ADI技能视域下高中化学教科书中探究活动的分析

摘 要： 基于ADI技能七要素分析框架，对人教版高中化学教科书中的探究活动进行检视。研究发现，大部分探究活动能较完整地融入ADI技能，但“反思”要素略有缺失。ADI技能要素在人教版教科书探究活动中整体以水平2的层次呈现，选择性必修教科书与必修教科书相比，“证据”要素的水平得到提升，其余技能要素水平并无差异。

关键词： 科学论证； ADI技能； 化学教科书； 探究活动

文章编号： 10056629（2024）12000806

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 问题的提出

科学论证在培养学生科学素养方面具有重要地位，其教育价值引起了各国的高度重视。美国2011年颁布的《K12科学教育框架》明确将“基于证据的论证”作为科学实践维度必不可少的要素［1］。Osborne也强调论证能力在提升学生科学探究、科学推理、批判性思维和合作学习能力等方面均具有重要作用［2］。

科学论证与科学探究紧密相关，它们都能使学习者组织他们的思想、展示他们的成果，以及支持他们的过程［3］。Newton等从探究视角出发，认为科学论证并不是在科学探究完成后才进行论证得出结论的过程，而是一个深入探究的过程，科学探究的每一个环节都需要学生进行论证［4］。我国《义务教育化学课程标准（2022年版）》主张让学生经历以实验为主的科学探究，并基于实验事实发展证据推理、建构模型和推测物质及其变化的思维能力［5］。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》也要求学生具有证据意识，理解基于证据进行分析和推理等对于科学探究的重要性，能建立观点、结论、证据之间的关系［6］。可见，在科学教育中实施论证教学可以促进学生对科学知识的建构以及科学探究的深入开展，因此论证式探究（argumentation-driven inquiry，简称ADI）教学逐渐在科学教育界兴起，并成为普受推崇的教学方式与重要的研究议题［7］。

教科书是学生学习最直接的内容载体，也是教师教学的主要资料。它通常会直接影响教师对教学法的选择、教学活动的设计、学生的考核等［8，9］。对于ADI教学，教科书中的科学探究活动是实现这一教学方式的主要媒介，它的设计形态对于ADI教学的实施以及学生论证探究水平的培养至关重要，因此从ADI技能视角探析教科书中的探究活动非常必要［10］。不过，关于ADI主题的研究多集中于教学模式的设计与应用，以及对学生科学论证能力培养的成效［11，12］，鲜有研究关注教科书中的ADI表征，特别是探究活动的设计。为此，本文基于ADI技能框架，检视人教版高中化学教科书中探究活动所体现的技能要素及水平，希望为教科书的编写以及教师ADI教学活动的实施提供启示与建议。

2 分析框架

论证式探究（ADI）教学是一种将科学论证有机整合至科学探究的教学方式。ADI教学以建构主义学习理论为基础，强调对“论证”和“批判性思维”课堂的氛围创设，是培养学习者科学思维方式的一种新型教学策略［13］。Sampson等人设计的ADI教学模型包括明确任务和问题、收集和分析数据、构建论据、展开论证、创设书面研究报告、交互评价、修正并再次提交报告、讨论反思等环节［14］。该模型与一般探究教学模式相比，论证要素在教学环节中的强调是非常明显的。

Aldahmash等结合教科书编制活动的特征，开发出适用于教科书活动分析的ADI技能要素水平框架，并用于沙特阿拉伯化学教科书和实验手册的分析［15］。该框架将ADI技能分为八类要素：（1）问题；（2）证据；（3）解释：（4）科学理论或模型；（5）论证与交流；（6）分析：（7）联系；（8）反思。每个要素均细分为4个水平。水平越高，代表活动中的要素设计越趋向于学生中心；水平越低，代表活动中的要素设计越趋向于FdaP3QFjhBf6DH9IY//7oA==教师中心。

该框架虽能较全面地对探究活动的ADI技能要素进行分析，但框架的设计存在两个问题。一是“科学理论或模型”和“联系”两个要素的内涵表述几乎一致，都是指引导学习者将科学解释与科学知识联系起来；二是在每个要素的四水平中，水平2和水平3的差异非常模糊，缺乏明晰的分界线，不便于实际分析时的界定与编码。针对上述两个问题，对框架进行了两处改编。

一是删去“科学理论或模型”要素，由原先的八要素变为七要素；二是将每个要素的水平2和水平3合并，重新进行操作性界定，让不同水平的边界更加清晰。

修改后的分析框架如表1和表2所示。利用此框架对教科书中的探究活动分析时，旨在检视活动设计是否全面地覆盖ADI技能要素，以及各要素水平趋向学生中心的程度，能否充分体现探究活动的自主性和开放性，促进学生论证探究水平的培养［16］。

