人教版高中化學教科書的科學風險教育內容分析與啟示

曾艷 郭思妙 吳瑤瑤 嚴佳

摘要：? 從科學風險來源和風險學習活動設計兩個角度構建分析框架，以人教版高中化學教科書為研究對象，分析科學風險內容的編排方式與特點。研究發(fā)現(xiàn)，風險種類和數量分布均顯示教科書重視科學風險對個人與社會的影響；教科書重視風險展露及風險保護行動的學習活動設計，且風險嚴重性等級分布符合學生風險感知需求，但對風險理解和保護行動評估的內容設計偏少。據此對科學風險教學實踐提出建議。

關鍵詞： 高中化學教科書； 科學風險教育； 內容分析； 學習活動

文章編號： 10056629（2024）04000806

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

*

2023年湖北省教育科學規(guī)劃重點課題“社會文化理論視域下中學科學風險教育的現(xiàn)實困境及破解策略研究”（2023GA010）、

華中師范大學中央高校基本科研業(yè)務費“教師教育專項”課題（CCNUTEI 202209）、

2021年教育部“人工智能+教育”新文科教師教學發(fā)展示范中心建設項目階段性成果。

1? 問題的提出

隨著科學工具理性的泛濫以及科技發(fā)展態(tài)勢的不可控性，現(xiàn)代社會中個體需要應對的科學風險更加錯綜復雜。進行科學風險教育，一是可以激發(fā)學習者關注生活、生產和社會的責任意識；二是體會學科知識的應用價值，形成對科學與社會關系的深度理解；三是在利用跨學科知識對真實情境中的科學風險產生的原因和后果進行探究的過程中發(fā)展批判性思維；四是通過創(chuàng)造性地提出風險防范或化解的方案，提升學習者的問題解決能力。同時，科學風險教育對于教師成長也很有意義，科學風險的解讀帶有明顯的多學科交叉性、不確定性和社會敏感性，教師必須具有科學哲學和科學社會學等跨學科知識素養(yǎng)，科學風險教育的實施能促使教師持續(xù)研究，拓展專業(yè)成長路徑［1］。

國內外學者關于科學風險教育的研究主要分布在以下幾個層面：第一，科學風險的概念屬性特征。學界一致認為風險共同屬性應該包含嚴重性、后果和不確定性（Aven， 2012［2］； Schenk et al.， 2019［3］），科學風險與其他類型風險的最大區(qū)別就在于其不確定性及來源，而現(xiàn)代科學風險的特殊性主要體現(xiàn)在不確定性、不可感知性和整體性三方面。第二，科學風險認知水平及影響因素。國內外研究經歷了從單一的感知結構評估到風險知識、決策能力等融合評估的發(fā)展，著重從個體因素、信息流和群體文化三個角度分析一般風險感知的影響因素。第三，科學風險課程內容的設計。Zint（2001）［4］等首次對科學風險教育目標進行了系統(tǒng)刻畫，即風險識別、風險評估及風險決策和管理溝通。科學風險認知已經成為發(fā)達國家理科課程特色［5］，《英國國家課程》明確將風險認知作為科學教育的6個主題之一。我國科學課程標準中雖然也有關于風險意識的表述，但是在科學教育實踐中依然是比較隱性的內容，陸軍（2016）［6］、倪娟（2016）［7］等學者闡述了化學風險的分類，進行了科學風險議題教學案例的設計，而對于科學領域學校課程中科學風險教育開展的路徑和策略并未有深入探索。

教科書是進行科學風險教育的重要材料，研究教科書中的科學風險教育內容及編排是否與不同階段學生的風險感知心理相匹配，有助于啟發(fā)教師利用合理策略幫助學生建立風險可控觀念，增強其風險應對能力。因此，本研究嘗試建立教科書的科學風險內容分析框架，利用內容分析法系統(tǒng)考察人教版高中化學教科書中科學風險內容來源特征、風險學習活動分布樣態(tài)和編寫策略，并將其與已有研究報告的高中生風險感知水平的調查結果進行比對，以期對學校課程中的科學風險教育實踐有所助益。

