初中化学教材探究性习题特征分析

汪青+陈颖萍+陈寅

摘要：在界定探究性习题的基础上，结合文献分析，提炼出探究性习题的分析框架。依据框架分析了现行4版初中化学教材中的探究性习题并梳理出此类习题的特征，以期获得对初中化学教材探究性习题编制的启示。

关键词：化学教材；探究性习题；特征分析

文章编号：1005–6629（2015）10–0080–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 研究缘起

化学习题是化学教材的重要组成部分，是化学教学过程中组织学生学习、进行实践活动的一种重要形式[1]。在课程改革后提倡以科学探究的方式进行学习，其中探究性习题由于能较好地考查学生进行探究性学习的参与度、进行探究性学习的一般方法以及对化学中各方面知识掌握的熟练程度，因此备受关注[2]。近年来，对于教材习题的研究受到诸多研究者的关注。然而，对于教材习题研究的视角大多集中在习题数量、类型、栏目、难度以及习题与课程标准一致性的研究上。比如周媛[3]从习题容量的角度比较了20世纪80年代以来我国化学教材的习题数量、习题类型以及习题栏目设置上的变化，总结了教材习题体系的构成特征，理顺我国化学教材变迁过程中教材习题体系变迁的脉络。何穗[4]在其博士论文中，提出影响教材习题难度的六个因素，并采取教师问卷的方式给各因素赋予权重，形成习题难度量化工具，并以“氧化还原反应”部分的习题作为样本进行难度分析。李伟等[5]应用韦伯开发的一致性分析工具，从知识种类、深度、广度、分布一致性四个维度对教材习题与课程标准的一致性进行了初步的探索。但目前的研究中尚缺乏针对教材中某一类习题开展深入的分析比较。正是基于上述背景，本文选择国内初中化学教材中探究性习题进行分析比较，以期获得对初中化学教材探究性习题编制的启示。

2 研究方法

教材习题的内涵和外延十分丰富。在本文中，所谓教材习题是指编排在每节和每章后引导学生练习和巩固新知识的习题。所谓探究性习题，是指通过阅读、理解、分析习题所提供的信息或解题材料，结合化学基础知识和基本技能，模拟科学研究方法，提出猜想与假设，设计方案实验，根据实验进行分析和推理进而得出结论的一种题型[6]。

例如，某版本初中教材的习题：某班学生在野炊时用石灰石堆成简易灶台做饭。野炊后有同学从灶台敲下几小块石块，打算带回实验室研究石灰石在灼烧过程中是否有新的物质生成。请你参与此项研究：（1）根据你的知识和经验提出假设：_____。带回的石块中可能含有石灰石在灼烧中生成的物质，支持这个假设的依据是（用化学方程式表示） ；（2）请你设计实验方案验证假设：_____

题目通过野炊的生活情境，让学生结合化学基础知识和生活经验提出假设，并设计实验方案验证假设。类似于这类题目都是比较典型的探究性习题。

2.1 探究性习题的数量和分布

从目前报道的文献来看，对于教材习题的研究大都会从其容量角度进行初步的分析，观测习题数量和分布是否合理。本文受此启发，选择从教材中探究性习题的数量和分布对此类习题作初步的研究。

2.2 探究性习题情境

建构主义强调知识的动态性，学生获得的知识置于情境之中。在探究性习题中，与几乎不涉及具体情境的习题相比，情境化的习题要求学生从具体情境中提取出解题条件，寻找有用信息，因而对学生的要求更高，难度更大。国际性学生评价项目PISA对科学情境分为个人家庭（个人的）、社区（公共的）、世界生活（全球的）与说明科学知识是如何产生的及科学知识如何对与科学相关的社会起作用的（历史相关性）等四个层次[7]。

从有关文献报道中，也有用习题“背景”来表述习题情境的。所谓“背景”是指习题的问题情境。将背景分为无背景、与学生个人生活经历相关的背景（简称“个人生活”）、属于职业或者公共常识的背景（简称“公共常识”）、尖端科技或跨学科背景[8]。还有研究者将习题情境分为无情境（直接考察知识与技能）、与学生生活经验相关的探究实验背景，以工业产品、生产流程和科技成果转化为背景三种[9]。

