5E視角下的中學化學探究式教學設計評價研究

摘要： “科學探究”是化學學科核心素養的重要組成部分，也是化學教學的重要手段，化學探究教學的水平評價是個值得探討的問題。利用基于“5E探究模型”的教學設計評價工具對部分期刊中發表的教學設計案例進行評分，從不同階段對比、環節細節對比以及發展性等方面進行結果分析，提出注重探究的實踐屬性、過程屬性和評價設計的優化策略，以期為探究教學設計與實施提供參考。

關鍵詞： 化學探究; 教學設計評價; 5E模式

文章編號： 1005-6629（2024）07-0020-07 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

“科學探究”是化學學科核心素養的重要部分和化學教學的重要理念和手段。化學教學逐漸從“知識取向”“能力取向”轉為“探究取向”“素養取向”，探究不但是需要學生經歷的重要科學實踐［1，2］，也是學習化學概念的重要方式［3］。因此，化學探究一直是化學教育界重點關注的研究對象，這從相關文章的龐大數量和各級各類優質課比賽中對探究的強調也可看出。如果說研究探究教學的終極目的是促進學生的發展，那么關鍵在于教師對探究教學的設計和實施。如果教師對探究教學的設計本身缺乏探究的本質特征，那么教學實施就更難達到科學探究預期的追求［4］。學術期刊是教師了解科學探究的一種重要渠道，而其中的教學設計是比理論分析和問題探討類文章更加直觀的學習材料［5］。對期刊中教學設計的研究，能夠在一定程度上揭示教學設計的水平，進而為教師的教學設計和實施提供進一步參考［6，7］。

1 研究設計

1.1 研究問題

我國化學教育對探究的關注主要始于2001年《全日制義務教育化學課程標準（實驗稿）》的發布，此版課標開始強調發展科學素養和經歷科學探究，可視為對學術期刊中探究教學設計研究的時間起點。

（1） 對科學探究的探索至今已有20余年，化學探究教學設計的整體表現如何、在概念教學上的表現有何特點？

（2） 《普通高中化學課程標準（2017年版）》開始轉向強調核心素養的發展，實際上將科學探究作為了核心素養的一部分，并重點關注學生作為主體的實踐能力發展以及“教學評的一致性”。因此提出問題：2017年前后兩個階段，探究教學設計在教學評的一致性以及學生參與程度上是否有明顯差異？

1.2 研究工具和思路

5EILP（the 5E Inquiry Lesson Plan）是由Bybee（2006）等人提出的最有影響力的基于探究的教學模式［8］，它通過將參與和評估階段納入Atkin和Karplus在科學課程改進研究（SCIS）中使用的學習周期（探索，發明，發現）［9］而發展起來，被稱為5E（Engagement， Exploration， Explain， Elaboration， and Evaluation）教學模式或5E學習環，該模式在我國也有廣泛的研究和應用進展［10］。Goldston開發了5E教案（5E ILPv2）標準來評估職前教師制定探究式教案的能力，經過改進后其量表顯示出較高的信度估計和結構效度，表明其在衡量個人制定基于探究教學的書面教案時具備有效性和可靠性［11，12］。

那么，作為探究式教學的一種框架，能夠評價所有的探究教學設計嗎？首先，不同教學設計模式之間并不存在不可打破的壁壘。已有研究證明5E模式與其他探究式教學模式之間存在一致性［13］，這意味著盡管有些教學設計不是按5E的方式進行，但它們的核心要素、價值追求是一致的。其次，探究教學設計評價的優劣指標不是“誰更符合5E環節”，而是指向探究教學內在的進步（過程性要素的完善、學生的積極參與等）及其與當下教育教學追求（如教學評一體化）的匹配程度。顯然從5E評價框架的細節來看，能夠滿足這個要求。最后，5E不一定是最好的評價標準，也不一定是最完整、最適合的探究模式，但屬于符合評價要求的工具，其在美國《下一代科學教育標準》（NGSS）中被推薦使用［14］就可以證明這點。

綜上，5EILP工具是適配探究式教學設計的評價工具，其詳細評價指標和評分標準如表1、表2所示。其中“指標”和“內容”源自Goldston經過心理測量學方法后確定的詳細標準［15］，“核心要素”是研究團隊根據“內容”為了方便評分和達成一致而設定的詳盡評分依據。

2 研究過程與結果

2.1 樣本選擇及編號

在中國知網中，以篇名“探究or探究教學and教學設計”，or主題詞“探究or探究教學and教學設計”，or關鍵詞“探究or探究教學and教學設計”，and摘要“探究and教學設計”等多個條件同時搜索，期刊名分別選擇《化學教育》《化學教學》《中學化學教學參考》和《化學教與學》（因為有關化學教育教學研究水平相對較高的研究成果大都集中在這四本期刊中［16］），得到結果后進行篩選，去除缺乏完整教學過程的、只做思路分析和建構而沒有教學設計的以及只有實錄分析充分而缺乏設計說明的文章，最后得到教學設計樣本共42篇，其中初中12篇、高中30篇。