2? 研究設計

2.1? 研究對象

選擇使用最廣泛的人民教育出版社2019年出版的高中化學教科書為研究對象，包括必修二冊（記為A）和選擇性必修三冊（后文簡稱“選必”，記為B）。

2.2? 研究方法

研究主要采用內容分析法，分析兩方面內容：一是科學風險來源類別與分布；二是科學風險學習活動內容具體的構建方式。

2.2.1? 分析框架的確立

科學風險學習內容來源分析框架的制定參考了陳凱［8］對英國理科教科書的科學風險來源歸類的三大類22個維度。刪去其中生物、物理相關內容，對于某些有重疊性的指標進行修改合并，如將“知識復雜性”下的四個維度簡并為兩個；將“土地問題”分解納入“環(huán)境污染”和“資源開發(fā)利用”指標；對“科學發(fā)展的影響”這一對其他維度有涵蓋性的指標予以刪除。最終將科學風險來源分為三大類13個維度，見表1所示。

科學風險活動設計分析框架以Perry［9］的保護行為決策模型為理論基礎，結合嚴西平［10］等人對風險教育要素的闡述及教科書分析的實際需要進行構建，將教科書幫助學生認識科學風險的活動主要分為三種類型：風險感知活動、風險評估活動和風險決策活動，具體見表2所示。

2.2.2? 分析單位與編碼方式

本研究以教科書的學習活動為最小分析單位進行編碼，包括正文和欄目。每一維度按在教科書中不同位置出現(xiàn)次數計，當其在相同活動中多次出現(xiàn)只記錄為1次，但出現(xiàn)在不同活動中另記次數。

2.2.3? 信度分析

本文選定科學風險內容豐富的必修第二冊第五章與第八章風險活動內容為信度檢驗樣本，樣本占比大于20%［11］，由兩位接受了編碼操作性說明培訓的化學教學論研究生共同編碼，用穩(wěn)定性系數rn=n×X1+（n-1）×X表示信度，X=2MN1+N2。本研究風險來源分析框架的信度系數為0.86，風險學習活動設計分析框架的信度系數為0.84。編碼不一致的地方，邀請專家根據編碼規(guī)則進行討論，直至達成一致。統(tǒng)計數據處理采用Excel軟件進行。

3? 數據結果與討論

3.1? 教科書科學風險內容來源分布樣態(tài)

五冊人教版教科書中共出現(xiàn)科學風險相關內容129次，必修共70次，占比54.3%，“選必”共59次，占比45.7%。進一步對風險來源進行分析，如圖1所示，發(fā)現(xiàn)社會性風險下的環(huán)境污染（25.95%）和健康與疾病（27.48%）是教科書中占比最多的兩類科學風險內容，而實驗風險（20.61%）與科學知識復雜性帶來的風險（16.79%）則占比較少，這在一定程度上說明人教版教科書非常重視引發(fā)學生認識科學與自身、社會的關系，激發(fā)學生辯證性思考真實的社會性問題，培養(yǎng)社會責任。

郭科［12］等研究發(fā)現(xiàn)高一學生對風險恐懼心理大，考慮調節(jié)學生心理因素，在必修冊教科書中可以適當調整風險來源的分布，增加資源開發(fā)和利用類風險內容，降低環(huán)境污染風險內容占比，避免學生產生化學會引發(fā)環(huán)境污染的刻板印象，引導學生認識人類對科學技術的恰當使用可以形成對風險的有效規(guī)避和防范。

3.2? 教科書科學風險活動分布樣態(tài)

