摘要：知识要素是组成教材的基本单位， 以人教版和牛津版高中地理教材中“森林资源”一节为例， 运用ISM法从知识要素选择、起始要素与结点要素和要素间关系三个方面进行分析， 能够比较和总结它们的异同与特点， 并尝试提出反映“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。
关键词：高中地理； 地理教材； ISM方法； 知识要素；
教材在一定的教育目的指导下， 将人类在长期实践中积累的知识进行精炼地概括， 并向学生展示知识获取过程和方法， 是学生学习、学校教学的重要资源和工具。[1]科学地进行教材分析， 厘清教材内部知识要素的逻辑架构， 是指导学生高效地进行学习的必要条件， 也是设计合理的教学程序、进行有效教学的前提。但许多教材分析中会出现两种倾向：一是奉教材为圭臬， 过分遵守教材原有的知识结构， 忽视教材的横向比较；二是仅凭借自己的主观经验分析教材， 难以准确地分析出教材内在的知识要素结构。笔者针对教材分析中出现的两种倾向， 尝试用解释结构模型 （ISM） 法， 对人教版高中地理教科书和香港牛津版高中地理教科书中关于“森林资源保护与开发”部分的知识要素进行比较研究， 分析它们各自的特点。旨在客观而科学地分析教材， 为高中地理新教材编写提出一些建议。
一、解释结构模型 （ISM） 法概述
解释结构模型 （Interpretative Structural Modeling, ISM） 是由美国的J.N.Warfield于20世纪70年代提出的分析复杂系统结构模型的方法， 该方法已经被广泛地应用于现代系统工程中。[2]1978年， 日本的佐藤隆博证实， 该模型可运用于教学研究和教材分析。[3]用该方法分析教材能够避免主观经验的影响， 提升分析结果的可信度；能够将教材中的各个知识点以有向图或者树状图的形式展现出来， 直观地展现教材中不同知识点的层级关系和逻辑顺序。运用解释结构模型对教材进行分析时， 其过程可以分为三步。
第一步， 抽取知识要素Si, 定性分析教材。知识要素Si是构成教材和影响教学过程的、能串联起课堂教学且学生应当掌握的各个知识点， 即课堂教学中应当涉及到的教学子目标。为尽量减少主观因素的干扰， 本文将符合以下三个条件之一的教材内容称为知识要素Si:一是教材中给出明确的概念；二是在教材的知识结构中有承上启下的地位；三是教材中的主要知识点。
第二步， 确定知识要素Si间关系， 构造直接矩阵。在解释结构模型中， 如果知识要素Si对知识要素Sj有直接影响， 即Sj的教学必须在Si之后， 我们便认为Si与Sj存在“形成关系”, 把Si称为先行要素， Sj称为可达要素， 如图1所示。依次比较各教学子目标之间的关系， 可以根据以下规则生成直接矩阵A:若Si对Sj有直接影响， 则记aij为1, 否则记为0.