樣本收集和篩選完成后，進行編號，編號中按先后順序以“1”和“2”分別表示“2017年之前”和“2017年之后”兩個時間階段；以“G”和“C”分別表示“高中化學探究教學設計”和“初中化學探究教學設計”；以兩位數字表示在42份教學設計中的順序。如編號1G01表示2017年以前的針對高中化學探究的教學設計，在樣本序列中排第一位。

2.2 試評、調整與再評

評價過程由3位分析人員具體操作。先各自通讀所有教學設計，對所有教學設計進行階段劃分（參與、探索、解釋、拓展、評價）。評分者之間比對階段的劃分結果，對不一致的部分進行商討，最終對階段的劃分達成一致。評分者各自對所有教學設計的全部指標進行評分，計算一致性，對差別明顯的評分結果進行商討，如有的項目評分者一打0分而評分者二打4分，對相差一分的項目則暫不予調整。重復上述過程直到一致性達到要求，最終計算得到肯德爾和諧系數為0.812，顯著性水平小于0.01，說明一致性水平良好。

2.3 結果與案例分析

2.3.1 階段對比分析

圖1展現了兩個學段在不同階段的對比。考慮到不同階段的滿分不同（5個階段滿分分別為16、16、24、12、16），所以通過先計算各階段的平均分，再用平均分除以各階段的滿分，算出“得分率”。總體上看，探索階段的表現最好，得分率達到85.42%，說明作為探究的教學設計來說，大都重視對探究過程本身的設計，突出了探究過程在教學設計中的占比；而評價階段表現不足，得分率只有13.69%，說明對評價的設計還不夠重視，部分教學設計甚至缺少對評價的設計；其他幾個階段則處在60%上下，達到“及格水平”；初中與高中兩個學段在各個階段和總分均沒有明顯差別。

2.3.2 各環節具體比較

將每個階段下全體樣本在各個環節細節中的平均分在圖2中進行展示，結合案例和表1、 2中的評分細則分析其中差別。

E1得分較低的是“E1-3提供討論或提問”。如在“酸堿”的探究中［16］，參與階段做到了利用洗發水和水果等貼近學生經驗的事物激發學生興趣和引入酸堿性的知識，關聯度高并指向學習目標，且由其分類和酸堿性測定自然過渡到探索階段，因此“E1-1激發興趣”“E1-2引入知識”和“E1-4自然過渡”都達到滿分。唯獨缺乏學生討論或提問的機會，所以E1-3得分為0。

E2中關注較少的是“E2-4收集學習情況證據”。如在“化學能與熱能”的教學［17］中，探索階段清晰展示了教師對學生的指導細節，并提供足夠的活動供學生參與，且內容指向學習目標，因此“E2-1適當指導”和“E2-2促進實踐與思考”拿到滿分。但是實驗的設計由教師完成，學生的主要活動是按照要求進行操作和回答問題，而并沒有提出問題的機會和被收集學習情況并反饋的過程，因此，“E2-3學生中心”獲得高分，E2-4得分較低。

E3中“E3-3討論促進概念和技能發展”和“E3-6從解釋中評價學生”表現相對不足。如在“質量守恒定律”的探究中［18］，解釋階段由對實驗現象的原因追問過渡而來，其問題內容基于實驗本身、指向教學目標并具有引導性，因此“E3-1自然過渡到解釋階段”和“E3-2問題促進概念和技能發展”得到滿分；后續從模型圖、化學式和動態過程等不同角度完整解釋了概念內涵和應用范圍，因此“E3-4完整解釋”和“E3-5多種方式促進解釋”得到了滿分；然而整個E3階段缺乏討論，只有收斂性問題而無發散性問題，因此E3-3得1分；缺乏讓學生進行展示然后再評價學生表現，因此E3-6得0分。

E4中關注較少的是“E4-3聯系生活”。如在“鐵及其化合物”的教學［19］中，拓展階段的內容是分析工業尾氣中氯氣的處理方案原理，并設計了追問，在邏輯上與探究和解釋的內容相通，并且在新情境中運用了所學概念和技能，因此“E4-1自然過渡到拓展”和“E4-2情境遷移”得到滿分，但并未與學生所擁有的生活經驗相聯系，因此E4-3得0分。

E5整體得分較低，很多教學設計都缺少詳盡的評價設計，有些設計了評價內容但沒有展示評分標準，且有時與教學目標不完全一致。

2.3.3 發展性分析

由圖3可知，在五個探究階段與總體的對比上，2017年前后兩條曲線幾乎重合——無明顯變化，也即新課標的發布并未帶來探究教學設計水平的提高。盡管這與期待稍有不符，但同時在一定程度上說明新課標的發布雖然開始把核心素養作為學生發展的核心目標，但對探究活動本身來說可能尚未產生顯著的積極影響。國外的研究中也出現過類似的結果［20］。