對教科書中涉及的三類風險學習活動數目進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)風險感知活動總占比為49.7%，其中風險展露占比35.8%，風險理解僅占13.9%；風險評估活動總占比為19.2%，其中風險嚴重性評估占比16.3%，風險可能性評估僅占2.9%；風險決策活動總占比為31.1%，其中風險保護行動搜索活動占比20%，保護行動評估活動僅占比11.1%。這些數據表明，教科書非常重視對風險感知和風險決策活動的設計，但更多是停留在“知道”水平層級，促進學生深度理解風險和對多種保護行動的評估內容分布都相對偏少。而真實情境下，科學風險的應對往往是在復雜系統(tǒng)中做出快速決策，學生不僅需要知道科學風險的存在形態(tài)，更需深度理解風險、多角度認識不同類型的保護行動，才可能快速并有效地應對。

3.3? 教科書科學風險活動設計方式分析

3.3.1? 風險感知活動設計方式分析

對化學教科書的科學風險感知活動從展露和理解兩個維度進行統(tǒng)計，具體見表3所示。必修和“選必”教科書中的分布特點相似，閱讀性專欄出現(xiàn)最多，而且類別豐富。例如教科書介紹“食品中的二氧化硫”時，用“資料卡片”“注意”等專欄對實驗風險進行了注解。教科書的這種設計啟示教師要利用閱讀性專欄激發(fā)學生興趣，引導學生多開展自主學習，拓展科學風險知識的廣度。

教科書在內容設計中重視學生科學風險理解活動的設計，如表3所示，教科書選擇促進學生風險理解的方法主要是“解釋”，例如請學生“分析形成酸雨可能的原因”，請學生了解“草木灰與銨態(tài)氮肥不能混合施用”的原因，了解“為什么聚氯乙烯塑料制品不能用于餐具和食品包裝”。

比較、舉例、歸納、推斷等風險理解的方法出現(xiàn)頻次相對較少，但這些方式對學生深度理解風險很有價值。“比較”有利于學生理解不同的風險本質之間的相似與差別。而“舉例”這一方法可以拓寬對所學風險了解的廣度，例如，教科書請學生舉例說明工業(yè)上利用哪些物質與含硫氧化物和含氮氧化物進行反應來控制酸雨，并指明反應類型。

歸納與推斷的方法與“證據推理與模型認知”的化學學科核心素養(yǎng)相呼應，教科書中涉及歸納策略時，常常會通過信息收集的方式呈現(xiàn)，例如教科書要求學生查詢安全使用甲醛的方法，并形成論文進行展示，鍛煉了學生信息加工與輸出的綜合能力。又如請學生歸納安全使用食品添加劑的注意事項，如圖2所示。

推斷方法則對學生靈活應用知識的要求更高，例如，教科書請學生分析推測“d處魚類大量死亡的原因”，如圖3所示。又如在酸雨相關的探究活動中，教科書讓學生收集當地雨水并“判斷本次降雨是否為酸雨”。

注：上圖源自2019年版人教版高中化學教科書必修第二冊。

3.3.2? 風險評估活動設計方式分析

數據表明，五冊教科書中對風險嚴重性的描述較多（62次），而對風險可能性的描述較少（11次），且多采用“可能”這一詞模糊地描述科學風險的“不確定性”。教科書更多描述科學風險對個人造成的危害性（77.42%），更多地引導學生從自身或身邊事物出發(fā)理解和防范科學風險，從內在情感體驗發(fā)展到外在的主動踐行。

對教科書中科學風險嚴重性等級分布進行分析，參考風險矩陣法（簡稱LSR法）將風險嚴重性分為低、中、高三個水平，得到數據分布如圖4。必修對嚴重性為中度的個人風險和社會風險描述占比較大，而“選必”則對個人危害為低度的風險內容占比較大，揭示教科書考慮了風險危害度的適度表達，以調節(jié)高中學生風險危害性認知的極端反應。