本文结合PISA对习题情境的划分和相关文献报道，将探究性习题情境划分为：

（1）纯化学情境，指习题只涉及纯粹的化学问题表述。比如：设计实验方案，从硝酸钾和氯化钠（少量）的混合物中分离出硝酸钾。

（2）与生活相关情境，指涉及学生个人生活经验相关的情境表述。比如：用家庭常用物品设计实验证明空气存在、收集衣服面料初步鉴别纤维等。

（3）与社会相关情境，指涉及科技、工业生产流程、工业产品等社会生活相关的情境表述。比如：能源的储存和综合利用是世界各国科学家关注的重大课题。图（图略）是一种储存太阳能的方案，你能设计出其他方案将太阳能储存起来吗？

（4）与化学史相关情境，指涉及化学史实相关的表述。比如：为了探索物质在化学变化前后的质量关系，1673年，英国化学家波义耳做了这样一个实验，它将金属汞放在密闭容器里煅烧，煅烧后立即打开容器盖进行称量，得出的结论是固体物质质量增加了。该实验导致波义耳与质量守恒定律擦肩而过（问题略）。

2.3 探究性习题考察的能力要素

不同的学者对科学探究活动构成要素有着不同的观点。拜比等学者认为科学探究大体上都要经过这些活动过程或阶段：形成问题，建立假设，制定研究方案，检验假设，作结论[10]。唐力认为化学探究式教学过程包含以下六个环节：提出问题；搜集资料和事实；提出假设；假设检验和推理；发现规律、得出结论；整合、迁移与应用[11]。本文在文献研究的基础上，借鉴上海市《中学化学课程标准》中的科学探究能力二维矩阵[12]，提出科学探究能力要素包括提出问题、作出假设、制定计划、搜集证据、解释问题、表达交流，其具体内涵见表1。

2.4 探究性习题特征分析框架

根据以上对探究性习题的分析以及对习题情境四个维度的划分，对探究习题能力要素六个角度的划分及内涵表述，形成了如表2的教材探究性习题分析框架。依据分析框架，本文对探究性习题的数量和分布以及习题情境的归属问题，及对习题所考察的能力要素等进行统计。

3 初中化学教材中探究性习题特征分析

本研究选取国内典型的初中化学教材作为研究对象，具体是：王晶主编的由人民教育出版社出版《义务教育教科书·化学·九年级》（简称A）[13]、姚子鹏主编的由上海教育出版社出版《九年义务教育课本·化学·九年级（试用本）》（简称B）[14]、王祖浩主编的由上海教育出版社出版《义务教育教科书·化学·九年级》（简称C）[15]、毕华林主编的由山东教育出版社出版《义务教育教科书·化学·九年级》（简称D）[16] 4套教材，确定教材中59个习题为研究对象，并按照分析框架逐一分析。

3.1 探究性习题数量和分布

在化学教材习题系统中设计探究性习题已经成为4版本教材共同的选择。在对4版教材知识框架梳理的基础上，按照“空气/水”、“物质结构”、“碳”、“燃料及其燃烧”、“溶液”、“酸碱盐和化肥”、“金属”、“有机物”、“化学与生活、环境、技术等其他”9个模块对各版本教材探究性习题进行了梳理统计。从4版教材探究性习题分布来看（见表3），习题覆盖了8个模块，4版本教材在“有机物”模块均没有设计探究性习题。

除了“有机物”内容模块没有编制探究性习题外，其他内容模块都有所编制。“有机物”模块没有编排探究性习题，可能与初中课程标准中对有机物内容要求有关。数量较多的是“空气/水”、“金属”、“酸碱盐和化肥”、“物质结构”内容模块，C版和D版教材中探究性习题相对来说较多。但就教材习题的总量而言，在教材习题中探究性习题所占的比重并不大。

3.2 习题情境

依次对4版本教材中探究性习题的情境按照纯化学情境、与生活相关情境、与社会相关情境与化学史相关情境进行数量统计如表4。

探究性习题情境的数量大小关系依次是纯化学情境、与生活相关情境、与社会相关情境、与化学史相关情境。情境素材丰富，种类多样，但与化学史相关情境较少，这与化学史实不易创设探究性习题情境有关。比重最大的是纯化学情境，与生活、社会相关的情境比重并不大，即习题与科学-技术-社会-环境（STSE）相联系的情境体现得并不是很明显。

3.3 能力要素

对4版本化学教材探究性习题中科学探究能力组成要素考查的统计如表5所示。

对涉及六个能力要素的习题数量进行统计可以看到，教材中探究性习题注重考查学生制定计划、搜集证据和解释问题的能力。尤其是搜集证据过程中，强调对学生提取信息，处理数据的能力要求。如：C版教材“通过对表格数据的处理绘制溶液温度与加入盐酸体积之间的关系曲线”、D版教材“从原子相关数据发现规律，提取信息”。从面积图（图1）可知仅有C版教材的探究性习题会考查到提出问题和作出假设的能力。总体而言，“提出问题”、“作出假设”、“表达交流”能力要素所占比重偏少。

