摘要： 從科學(xué)探究本質(zhì)、探究過(guò)程技能和探究過(guò)程水平三個(gè)維度分析2019版人教版、魯科版和蘇教版高中化學(xué)必修教材探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。結(jié)果顯示，教材探究實(shí)驗(yàn)對(duì)科學(xué)探究本質(zhì)內(nèi)容的呈現(xiàn)不夠全面；探究過(guò)程技能以觀察、比較、推斷與預(yù)測(cè)、分析與解釋技能為主；所呈現(xiàn)的探究過(guò)程水平基本在水平1或水平2。

關(guān)鍵詞： 高中化學(xué)教材； 探究實(shí)驗(yàn)； 科學(xué)探究； 對(duì)比分析

文章編號(hào)： 1005-6629（2024）07-0014-07 中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

“科學(xué)探究”作為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是化學(xué)學(xué)科在實(shí)踐層面上育人的具體體現(xiàn)［1］。探究實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教材中最具探究屬性的活動(dòng)，其特征在于明確以解決問(wèn)題為核心，旨在使學(xué)生親身體驗(yàn)探究的過(guò)程和思路［2］。對(duì)化學(xué)教材中探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的研究可以充分挖掘出探究實(shí)驗(yàn)的素養(yǎng)功能，有助于提升科學(xué)探究教學(xué)的實(shí)踐水平。

1 研究背景

作為科學(xué)素養(yǎng)的核心要素之一，科學(xué)探究已成為國(guó)際科學(xué)教育改革的主要趨勢(shì)［3］。教材中的探究實(shí)驗(yàn)不僅為學(xué)生提供了參與真實(shí)科學(xué)探究的機(jī)會(huì)，而且還具有引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究，建構(gòu)學(xué)科知識(shí)，掌握探究技能和發(fā)展科學(xué)探究素養(yǎng)等多方面的功能價(jià)值［4］。

關(guān)于教材中探究實(shí)驗(yàn)的研究，從實(shí)驗(yàn)改進(jìn)［5，6］和實(shí)驗(yàn)教學(xué)［7］的層面來(lái)探討的比較多，而關(guān)于教材探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的研究還比較少。陳俞文等［8］分析了人教版高中化學(xué)教材探究實(shí)驗(yàn)的知識(shí)類(lèi)型和探究水平；鄭柳萍等［9］分析了人教版初中化學(xué)教材中探究欄目的內(nèi)容特點(diǎn)等。可見(jiàn)，不論是從研究對(duì)象還是研究?jī)?nèi)容上看，對(duì)不同版本高中化學(xué)新教材探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的相關(guān)研究仍較為不足。

必修課程是全體學(xué)生全修全選的內(nèi)容，對(duì)于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展和科學(xué)探究能力的培養(yǎng)具有普適性［10］，因此，選擇使用范圍廣泛且具有代表性的2019版人教版“探究”、魯科版“活動(dòng)·探究”和蘇教版“實(shí)驗(yàn)探究”欄目中的探究實(shí)驗(yàn)選擇2019版人教版“探究”、魯科版“活動(dòng)·探究”和蘇教版“實(shí)驗(yàn)探究”欄目中的探究實(shí)驗(yàn)為研究對(duì)象，雖然各欄目的定位不完全一致，但本質(zhì)在于“探究”二字，欄目定位共同點(diǎn)在于兼顧實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性和探究性進(jìn)行設(shè)計(jì)，為學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)及其產(chǎn)生過(guò)程，啟迪科學(xué)思維和發(fā)展科學(xué)探究素養(yǎng)提供了重要支持。）為分析單元，對(duì)比分析不同版本新教材中探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，可以為進(jìn)一步深化探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考。

2 研究設(shè)計(jì)

