地理比较教育是用比较分析的方法，研究当代各国地理教育的理论和实践，找出教育发展的共同规律和发展趋势，以作为改革本国教育的借鉴。地理比较研究是地理教育的重要研究方法之一，其主要功能包括认识性功能、发展性功能和预测性功能，即通过比较研究加深对世界教育的认识、分析我国与其他国家地理教育的差异性，以及如何缩小这种差异。

任何一个学科的中学教材都必须包含三种逻辑：学科体系逻辑、学生认知逻辑和教材编写逻辑，地理教材也是如此。因此，本文以中国、美国教材的“地球上的大气”为例，运用ISM法进行教材逻辑分析，通过量化手段制作层级有向图，比较两国教材在编写逻辑、知识结构上的异同。一方面，以期对地理教师有一定的启发意义，帮助地理教师理清这一节的知识结构，更好地引导学生建构知识逻辑体系；另一方面，对我国教材编撰具有借鉴意义，分析中美教材逻辑的共性与差异性，归纳这种差异性对我国现阶段教材编写的指导意义。此外，ISM法的运用也能为地理教育提供一种客观、科学的量化研究手段。

一、解释结构模型法——ISM法

解释结构模型法，又称ISM法（Interpretative Structural Modeling Method），是用于分析教育技术研究复杂要素间关联结构的一种专门研究方法，作用是能够利用系统要素之间已知的零乱关系，揭示出系统的内部结构。[1]解释结构模型法的具体操作是用图形和矩阵描述出各种已知的关系，通过矩阵做进一步运算，并推导出结论来解释系统结构的关系。ISM法对于教材分析最主要的贡献就是可以有效地实现教材的结构化和序列化，可以将系统内各要素之间复杂、凌乱的关系分解成清晰的递阶式结构模式，从而降低人们对于教材分析的主观性，提高科学性和客观性，并且递阶式结构模式可以用图形表示，增加直观性。以ISM法分析教材的基本流程如图1所示。[2]

图1 ISM法操作流程图

⒈抽取知识要素

对教材逻辑进行研究，首先要抽取知识要素，定性分析教材。为了确保逻辑分析的客观性、减少主观性，对知识要素的抽取要满足以下条件：（1）教材中有明确概念；（2）在教学内容中起承接作用，占据课程内容的节点位置；（3）教材内容的主要知识点。

⒉确定要素间形成关系，构建邻接矩阵

在解释结构模型中，如果知识要素Sm对知识要素Sn有直接影响，即要进行Sn的教学必须在Sm习得的基础之上，我们便认为Sm与Sn存在“形成关系”，把Sm称为先行要素，Sn称为可达要素。[3]依次比较各知识要素之间的关系，制成邻接矩阵A。具体方法为：表格横纵项为知识要素，分别将纵向的每一项与横向的每一项进行比较确定关系，若Sm对Sn有直接影响，则记为1，否则记为0。

⒊生成可达矩阵，制作形成关系图

可达矩阵表示系统元素之间任意次传递的二元关系。其生成方法为：将邻接矩阵 A与单位矩阵E求和得到(A+E)，再依据布尔运算规则，做矩阵(A+E)的幂运算，直到满足(1)式，便得到可达矩阵B。观察可达矩阵B，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C。在矩阵C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。[4]

二、中美“地球上的大气”教材内容的ISM分析

本文选取中国人教版必修一和美国教材《科学探索者：天气与气候》中“地球上的大气”相关内容进行分析，试图通过ISM法客观生成教材逻辑层级有向图，进行中美教材逻辑对比，研究美国教材编撰特征及中美差异，以期对我国教材编撰有所借鉴。

⒈抽取知识要素

根据对知识要素的抽取三项条件，笔者对《科学探索者：天气与气候》第二章“天气要素”的第一节与第二节内容——大气的能量和热量传递进行知识要素的抽取，按照教材中出现的顺序进行编码，得到从S1、S2……到S16等16个知识要素，如表1所示。以同样的方法对人教版必修一第二章“地球上的大气”中第一节和第二节内容进行知识要素的抽取，得到表1中人教版教材的知识要素编码表。需要说明的是，为了控制所比较内容的一致性，对人教版必修一第二章第二节的内容并未完全选取作为研究内容，只选取到“北半球冬、夏季气压中心”这一知识点。

表1 “地球上的大气”知识要素编码表编码 美国教材 人教版教材S1太阳能（电磁波、辐射） 能量来源（太阳辐射）S2大气的能量（吸收、反射、散射） 大气的受热过程S3地球表面的能量（反射、吸收） 大气的削弱作用S4温室效应 大地是近地面大气的直接热源S5能量和温度 大气的保温作用S6测量温度 近地面冷热不均S7热量的传递方式（辐射、传导、对流） 大气的垂直运动S8对流层中的热量传递 水平气压差异S9对流循环 水平气压梯度力S10气压差产生风 大气的水平运动S11风的测量 高空风S12局地风（海风、陆风） 近地面风S13季风（夏季风、冬季风） 热力环流S14全球风（全球对流环流、科里奥利效应） 大气环流S15全球风带（五带） 气压带和风带（五带）S16急流 北半球冬、夏季气压中心S17季风S18气压带、风带对气候的影响

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