探究式教學：異化實施效應的外顯與啟示

貝偉浩　張金恒　黃都

【摘 要】本文對某高中二年級666名學生的化學探究素養進行調查，發現探究素養整體水平僅為及格、探究素養發展近乎停滯、探究思維和探究實踐相互消解等問題，提出重建科學探究文化、整合科學探究學習課程資源、重構理科教學質量評價體系等建議。

【關鍵詞】探究式教學 高二化學 探究素養 異化效應

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）22-0037-04

科學探究與創新意識是《普通高中化學課程標準（2017年版）》所界定化學學科核心素養五個維度中的過程性維度，素養結構的知識、觀念和能力層面，只有通過開展科學探究才有可能真正實現。然而，從近年的普通高中化學學業水平考試和普通高考應答數據分析中發現：考生在結構良好的知識立意型試題上正確率較高，而在涉及原因解釋、復雜推理、科學本質、方法創新等問題上的正確率卻很低，即多數考生的復雜認知和高階思維的化學素養尚未形成。

基于數據分析和實踐反思，筆者認為造成上述問題的原因在于高中階段的化學教學在科學探究這一過程性目標維度上落實不夠。為此，筆者設計了調查問卷，以高二學生為調查對象，期望通過對高二學生的化學科學探究素養評估和科學探究過程的水平描述，探析高中化學科學探究式教學實施現狀和存在問題，為化學學科核心素養教學實踐提供參考。

一、調查方法

參考劉東方和王磊教授的《科學探究能力的構成要素—— 基于國外科學課程文件的分析》中關于國外科學課程文件中科學探究能力的構成要素，依托化學科學探究的經典題目，從猜想與假設能力、制訂計劃能力、選擇探究方法能力、進行實驗能力、反思與評價能力、探究態度和探究現狀等7個方面進行設計，編制高二學生化學科學探究素養調查問卷，調查內容主要包括7個方面，共18題，其中第1題為對問卷填寫者基本信息的采集。根據查測的不同內容，相應設置了4種題型：單選題、不定項選擇題、排序填空題和填空題。此次調查對象為高二年級學生666名（男生300名，女生366名）。收回有效問卷666份，各題均采用計分的方式量化結果。

對調查數據的處理方法是：（1）通過描述性統計分析，了解高二年級科學探究素養整體水平;（2）采用主成分分析法，探析化學科學探究素養的主要構成維度;（3）使用聚類方法，對化學探究素養水平進行分層比較、水平劃分;（4）采用方差分析方法，對探究素養主成分和層級分布進行多重比較。期待通過統計分析，生成有利于驗證觀點、解決問題的重要發現。

二、調查結果分析

（一）總體分析

1.高二學生探究素養整體偏低

為直觀了解高二學生化學探究素養水平，筆者進行描述性統計分析（見表1）。從統計結果看，偏度（sk）都比1小，符合正態分布。化學探究素養整體得分43.2分（比率為61.7%），35～50分數相對集中。從統計指標平均分可以看出，制訂計劃能力5.2分，得分率僅為52%，為不及格水平;其他猜想與假設能力6.0分、探究方法能力6.3分、進行實驗能力6.5分、反思與評價能力6.0分、探究態度6.3分、探究現狀整體得分6.9分，得分僅為及格水平（各要素滿分10分，滿分70分）。

得分顯示，學生制訂計劃能力偏低，猜想與假設能力和反思與評價能力欠缺。這說明學生在創新設計、質疑批判、觀念建構、反省認知、本質洞察等高階探究思維活動親歷較少，相應的探究素養維度表現水平并不樂觀。

2.多數學生科學探究素養水平為及格層次

化學核心素養作為高中生發展核心素養的重要組成部分，每一個核心素養在學業質量水平要求上劃分為四級水平。化學科學業水平質量更多是學科內容層面上的要求，還不是單一素養內涵的結構劃分。本研究被試群體人數666人，樣本不小，所反映的化學探究素養水平應有層次參差。如何劃分被試學生整體化學探究素養的水平層次，尚未有文獻提及。文獻已有物理科的科學探究水平劃分的研究，比如劃分為四級等，但未提供劃分依據和方法。受統計學聚類分析的啟發，本研究嘗試用聚類方式（K-Means法）研究化學探究素養，嘗試進行化學科學探究素養的有效層級劃分。本文用肘部法則判斷合理聚類K值。在SPSS 25中選擇因子分析—— 降維，變量為7項探究素養能力，選擇旋轉矩陣—— 碎石圖（見圖1）。

K值為3時畸變程度得到大幅改善，考慮選取K=3作為聚類數量，即將全體樣本劃分為3類較合理，亦即化學探究素養應當劃分為三層水平。為了研究三類人群對應素養的情況，在SPSS 25中輸出獲得聚類中心（總得分）和人數情況（見表2）。