目前對(duì)教材探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的研究，大致可分為三類(lèi)：一是從探究實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性水平分析，如張新宇等［11］根據(jù)教師與學(xué)生在探究活動(dòng)環(huán)節(jié)中的角色地位，構(gòu)建了科學(xué)教材“五環(huán)節(jié)、三水平”的探究水平分析框架。二是從探究過(guò)程技能視角分析，如龔正元［12］對(duì)化學(xué)教材的探究過(guò)程技能設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。三是基于探究實(shí)驗(yàn)的功能視角，如楊文源等［13］從支持構(gòu)建科學(xué)概念、使用探究過(guò)程技能和樹(shù)立對(duì)科學(xué)探究本質(zhì)的理解3個(gè)角度構(gòu)建了評(píng)價(jià)生物教材探究實(shí)驗(yàn)文本的分析框架。Lederman等［14］認(rèn)為科學(xué)探究包含探究本質(zhì)和過(guò)程技能兩個(gè)部分，二者分別從認(rèn)識(shí)論和實(shí)踐層面詮釋了科學(xué)探究的內(nèi)涵。教材探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不僅應(yīng)該為學(xué)生理解科學(xué)探究本質(zhì)和掌握探究過(guò)程技能提供有效支持，還需考慮其探究過(guò)程水平應(yīng)與學(xué)生的能力水平相契合。

因此，從科學(xué)探究本質(zhì)、探究過(guò)程技能和探究過(guò)程水平三個(gè)維度構(gòu)建高中化學(xué)教材探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的分析框架，分析不同版本高中化學(xué)必修教材探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，為新教材的使用和探究教學(xué)的開(kāi)展提供參考。

2.1 科學(xué)探究本質(zhì)

科學(xué)探究本質(zhì)指科學(xué)家所從事活動(dòng)的特征，解釋了科學(xué)家是如何進(jìn)行工作的［15］。Lederman等［16］提出了科學(xué)探究本質(zhì)的8個(gè)條目（1） scientific investigations all begin with a question and do not necessarily test a hypothesis; （2） there is no single set of steps followed in all investigations; （3） inquiry procedures are guided by the question asked; （4） all scientists performing the same procedures may not get the same results; （5） inquiry procedures can influence results; （6） research conclusions must be consistent with the data collected; （7） scientific data are not the same as scientific evidence; （8） explanations are developed from a combination of collected data and what is already known.），楊文源等［17］在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了科學(xué)教材中科學(xué)探究本質(zhì)的分析框架（如表1所示），借鑒此科學(xué)探究本質(zhì)框架進(jìn)行分析。

2.2 探究過(guò)程技能

探究過(guò)程技能指學(xué)生在探究過(guò)程所需要用到的思維方式和操作技能。美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)提出13種探究過(guò)程技能，包括基礎(chǔ)技能（觀察、測(cè)量、分類(lèi)、交流與質(zhì)疑、預(yù)測(cè)、推論、空間或時(shí)間關(guān)系的使用、數(shù)字的使用）和綜合技能（下操作性定義、控制變量、數(shù)據(jù)解釋、提出假設(shè)、實(shí)驗(yàn)）［19］。在此基礎(chǔ)上，姚娟娟等結(jié)合新課標(biāo)對(duì)探究過(guò)程技能的要求，構(gòu)建了探究過(guò)程技能的分析框架（如表2所示）［20］。

2.3 探究過(guò)程水平

探究過(guò)程水平是指學(xué)生在探究過(guò)程中所表現(xiàn)出的自主性或獨(dú)立性的程度。依據(jù)新課標(biāo)中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“科學(xué)探究”的要求［22］，將科學(xué)探究的要素“提出問(wèn)題、猜想假設(shè)、制定實(shí)驗(yàn)方案、獲取證據(jù)、形成結(jié)論、交流評(píng)價(jià)”作為二級(jí)維度，構(gòu)建如表3所示探究過(guò)程水平分析框架。

