化學(xué)優(yōu)質(zhì)課的科學(xué)風(fēng)險的內(nèi)容分析

陳凱 魏冰 陳悅

摘要： 設(shè)計科學(xué)風(fēng)險分析框架，以江蘇省初高中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課比賽的教學(xué)設(shè)計文本為研究對象，依據(jù)框架的3個類別18個維度對文本進行編碼，應(yīng)用內(nèi)容分析法，發(fā)現(xiàn)中學(xué)化學(xué)優(yōu)質(zhì)課在科學(xué)風(fēng)險內(nèi)容上出現(xiàn)的頻次與選課主題有一定關(guān)系;化學(xué)教師更注重社會性科學(xué)議題的情境融合，但是缺少深入論證，尤其缺乏對科學(xué)知識的不確定性的深度思考。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)風(fēng)險; 化學(xué)優(yōu)質(zhì)課; 內(nèi)容分析; 不確定性

文章編號： 1005-6629（2019）2-0014-07??????????? 中圖分類號： G633.8??????????? 文獻標識碼： B

1? 研究背景

《高中化學(xué)課程標準（2017年版）》在學(xué)科核心素養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”中提到了“安全意識”“社會熱點問題”“綠色化學(xué)觀念和可持續(xù)發(fā)展意識”“化學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境之間的相互關(guān)系”“化學(xué)對社會發(fā)展的重大貢獻”“化學(xué)過程對自然可能帶來的各種影響”等表述，顯示出對科學(xué)風(fēng)險認知的關(guān)注。此外，還通過“權(quán)衡利弊，強化社會責(zé)任意識，積極參與有關(guān)化學(xué)問題的社會決策”表現(xiàn)對基于科學(xué)風(fēng)險的決策能力的要求。

應(yīng)用文本數(shù)據(jù)挖掘工具NLPIR，對2017年版高中化學(xué)課程標準進行詞頻分析，發(fā)現(xiàn)課程標準三次明確提出“風(fēng)險”，六次提及“社會性議題”，“安全”出現(xiàn)頻次高達34次。實施新一輪化學(xué)課程改革初始，一線教學(xué)如何彰顯科學(xué)風(fēng)險認知？我們試圖以優(yōu)質(zhì)課比賽教學(xué)設(shè)計文本為研究對象，希望對新課程背景下的化學(xué)教學(xué)有所啟發(fā)。

2? 概念界定

2.1? 科學(xué)風(fēng)險

科學(xué)風(fēng)險常被定義為由科學(xué)技術(shù)引起的潛在社會威脅[1]?；瘜W(xué)教學(xué)研究領(lǐng)域常常將科學(xué)風(fēng)險的定義局限于“危險”和“危害”[2，3]，未充分考慮科學(xué)知識本身的復(fù)雜性和不確定性帶來的認知風(fēng)險。

長久以來，科學(xué)一直被認為高度可靠，具有解釋事實、分析現(xiàn)象和解決實際問題的能力。科學(xué)風(fēng)險最初只存在于科學(xué)的知識體系中，因為風(fēng)險在大多數(shù)情況下不可察覺，需要利用包括理論、實驗、測量儀器等在內(nèi)的科學(xué)工具將風(fēng)險可視化、利于解釋[4]。事實上科學(xué)具有不確定性，尤其在日新月異的信息社會，科學(xué)及其相關(guān)技術(shù)尤其需要面對越來越多的不確定性帶來的風(fēng)險挑戰(zhàn)[5]。執(zhí)著于傳統(tǒng)科學(xué)課堂的可靠或“確定”的知識往往不利于科學(xué)風(fēng)險認知?？茖W(xué)的不確定性需要一線科學(xué)教師承認和處理科學(xué)知識的不確定性帶來的挑戰(zhàn)，更要在社會發(fā)展背景下認識到科學(xué)力量的局限性。

