新舊高中化學教材科學探究任務測評及其教育功能分析

劉夢 閆春更 周青 周寶石

摘要：教材中的科學探究任務對培養(yǎng)學生“科學探究”素養(yǎng)至關重要。通過ITAI量表對人教版高中化學新舊教材必修模塊中的科學探究任務的教育功能進行量化測評和比較，結(jié)合具體案例分析探討了教材中科學探究任務的改革方向和趨勢，據(jù)此給出了有關高中化學科學探究教學的相關建議。

關鍵詞：教材;科學探究;任務;教育功能;ITAI量表

文章編號：1008-0546（2020）11-0002-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.001

2017版普通高中化學課程標準的發(fā)布標志著國家基礎教育課程改革又向前邁了一步，煥然一新的高中化學教材也如期而至。以發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)為宗旨開展“素養(yǎng)為本”的教學是新課標的基本理念之一，倡導真實問題情境的創(chuàng)設，開展多種探究活動，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。要有效地培養(yǎng)學生的實踐能力，就要針對教材中的科學探究任務的組織方式和編排特點合理的設置教學節(jié)奏和課堂環(huán)節(jié)。因此，如何利用新教材對學生的“科學探究”這一素養(yǎng)進行培養(yǎng)，成為教材研究中一個有意義的話題。

新版教材相比舊教材，更加貼合新課標的“素養(yǎng)為本”的理念，在編制中也特別注重對化學學科核心素養(yǎng)的滲透。那么，新教材的科學探究任務比舊教材有哪些方面的改進？科學探究任務設計質(zhì)量提高了多少？能否有效鍛煉學生的科學探究技能？因此，筆者搜集到人教版高中化學必修教材，對新舊教材的科學探究任務質(zhì)量進行對比研究，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。

一、研究對象

目前，國內(nèi)高中化學教材使用最廣泛的有人教版、蘇教版、魯科版三個版本，而2017版高中化學課程標準發(fā)布以來，三個版本教材內(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)高中化學教材的教育功能，而選修模塊對化學課堂影響較小，故本研究擬使用人教版新舊必修教材為例，使用ITAI量表對教材中科學探究任務進行對比評價。

人教版新舊教材必修模塊科學探究任務樣本共21個，其中舊教材[科學探究]欄目13個，新教材[探究]欄目8個。對所有的科學探究任務進行編碼，編碼由“教材一頁碼”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）開發(fā)了基于探究的任務分析量表（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）幫助建立對科學概念的理解;（2）為學生提供使用探究技能的機會;（3）建立對科學探究的正確理解;（4）為學生提供培養(yǎng)高階思維能力的機會。ITAI量表可以用來判斷教材中科學探究任務的呈現(xiàn)是否有助于探究性教學的教育目標的實現(xiàn)，已用來對生物教材的科學探究任務進行評價，并且被證明信效度良好，說明該方法是可行的。

ITAl分三個維度來評價教材的科學探究任務，每個維度又包含若干評價項目，共計22個評價項目，具體劃分見表2所示。

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

對每個樣本在22個項目的符合情況進行判定，某個樣本某一項目若被標記為“√”，則該樣本在該項目計1分;若被標記為“×”則計0分。最后，以教材為單位統(tǒng)計各樣本在22個項目的得分情況，可得到教材在某一項目的得分率：

三、研究過程

兩名對科學探究有深入理解的研究生參與了評分程序。首先，兩個研究者一起研讀ITAI量表及其原理，保證對本研究有充分的了解。然后，他們使用ITAI量表來獨立評估所有上述科學探究任務的樣本。通過比較兩個評分者對所有項目的回答，得到92.8%的一致性，說明該測評結(jié)果信度良好。最后，筆者對得到的數(shù)據(jù)進行分析比較，得出研究結(jié)論。

四、數(shù)據(jù)分析

對各個科學探究任務最后的得分進行統(tǒng)計，即可得出各探究任務能實現(xiàn)教育功能的程度。事實上，某一個科學探究任務的得分越高，說明其包含的探究要素越多，難度也越大。顯然，要使每個科學探究任務都得高分并不現(xiàn)實。在一本教科書中，妥善安排探究性任務，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個科學探究要素項目的得分率對比圖，也可以直觀看出新舊教材的探究要素分布情況。由此可見，新教材對比舊教材主要有以下差異：