3 研究過(guò)程

3.1 分析對(duì)象

選擇2019版人教版“探究”欄目、魯科版“活動(dòng)·探究”欄目和蘇教版“實(shí)驗(yàn)探究”欄目中探究實(shí)驗(yàn)為分析對(duì)象，并依據(jù)分析框架對(duì)探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行編碼。

3.2 編碼標(biāo)準(zhǔn)

為保證編碼的相對(duì)客觀性，由2位學(xué)科教學(xué)（化學(xué)）專(zhuān)業(yè)的研究者依據(jù)分析框架對(duì)3版教材中的探究實(shí)驗(yàn)文本獨(dú)立分析統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)說(shuō)明：為了體現(xiàn)完整性，將欄目前后的必要連接部分也納入其中進(jìn)行分析。用出現(xiàn)指標(biāo)“1”的次數(shù)與各版本總探究實(shí)驗(yàn)的數(shù)目的占比表示該指標(biāo)在該版教材中的占比。）。在評(píng)定過(guò)程中，科學(xué)探究本質(zhì)和探究過(guò)程技能的所有指標(biāo)均采用“1”或“0”評(píng)定，若符合某一指標(biāo)的描述，則評(píng)定為“1”，反之則評(píng)定為“0”。對(duì)于探究過(guò)程水平的指標(biāo)，用“1”“2”“3”和“4”分別表示“水平1”“水平2”“水平3”和“水平4”，若教材未體現(xiàn)具體的科學(xué)探究過(guò)程，則用“0”進(jìn)行評(píng)定。

3.3 示例說(shuō)明

以人教版教材中的探究“不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化”實(shí)驗(yàn)為例，進(jìn)行示例說(shuō)明，如圖1和表4所示；在編碼時(shí)，將欄目前必要的連接文本“那么，在實(shí)驗(yàn)室如何實(shí)現(xiàn)不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)的互相轉(zhuǎn)化呢？”納入其中分析。

3.4 信度分析

利用SPSS26.0軟件對(duì)2位研究者的編碼結(jié)果進(jìn)行內(nèi)部的一致性和相關(guān)性檢測(cè)，Kappa值為0.883，說(shuō)明編碼可靠性較好。最后對(duì)評(píng)定不一致處重新討論，達(dá)成一致后確定最終評(píng)定結(jié)果。

4 研究結(jié)果分析

4.1 科學(xué)探究本質(zhì)分析

3版教材探究實(shí)驗(yàn)對(duì)科學(xué)探究本質(zhì)的呈現(xiàn)情況如圖2所示。從整體上看，3版教材探究實(shí)驗(yàn)對(duì)科學(xué)探究本質(zhì)內(nèi)容呈現(xiàn)的豐富程度不同，均較為重視探究實(shí)驗(yàn)中問(wèn)題的導(dǎo)向作用（1-1、 1-3），其探究流程均不按固定步驟進(jìn)行（1-2），能夠體現(xiàn)論證邏輯一致性的科學(xué)思維（1-6），凸顯了證據(jù)和數(shù)據(jù)差別（1-7），能注重解釋的形成過(guò)程（1-8）。

值得注意的是，3版教材對(duì)指標(biāo)1-4的呈現(xiàn)均較弱，只有魯科版關(guān)注到過(guò)程性因素的影響，出現(xiàn)在“補(bǔ)鐵劑中鐵元素價(jià)態(tài)的檢驗(yàn)”中，讓學(xué)生思考補(bǔ)鐵劑中的維生素C、添加劑等成分對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠性的影響，促進(jìn)學(xué)生對(duì)探究結(jié)果是否受到其他因素影響的思考。另外，指標(biāo)1-5體現(xiàn)相對(duì)較低，分析發(fā)現(xiàn)，教材中探究實(shí)驗(yàn)給定實(shí)驗(yàn)方案的情況較多，可能使得學(xué)生難以理解不同探究設(shè)計(jì)方案對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生的影響。