承認和處理科學(xué)知識的不確定性的意義體現(xiàn)在以下兩個方面。第一是復(fù)雜性帶來的不確定性： 現(xiàn)實世界的科學(xué)問題復(fù)雜多變，多變量相互作用，很少存在簡單線性的“因果”關(guān)系，但學(xué)?？茖W(xué)教學(xué)往往通過控制變量來表現(xiàn)一些現(xiàn)象和結(jié)果，以表明因果之間的直接關(guān)系。與此同時，正式課堂往往關(guān)注到脫離真實世界的概念，使學(xué)生在真實世界應(yīng)用科學(xué)出現(xiàn)困難。第二是科學(xué)知識本體的不確定性，科學(xué)知識也存在爭議，與實驗結(jié)果的證據(jù)可能存在一定分歧，但是在正式科學(xué)課堂中常常避開這些分歧或爭議。承認科學(xué)知識的不確定性并不是要否定或貶低其價值，也不是否認科學(xué)知識的可靠性，更不是否定這么多年來科學(xué)“發(fā)現(xiàn)”的成果或者淡化科學(xué)在解決問題中所起的關(guān)鍵作用。真正的科學(xué)教育要為學(xué)生提供相關(guān)的有用科學(xué)知識之外，也需要在課堂教學(xué)中讓大家發(fā)現(xiàn)這些不確定[6]，理解科學(xué)知識如何在社會發(fā)揮作用以及針對問題作出相應(yīng)的決策[7]。現(xiàn)有課堂教學(xué)有無承認科學(xué)的不確定性呢？這是本研究關(guān)注的話題之一。

承認科學(xué)在社會性議題中的力量和局限性，是因為科學(xué)知識功能再強大也不能自發(fā)解決問題，還得依靠人的認知和使用。尤其在一定社會背景中，各種利益相關(guān)者需要針對某一特定問題做出適切的判斷和合理的決策，除了需要深度理解科學(xué)概念，還要考慮非專業(yè)的社會或文化因素，畢竟“感知”到的風(fēng)險通常要比真實存在的風(fēng)險少——往往是風(fēng)險判斷的潛在錯誤來源。

2.2? 科學(xué)風(fēng)險認知

對中小學(xué)生而言，科學(xué)風(fēng)險認知主要包括對科學(xué)風(fēng)險存在可能性及現(xiàn)實存在的認知，包括風(fēng)險評估以及對風(fēng)險產(chǎn)生原因、可能后果及防范措施的認識[8]。例如在傳統(tǒng)化學(xué)實驗活動中，學(xué)生容易忽略實驗試劑的危險性而錯用、濫用藥品;因不嚴格按照實驗要求操作致使儀器損壞以及對實驗事故處理不當?shù)取＝陙恚瘜W(xué)相關(guān)安全事故頻發(fā)，社會對科學(xué)的誤解頗多，不少民眾執(zhí)著于媒體傳播的偽科學(xué)，這表明大眾的風(fēng)險意識缺失嚴重，風(fēng)險認知水平相對較低[9]，也反映基礎(chǔ)教育階段強化科學(xué)風(fēng)險認知的必要性和緊迫性。

事實上一線教學(xué)常存在兩個極端： 一是運用化學(xué)相關(guān)的安全事故創(chuàng)設(shè)情境，過度渲染，容易導(dǎo)致學(xué)習(xí)者對化學(xué)風(fēng)險存在更深的誤解和片面的認知;另一個問題，教師認為既然存在化學(xué)實驗安全問題，那么就不做實驗，以此避免化學(xué)危險，其實種種安全事故、社會問題與化學(xué)有關(guān)，完全的避而不談，只能一筆抹殺了化學(xué)實驗在化學(xué)教學(xué)中的意義[10];部分教師完全回避科學(xué)風(fēng)險問題，浪費了可以鍛煉批判性思維的寶貴資源——如果學(xué)習(xí)者在中學(xué)階段沒有養(yǎng)成辯證的科學(xué)風(fēng)險認知思維，那么在未來的工作和生活中遇到類似情境時，原有的認識盲區(qū)和思維誤區(qū)可能會帶來更大隱患。基于科學(xué)風(fēng)險認知取向的化學(xué)教學(xué)不是去渲染“風(fēng)險”，而強調(diào)化學(xué)學(xué)習(xí)的社會責(zé)任，重視用證據(jù)來論證科學(xué)風(fēng)險議題的科學(xué)精神，以此達到針對性決策能力的培養(yǎng)。

