新舊高中化學(xué)教材科學(xué)探究任務(wù)測(cè)評(píng)及其教育功能分析

劉夢(mèng) 閆春更 周青 周寶石

摘要：教材中的科學(xué)探究任務(wù)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究”素養(yǎng)至關(guān)重要。通過(guò)ITAI量表對(duì)人教版高中化學(xué)新舊教材必修模塊中的科學(xué)探究任務(wù)的教育功能進(jìn)行量化測(cè)評(píng)和比較，結(jié)合具體案例分析探討了教材中科學(xué)探究任務(wù)的改革方向和趨勢(shì)，據(jù)此給出了有關(guān)高中化學(xué)科學(xué)探究教學(xué)的相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：教材;科學(xué)探究;任務(wù);教育功能;ITAI量表

文章編號(hào)：1008-0546（2020）11-0002-04 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.001

2017版普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布標(biāo)志著國(guó)家基礎(chǔ)教育課程改革又向前邁了一步，煥然一新的高中化學(xué)教材也如期而至。以發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨開(kāi)展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)是新課標(biāo)的基本理念之一，倡導(dǎo)真實(shí)問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，開(kāi)展多種探究活動(dòng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。要有效地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，就要針對(duì)教材中的科學(xué)探究任務(wù)的組織方式和編排特點(diǎn)合理的設(shè)置教學(xué)節(jié)奏和課堂環(huán)節(jié)。因此，如何利用新教材對(duì)學(xué)生的“科學(xué)探究”這一素養(yǎng)進(jìn)行培養(yǎng)，成為教材研究中一個(gè)有意義的話題。

新版教材相比舊教材，更加貼合新課標(biāo)的“素養(yǎng)為本”的理念，在編制中也特別注重對(duì)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的滲透。那么，新教材的科學(xué)探究任務(wù)比舊教材有哪些方面的改進(jìn)？科學(xué)探究任務(wù)設(shè)計(jì)質(zhì)量提高了多少？能否有效鍛煉學(xué)生的科學(xué)探究技能？因此，筆者搜集到人教版高中化學(xué)必修教材，對(duì)新舊教材的科學(xué)探究任務(wù)質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比研究，期望將新舊教材的變化程度以量化的方式直觀地展現(xiàn)出來(lái)。

一、研究對(duì)象

目前，國(guó)內(nèi)高中化學(xué)教材使用最廣泛的有人教版、蘇教版、魯科版三個(gè)版本，而2017版高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以來(lái)，三個(gè)版本教材內(nèi)容也都將出現(xiàn)很大程度的改變。由于必修模塊的教材最能體現(xiàn)高中化學(xué)教材的教育功能，而選修模塊對(duì)化學(xué)課堂影響較小，故本研究擬使用人教版新舊必修教材為例，使用ITAI量表對(duì)教材中科學(xué)探究任務(wù)進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)。

人教版新舊教材必修模塊科學(xué)探究任務(wù)樣本共21個(gè)，其中舊教材[科學(xué)探究]欄目13個(gè)，新教材[探究]欄目8個(gè)。對(duì)所有的科學(xué)探究任務(wù)進(jìn)行編碼，編碼由“教材一頁(yè)碼”組成。其中，教材“1”“2”“3”和“4”分別代表“舊教材必修一”“舊教材必修二”“新教材必修一”和“新教材必修二”;頁(yè)碼則統(tǒng)一由三位數(shù)字表示。具體樣本組成如表1所示。

二、研究工具

楊文源、劉恩山等人（2016）開(kāi)發(fā)了基于探究的任務(wù)分析量表（the Inquiry-based Tasks Analysis Invento-ry，ITAI），并且將探究性欄目的基本教育功能定義為：（1）幫助建立對(duì)科學(xué)概念的理解;（2）為學(xué)生提供使用探究技能的機(jī)會(huì);（3）建立對(duì)科學(xué)探究的正確理解;（4）為學(xué)生提供培養(yǎng)高階思維能力的機(jī)會(huì)。ITAI量表可以用來(lái)判斷教材中科學(xué)探究任務(wù)的呈現(xiàn)是否有助于探究性教學(xué)的教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，已用來(lái)對(duì)生物教材的科學(xué)探究任務(wù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并且被證明信效度良好，說(shuō)明該方法是可行的。

ITAl分三個(gè)維度來(lái)評(píng)價(jià)教材的科學(xué)探究任務(wù)，每個(gè)維度又包含若干評(píng)價(jià)項(xiàng)目，共計(jì)22個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目，具體劃分見(jiàn)表2所示。

由于ITAI量表是以生物學(xué)科為基礎(chǔ)構(gòu)建的，因此，筆者基于化學(xué)學(xué)科的探究特性對(duì)ITAI的評(píng)分規(guī)則略加以修改，得到適用于化學(xué)學(xué)科的探究任務(wù)分析量表，具體規(guī)則如表3所示。

