笔者认为，在教学中应该将“太阳大气层”和“太阳辐射”都作为“太阳活动”的上位知识，这样既有助于对学生区域认知素养的培养，也使学生对太阳活动的成因有了深刻的理解（图5）。
对于“黑子”与“耀斑”这些核心知识要素，人教版与中图版仅从“太阳活动”的上位知识推导而来，仅说明了“黑子”与“耀斑”现象的归属。湘教版和鲁教版则增加了这些知识要素的地理性，将具体的“太阳大气层”与 “太阳活动”作为共同的上位知识，有助于学生在了解“黑子”与“耀斑”是“太阳活动”的基础上，进一步认识他们发生的位置。同时，湘教版对“太阳活动”知识要素还做了太阳辐射差异的铺垫，在“黑子”与“耀斑”介绍时就可以顺势介绍他们形成的原因，从而形成全面的认识（图5）。
四、结论与启示
解释结构模型法通过知识要素的提取、层级有向图制作等，对教材知识进行了高度概括和知识逻辑的有序梳理。从课标“地理1.1”对应内来看，不同版本教材在知识要素选择，起始与结点要素的安排和要素间形成关系的设计等角度大致相似，仅存在部分差异，这些差异没有优劣之别，是教材编写者不同教材观的体现，丰富的教材内容为一线教师的教学提供了重要的参考和借鉴价值。一线教师在课标要求下参照教材进行教学设计，可以从解释结构模型法的各分析角度进行优化。
从知识要素的选取来说，在课标的指导下教师可以选择不同教材共同出现的高频知识作为核心知识要素，知识要素的数量不求多，不用将教材的所有相关知识都面面俱到的介绍。而是要思考将核心知识要素编排在合适的位置，在符合学科知识逻辑的基础上，由易到难符合学生的认知逻辑并激发高阶思维，对于较难理解或者含义丰富的知识要素可以通过重复出现的形式，从不同角度对其进行认识，在学习的过程中加深理解。同时要赋予知识要素生活性与时代性的特征，在生活中选取时效性强的素材展开教学，并引导学生应用所学知识解决实际问题。
就知识要素的形成关系来看，要建构合适的知识逻辑结构。教师在教学之前要对知识要素进行梳理，建构系统的知识结构图并明确知识要素之间的形成关系，遵循知识逻辑与认知逻辑设计探究型的教学活动，优化知识要素之间的形成路径，并给学生提供丰富的参与机会，使教学过程成为学生建构自己知识体系的过程。
结点知识要素虽然位置在一节课的结尾处，但是不能成为学生知识获得与能力生成的终点，而应该具有开放性与深度性等特征，所以结点知识要素的选择不能过于简单，而且要将结点知识放置在情境中，通过开放性的问题与深度性的实践探究有效联动课堂内外与课上课下，不断提升教学效能。
参考文献：
[1] 周义钦.高中地理各版本新教材的比较分析与教学建议——以“地球的演化历史与圈层结构”为例[J].地理教育，2020（10）：11-15.
[2] 魏伊. 基于ISM法的不同时期高中地理教材结构比较研究[D].武汉：华中师范大学，2019.
[3] 庞绪，徐志梅，王志德.基于ISM方法的高中地理教材知识要素分析——以人教版和牛津版“森林资源”为例[J].天津师范大学学报（基础教育版），2018，19（02）：54-58.
[4] 赵若琳.基于ISM法的中美地理教材逻辑对比——以“地球上的大气”为例[J].地理教学，2019（10）：13-17.