通过对习题科学探究能力要素的梳理，不难从教材探究性习题探究程度作进一步研究。从教材探究性习题探究程度来看，教材探究性习题可分局部探究和完整探究。局部探究是指包含部分探究要素的探究性习题，完整探究是指包含全部探究要素的探究性习题。其分布见表6。

可见，4版教材中，局部探究都作为探究性习题的主要形式。例如，A版教材“设计实验证明汽水中含有CO2”、B版教材“测定碳酸饮料中二氧化碳含量”，都是通过初中学生很熟悉的“汽水”创设情境，考查学生制定计划、搜集证据、解释问题的能力；C版教材“设计方案提纯海水晒盐中含有泥沙的食盐”、D版教材“设计方案提取苦卤中含有不溶性杂质的氯化钾”。过滤是中学化学要求学生掌握的重要操作，再结合生活生产的实际情境，充分体现了学有所用，并考查学生制定计划的能力。而完整探究主要集中在C版。如C版教材“研究铝片性质”为情境，考查学生作出假设、制定计划、搜集证据、解释问题、交流讨论的能力。C版教材“野炊后灶台上敲下的石块带回实验室，研究石灰石在灼烧过程中是否有新物质生成”，要求学生用习题提供的情境、图表进行探究，考查学生提出问题、作出假设、制定计划、搜集证据、解释问题以及表达交流能力。

4 结论和启示

4.1 研究结论

本研究在界定探究性习题的基础上，结合文献分析提炼出教材中探究性习题分析框架，依据框架分析了现行4版初中化学教材中探究性习题，不仅检验了该框架的适用性，也发现了化学教材中探究性习题的一些特征。（1）探究性习题在教材中的分布广泛，但数量不多。（2）4版教材在探究性习题设计过程中都提供与问题相关的各种情境，包括日常生活中生动有趣的自然现象、运用化学史料，注重情境与科学、技术、社会、环境的联系等；习题情境更加侧重于纯化学情境，与化学史相关的情境较少。（3）探究性习题注重考查学生制定计划、搜集证据和解释问题的能力。尤其是搜集证据过程中，强调对学生提取信息、处理数据的能力要求，对于提出问题及作出假设方面的考查只有在C版教材中有所呈现，对于表达交流的能力考查也较少。（4）4版教材中，都将局部探究作为探究性习题的主要形式，而完整探究的探究性习题很少。

4.2 研究启示

学习方式是指学生在完成学习任务过程中基本的行为和认知取向[17]。新课程改革以转变学生的学习方式为突破口，倡导自主、合作、探究的学习方式，充分调动学生参与学习的积极性和主动性。这就要求教科书的习题设计，尤其是探究性习题设计能够为学生提供主动参与、乐于探究、积极实践的机会，为学生学习方式的转变提供有力的条件。通过本次研究对教材中探究性习题编制有以下启示。（1）适当增加一些探究性习题，尤其是现行教材内容模块中编排探究性习题数量不多的内容，比如“碳”、“燃料及其燃烧”。（2）保持习题情境多样化，同时在教科书的习题设计中创设问题情境时增加与生活相关情境、与社会相关情境、与化学史相关情境。现代学习理论认为，学生的学习与学习情境有着密切的联系。创设一个有利于学习者进行探究、知识建构的“学习情境”是现代教学过程的基本要求[18]。（3）教材中科学探究能力是一种综合能力，提出问题、作出假设、表达交流的能力作为科学探究能力的一部分同样十分重要。当前的教育实践发现，学生就是不善于提出问题，其实“提出一个问题往往比解决一个问题更加重要”。因此，在设计探究性习题时也要兼顾到提出问题、作出假设能力的培养与考查，可以适当增加一些考查“提出问题”、“作出假设”能力的探究性习题，让学生基于对情境的分析提出问题、作出假设，最后表达交流，实现局部探究与整体探究的有机结合。

参考文献：

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[3]周媛.我国高中化学教材作业体系旳构成特征及其新教材作业容量的比较研究[D].成都：四川师范大学硕士学位论文，2012.

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[15]王祖浩等.义务教育教科书·化学·九年级[M].上海：上海教育出版社，2013.

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[18]毕华林.走向生本的教科书设计研究[D].济南：山东师范大学博士学位论文，2006.