2.3? 基于科學(xué)風(fēng)險認知的決策能力

基礎(chǔ)教育階段針對科學(xué)風(fēng)險的決策能力[11]主要體現(xiàn)在學(xué)習(xí)者對科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展可能帶給社會風(fēng)險進行全面思考，并采取針對性的減低風(fēng)險措施。在科學(xué)知識和科學(xué)風(fēng)險緊密聯(lián)系的背景下，學(xué)校的科學(xué)教育需要帶領(lǐng)學(xué)習(xí)者制訂合理的科學(xué)風(fēng)險評估，并針對不確定性強化學(xué)習(xí)者參與社會性科學(xué)風(fēng)險議題決策的積極性和信心。包括化學(xué)教學(xué)在內(nèi)的科學(xué)教育應(yīng)該通過滲透綠色理念、培育探究品格、建構(gòu)科學(xué)倫理等相關(guān)舉措培養(yǎng)學(xué)生的風(fēng)險認知能力，使學(xué)習(xí)者能針對風(fēng)險發(fā)生的可能來源力所能及地預(yù)防風(fēng)險的發(fā)生，同時在感知到可能的風(fēng)險發(fā)生時能采取積極的應(yīng)對策略，將風(fēng)險引起的危害降低到最小程度[12]——一線化學(xué)教學(xué)有沒有能夠注意到這種能力的培養(yǎng)呢？我們試圖通過本研究了解教師對科學(xué)風(fēng)險的關(guān)注程度。

2.4? 本研究的概念界定

科學(xué)風(fēng)險存在與發(fā)生的根源主要有科學(xué)知識的不確定性、科學(xué)應(yīng)用反應(yīng)延緩、不按科學(xué)規(guī)律辦事和科學(xué)倫理失范所帶來的災(zāi)害[13]，將這些根源納入到概念的內(nèi)涵才能更加全面地描述科學(xué)風(fēng)險。考量的對象不僅包括風(fēng)險本體，也包括科學(xué)風(fēng)險存在和發(fā)生的根源，故本文中的“科學(xué)風(fēng)險”包括： 科學(xué)知識的不確定性（意識形態(tài)的風(fēng)險，學(xué)習(xí)化學(xué)過程中應(yīng)考慮可能遭遇的挑戰(zhàn)和危機）;社會性科學(xué)議題中的風(fēng)險（從社會民眾可能遇到的風(fēng)險問題）;化學(xué)實驗的風(fēng)險（基于化學(xué)學(xué)科特點，師生課堂活動中需要面對潛在的實驗危險）。

3? 研究問題

?江蘇省每年一屆的中學(xué)化學(xué)優(yōu)質(zhì)課比賽，集中體現(xiàn)著化學(xué)教學(xué)和教研的整體觀念，代表著教育大省化學(xué)教學(xué)的較高水平。本文應(yīng)用內(nèi)容分析法研究2012～2016年江蘇省中學(xué)化學(xué)優(yōu)質(zhì)課比賽中的教學(xué)設(shè)計案例文本，以了解江蘇省中學(xué)化學(xué)教師是否關(guān)注科學(xué)風(fēng)險認知這一要素？在教學(xué)中更加傾向于何種科學(xué)風(fēng)險問題的分析研討呢？何種教學(xué)主題最能體現(xiàn)這些風(fēng)險議題？

4? 研究過程

4.1? 選擇研究對象

研究對象樣本為2012～2016年江蘇省中學(xué)化學(xué)優(yōu)質(zhì)課比賽中的教學(xué)設(shè)計案例文本，有效樣本共計111篇。根據(jù)主題知識類型對這些文本重新進行分類編號，詳見表1。