4.2 探究過(guò)程技能分析

3版教材探究實(shí)驗(yàn)中探究過(guò)程技能統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示?；A(chǔ)技能中，主要凸顯觀察、比較、推斷與預(yù)測(cè)技能，對(duì)測(cè)量技能練習(xí)偏少。教材多用“適量”“一些”等詞來(lái)描述用量或不給出具體用量，對(duì)學(xué)生測(cè)量技能的要求偏低。教材對(duì)展示與表述技能培養(yǎng)略顯不足，實(shí)際教學(xué)中可設(shè)計(jì)分享匯報(bào)、調(diào)查實(shí)踐等多樣化活動(dòng)，將探究思維方法外顯，提高學(xué)生探究能力。

綜合技能中，3版教材均突出對(duì)分析與解釋技能的訓(xùn)練，也較為重視對(duì)“形成并驗(yàn)證假設(shè)”和“數(shù)據(jù)（圖表、符號(hào)）表征”技能的培養(yǎng)。相對(duì)而言，對(duì)“識(shí)別并控制變量”技能訓(xùn)練要求偏低，只是在“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”探究實(shí)驗(yàn)中明確了變量控制的思想。

4.3 探究過(guò)程水平分析

3版教材探究實(shí)驗(yàn)中探究過(guò)程水平的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4所示。整體看來(lái)，在必修階段學(xué)習(xí)中，探究實(shí)驗(yàn)所呈現(xiàn)的探究過(guò)程水平基本處于1、2水平，由教材直接提供相關(guān)表述，或引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考。值得注意的是，在猜想假設(shè)和制定實(shí)驗(yàn)方案環(huán)節(jié)，出現(xiàn)水平3的情況較多。在具體實(shí)施時(shí)，對(duì)于必修階段學(xué)生的能力水平而言具有一定難度。教師在實(shí)際教學(xué)時(shí)可根據(jù)學(xué)情和課標(biāo)要求，可適當(dāng)調(diào)整探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)難度，給予學(xué)生預(yù)測(cè)和方案設(shè)計(jì)思路引導(dǎo)。

5 結(jié)論與建議

5.1 研究結(jié)論

通過(guò)以上分析，發(fā)現(xiàn)3版教材探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn)：

（1） 教材探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)科學(xué)探究本質(zhì)內(nèi)容呈現(xiàn)不夠全面，較為關(guān)注問(wèn)題導(dǎo)向、論證邏輯一致性、探究流程靈活性、證據(jù)和數(shù)據(jù)差別、解釋的形成過(guò)程等。相比之下，對(duì)于“科學(xué)家使用相同的過(guò)程可能不會(huì)獲得一樣的結(jié)論”，整體關(guān)注不夠。

（2） 在探究過(guò)程技能維度，基礎(chǔ)技能以觀察、比較、推斷與預(yù)測(cè)為主，對(duì)測(cè)量技能的使用頻率整體偏低；在綜合技能上教材均比較關(guān)注分析與解釋技能，但對(duì)于識(shí)別并控制變量技能呈現(xiàn)都較少。

（3） 在探究過(guò)程水平維度，各環(huán)節(jié)的探究過(guò)程水平多數(shù)處于1、 2水平，較為符合必修階段學(xué)生的能力水平發(fā)展要求。也有部分探究實(shí)驗(yàn)在猜想假設(shè)、制定實(shí)驗(yàn)方案環(huán)節(jié)處于3水平，對(duì)于學(xué)生的能力水平要求較高。

5.2 教學(xué)建議

5.2.1 重視追問(wèn)和反思，加深對(duì)科學(xué)探究本質(zhì)的理解

不同探究實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含的科學(xué)探究本質(zhì)豐富程度不同，教師可對(duì)探究實(shí)驗(yàn)本身特點(diǎn)進(jìn)行分析，挖掘值得重點(diǎn)發(fā)展的科學(xué)探究本質(zhì)內(nèi)容。如在探究“鈉與水的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)中，教材要求學(xué)生根據(jù)鈉在水中的位置、溶液顏色變化等現(xiàn)象得出結(jié)論，教師可重點(diǎn)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)“論證邏輯一致性”的理解，設(shè)計(jì)諸如“你認(rèn)為‘證據(jù)-結(jié)論’之間具有何種關(guān)系”的問(wèn)題進(jìn)行追問(wèn)。

