基于CCITIAS的高一化學實驗教學課堂中教師教學行為的個案研究

張華榮，武曉燕，袁東霞，范思然，王永利

(1.河北北方學院 理學院，河北 張家口 075000；2.張家口市第十中學 化學組，河北 張家口 075000；3.張家口市教育科學研究所 課程研發室，河北 張家口 075000)

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，化學教師必須重視化學實驗教學。《普通高中化學課程標準(2017年版)》倡導教師開展以化學實驗為主的多種探究活動，同時在課程結構中把“化學科學與實驗探究”作為主題之一，還在每個主題下明確提出“學生必做實驗”[1]，更體現出高中化學實驗教學的重要性，尤其是探究性實驗教學。但通過對以往課堂的觀察發現，目前課堂教學主要是以考試為目的的知識講授和習題練習，學生核心素養培育缺失。因此，對探究性實驗課堂中的教學行為進行研究勢在必行。對教師教學行為進行評價和研究能有效地幫助化學教師有意識地發展和控制自己的課堂教學行為，實現個人專業的可持續發展[2]。通過定量化的化學實驗教學行為分析和評價能夠更加清晰且直觀地認識教師化學實驗課堂的本質。該文采用CCITIAS編碼系統和FIAS語言分析技術，對張家口市優質課中探究實驗教學課堂——“碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質”中教師的教學行為進行研究，并根據研究分析結果對高中化學探究性實驗教學中教師的教學行為提出改進意見，從而有效促進學生學科核心素養的提高。

一、研究工具及方法

應用FIAS互動分析系統的數據處理方式和CCITIAS的編碼量表對課堂中教師的教學行為進行研究。

(一)FIAS互動分析系統

FIAS，即弗蘭德斯課堂語言互動分析系統,是被公認的且行之有效的課堂教學行為觀察技術[3]，但FIAS系統中存在行為交叉和歸類模糊等問題[4]，對于實驗操作不能準確歸類。同時，由于FIAS提出較早，對多媒體等現代教育技術在課堂中的使用無法進行準確分類，因此，FIAS對于現代課堂的分析缺少準確性。該文借助FIAS系統，將行為編碼形成序列對處理所要研究課堂的教學行為，即將行為編碼首尾相接，如16,16,8,5,9……組合成(16,16)(16,8)(8,5)(5,9)……最終形成遷移矩陣[5]。

(二)CCITIAS行為編碼系統

CCITIAS，即化學課堂以及信息技術的互動分析編碼系統[6]，在FIAS基礎上，結合現代教育技術和化學學科特點，增加了“多媒體技術”和“化學實驗”兩類教學行為，并對“教師語言”“學生語言”和“沉寂”3大課堂行為系統進行了細分(表1)，對化學課堂行為的分析更具針對性和科學性。

表1 基于化學課堂的化學課堂及信息技術的互動分析編碼系統(CCITIAS)

該文采用的研究方法如下：

(一)觀察法

反復觀察實驗課堂錄像資料中師生的教學行為，利用CCITIAS對課堂中的教學行為進行編碼并記錄，然后通過回看課堂錄像校準數據。

(二)統計分析法

利用觀察量表，提取課堂中教師教學行為事件，借助Excel軟件對課堂中教學行為編碼進行統計，將數據整理成直觀的柱狀圖和折線圖，根據《化學教育測量與評價》和統計結果分析教師在指導實驗過程中的作用以及學生的反應情況并進行評價。

二、案例分析

為了進一步了解張家口市化學教師現有的化學實驗教學水平，進而對化學教師的教學行為提出合理化建議，以提高其化學實驗教學能力，從而更好地發展學生的核心素養，選取張家口市高一化學實驗教學優質課中探究實驗教學課堂——“碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質”為研究對象，對其進行系統分析。

通過反復觀摩化學實驗教學視頻，以3秒為單位取樣，對該節課中師生的教學行為按照CCITIAS編碼系統賦予相應的編碼，并依次記錄。該節課時長44分58秒，共記錄900個編碼，形成899個序列對(表2)。