第一層次人群162人，占比24.3%，聚類中心為49.8（得分率為71.1%），該水平界定為中等水平;第二層次人群351人，占比52.7%，聚類中心為43.1（得分率為62%），該水平界定為及格水平;第三層次人群153人，占比23.0%，聚類中心為36.4（得分率為52%），該水平界定為不及格水平。

從水平劃分看，學生的科學探究素養未發現有優秀、良好水平，總體水平偏低，而且及格水平的學生占50%左右。這表明從初三、高一到高二，化學教學的科學素養落地教育水平實效不佳，進步遲緩，多數學生停留于及格水平，學生個體間差異并不顯著。這意味著，學生在日常考試中雖然能夠答對一些復雜的探究題，考試總分看起來也不錯，但是學生的科學探究素養并未達到良好的狀態;學生答對科學探究題并不是通過科學探究素養真正落地的方式達成的，而是通過強化訓練、機械訓練、套答套作來獲得高分。

（二）結構分析

1.化學科學探究素養構成維度及水平界定

第一，化學科學探究素養可分為探究實踐和探究思維兩個維度。為更方便描述化學探究素養，有必要把7項能力變量進行因子分析，提取主要維度進行描述。進行KMO和巴特利特檢驗，顯示KMO取樣適切性量數為0.676，說明該數據可做因子分析。在SPSS 25中輸出成分得分系數矩陣（見表3）和旋轉后空間中的組件圖（見圖2）。

得分系數中，根據相關度的緊密程度，將科學素養分為兩個維度：維度一，制訂計劃能力（0.016）、選擇探究方法能力（-0.017）、進行實驗能力（0.1017），命名為探究實踐;維度二，猜想與假設能力（0.323）、反思與評價能力（0.327）、探究態度（0.435），命名為探究思維。從各維度對探究素養整體得分的貢獻度看，探究實踐的貢獻度最小，探究思維貢獻度最大，兩者差異顯著。

第二，探究素養的兩維度三水平結構模型。在劃定化學探究素養為三層水平，并找到各層次劃分點后，筆者嘗試按層次描述化學探究素養。研究方法：各層均抽取30份答卷，三層次共抽取90份答卷，對90份答卷進行研究。抽取辦法是圍繞每一層的聚類中心抽取答卷，圍繞聚類中心抽取樣本研究，充分考慮了樣本的代表性。依據普通高中化學課程標準與學業質量水平的要求，嘗試以兩維度三水平層次對化學探究素養進行描述，表4為化學科探究素養水平劃分框架。

通過對兩維度三水平的多重比較分析表明，各維度的構成因子之間均存在顯著性差異，說明上述內容分析及等級劃分是合理的。

2.被試三個層次類群的素養維度得分分析

對中等、及格、不及格三個層次被試的探究實踐和探究思維進行得分統計（見表5）發現，中等水平學生的探究實踐略高于探究思維，說明這個水平的學生，即使在未能經常親歷科學探究歷程，但憑借其想象力、日常觀察、理解力和其他未知途徑的探究實踐活動，其探究實踐水平與探究思維水平得以協同提升，呈現實踐引領思維的發展趨勢。而及格、不及格學生群體的探究實踐得分明顯低于探究思維得分，說明對這類群體學生而言，探究實踐并未能夠轉化為支撐探究思維發展的動力，或者探究思維的發展是脫離于探究實踐而前行的。

為了進一步探索探究思維與探究實踐之間的協同關系，筆者還需要進行兩者的相關分析。

3.探究素養不同維度及其構成因子的相關分析

將探究思維與探究實踐的各構成因子進行相關分析（見表6、表7），結果發現：兩者總體呈負相關關系，其中，猜想與假設和探究實踐、實驗操作與探究思維相關不顯著，探究態度、反思評價與探究實踐顯著負相關，數據處理、實驗設計與探究思維顯著負相關。

上述結果令人意外，與學習科學中的“知行合一，知行并進”的教育思想和教學預期相背而行。高二階段的科學探究，應當體現在認知層面上基于實驗現象和實驗數據的證據推理與模型建構，在問題解決層面上的項目式學習。然而事實上，筆者真正實施的是脫離動手操作的認知建構和探究性問題解決。因此，可以推測，出現上述結果是筆者長期采取以解題為載體的科學探究素養教育模式的結果。

為了證明“實踐與思維呈正相關”的推測，筆者進一步統計不同層次學生的探究實踐與探究思維的相關程度（見表8），但統計結果并不支持筆者的推測。

上述統計結果表明，探究實踐與探究思維總體上是顯著相關的，但教師的教學處理卻使兩者發生顯著負相關。其原因是探究實踐的空無以及探究實踐活動過程中思維參與的缺席。未來的教學中，不僅要進一步補足本應實施的探究實踐，而且還要提升探究實踐的思維參與水平。