1.科學探究要素的分布

由圖1我們可以明顯地發(fā)現(xiàn)，無論是新版教材還是舊版教材，科學探究任務的探究要素分布都是混亂的、無序的。相對來說，新版教材比舊版教材科學探究要素分布更加均衡，沒有明顯的某一探究要素的缺失，而且各探究要素項目的得分率普遍較高。

舊教材在項目8（預測）和項目13（提出問題）的得分率均為0，而新教材在項目8和項目13的得分率均比舊教材高，這兩個項目屬于ITAI量表的維度二，即學生對科學探究技能的使用。以探究主題為“堿金屬化學性質(zhì)的比較”的活動為例，舊教材必修二第5頁的[科學探究]活動中學生無需進行預測，新教材必修第一冊第94頁的[探究]欄目明確指出學生需要進行預測，為學生提供了使用“預測”這一探究技能的機會。

2.科學探究要素的項目得分率

由圖1可見，新教材在項目4（推斷）、項目8（預測）、項目11（制定假設）、項目12（解釋數(shù)據(jù)）和項目18（所有執(zhí)行相同程序的研究者可能得到不同的結(jié)果）的得分率遠遠大于舊教材，這五個項目屬于ITAI量表的維度二和維度三，即學生對科學探究技能的使用和學生對科學探究本身的反思性認知。以“第三周期元素性質(zhì)的遞變”這一主題探究活動為例，舊教材必修二第15頁的[科學探究]活動中要求學生進行觀察、分類、控制變量、操作、解釋數(shù)據(jù)和建立模型，新教材必修第一冊第103頁的[探究]活動除了以上技能，還增加了對學生使用推斷、預測和制定假設等探究技能的要求。

另外，新教材在項目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)展而來的）的得分率都低于舊教材，這兩個項目屬于ITAI量表的維度三，即學生對科學探究本身的反思性認知。例如舊教材必修二第67頁的[科學探究]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“提出問題——形成假設——進行操作”這一既定步驟進行，而是先給出實驗操作步驟，再讓學生通過觀察現(xiàn)象來思考哪些現(xiàn)象可以證明某些假設，最后結(jié)合實驗現(xiàn)象和所學知識內(nèi)容推測石蠟油分解產(chǎn)物是否含有烷烴或烯烴，這一活動可以使學生認識到“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)新舊教材對比結(jié)果，毋庸置疑，新教材的科學探究任務在實現(xiàn)教育功能上比舊教材價值更高，并且大幅度增加了學生對于一些探究要素的訓練機會，包括推斷、交流、制定假設和解釋數(shù)據(jù);也增進了學生對科學探究的正確理解，比如說探究實際上并不只是驗證一個已經(jīng)被證明過的事實，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，依然有一些問題顯露出來，比如新舊教材都沒有均衡分配鍛煉探究技能和增進對探究的正確理解這兩個維度的各個要素。因此，在教學過程中如何使用這些科學探究任務顯得尤為重要。事實上，學生能否通過教科書的科學探究任務提高化學素養(yǎng)很大程度上取決于教學過程。因此，分析本研究結(jié)果可以得到以下幾點啟示：

1.切實踐行課程標準規(guī)定的核心概念有關探究任務

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

2.重視學生科學探究技能的全面、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會，尤其是觀察、操作和解釋數(shù)據(jù)這三種探究技能，在每個科學探究任務里都有要求，這些技能的鍛煉也需要教學中教師的指導。教師應當在教學活動中，有意識地滲透一些探究技能的介紹和演示，盡可能使學生的各項科學探究技能全面發(fā)展。

3.促進學生建立對科學探究本身的反思和深度理解

科學不僅僅是一套知識體系，也不僅僅是一系列實踐，建立學生對科學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，盡管化學實驗往往需要遵循一定的程序，但真正的探究往往復雜得多，不是簡單的“提出問題——形成假設——進行操作”能夠概括的，簡單的經(jīng)歷這個過程對學習科學探究貢獻很小。因此，教學活動應當利用與單一探究步驟不同的科學探究任務，避免學生對探究的片面理解。