表2 CCITIAS分析遷移矩陣

在遷移矩陣中，第五行第九列中的數字代表序列對(5,9)在整堂課中出現的次數。根據表2中數據對教學行為進行分類統計并制圖，具體如下。

(一)“碳酸鈉與碳酸氫鈉探究實驗”課堂行為結構分析

從圖1的課堂行為比例圖中可以看出，該教師的課堂行為結構基本完整，無個別行為缺失，并且除沉寂行為外，另外4類教學行為所占比例均大于0.1。在整堂課中，所有教學行為所占比例大小關系為：學生語言>教師語言>多媒體技術>化學實驗>沉寂。

圖1 課堂教學行為比例

在該堂課中，學生語言所占比例略高于教師語言比例，但兩者相差不大，說明在該節化學實驗教學課中學生與教師的話語權均衡，既體現出化學實驗課堂教學中學生的主體地位，又體現出教師在教學行為中的引導作用。從圖中還可以看出，多媒體技術的使用在課堂教學行為中所占比例為0.23，結合教學視頻可知，該教師在講解改進探究實驗中，多次操控多媒體，說明該教師善于利用現代教育技術，使課堂展示更為直觀。這是1節實驗探究課，但整堂課的實驗所占比例并不高，僅為0.11，根據錄像得知，課堂的后半部分重點放在了實驗改進上，但學生并沒有對改進后的實驗進行實際操作，而是由教師直接展示自己的改進成果。在教學設計上，可以先指導學生進行實驗改進，再進行實驗探究，這樣不僅可以提高學生科學探究的能力和創新意識，還能夠提高學生的學習積極性。

(二)“碳酸鈉與碳酸氫鈉探究實驗”課堂行為分布概況

該文在進行課堂行為分析時，首先對課堂行為的總體分布進行了簡單分析，然后對“教師行為”“學生行為”和“化學實驗行為”進行了具體分析。

1.課堂行為總體分布概況

課堂中各類行為所占百分比見圖2：

圖2 課堂行為百分比柱狀圖

在該教師的實驗課堂中，各類課堂行為出現次數由高到低依次為“16”>“12”>“6”>“9”>“20”>“5”>“10”>“7”=“3”>“4”>“13”>“17”=“18”=“21”>“2”>“19”>“14”>“1”=“8”>“11”=“15”。其中編碼16(教師操縱多媒體)、編碼12(與同伴討論)和編碼6(講授)位于前列。從數據可以看出，該教師善于使用多媒體技術，在錄像中可以觀察到，該教師將一些不便現場演示的裝置和實驗以多媒體的方式呈現以幫助學生理解，將大篇幅理論知識的實驗結果通過多媒體展示更加方便快捷。結合圖2和教學錄像得知，在該堂課中，教師組織學生進行小組討論所占比例也較高，這樣可以提高學生的小組合作能力，讓每個學生都可以表達自己的想法，使學生成為課堂的主人。

2.教師行為分布概況

教師行為包括編碼1～8、編碼16和編碼19，共10種課堂行為類型。各類型出現次數見圖3。

圖3 教師課堂行為柱狀圖

從圖3可以看出，在教師語言方面，即編碼1～8，主要是以講授為主，提問次數為79次，結合錄像可知該教師主要通過提問來增加課堂上師生語言的互動頻率，但所提問題大多是封閉性的問題，學生發散思維的形成受到抑制，很少能提出自己的見解和想法。在非語言行為方面，該教師操縱多媒體技術，即編碼16的行為出現了180次，其中講授——操縱多媒體技術即(16，6)和(6，16)共出現46次，占操縱多媒體次數的25.56%，這表明該教師能將多媒體技術與講授很好地結合運用，可更好地體現出多媒體技術在教學中的作用。教師的演示實驗行為次數為8次，在教師行為中占1.71%，這表明該教師在課堂中作演示實驗所占時間較少，沒有很好地體現出教師的引導作用。

3.學生行為分布情況

學生行為包括編碼9～15、編碼17、編碼18、編碼20和編碼21，共11種課堂行為類型。各類型出現次數見圖4。

圖4 學生課堂行為柱狀圖

從圖4可以看出，在學生語言方面，即編碼9～12，以與同伴討論(編號12)和被動應答(編號9)為主。由數據得知，老師留給學生大量時間進行討論，讓學生在同伴間交流想法，可以增強學生和小組的合作意識，同時給予了學生自由發揮的空間，增強學生的學習自主性，但學生討論的內容老師在課堂中難以掌控。在課堂中，學生的應答方式大多是被動的，主要是為了回答教師提出的封閉性問題，說明該教師不能很好地調動學生的學習主動性，故該教師在教學中應該多給學生一些表達自己想法的機會，讓學生積極地參與到課堂教學中。