此外，真實(shí)探究過(guò)程中不可控制的預(yù)期結(jié)果應(yīng)該被傳遞到課堂，可針對(duì)性設(shè)計(jì)如“本實(shí)驗(yàn)中哪些因素會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果？如何保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性？”等問(wèn)題，促進(jìn)元認(rèn)知反思，以增進(jìn)對(duì)“科學(xué)家使用相同的過(guò)程可能不會(huì)獲得一樣的結(jié)論”的理解。

5.2.2 強(qiáng)化測(cè)量技能訓(xùn)練，加強(qiáng)變量控制的思路引導(dǎo)

針對(duì)探究實(shí)驗(yàn)中測(cè)量技能的使用頻率整體偏低這一特點(diǎn)，教師需關(guān)注實(shí)驗(yàn)中藥品具體濃度和用量，對(duì)教材中沒(méi)有給出濃度或用量的實(shí)驗(yàn)予以必要補(bǔ)充，加強(qiáng)量筒、天平、容量瓶等測(cè)量?jī)x器的使用技能訓(xùn)練，強(qiáng)化“量”的意識(shí)。

針對(duì)教材對(duì)“識(shí)別并控制變量”技能培養(yǎng)不足的情況，在設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，有意識(shí)地加強(qiáng)變量控制的思路引導(dǎo)，顯性呈現(xiàn)各變量之間的關(guān)系，如試管體積大小、溶液的體積、溫度、壓強(qiáng)等變量的處理方法，再以表格的形式將設(shè)計(jì)方案中的自變量、因變量和無(wú)關(guān)變量顯性化呈現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生控制變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以培養(yǎng)學(xué)生的變量意識(shí)。

5.2.3 基于教材特征和學(xué)情特點(diǎn)，合理調(diào)整探究過(guò)程水平

教師在實(shí)際教學(xué)中，可結(jié)合教材內(nèi)容特征和學(xué)生認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)和調(diào)整探究任務(wù)的水平層次，為學(xué)生自主探究提供“支架”。如“鐵鹽和亞鐵鹽的性質(zhì)”探究實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生自主預(yù)測(cè)FeSO4和FeCl3的性質(zhì)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)于學(xué)生能力要求略高。一方面，教師可先以FeSO4為范例引導(dǎo)學(xué)生從“價(jià)-類(lèi)”二維視角預(yù)測(cè)物質(zhì)性質(zhì)，再讓學(xué)生自主進(jìn)行FeCl3的性質(zhì)預(yù)測(cè)，以降低探究過(guò)程水平。另一方面，可依托“資料卡片”呈現(xiàn)教材所給實(shí)驗(yàn)試劑的性質(zhì)，為學(xué)生提供知識(shí)儲(chǔ)備，降低認(rèn)知負(fù)荷，從而支撐學(xué)生從顯色反應(yīng)和氧化還原視角選取實(shí)驗(yàn)試劑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

此外，已有研究表明［23］，我國(guó)中學(xué)化學(xué)教師對(duì)科學(xué)探究本質(zhì)及科學(xué)探究過(guò)程的理解還相對(duì)不足，制約了探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展，所以教師還有必要不斷地進(jìn)行理論學(xué)習(xí)和文獻(xiàn)研讀，加深對(duì)科學(xué)探究本質(zhì)和過(guò)程的理解，提高探究式教學(xué)的質(zhì)量水平。

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（四川師范大學(xué)教改課題“一流本科課程（線下型）《中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)與教材研究》（20210047SKC）”；四川師范大學(xué)教改課題“核心課程《中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)與教材研究》（20220118XKC）”。）