3 研究设计

3.1 研究对象

选取依据新课程标准编写的人教版高中化学教科书作为研究对象。其中，必修课程教科书分为两册；选择性必修课程教科书分为三册，分别是《化学反应原理》《物质结构与性质》和《有机化学基础》。根据人教版教材栏目设置的说明，“探究”栏目所设计的内容是专门体现探究过程和思路的活动。与教材其他实验或活动类栏目相比，该栏目中的活动明确具有探究性，更适宜采用ADI技能要素框架对其进行分析。因此，选取以上五本教科书中的“探究”栏目作为分析对象。每个栏目的具体名称如表3所示。

3.2 资料处理与分析

通常教科书中的“探究”栏目仅包含一个探究活动，但在《化学反应原理》的“定性与定量研究影响化学反应速率的因素”探究栏目中包含了两个探究活动，因此这一栏目计为两个分析单元。最终，本研究共有24个探究活动，即为24个分析单元。

在确定分析单元后，具有的分析过程如下：（1）分析者完整阅读探究活动，判断该活动中每一段落内容涉及ADI技能的哪些要素，摘录相关语句并标记相应技能要素，如果某个技能要素没有出现在探究活动的设计中，则该技能要素计为“缺失”；（2）依据ADI技能水平分析框架，判断相关段落或语句属于该技能要素的哪一水平，并予以编码计数；（3）参考Aldahmash与Omar研究的计算方式，确定本研究中相邻水平之间的差距为：2/3=0.67。评分标准中每个水平的平均值范围确定如下：水平1为1～1.67，水平2为1.68～2.34，水平3为2.35～3。计算出每个要素水平的平均值后对应上述规定的范围进行水平划分，便可确定某个要素在教科书中表征的总体水平；（4）对数据进行计算与统计，形成数据统计图表。

下面笔者以《化学》第一册中“钠与水的反应”活动为例，展示分析编码的过程。教科书中该活动的设计如下：

［预测］从物质组成及氧化还原的角度，预测钠与水反应的生成物： 。

［实验］在烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞溶液，然后把一块绿豆大的钠放入水中。从钠在水中的位置、钠的形状的变化、溶液颜色的变化等方面观察和描述实验现象。分析实验现象，你能得出哪些结论？

［结论］钠与水反应的生成物是 。与你的预测是否一致？

在该活动中，［预测］中的内容涉及“问题”要素，即钠与水反应的生成物是什么，并让学生从物质组成及氧化还原的角度进行预测，活动要求学生在提示思考角度的基础上完成预测，因此“问题”要素确定为水平2。［实验］部分包含“证据”“分析”“解释”和“论证与交流”等多个要素。活动提供实验步骤，并明确引导学生从钠在水中的位置、钠的形状的变化、溶液颜色的变化等方面观察和描述实验现象，即提供了收集证据的方法和方向，因此“证据”要素确定为水平2。活动要求学生对实验现象逐个分析，并通过解释和论证得出相应的结论，但仅提供了表格请学生进行填写，并未给予其他的提示或指导，因此“分析”“解释”和“论证与交流”均属于水平3。［结论］中的表述未给出指导和相关的化学知识来引导学生如何联系解释得出最终的结论，因此“联系”要素确定为水平3。“与你的预测是否一致”可视为活动提示学生从预测一致性角度对探究过程进行反思，因此“反思”要素属于水平2。

为了保证内容分析的信度，笔者和一位化学教研员依据ADI技能分析框架分别对所有探究活动逐一分析。两位分析员的相互同意度为0.87，表明分析者信度检验合格。编码不一致之处，两位分析员经过协商、讨论，最终达成编码的一致性。

4 结果与讨论

4.1 教科书中探究活动对ADI技能的呈现情况

人教版高中化学教科书探究活动中ADI技能要素的水平分布与层次如表4所示。在七类要素中，“问题”“证据”和“分析”在所有活动中均有体现，“解释”“论证与交流”和“联系”在个别活动中没有涉及，而“反思”在5个活动中缺失，说明大部分探究活动能较完整地融入ADI技能，注重学生ADI技能要素的均衡发展，但在引导学生对探究和论证过程进行反思方面略有不足。

“问题”要素的呈现绝大部分集中于水平1（79%），且没有任何活动涉及水平3，说明活动没有提供给学生自主提出研究问题的机会。“证据”要素在水平2和水平3出现的比例持平（均为42%），从均值看总体定位于水平2，说明活动很少直接向学生提供证据，而是更多给予学生自主设计方案和收集证据的机会。“分析”“解释”“论证与交流”和“联系”这四个要素在水平频数分布方面的趋势相同，均是水平3>水平2>水平1，且水平3的占比超过60%，依据均值整体也都定位于水平3，说明活动设计在这四个要素的呈现倾向于学生中心，强调活动的开放性和学生的自主性。“反思”要素在水平2占比最多（63%），其次是水平3（21%），较少的是水平1（16%），整体也定位于水平2，说明活动大多会在提示的基础上请学生反思他们的探究和学习过程。最后，将ADI技能要素进行整体统计分析，有近一半频数（49%）的技能要素出现在水平3，水平2和水平1出现的频数接近，分别为30%和21%。平均值为2.27，根据水平平均值划定范围，ADI技能总体处于水平2，说明人教版探究活动在ADI技能要素设计层面仍有向学生中心发展的空间。