3.3.3? 風險決策活動設計方式分析

對教科書中的決策活動設計方式按照搜索策略和評估策略兩類進行統(tǒng)計，具體分布見表4。教科書中采用直接告訴學生特定風險的保護行動占比最高（67.11%），例如，“煤礦中的爆炸事故多與甲烷氣體爆炸有關……必須采取通風、嚴禁煙火等措施”，這類內容可以簡單快捷地讓學生了解風險保護知識。教科書設計讓學生主動查閱資料獲得保護方法則更能促進學生利用信息素養(yǎng)、增強風險防范能力，例如在學習“化學與可持續(xù)發(fā)展”一章時，教科書請學生查閱赤潮的特點與防治措施。有些科學風險內容是學生之前學習過或在生活中實際面臨的，加工生活經驗與已有知識讓學生能更主動、深入地理解保護行動。但這兩種保護行動搜索策略在教科書中占比相對較少（分別為2.63%和13.16%），這可能是考慮到高中學習時間比較緊張。另外，數據表明，必修保護行動搜索出現(xiàn)的次數要明顯大于“選必”，這有利于降低高一學生對風險的恐懼感。

面對同一科學風險，可以提出多種保護行動，如表4所示，教科書引導學生從原理、成本、效果和副作用多種角度對風險保護行動進行分析與評估。而“選必”的各類保護行動評估活動均多于必修，表現(xiàn)出教科書對學生發(fā)展性的考慮。保護行動評估還可以從后續(xù)監(jiān)測與維護、設備要求等角度進行。對于高中生來說，課本所使用的四種評估角度與知識的關聯(lián)性最緊密，能在訓練學生多角度思維的同時加深對知識的理解。

4? 研究結論

對人教版教科書中科學風險內容進行系統(tǒng)分析，得出以下結論：

（1） 從科學風險來源類別來看，人教版高中化學教科書中環(huán)境污染和健康與疾病風險出現(xiàn)頻次最多，而實驗風險與科學知識不確定性帶來的風險出現(xiàn)頻次較少。教科書可以適度考慮增加后者，同時注意減少學生形成諸如化學造成環(huán)境污染的刻板印象，辯證認識科學與人類、社會的關系，形成正確的科學本質觀。

（2） 人教版高中化學教科書中，三類風險學習活動的分布統(tǒng)計顯示，對風險展露和保護行動的描述比較豐富，促進風險理解和對保護行動的評估內容則偏少，選必階段可以考慮有所增加，以提升學生在真實情境下科學風險的實際應對能力。

（3） 教科書中科學風險學習活動設計在風險展露方式上，背景性正文較少，風險背景的描述有利于激起學生學習興趣，主動討論風險問題；在風險理解策略、風險嚴重性分布、保護行動搜索與評估方面，教科書的設計與高中生風險感知水平得到了良好的契合。

5? 啟示建議

5.1? 采用多種方法引導學生深度理解科學風險

風險感知具有主觀性，因此教師在教學中應盡量鼓勵學生發(fā)表對爭議性風險的不同看法，降低個體對客觀事實的認知偏差［13］。例如，在“農業(yè)生產中是否應該繼續(xù)施用化肥和農藥”的社會性科學議題教學中，教師可以引導學生從增產效果、食品口感、環(huán)境安全性和經濟成本等方面進行正反方觀點舉例，對比觀點，對安全使用農藥和化肥的注意事項進行歸納和總結，并且介紹綠色農藥前沿發(fā)展的科技信息，拓展學生對化肥和農藥的發(fā)展性認識，綜合利用比較、歸納、推斷等方法策略形成對于使用農藥和化肥的科學風險的深度理解。