4.2? 確立內(nèi)容編碼的框架并編碼

已有的科學(xué)風(fēng)險認知和決策能力的研究文獻成果是我們確定內(nèi)容編碼的依據(jù)，主要參考了孟獻華[14]、陸軍[15]發(fā)表的兩篇文獻，以及吳俊明教授對科學(xué)風(fēng)險認知的觀點（非正式發(fā)表）。結(jié)合優(yōu)質(zhì)課教學(xué)設(shè)計文本，我們發(fā)現(xiàn)與化學(xué)相關(guān)的科學(xué)風(fēng)險主要發(fā)生在學(xué)校課堂和社會生活兩大區(qū)域，其中在學(xué)校的化學(xué)學(xué)習(xí)過程中，需要面對化學(xué)實驗風(fēng)險和科學(xué)知識復(fù)雜性帶來的挑戰(zhàn)和危機;在社會生活中，聯(lián)系食品、能源、環(huán)境等主題的社會性科學(xué)議題以及科研帶來的新問題成為各維度需要考慮的對象。本研究主要設(shè)計了3大類下分18個分析維度（見表2），在研究過程中，以每一篇獨立的教學(xué)設(shè)計文本為分析單元進行統(tǒng)計和分析。

4.3? 資料編碼和分析

根據(jù)表2的科學(xué)風(fēng)險內(nèi)容分析框架，對教學(xué)設(shè)計文本進行編碼，以每篇設(shè)計文本為分析單元，只要這篇文本中出現(xiàn)了框架中某一個維度的關(guān)鍵詞或相關(guān)句子，即計頻數(shù)為1;如果同篇文本相關(guān)維度出現(xiàn)多次，不重復(fù)累計頻數(shù)，當文本內(nèi)容中有不能確定的編碼時則用課件與視頻加以輔助驗證。

在編碼過程中，邀請兩名一線教師以表2的科學(xué)風(fēng)險分析框架為依據(jù)對優(yōu)質(zhì)課設(shè)計文本進行編碼、評價。經(jīng)檢驗，本研究互評者同意度（K）為0.80，信度（R）為0.89，信效度檢驗合格。此外編碼中的類別和維度設(shè)計均參考權(quán)威期刊論文的論點來設(shè)計完善，主要體現(xiàn)專家效度。表3統(tǒng)計了科學(xué)風(fēng)險主題各類出現(xiàn)的頻次及比例。

4.4? 數(shù)據(jù)分析

化學(xué)優(yōu)質(zhì)課比賽作品往往能反映特定區(qū)域教師在教研風(fēng)格和教學(xué)興趣方面的喜好，而從科學(xué)風(fēng)險認知視角來分析，可以看到以下兩個方面。

（1） 哪些化學(xué)課主題最能彰顯科學(xué)風(fēng)險認知教學(xué)？

科學(xué)風(fēng)險認知和決策的教學(xué)策略往往與化學(xué)教學(xué)主題的選擇密切關(guān)聯(lián)，同時亦不可否認教學(xué)選題可直接影響科學(xué)風(fēng)險元素的整合。

從表3來看，由于內(nèi)容分析對象——教學(xué)設(shè)計文本主題不同致使數(shù)量選取有差異，故以平均每篇頻次作為考量標準進行比較更加科學(xué)。化學(xué)實驗主題的平均每篇頻次最多（58次，4.14次/篇），主要是因為實驗主題課程內(nèi)容往往承載著學(xué)科理論和操作技能兩方面的教學(xué)內(nèi)容，容易承載更多的科學(xué)風(fēng)險。“燃燒的條件”既表現(xiàn)了燃燒本身的實驗風(fēng)險，又體現(xiàn)燃燒三要素相互關(guān)系的復(fù)雜性和相關(guān)的社會問題多樣性，幾乎每個老師都在教學(xué)設(shè)計中考慮到并提供一定教學(xué)策略幫助學(xué)生針對這些風(fēng)險做出相應(yīng)決策。“溶液的配制及分析”一課中，科學(xué)風(fēng)險集中體現(xiàn)在學(xué)生具體實驗操作過程中的問題以及實驗的社會意義。