4.2 必修和选择性必修教科书中探究活动呈现ADI技能的比较

为了检视选择性必修教科书与必修教科书相比在探究活动ADI技能设计方面是否体现出较好的进阶性，计算必修和选择性必修教科书中每个要素的平均值并进行比较（见图1）。由图1可知，必修和选择性必修教科书在要素总体的平均值很接近（同属于水平2），没有体现出水平的进阶。就具体要素而言，仅有“证据”要素的分值明显提升，由必修教科书的1.88上升到选择性必修教科书的2.44，水平层次也由2提升至3，体现出很好的进阶性。而其余六个要素在必修和选择性必修教科书中的水平均一致，分值差异也较小，部分要素在选择性必修教科书中的分值略有下降。这些发现都说明在选择性必修教科书的探究活动设计方面，仍有较大改进的空间，以提升ADI技能要素的水平更加趋向于学生中心，强化学生完成探究活动的自主性，实现从必修到选择性必修的水平进阶。

4.3 讨论

由研究发现可知，人教版教科书探究活动在ADI技能要素呈现方面总体是比较理想的，七个要素中有四个要素处于水平3，整体倾向于学生中心，能体现论证式探究的特点。这与课程标准将“证据推理”与“科学探究”纳入化学学科核心素养紧密相关，新课标对论证和探究教学予以强化和重视，特别是在不少主题的教学策略中，建议组织学生开展实验探究活动时，注意实验前的分析预测和对实验现象的分析解释，并对解释进行合理的论证。上述事实也在一定程度上反映出教科书对新课程理念予以了较好的落实。

当然，从数据呈现的结果看，依然有两个现象值得关注。一是“问题”要素分值在所有要素中是最低的，仅处于水平1。笔者认为，这与“问题”要素的特殊性和教科书在这一要素编写的局限有关。当今课堂一般倡导“教师主导、学生主体”，因此研究问题大都是由教师提出的。因此教科书在设计探究活动时大多是直接呈现研究问题，这便导致了“问题”要素的分值和水平均较低。二是选择性必修教科书与必修教科书相比技能水平进阶性体现得不够明显。必修教科书为全体高一学生开设，选择性必修教科书则是为高二选修化学的学生开设，两类教科书所面向的学段和群体是不一样的。选修化学的学生在学科知识储备和学科能力方面较高一时具有更高的水平，且未来进入高校有较大可能性选择理工科专业学习。技能要素水平应随着学段升高而进一步提高，学生在提出问题、收集和分析证据、形成和论证解释、反思交流等方面应体现出更强的独立性和主导性，为未来科学领域的学习做准备［17］。因此，选择性必修教科书探究活动ADI技能要素的设计理应呈现更高水平，更趋向于学生中心。本研究所揭示的进阶性不明显问题，特别是“问题”和“反思”要素，值得教科书编写者的关注和思考。

5 结论与建议

5.1 研究结论

本研究基于ADI技能要素水平框架，对人教版高中化学教科书中的探究活动进行分析。研究发现，大部分探究活动能较完整地融入ADI技能，注重学生ADI技能要素的均衡发展，但“反思”要素略有缺失。

ADI技能要素在人教版教科书探究活动中整体以水平2的层次呈现。其中，“问题”要素处于水平1；“证据”和“反思”要素位于水平2，“分析”“解释”“论证与交流”和“联系”四个要素达到了水平3。

将选择性必修教科书和必修教科书在探究活动ADI技能设计方面进行比较，只有“证据”要素选择性必修教科书明显比必修教科书分值高，提升了一个水平层次，其余要素以及总体在分值上并没有太大差异，且水平一致，显示出对于不同学段的教材在探究活动ADI技能要素进阶设计层面仍有进步空间。

5.2 建议

基于本研究的主要发现，建议人教版教科书在设计探究活动时，适当注意“反思”要素的体现，积极引导学生对探究和学习过程进行反思，实现ADI技能要素在探究活动中的完整性。同时，提升“问题”要素的学生主导性，特别是在选择性必修教科书中。可以引导学生完善已有问题，或在现有问题基础上提出新问题，这对于发展学生提出和定义问题的能力是大有裨益的。此外，建议适当关注ADI技能水平进阶性的问题，在选择性必修教科书活动设计时应增加水平3的比例，使要素整体更趋向于学生中心。当然，必修教科书要素设计的分值和水平不宜过高，要为选择性必修教科书的进阶设计留有空间。

在实施论证式探究教学方面，教师可以参考分析框架，在解读教科书探究活动对ADI技能要素呈现的基础上，在课堂教学中将水平较高的技能要素充分地体现和落实。同时，教师在理解教材的基础上，可依据班级学生的情况对活动做适当调整，体现创造性地应用。具体地说，对于原本在教科书中水平较低的技能要素，教师可以适当地对活动设计进行改编，比如引导学生依据相应的素材或情境自主地形成探究问题、要求学生自主反思探究和学习过程等，以提高技能要素的呈现水平，更好地实现学生中心取向的论证式探究教学实施。

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