图1 先行要素、可达要素与形成关系
第三步， 运算直接矩阵， 得到层级有向图。生成直接矩阵A后， 令直接矩阵A与单位矩阵E相加， 并基于布尔代数运算规则对矩阵 （A+E） 进行幂运算， 使得 （A+E） n+1= （A+E） n=M, 称M为可达矩阵。观察可达矩阵M, 先按照每列中“1”的数量多少进行排序， 调整矩阵的行和列， 得到层次化矩阵N.在矩阵N中， 自左上角到右下角， 依次分解出最大阶数的单位矩阵， 每个单位矩阵代表一个层次。结合层次矩阵和形成关系， 可以得到层级有向图。在层级有向图中， 我们把在整个解释结构模型中仅充当先行要素， 不充当可达要素的知识要素称为起始要素。起始要素位于层级有向图的最底层， 既是学生学习的起点， 又是整节内容结构的基石。把在整个解释结构模型中仅充当可达要素， 不充当先行要素的知识要素称为结点要素。结点要素位于层级有向图的最顶层， 既是学生学习的终点， 又是整节内容结构的最高目标。
不同的教材编写者按照不同的逻辑关系或心理学关系对不同的知识要素进行编排， 会形成不同的教材结构。[4]基于解释结构模型的教材分析能够以层级有向图的形式阐明不同知识要素的能力层次要求以及它们之间的逻辑关系或心理学关系， 将教材结构直观地展示出来， 为教材建设和课程资源开发提供参考。
二、基于ISM方法的人教版与牛津版高中地理教材知识要素分析
从系统论的角度看， 教材是由若干相互联系、相互影响的知识要素结合形成的能够展现学科知识的有机整体， 知识要素是组成教材的基本单位。[5]选择哪些知识， 按照什么样的关系将它们组织起来， 反映了教材自身的结构特点。因此横向比较不同版本教材， 了解它们在知识要素设置和教材结构设计中的优势与不足， 对保持教材特色、提升教材编写水平有重要意义。本部分试图运用ISM方法， 以“森林资源”一节为例， 对人教版和牛津版高中地理教材知识要素的特征与构成进行比较分析， 探究它们知识要素设置与教材结构的特点。
人教版有关森林资源部分教材内容， 在《高中地理·必修三》中进行呈现， 以“森林资源的保护与开发---以亚马孙雨林为例”为主题， 包括雨林的全球效应、雨林环境的脆弱性、亚马孙雨林开发计划、雨林前途---开发还是保护等几部分内容。香港地区牛津版教材有关森林资源部分内容， 在《活学地理·第三册》中以“消失中的热带树冠---谁应为滥伐林木负责”为主题， 包括天然的热带雨林是怎样的、什么是热带雨林生态系统、什么原因导致人类破坏雨林、大规模滥伐雨林会带来什么后果、怎样以可持续的发展方式保护雨林等几部分内容。
（一） 知识要素的组成分析
依据解释结构模型， 从知识要素方面来看， 两个不同版本的地理教材“森林资源”一节可以抽取出10个知识要素， 即人教版教材中的森林的类型及分布、森林的作用、破坏森林的后果、雨林的全球环境效应、雨林的基因和生物价值、雨林环境的优越性、雨林生态的脆弱性、雨林中的开发活动、对雨林前途的争议、热带雨林的保护措施， 以及牛津版中的雨林中动植物的特点、雨林地区的气候特点、雨林生态系统的构成、雨林生态系统的作用、雨林生态系统的脆弱性、破坏雨林的直接原因、破坏雨林的根本原因、雨林破坏对自然环境的影响、雨林破坏对人文环境的影响、热带雨林的保护措施， 分别标记为S1到S10, 如表1所示。
表1.“森林资源”知识要素
（二） 知识要素之间的形成关系分析
分析在教材中所抽取的10个知识要素之间的联系， 判断它们是否存在形成关系， 在形成关系中各自的位置， 从而了解不同知识要素之间的关系， 认识教材的编写逻辑方式。如图2所示， 在两版本教材中先行要素对学生的能力要求较低， 可达要素对学生的能力要求较高， 但人教版教材中知识要素的形成关系偏向于演绎的逻辑， 牛津版教材中知识要素的形成关系偏向于归纳的逻辑。根据知识要素间的形成关系， 参照直接矩阵的形成规则， 可以生成直接矩阵。
图2 人教版“森林资源”知识要素间的形成关系
（三） 知识结构图式分析