無機元素與化合物主題的科學(xué)風(fēng)險平均頻次其次，元素的多樣性、物質(zhì)反應(yīng)的復(fù)雜性、化學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用性是決定科學(xué)風(fēng)險問題突出的多元化因素。例如“鎂的提取及應(yīng)用”在生活和社會中應(yīng)用廣泛，不過公眾對此仍存在一定誤解和誤用，尤其因為金屬單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)活潑容易帶來實驗的風(fēng)險或化工生產(chǎn)的隱患。又如“氮肥的生產(chǎn)和使用”彰顯化學(xué)物質(zhì)對社會生產(chǎn)的作用和對自然環(huán)境的影響，無論是實驗選材還是知識形成復(fù)雜性或是社會性科學(xué)議題，都反映出元素化合物背后的風(fēng)險元素。

其實“化學(xué)與生活、技術(shù)”（2.81次/篇）和“基本概念”（2.72次/篇）主題的課程，科學(xué)風(fēng)險出現(xiàn)頻次和元素化合物相差不大。前者更加側(cè)重于社會性科學(xué)議題，但因均為初中層次內(nèi)容，涉及知識較為淺顯，所以對課堂教學(xué)中并沒有太多對應(yīng)知識的復(fù)雜性論證活動。后者主題的抽象性往往是科學(xué)風(fēng)險集中的問題所在，尤其是有關(guān)微觀世界的認識一直受到科學(xué)學(xué)科發(fā)展及自身復(fù)雜性等因素的挑戰(zhàn)，部分參賽教師能敏銳捕捉到這些不確定性因素并將之融入教學(xué)設(shè)計，的確是教學(xué)一大進步。

由分析可知，“基本理論”科學(xué)風(fēng)險出現(xiàn)頻次最低（1.88次/篇），一方面是因為此類課堂理論性強，實驗比例低;另一方面也因為和生活、社會主題的結(jié)合點較少。

（2） 中學(xué)化學(xué)教師最關(guān)注哪個科學(xué)風(fēng)險維度？

無論高中還是初中的參賽設(shè)計，社會風(fēng)險議題都更加受到化學(xué)教師的青睞，優(yōu)質(zhì)課中超過50%的頻次都在聯(lián)系社會生活中的科學(xué)風(fēng)險主題，或以新聞片段呈現(xiàn)解決途徑，或以科技前沿思考化學(xué)利弊。其中“公眾道德與社會問題”（53次）比率最高，一方面體現(xiàn)化學(xué)教師對社會事件的格外關(guān)注，說明這些優(yōu)秀的中學(xué)化學(xué)教師對待化學(xué)熱點問題敏感度高，并善于將其整合至教學(xué)中;另一方面也彰顯出化學(xué)教師試圖用一定的教學(xué)策略引領(lǐng)學(xué)生對社會性科學(xué)議題背后的倫理道德問題深入思考。此外，教師對“資源開發(fā)”和“環(huán)境污染”中的風(fēng)險問題更加關(guān)注，但是在“能源問題”方面出現(xiàn)頻次均為0，這多是因賽課主題內(nèi)容限制，畢竟有的主題和能源、能量沒有聯(lián)系，不過有的主題既然聯(lián)系了化工生產(chǎn)情境，必然涉及到燃料的合理使用和不當消耗等話題，可惜這些細節(jié)并沒有在教學(xué)設(shè)計中指出，反映了教師的風(fēng)險意識有所欠缺。此外，在“科研發(fā)展帶來的問題”維度上，鮮有教師強調(diào)其中的風(fēng)險，參賽選手對前沿素材的運用普遍都是用來頌揚科技發(fā)展的積極意義，卻未能組織學(xué)生討論以批判性思維看待潛在的問題，忽視了辯證法在科學(xué)課程中的運用。