對(duì)每個(gè)樣本在22個(gè)項(xiàng)目的符合情況進(jìn)行判定，某個(gè)樣本某一項(xiàng)目若被標(biāo)記為“√”，則該樣本在該項(xiàng)目計(jì)1分;若被標(biāo)記為“×”則計(jì)0分。最后，以教材為單位統(tǒng)計(jì)各樣本在22個(gè)項(xiàng)目的得分情況，可得到教材在某一項(xiàng)目的得分率：

三、研究過(guò)程

兩名對(duì)科學(xué)探究有深入理解的研究生參與了評(píng)分程序。首先，兩個(gè)研究者一起研讀ITAI量表及其原理，保證對(duì)本研究有充分的了解。然后，他們使用ITAI量表來(lái)獨(dú)立評(píng)估所有上述科學(xué)探究任務(wù)的樣本。通過(guò)比較兩個(gè)評(píng)分者對(duì)所有項(xiàng)目的回答，得到92.8%的一致性，說(shuō)明該測(cè)評(píng)結(jié)果信度良好。最后，筆者對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，得出研究結(jié)論。

四、數(shù)據(jù)分析

對(duì)各個(gè)科學(xué)探究任務(wù)最后的得分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即可得出各探究任務(wù)能實(shí)現(xiàn)教育功能的程度。事實(shí)上，某一個(gè)科學(xué)探究任務(wù)的得分越高，說(shuō)明其包含的探究要素越多，難度也越大。顯然，要使每個(gè)科學(xué)探究任務(wù)都得高分并不現(xiàn)實(shí)。在一本教科書(shū)中，妥善安排探究性任務(wù)，使探究要素、難度都分布均衡才是最佳方案。

圖1所示為新教材和舊教材中的所有樣本分別在22個(gè)科學(xué)探究要素項(xiàng)目的得分率對(duì)比圖，也可以直觀看出新舊教材的探究要素分布情況。由此可見(jiàn)，新教材對(duì)比舊教材主要有以下差異：

1.科學(xué)探究要素的分布

由圖1我們可以明顯地發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是新版教材還是舊版教材，科學(xué)探究任務(wù)的探究要素分布都是混亂的、無(wú)序的。相對(duì)來(lái)說(shuō)，新版教材比舊版教材科學(xué)探究要素分布更加均衡，沒(méi)有明顯的某一探究要素的缺失，而且各探究要素項(xiàng)目的得分率普遍較高。

舊教材在項(xiàng)目8（預(yù)測(cè)）和項(xiàng)目13（提出問(wèn)題）的得分率均為0，而新教材在項(xiàng)目8和項(xiàng)目13的得分率均比舊教材高，這兩個(gè)項(xiàng)目屬于ITAI量表的維度二，即學(xué)生對(duì)科學(xué)探究技能的使用。以探究主題為“堿金屬化學(xué)性質(zhì)的比較”的活動(dòng)為例，舊教材必修二第5頁(yè)的[科學(xué)探究]活動(dòng)中學(xué)生無(wú)需進(jìn)行預(yù)測(cè)，新教材必修第一冊(cè)第94頁(yè)的[探究]欄目明確指出學(xué)生需要進(jìn)行預(yù)測(cè)，為學(xué)生提供了使用“預(yù)測(cè)”這一探究技能的機(jī)會(huì)。

2.科學(xué)探究要素的項(xiàng)目得分率

由圖1可見(jiàn)，新教材在項(xiàng)目4（推斷）、項(xiàng)目8（預(yù)測(cè)）、項(xiàng)目11（制定假設(shè)）、項(xiàng)目12（解釋數(shù)據(jù)）和項(xiàng)目18（所有執(zhí)行相同程序的研究者可能得到不同的結(jié)果）的得分率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于舊教材，這五個(gè)項(xiàng)目屬于ITAI量表的維度二和維度三，即學(xué)生對(duì)科學(xué)探究技能的使用和學(xué)生對(duì)科學(xué)探究本身的反思性認(rèn)知。以“第三周期元素性質(zhì)的遞變”這一主題探究活動(dòng)為例，舊教材必修二第15頁(yè)的[科學(xué)探究]活動(dòng)中要求學(xué)生進(jìn)行觀察、分類、控制變量、操作、解釋數(shù)據(jù)和建立模型，新教材必修第一冊(cè)第103頁(yè)的[探究]活動(dòng)除了以上技能，還增加了對(duì)學(xué)生使用推斷、預(yù)測(cè)和制定假設(shè)等探究技能的要求。