运用Mat Lab10.1对两个直接矩阵进行计算， 可以得到两版本地理教材关于“森林开发与保护”一节的内容的可达矩阵和层次化矩阵， 最终得到层级有向图， 比较直观地反映了教材中知识结构以及各个知识要素之间的关系。如图3所示， 依据各个知识要素对学生不同的能力层次要求， 两版本教材本节内容知识要素均划分为五层， 位于最高层的结点要素均是“热带雨林的保护措施”, 但两版本教材中其他层次的知识要素安排有一定差异。
图3“森林资源”知识要素层级有向图
图3“森林资源”知识要素层级有向图
三、人教版与牛津版高中地理教材知识要素异同
基于以上分析， 从知识要素选择、起始要素安排、结点要素安排和教学子目标之间关系等四个方面可以发现高中地理教材中“森林资源”一节的异同。
（一） 知识要素选择的异同
对比两版本地理教材中“森林资源”一节， 可以发现两本教材中的知识要素大致相同。两版本教材均以自然环境和人类影响最典型的森林---热带雨林为例， 从雨林的自然环境特点、雨林破坏的原因、雨林破坏带来的影响和保护雨林的措施等几个方面引导学生学习森林的开发与保护的相关知识， 掌握空间定位、空间相互作用分析、地理过程预测等地理技能， 树立可持续发展意识和人地协调观念。
人教版在本节中增加了“森林的类型及分布”、“森林的作用”、“破坏森林的后果”三个概括水平较高的教学子目标， 旨在运用先行组织者策略引导学生学习本节内容。牛津版在本节中设计了“雨林生态系统的构成”、“雨林生态系统的作用”、“雨林生态系统的脆弱性”三个与人教版教材不同的知识要素， 引导学生从生态系统的角度去思考雨林的作用、破坏的后果和保护措施。
（二） 知识要素之间关系的异同
两版本地理教材在内容的编排上大体都是按照“环境特点、破坏原因、破坏后果、保护措施”的顺序循序渐进地呈现的。这种教材编排方式符合学生的认知规律， 有利于学生从自己原有的认识基础上逐步加深对知识的理解。
具体的知识逻辑安排上， 两本教材有所区别。人教版教材从演绎的逻辑出发， 先让学生学习森林的分布和作用， 再学习热带雨林的特点、变化和保护措施， 能促进学生逻辑思维发展；牛津版教材则从归纳的逻辑出发， 先让学生学习雨林的特点、作用， 再学习雨林破坏的原因与保护措施， 更加符合问题研究的一般过程。
（三） 起始要素和结点要素安排的异同
人教版教材将“森林的作用”作为起始要素之一， 引导学生学习森林这一地表景观对自然环境和人类活动的影响， 反思人类开发和利用森林的方式， 树立人地协调的观念；牛津版教材在“雨林环境的特点”这一起始要素中， 以漫画图片的形式展现雨林的生态系统和自然环境， 使学生形象地了解雨林对自然环境和人类活动的影响。可以看出， 两版本教材均通过起始要素渗透人地协调观念， 从而为引导学生探讨人类如何开发和保护雨林、如何处理人地关系做准备。
两本教材的结点要素均为“热带雨林的保护措施”.可以看出， 两本教材都重视引导学生树立正确的人地协调观念。两版本教材在结点要素的先行要素和具体表述上也存在些许差异。人教版在“热带雨林的保护措施”知识要素之前设置了“对雨林前途的争议”这一知识要素， 引导学生了解不同群体的利益诉求和热带雨林生态环境保护之间的冲突， 使学生能够辩证地看待森林资源开发与保护之间的关系；牛津版在“热带雨林的保护措施”这一知识要素中融入了可持续发展的相关内容， 引导学生从可持续发展的视角思考雨林保护的措施。
四、对地理教材知识要素编写的建议
运用解释结构模型对两版本高中地理教材的知识结构进行比较分析， 能够把教材中各地理知识要素间实质的关系以层级有向图的形式直观地展示出来， 便于研究者研究教材知识结构的合理性， 为教材进一步优化提供参考。依据上文分析结果， 现尝试对地理教材中知识要素的编写提出几点建议。
（一） 用“整体性”思想选择知识要素
地理环境结构具有整体性， 地理环境是由各组成要素相互联系、相互制约并结合成一个复杂的系统， 在不同尺度、不同影响下表现出不同的结构和功能。[6]关注地理环境的整体性、以系统的观点看待人地关系是地理学独特的视角。牛津版教材引入“热带雨林生态系统的构成”、“热带雨林生态系统的作用”等知识要素， 从系统的观点探讨热带雨林环境。从全球尺度上看， 热带雨林作为一种重要的生态系统， 与自然系统和人文系统相互关联、相互作用， 对全球变化产生着深刻影响；从局域尺度上看， 热带雨林生态系统是具有一定结构和功能的整体。雨林生态系统及其各个要素是相互联系、动态发展的有机整体， 人类在雨林地区的开发活动会导致整个雨林生态系统乃至全球环境的变化。