化學(xué)作為一門實驗性質(zhì)的學(xué)科，化學(xué)實驗在承載教學(xué)多重功能的同時，也在諸如藥品使用、實驗操作等方面暴露出風(fēng)險問題。在化學(xué)實驗風(fēng)險類別中，“實驗藥品的危險性”維度出現(xiàn)頻次比例最高，化學(xué)教師對于藥品的可燃性、易爆性、毒性或腐蝕性大多進行了提示和警醒，既然這些風(fēng)險是化學(xué)教學(xué)中無法回避的問題，就應(yīng)該清晰地將之呈現(xiàn)在課堂中。實驗操作的不當強調(diào)的頻次其次（21.69%），而“化學(xué)反應(yīng)的不確定性”為本類別中最低，參賽教師大多關(guān)注了教材內(nèi)容的重難點，關(guān)注到所選章節(jié)的核心化學(xué)反應(yīng)，但沒有顧及這些反應(yīng)的副反應(yīng)、反應(yīng)歷程可能受到多重影響而導(dǎo)致異常現(xiàn)象發(fā)生，或許這些不確定性的確不是學(xué)科教學(xué)的重點，故無需多花費時間，但仍需注意由化學(xué)反應(yīng)不確定性帶來的潛在風(fēng)險，因為這也是化學(xué)學(xué)科理性思維所在。

“科學(xué)知識復(fù)雜性帶來的挑戰(zhàn)和危機”編碼頻次比例最低（56， 17.55%），歸根到底還是參賽教師對學(xué)科體系的復(fù)雜性認識還不夠深入。高中化學(xué)教師往往在實驗探究活動中偏向于凸顯化學(xué)知識形成過程的復(fù)雜性，學(xué)生在聯(lián)系化學(xué)實驗應(yīng)有現(xiàn)象和異常現(xiàn)象中不斷思考、建構(gòu)知識，同時也通過化學(xué)概念的內(nèi)涵和外延感悟化學(xué)知識系統(tǒng)的復(fù)雜性;而初中化學(xué)教師多是通過化學(xué)史上的經(jīng)典案例分析來凸顯知識觀的復(fù)雜性。該類別下“化學(xué)知識的不確定性”頻次比例最低，主要是因為授課者對于知識的理解還拘泥于已有教材，學(xué)科視野不能與時俱進，容易將有些傳統(tǒng)化學(xué)規(guī)律視為絕對真理，具有“科學(xué)是永恒不變”的迷思，而未意識到科學(xué)進展一日千里，化學(xué)知識領(lǐng)域已經(jīng)得到了前所未有的充實和拓寬，很多傳統(tǒng)規(guī)律在研究中遭遇了挑戰(zhàn)，化學(xué)教師作為“科學(xué)界在課堂上的代表”，有責(zé)任將這些新信息帶入課堂。

5? 研究結(jié)論

參加江蘇省優(yōu)質(zhì)課比賽的教師選手能反映江蘇省較高的化學(xué)教學(xué)水平，本研究發(fā)現(xiàn)他們的化學(xué)教學(xué)設(shè)計無論在知識本體還是實驗學(xué)習(xí)上都能體現(xiàn)了一定程度的科學(xué)風(fēng)險能力培養(yǎng)策略，尤其關(guān)注社會風(fēng)險議題，借助社會新聞、生活問題的分析，強調(diào)對風(fēng)險的科學(xué)認知。其中化學(xué)實驗主題的課堂，最容易滲透科學(xué)風(fēng)險因素的考察和分析。部分參賽教師在化學(xué)教學(xué)中將潛在科學(xué)風(fēng)險顯性化的做法，讓學(xué)生具備發(fā)現(xiàn)風(fēng)險發(fā)生的“慧眼”。在不同的優(yōu)質(zhì)課中，教師通過各種途徑培養(yǎng)學(xué)生的風(fēng)險認知能力，讓他們既有風(fēng)險意識，知道風(fēng)險發(fā)生的可能根源，又可力所能及地預(yù)防風(fēng)險的發(fā)生，不至于因為不按科學(xué)規(guī)律辦事或科學(xué)倫理失范使自己成為風(fēng)險誤解的源頭，同時能在感知到可能的風(fēng)險發(fā)生時采取積極的應(yīng)對措施，將因風(fēng)險引起的危害降至最小。

但是從優(yōu)質(zhì)課教學(xué)設(shè)計來看，中學(xué)化學(xué)教師自身對科學(xué)風(fēng)險認知更多局限于“危險”和“危害”，而對科研進展、復(fù)雜化學(xué)知識學(xué)習(xí)過程中的潛在風(fēng)險認識不足，尤其是沒有意識到不確定性造成的科學(xué)風(fēng)險。

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