能夠體現學生參與程度的主要指標是E1-3、 E2-2、 E2-3、 E2-4、 E3-6，內容在于關注學生的活動、主體性體現；能夠體現“教、學、評”一致性的主要指標是E5-2、 E5-3、 E5-4，內容在于關注評價有沒有考慮與目標的一致性。將上述兩個指標集合計算出如圖4的平均得分率，可以發現在2017年之后，學生主體性的體現稍有所提升，“教、學、評”一致性有顯著提升。

2.4 研究結論

2.4.1 探究中十分重視概念學習

在“將科學探究作為重要教與學的方式”這一點上做得比較充分。首先體現在“解釋”和“拓展”階段上，這兩個階段的主要作用就是在探究活動本身完成后，過渡到對概念的建構以及拓展應用；其次還體現在其他階段的具體指標上，例如E3-3、 E3-4、 E3-5等，分別指向了基于問題對概念學習的促進、對概念的充分解釋上。宏觀來講，在探究教學中完成了對概念的解釋、拓展應用等方面。

2.4.2 探究中對評價的設計不足

從結果分析的各部分中都可看出，在探究教學設計中評價設計是不足的，包括無評價、有評價部分但無細節、有評價內容但無清晰標準、有評價內容和標準但與目標一致性不足等問題。從形式上看，不乏評價這個基本構成部分，但經常還停留在“即時反饋”“課堂或課后練習”等形式上，對學生學習證據的收集不足；從內容上看，不乏對學生概念理解的評價，但缺少對探究過程本身表現及探究水平的評價；從類型上看，不乏完成探究和概念學習后的結果性評價，但缺少足夠的過程性評價；從主體上看，不乏教師對學生的評價，但缺少生生互評及自評；從理念和目標上看，不乏對概念及實驗方法和結論的評價，但缺少對素養的評價和充分的教學評一致性。

2.4.3 探究中對學生的重視不夠

從各個階段的環節細節分析中可以發現，表現不足的往往出現在與學生活動相關的內容中，例如“E3-3討論促進概念和技能發展”“E1-3提供討論或提問”和“E3-6從解釋中評價學生”等；但是“E2-3學生中心”的分數卻比較高。這實際上說明，經過二十多年強調學生的主體性、禁止教師代替學生進行探究、給學生提供機會進行積極主動的科學實踐等，喚醒了教師普遍的關注學生和給學生表現機會的理念，但在具體實施的細節上還有不足。例如盡管想著讓學生進行探究，卻沒辦法完全放手讓學生去做；盡管知道要重視評價學生，但在評價方式和教學評一致的追求上還有不足。

3 優化策略與建議

3.1 注重探究的實踐屬性

在研究結果中可以看到，學生的討論活動、學習情況證據的收集、從解釋中對學生進行評價等指標的缺失，都在表明在探究教學中沒有突出學生的自主實踐活動以及對此的評價和促進。實踐首先應強調人的主體性［21］，探究教學中學生的主體性尤其應該被突出。突出學生在探究中的主體性思路非常簡單——讓學生獨立進行大多數的探究環節：學生認知和能力水平足夠獨立進行，那就盡管放手讓學生去做；如果水平稍有不足，教師再予以指導，搭建腳手架而不要代替；如果指導后還是無法進行，那說明整個教學的設計難度過高，應該及時調整。總之，應該想盡辦法讓學生成為探究實踐的主體，避免出現結果分析中所提到的問題。

3.2 注重探究的過程屬性

經前文分析可知，目前的探究教學設計都強化了對于概念建構的作用，但對于科學探究本身的學習和實踐還不夠。在化學教學中，探究活動既充當著部分概念的最佳學習途徑，也是學習內容本身。作為概念的學習途徑來講，已經做得比較充足。作為學習內容本身來講，既要學過程又要學結果，但過程是首要的，要讓學生充分參與探究過程、理解什么是探究以及如何進行探究，并且對學生的探究過程表現做出評價。

3.3 注重探究的評價設計

設計評價時要注意，主體上，要盡可能設置自評與互評，自評的反思效果其重要性不言而喻，是元認知提升的重要手段［22］；而互評交流的過程中，能讓學生體驗同質或異質同伴在探究過程中的表現，既能看到同伴出現的問題有則改之無則加勉，又能看到同伴的高水平表現，起到榜樣作用；另外，從根本上講，同伴互助學習本身就是知識創生的重要手段［23］。側重點上，要多關注過程性評價即學生探究過程中的表現，而不要僅停留在探究結果的達成和概念的應用。

就本研究而言，也可以做進一步的拓展優化。一方面，對樣本做進一步的細分與擴大：細分到如某地區教師教學比賽時的教學設計，這樣可以直觀看出該地區比賽的教學設計水平變化；擴大主要指數量上的增長，能夠在一定程度解決前文提到的由于樣本不足出現的系統性問題和統計深度問題。另一方面，還需要細化分析方法，例如根據物質性質探究、反應規律探究等劃分不同的探究問題類型，根據新授課和復習課劃分不同的類型，也許會得到新的結論和有意義的啟發。

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