刘梦 闫春更 周青 周宝石

摘要：教材中的科学探究任务对培养学生“科学探究”素养至关重要。通过ITAI量表对人教版高中化学新旧教材必修模块中的科学探究任务的教育功能进行量化测评和比较，结合具体案例分析探讨了教材中科学探究任务的改革方向和趋势，据此给出了有关高中化学科学探究教学的相关建议。

关键词：教材;科学探究;任务;教育功能;ITAI量表

文章编号：1008-0546（2020）11-0002-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.001

2017版普通高中化学课程标准的发布标志着国家基础教育课程改革又向前迈了一步，焕然一新的高中化学教材也如期而至。以发展学生化学学科核心素养为宗旨开展“素养为本”的教学是新课标的基本理念之一，倡导真实问题情境的创设，开展多种探究活动，有利于培养学生的创新精神和实践能力。要有效地培养学生的实践能力，就要针对教材中的科学探究任务的组织方式和编排特点合理的设置教学节奏和课堂环节。因此，如何利用新教材对学生的“科学探究”这一素养进行培养，成为教材研究中一个有意义的话题。

新版教材相比旧教材，更加贴合新课标的“素养为本”的理念，在编制中也特别注重对化学学科核心素养的渗透。那么，新教材的科学探究任务比旧教材有哪些方面的改进？科学探究任务设计质量提高了多少？能否有效锻炼学生的科学探究技能？因此，笔者搜集到人教版高中化学必修教材，对新旧教材的科学探究任务质量进行对比研究，期望将新旧教材的变化程度以量化的方式直观地展现出来。

一、研究对象

目前，國内高中化学教材使用最广泛的有人教版、苏教版、鲁科版三个版本，而2017版高中化学课程标准发布以来，三个版本教材内容也都将出现很大程度的改变。由于必修模块的教材最能体现高中化学教材的教育功能，而选修模块对化学课堂影响较小，故本研究拟使用人教版新旧必修教材为例，使用ITAI量表对教材中科学探究任务进行对比评价。

人教版新旧教材必修模块科学探究任务样本共21个，其中旧教材[科学探究]栏目13个，新教材[探究]栏目8个。对所有的科学探究任务进行编码，编码由“教材一页码”组成。其中，教材“1”“2”“3”和“4”分别代表“旧教材必修一”“旧教材必修二”“新教材必修一”和“新教材必修二”;页码则统一由三位数字表示。具体样本组成如表1所示。

二、研究工具

杨文源、刘恩山等人（2016）开发了基于探究的任务分析量表（the Inquiry-based Tasks Analysis Invento-ry，ITAI），并且将探究性栏目的基本教育功能定义为：（1）帮助建立对科学概念的理解;（2）为学生提供使用探究技能的机会;（3）建立对科学探究的正确理解;（4）为学生提供培养高阶思维能力的机会。ITAI量表可以用来判断教材中科学探究任务的呈现是否有助于探究性教学的教育目标的实现，已用来对生物教材的科学探究任务进行评价，并且被证明信效度良好，说明该方法是可行的。

ITAl分三个维度来评价教材的科学探究任务，每个维度又包含若干评价项目，共计22个评价项目，具体划分见表2所示。

由于ITAI量表是以生物学科为基础构建的，因此，笔者基于化学学科的探究特性对ITAI的评分规则略加以修改，得到适用于化学学科的探究任务分析量表，具体规则如表3所示。

对每个样本在22个项目的符合情况进行判定，某个样本某一项目若被标记为“√”，则该样本在该项目计1分;若被标记为“×”则计0分。最后，以教材为单位统计各样本在22个项目的得分情况，可得到教材在某一项目的得分率：

三、研究过程

两名对科学探究有深入理解的研究生参与了评分程序。首先，两个研究者一起研读ITAI量表及其原理，保证对本研究有充分的了解。然后，他们使用ITAI量表来独立评估所有上述科学探究任务的样本。通过比较两个评分者对所有项目的回答，得到92.8%的一致性，说明该测评结果信度良好。最后，笔者对得到的数据进行分析比较，得出研究结论。

四、数据分析

对各个科学探究任务最后的得分进行统计，即可得出各探究任务能实现教育功能的程度。事实上，某一个科学探究任务的得分越高，说明其包含的探究要素越多，难度也越大。显然，要使每个科学探究任务都得高分并不现实。在一本教科书中，妥善安排探究性任务，使探究要素、难度都分布均衡才是最佳方案。

图1所示为新教材和旧教材中的所有样本分别在22个科学探究要素项目的得分率对比图，也可以直观看出新旧教材的探究要素分布情况。由此可见，新教材对比旧教材主要有以下差异：