在非語言行為方面，學生操作實驗(編碼20)次數為79次，占學生行為次數的18.37%。作為一節實驗探究課，實驗所占比例并不高。從錄像中看出，該教師將學生進行分組，每個小組負責一個探究實驗，最后由各小組總結相應實驗現象和結論，這種實驗方式雖然縮短了授課時間，但學生操作實驗時間也相應縮短，同時還不能觀察到每一個實驗的結果，是不可取的。

4.化學實驗行為分布情況

化學實驗操作中，3種行為所占比例大小關系為：學生操作實驗>實驗作用學生>教師演示實驗(圖5)。從數據可以看出，在實驗操作中，學生操作實驗所占百分比較大，說明教師非常重視實驗過程中學生的主體地位，但教師操作實驗百分比較小，教師在整堂實驗中基本沒有作演示實驗，對于缺乏實驗經驗的學生來講，這種行為是不可取的。在學生實驗操作之前，教師應該對儀器的規范使用進行演示，對實驗過程中可能出現的問題給予提示，以避免學生在實驗中出現不必要的錯誤，從而降低實驗失敗率。

圖5 化學實驗比例

三、分析與結論

通過采用CCITIAS行為編碼系統對張家口市高一化學實驗教學優質課“碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質”進行系統分析可知，該教師5大課堂行為基本全面，但在個別行為上時間分配不太合理。完成一節優質高效的化學教學課對教師的要求很高，要求教師能把化學理論知識教學與實驗操作有機結合起來，在注重理論知識教學的同時，更要注重培養學生的學科核心素養。

首先，從教師語言方面看，在教學過程中，教師要多提一些開放性的問題，發散學生的思維。在探究實驗課堂中，對于學生提出的新想法，要選擇性地采納，這樣有利于培養學生主動學習的能力，激發學生的學習動機，使學生體會到學習的快樂，成為課堂的“主人”，進而促進開放式課堂的形成。其次，從學生語言看，學生的回答多以講義、書本知識和原有記憶為主，不能很好地培養學生利用化學知識分析解決實際問題的能力[7]。在教學設計上，教師應為學生安排合適的沉寂時間，讓學生獨立思考實驗原理、總結實驗規律、改進探究實驗并去驗證結果，使學生學會自主學習。最后，從該節課的重點探究實驗來分析，教師指示學生按照講義分組實驗，但因講義中指定了實驗儀器和實驗步驟等，這會阻礙學生的創新發展，雖在課程的后半部分組織學生進行了實驗改進，但并沒有對改進后的實驗進行實際操作。改進實驗的目的是將實驗方案優化，在保證人身安全和能觀察到明顯實驗現象的前提下，為實驗者留出設計空間，突出創新意識并培養實踐能力。同時，作為一節實驗探究課，實驗操作行為所占比例較少，并且沒有留充足的時間讓學生觀察實驗現象，也沒有思考現象產生的原因，這些都是不可取的。在教學設計安排上，教師可以先讓學生進行實驗改進，再根據設計結果進行實驗，增強學生的主體性地位。但也不能忽視教師的指導作用，教師要對學生的設計方案提出合理化建議，培養學生的創新意識和嚴謹求實的科學態度，增強學生的學習積極性和主動性。

綜上所述，一名化學教師在教學過程中，要以合適的時機引入實驗教學，在實驗過程中注意激發學生的學習興趣，通過提問啟發性問題使學生思維活躍。實驗不僅是讓學生簡單地動手操作，更重要的是通過探究實驗和改進實驗來培養學生的科學素養和創新意識，提高學生的學科核心素養。高中化學實驗的學習可以為學生步入下一個學習階段打好基礎，還會在生活和工作方面對其產生巨大的影響。所以，一名合格的化學教師除了要教會學生化學知識，還要使學生在學習過程中提高自身的綜合素質。教師要改進教學方法，提高化學實驗教學能力，使課堂教學有效且高效。