另外，新教材在項(xiàng)目16（在所有的探究中都不一定遵循單一的探究步驟和順序）和項(xiàng)目22（解釋是從收集的數(shù)據(jù)和已知的信息中發(fā)展而來(lái)的）的得分率都低于舊教材，這兩個(gè)項(xiàng)目屬于ITAI量表的維度三，即學(xué)生對(duì)科學(xué)探究本身的反思性認(rèn)知。例如舊教材必修二第67頁(yè)的[科學(xué)探究]欄目，探究石蠟油分解產(chǎn)物中是否含有烷烴或烯烴，并未按照“提出問(wèn)題——形成假設(shè)——進(jìn)行操作”這一既定步驟進(jìn)行，而是先給出實(shí)驗(yàn)操作步驟，再讓學(xué)生通過(guò)觀察現(xiàn)象來(lái)思考哪些現(xiàn)象可以證明某些假設(shè)，最后結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和所學(xué)知識(shí)內(nèi)容推測(cè)石蠟油分解產(chǎn)物是否含有烷烴或烯烴，這一活動(dòng)可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到“并非所有的探究都要遵循單一的探究步驟”。

五、結(jié)論和啟示

根據(jù)新舊教材對(duì)比結(jié)果，毋庸置疑，新教材的科學(xué)探究任務(wù)在實(shí)現(xiàn)教育功能上比舊教材價(jià)值更高，并且大幅度增加了學(xué)生對(duì)于一些探究要素的訓(xùn)練機(jī)會(huì)，包括推斷、交流、制定假設(shè)和解釋數(shù)據(jù);也增進(jìn)了學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的正確理解，比如說(shuō)探究實(shí)際上并不只是驗(yàn)證一個(gè)已經(jīng)被證明過(guò)的事實(shí)，所有執(zhí)行相同程序的研究者也可能得到不同的結(jié)果。但是，依然有一些問(wèn)題顯露出來(lái)，比如新舊教材都沒(méi)有均衡分配鍛煉探究技能和增進(jìn)對(duì)探究的正確理解這兩個(gè)維度的各個(gè)要素。因此，在教學(xué)過(guò)程中如何使用這些科學(xué)探究任務(wù)顯得尤為重要。事實(shí)上，學(xué)生能否通過(guò)教科書(shū)的科學(xué)探究任務(wù)提高化學(xué)素養(yǎng)很大程度上取決于教學(xué)過(guò)程。因此，分析本研究結(jié)果可以得到以下幾點(diǎn)啟示：

1.切實(shí)踐行課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的核心概念有關(guān)探究任務(wù)

新教材絕大部分探究性任務(wù)都是緊扣課程標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠建立學(xué)生對(duì)化學(xué)核心概念的理解。如必修第二冊(cè)的[探究]任務(wù)“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”，是課程標(biāo)準(zhǔn)中建議的“學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)”，也是學(xué)生理解為什么濃度、溫度、催化劑是影響化學(xué)反應(yīng)速率的三大主要因素的重要橋梁。這一類探究性任務(wù)，一定要切實(shí)做到讓學(xué)生真正地參與其中，去思考、去分析，這樣得出的結(jié)論才能深刻地存在于學(xué)生頭腦的知識(shí)體系中。

2.重視學(xué)生科學(xué)探究技能的全面、均衡發(fā)展

新教材相比舊教材，提供了更多使用探究技能的機(jī)會(huì)，尤其是觀察、操作和解釋數(shù)據(jù)這三種探究技能，在每個(gè)科學(xué)探究任務(wù)里都有要求，這些技能的鍛煉也需要教學(xué)中教師的指導(dǎo)。教師應(yīng)當(dāng)在教學(xué)活動(dòng)中，有意識(shí)地滲透一些探究技能的介紹和演示，盡可能使學(xué)生的各項(xiàng)科學(xué)探究技能全面發(fā)展。

3.促進(jìn)學(xué)生建立對(duì)科學(xué)探究本身的反思和深度理解

科學(xué)不僅僅是一套知識(shí)體系，也不僅僅是一系列實(shí)踐，建立學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的正確理解非常重要。例如“并非所有的探究都要遵循單一的探究步驟”這一觀點(diǎn)，盡管化學(xué)實(shí)驗(yàn)往往需要遵循一定的程序，但真正的探究往往復(fù)雜得多，不是簡(jiǎn)單的“提出問(wèn)題——形成假設(shè)——進(jìn)行操作”能夠概括的，簡(jiǎn)單的經(jīng)歷這個(gè)過(guò)程對(duì)學(xué)習(xí)科學(xué)探究貢獻(xiàn)很小。因此，教學(xué)活動(dòng)應(yīng)當(dāng)利用與單一探究步驟不同的科學(xué)探究任務(wù)，避免學(xué)生對(duì)探究的片面理解。