1.科学探究要素的分布

由图1我们可以明显地发现，无论是新版教材还是旧版教材，科学探究任务的探究要素分布都是混乱的、无序的。相对来说，新版教材比旧版教材科学探究要素分布更加均衡，没有明显的某一探究要素的缺失，而且各探究要素项目的得分率普遍较高。

旧教材在项目8（预测）和项目13（提出问题）的得分率均为0，而新教材在项目8和项目13的得分率均比旧教材高，这两个项目属于ITAI量表的维度二，即学生对科学探究技能的使用。以探究主题为“碱金属化学性质的比较”的活动为例，旧教材必修二第5页的[科学探究]活动中学生无需进行预测，新教材必修第一册第94页的[探究]栏目明确指出学生需要进行预测，为学生提供了使用“预测”这一探究技能的机会。

2.科学探究要素的项目得分率

由图1可见，新教材在项目4（推断）、项目8（预测）、项目11（制定假设）、项目12（解释数据）和项目18（所有执行相同程序的研究者可能得到不同的结果）的得分率远远大于旧教材，这五个项目属于ITAI量表的维度二和维度三，即学生对科学探究技能的使用和学生对科学探究本身的反思性认知。以“第三周期元素性质的递变”这一主题探究活动为例，旧教材必修二第15页的[科学探究]活动中要求学生进行观察、分类、控制变量、操作、解释数据和建立模型，新教材必修第一册第103页的[探究]活动除了以上技能，还增加了对学生使用推断、预测和制定假设等探究技能的要求。

另外，新教材在项目16（在所有的探究中都不一定遵循单一的探究步骤和顺序）和项目22（解释是从收集的数据和已知的信息中发展而来的）的得分率都低于旧教材，这两个项目属于ITAI量表的维度三，即学生对科学探究本身的反思性认知。例如旧教材必修二第67页的[科学探究]栏目，探究石蜡油分解产物中是否含有烷烃或烯烃，并未按照“提出问题——形成假设——进行操作”这一既定步骤进行，而是先给出实验操作步骤，再让学生通过观察现象来思考哪些现象可以证明某些假设，最后结合实验现象和所学知识内容推测石蜡油分解产物是否含有烷烃或烯烃，这一活动可以使学生认识到“并非所有的探究都要遵循单一的探究步骤”。

五、结论和启示

根据新旧教材对比结果，毋庸置疑，新教材的科学探究任务在实现教育功能上比旧教材价值更高，并且大幅度增加了学生对于一些探究要素的训练机会，包括推断、交流、制定假设和解释数据;也增进了学生对科学探究的正确理解，比如说探究实际上并不只是验证一个已经被证明过的事实，所有执行相同程序的研究者也可能得到不同的结果。但是，依然有一些问题显露出来，比如新旧教材都没有均衡分配锻炼探究技能和增进对探究的正确理解这两个维度的各个要素。因此，在教学过程中如何使用这些科学探究任务显得尤为重要。事实上，学生能否通过教科书的科学探究任务提高化学素养很大程度上取决于教学过程。因此，分析本研究结果可以得到以下几点启示：

1.切实践行课程标准规定的核心概念有关探究任务

新教材绝大部分探究性任务都是紧扣课程标准要求，能够建立学生对化学核心概念的理解。如必修第二册的[探究]任务“影响化学反应速率的因素”，是课程标准中建议的“学生必做实验”，也是学生理解为什么浓度、温度、催化剂是影响化学反应速率的三大主要因素的重要桥梁。这一类探究性任务，一定要切实做到让学生真正地参与其中，去思考、去分析，这样得出的结论才能深刻地存在于学生头脑的知识体系中。

2.重视学生科学探究技能的全面、均衡发展

新教材相比旧教材，提供了更多使用探究技能的机会，尤其是观察、操作和解释数据这三种探究技能，在每个科学探究任务里都有要求，这些技能的锻炼也需要教学中教师的指导。教师应当在教学活动中，有意识地渗透一些探究技能的介绍和演示，尽可能使学生的各项科学探究技能全面发展。

3.促进学生建立对科学探究本身的反思和深度理解

科学不仅仅是一套知识体系，也不仅仅是一系列实践，建立学生对科学探究的正确理解非常重要。例如“并非所有的探究都要遵循单一的探究步骤”这一观点，尽管化学实验往往需要遵循一定的程序，但真正的探究往往復杂得多，不是简单的“提出问题——形成假设——进行操作”能够概括的，简单的经历这个过程对学习科学探究贡献很小。因此，教学活动应当利用与单一探究步骤不同的科学探究任务，避免学生对探究的片面理解。