4.化學探究素養兩維度三水平性別比較

進行探究素養兩維度性別間的比較，發現探究實踐能力上男生（18.239）略高于女生（17.695），但沒有顯著性差異;探究思維上男生（18.015）和女生（18.489）存在顯著性差異，女生得分稍高。女生在探究思維上優于男生，與日常觀察基本相符。但與教育愿景可能相背離。

三、結論、討論與建議

（一）結論

1.化學探究素養可劃分為三層水平和兩維度

用聚類法進行化學科學探究素養的劃分，獲得有效層級三層。化學探究素養整體得分比率61.7%，僅達合格水平，其中學生制訂計劃能力、猜想與假設能力和反思與評價能力尤其欠缺。多數學生屬及格水平，個體差異不顯著。

進行因子分析，化學探究素養可分為探究實踐和探究思維。探究實踐對探究素養整體得分的貢獻度最小，探究思維貢獻度最大，兩者差異顯著。

2.構建了探究素養的兩維度三水平結構模型

建構了化學探究素養結構模型。圍繞聚類中心抽取樣本研究，進行探究實踐和探究思維兩維度各三水平的描述。探究實踐包括實驗設計（前設計、簡單設計、復雜設計）、實驗操作（操作導向、數據導向、目的導向）、數據處理（事實性結論、概念性結論、規律性結論），探究思維包括提出問題（邊緣性問題、本質性問題、系統性問題）、提出假設（直覺假設、邏輯假設、理據假設）、結論解釋（先驗式推理、證據式推理、發現式推理）。具體見圖3。

3.素養維度、性別得分相關性分析

總體而言，探究實踐得分略低于探究思維，即探究實踐的思維參與水平不高。探究實踐能力上男生略高于女生，探究思維上女生得分顯著高于男生。

（二）討論

高中階段的科學探究能力發展停滯不前，多數學生探究能力僅近乎及格水平。化學科學探究素養的培育，從初三開始啟動，要求學生能通過實證活動來生成化學智識、觀念和方法，這種教學方式要求學生親歷動手做實驗，讓學生的探究素養扎根于充滿默會知識的實踐土壤中逐階發展。然而，很多初中教師認為“初中化學不用做實驗”，很多高中老師則提到實驗室被挪作他用、實驗員缺乏、實驗儀器不足等。學生的探究實踐變成了解題實踐，從紙得來到紙上應用，自然趨于淺薄、困惑，這導致學生的探究素養停滯不前，趨于群體平庸。

上一輪課改努力追求的科學探究式學習方式，在實際操作中異化效應得以顯現。探究式學習的浪潮，發源于2003年啟動的新課程改革，持續近15年，但這種教學方式仍未能得到有效實施，教師的科學探究之教育理念，仍然僅限于表演課、比賽課中使用。

（三）建議

第一，重建科學探究文化。學校要崇尚科學精神，宣傳科學家先進事跡，倡導師生參與創新實踐活動。這樣，才能徹底反思“唯分數”“唯升學”教育行為，以“挖骨療傷”之勇氣，找準問題，忍痛祛除思想“毒瘤”，促進教育新發展。

第二，整合科學探究學習課程資源。學校要把經費投入實驗室擴建、重建中，提升實驗員或實驗老師待遇和地位，吸引優秀教師從事實驗教學工作;構建以科學探究為核心的研學課程體系，開發以研究性學習為核心內容的科學實踐教學活動課程。

第三，重構理科教學質量評價體系。建立面向學科課程的教學和科研質量評估體系，建立理科課程教學首席專家團隊，將學科管理重心轉向學科課程教學。理科課堂教學的質量評價指標和文科課堂評價指標應有所區別，并把探究精神的培養設定為剛性指標。

總之，實施新一輪核心素養為本的教學改革，需要聚焦于學科教學的公平性和科學性，實施新穎、高效的教學方式，為實現立德樹人和科技強國之目標而回歸初心、重建態度、重構體系。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]劉東方，王磊.科學探究能力的構成要素——基于國外科學課程文件的分析[J].化學教育，2012（9）.

[3]張昊旻，沈蘭.物理學科核心素養中的“科學探究”水平研究[J].物理教學，2019（12）.

注：本文系2019年廣西教育科學規劃課題“新高考背景下普通高中課程設置和教學改革的實踐探索——以南寧市第三中學為例”（編號：2019A056）的研究成果。

【作者簡介】貝偉浩（1972— ），男，廣西昭平人，碩士研究生學歷，高級教師，科研處主任，研究方向為中學教育教學及教育管理研究;黃 都，通訊作者，教育學博士，廣西民族大學三級教授。

（責編 李 言）