5.2? 重視可能性評估引導學生理性認識科學風險可控性

教師教學中需要強調科學風險可控的理念，不僅教學生從后果嚴重性方面評估風險，更需要重視對風險可能性評估的引導，例如，“潔廁靈”與“84消毒液”混用對個人危害度高，風險后果嚴重，但教學中可以強調采用規(guī)范的操作會使該風險發(fā)生的可能性非常低，進一步指明科學風險的可控性。另外對保護行動的評估也可以增強學生利用已學知識減弱風險影響的信心，如教師可以讓學生設計現(xiàn)代城市地下金屬管道和地上鐵軌各自的防腐蝕方案，并對比評估方案，增強學生對城市建設中科學風險的控制意識和解決真實問題的能力。

5.3? 采用“感知評估決策”線索整體設計科學風險研究性學習活動

教師對教科書出現(xiàn)頻率最高的環(huán)境污染和人類健康類科學風險可以進行深加工。如必修第二冊教科書“氮及其化合物”的主題中關于酸雨的研究性學習活動中的科學風險教學活動設計要素如圖5所示。

此研究性活動很重視“風險理解”環(huán)節(jié)，在研究過程中還涉及到了設定參照、多次實驗取均值等常用的科學方法，對學生形成科學思維有重要作用。只是“風險評估”環(huán)節(jié)略顯簡單，且缺少對酸雨發(fā)生可能性的描述。教師可以將前面貫穿性正文中對酸雨后果的風險評估內容調整組織在這個研究性活動中，采用“感知評估決策”線索，分解為“識別理解后果嚴重性評估可能性評估保護行動搜索保護行動評估與決策”六個階段學習活動，引導學生從成因、危害、判定和防治幾個角度深入認識酸雨引發(fā)的科學風險，提升學生科學思維和風險防范應對能力。

參考文獻：

［1］倪娟. 科學風險認知與決策能力教育研究［J］. 教育科學研究， 2019，（5）： 92～96.

［2］Aven T. The risk concept — historical and recent development trends ［J］. Reliability Engineering & System Safety， 2012，（99）： 33～44.

［3］Schenk L， Hamza K M， Enghag M， et al. Teaching and discussing about risk： seven elements of potential significance for science education ［J］. International Journal of Science Education， 2019， 41（9）： 1271～1286.

［4］Zint M， Peyton R B. Improving risk education in grades 612： A needs assessment of Michigan， Ohio， and Wisconsin science teachers ［J］. The Journal of Environmental Education， 2001， 32（2）： 46～54.

［5］梁雪峰， 倪娟. 淺論中學化學科學風險認知教學——以“天然氣的利用——甲烷”為例［J］. 化學教學， 2015， 37（12）： 38～43.

［6］陸軍. 化學教學中學生科學風險認知及其能力的培養(yǎng)［J］. 課程·教材·教法， 2016， 36（1）： 104～109.

［7］孟獻華， 倪娟. 化學教學中的風險議題選擇與應用［J］. 化學教學， 2016， 38（2）： 33～37.

［8］陳凱， 聶博， 龐子璐. 經典綜合理科教材中的科學風險議題內容分析——以英國《社會中的科學和技術》教材為例［J］. 中小學教材教學， 2022， 92（8）： 52～57.

［9］Lindell M K， Perry R W. The Protective Action Decision Model： Theoretical Modifications and Additional Evidence ［J］. Risk Analysis， 2012， 32（4）： 616～632.

［10］嚴西平. 理科教學中關注“科學風險認知和決策能力”的課堂實踐［J］. 基礎教育課程， 2019， 248（8）： 65～70.

［11］McClary L K， Talanquer V. College chemistry students mental models of acids and acid strength ［J］. Journal of Research in Science Teaching， 2011， 48（4）： 396～413.

［12］郭科， 胡源龍， 曾艷. 青少年對化學學科中科學風險感知的現(xiàn)狀調查與分析［J］. 化學教育（中英文）， 2023， 44（13）： 88～94.

［13］郭科， 胡源龍， 曾艷. 基于Eilks教學模式的科學風險議題教學設計——以“雪糕刺客中的食品添加劑”為例［J］. 化學教學， 2023， 45（3）： 60～65.