地理教材选择知识要素时， 应当引导学生从整体上把握区域系统的结构和功能、地位和作用， 将影响区域系统存在与变化的各个地理因素联系起来、将区域系统的变化同全球地表环境的变化联系起来， 在学生头脑中形成一个关于区域变化与全球响应的知识网络。用“整体性”的思想选择知识要素， 使教材中知识要素能够精炼而全面地描述区域系统， 促进学生形成完善的地理学科知识体系， 培养他们用综合的思维看待周围的地理事物的意识。
（二） 用“地理认知过程”组织知识要素结构
相对于其他学科教材， 地理教材应当更加贴合学生学习地理的过程， 将地理学家研究地理问题的路线和一般认知策略相结合， 使教学过程同“地理认知过程”相符合， 促进学生在学习地理知识的过程中形成地理的思维、方法和观点。[7]《国际地理教育宪章 （1992） 》提出了地理学的六个基本问题：它在哪里？它是什么样子的？它为什么在那里？它是什么时候发生的？它产生了什么作用？怎样使它有利于人类和自然环境？这六个问题反映了地理研究的一般范式， 也反映了地理教育中应当使学生形成的地理知识、地理能力、地理观点等地理核心素养。[8]通过分析可以发现， 两个版本教材均从位置分布、环境特征、破坏原因、环境变化、破坏后果、保护措施几个方面比较全面地回答了以上六个地理问题。
在组织知识要素时， 可以从地理学六个基本问题出发， 以地理研究方法为指导， 按照地理学家研究地理问题的思路来编排知识要素之间的关系。引导学生认识区域的位置和分布、区域中的地理过程， 探究地理特征、地理原因、空间相互关系， 思考人与环境的关系并付诸于行动。这种编写思想指导下的教材的知识要素既符合认知科学和形式逻辑的一般规律， 又贴近地理研究的一般方法， 能够帮助学生形成关于区域认知的方法论。
（三） 用“人地关系”把握知识要素价值取向
人类活动同地理环境之间的关系一直都是地理学最为核心的研究主题， 也是地理课程内容中最核心的价值观。近代以来的人地关系思想经历了地理环境决定论到或然论再到可持续发展理论的变化过程， 人类越来越认识到协调好人类活动同自然环境关系的重要性。地理教材应当引导学生在逐步认识“地对人”的影响以及“人对地”的影响的基础上， 树立人与地相互协调的观念。[9]
亚马孙雨林是地球上面积最大、生产力最旺盛、生物多样性最典型的雨林生态系统， 既深刻影响着全球气候和生态平衡， 又具有相当大的科研、经济和社会价值， 20世纪中叶以来， 雨林地区迎来了大量的人类活动， 给区域和全球环境带来了影响。人教版教材以“森林的作用”这一知识要素作为起始要素， 展现“地对人”影响的方式；通过“对雨林前途的争议”引导学生思考“人类如何施加影响是合理的”这一问题， 反映“人对地”的影响， 引出“雨林的保护措施”这一结点要素， 引导学生树立人地协调的观点。牛津版教材通过“雨林地区的动植物特点”、“雨林地区的气候特点”等起始要素展示“地对人”的影响的性质；以“雨林破坏如何影响自然和人类”引导学生思考“不合理的干预地表会产生何种后果”这一问题， 体现“人对地”的影响， 引出“雨林的保护措施”这一结点要素， 引导学生以人地协调视角认识、分析和解决雨林开发中的问题。
编写教材时， 应当从“地对人”的影响、“人对地”的影响以及人与地相互协调三个视角合理选择和安排教材的知识要素， 使学生在处理人类与地理环境之间的关系时能够秉持正确的价值观。[10]可以从人地关系思想演变史出发， 引导学生先了解“地对人”的影响， 认识到地理环境对人类活动的制约作用， 再学习“人对地”的影响， 认识到人类可以合理地改造地表， 但不合理的改造必将带来恶果， 最终认识到“区域开发强度与资源禀赋相协调”、“区域开发活动符合自然和社会经济规律”等观点， 辩证地看待人与自然的关系， 树立人地协调的价值观念。
参考文献
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