ADI技能視域下高中化學教科書中探究活動的分析

摘 要： 基于ADI技能七要素分析框架，對人教版高中化學教科書中的探究活動進行檢視。研究發現，大部分探究活動能較完整地融入ADI技能，但“反思”要素略有缺失。ADI技能要素在人教版教科書探究活動中整體以水平2的層次呈現，選擇性必修教科書與必修教科書相比，“證據”要素的水平得到提升，其余技能要素水平并無差異。

關鍵詞： 科學論證； ADI技能； 化學教科書； 探究活動

文章編號： 10056629（2024）12000806

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 問題的提出

科學論證在培養學生科學素養方面具有重要地位，其教育價值引起了各國的高度重視。美國2011年頒布的《K12科學教育框架》明確將“基于證據的論證”作為科學實踐維度必不可少的要素［1］。Osborne也強調論證能力在提升學生科學探究、科學推理、批判性思維和合作學習能力等方面均具有重要作用［2］。

科學論證與科學探究緊密相關，它們都能使學習者組織他們的思想、展示他們的成果，以及支持他們的過程［3］。Newton等從探究視角出發，認為科學論證并不是在科學探究完成后才進行論證得出結論的過程，而是一個深入探究的過程，科學探究的每一個環節都需要學生進行論證［4］。我國《義務教育化學課程標準（2022年版）》主張讓學生經歷以實驗為主的科學探究，并基于實驗事實發展證據推理、建構模型和推測物質及其變化的思維能力［5］。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》也要求學生具有證據意識，理解基于證據進行分析和推理等對于科學探究的重要性，能建立觀點、結論、證據之間的關系［6］。可見，在科學教育中實施論證教學可以促進學生對科學知識的建構以及科學探究的深入開展，因此論證式探究（argumentation-driven inquiry，簡稱ADI）教學逐漸在科學教育界興起，并成為普受推崇的教學方式與重要的研究議題［7］。

教科書是學生學習最直接的內容載體，也是教師教學的主要資料。它通常會直接影響教師對教學法的選擇、教學活動的設計、學生的考核等［8，9］。對于ADI教學，教科書中的科學探究活動是實現這一教學方式的主要媒介，它的設計形態對于ADI教學的實施以及學生論證探究水平的培養至關重要，因此從ADI技能視角探析教科書中的探究活動非常必要［10］。不過，關于ADI主題的研究多集中于教學模式的設計與應用，以及對學生科學論證能力培養的成效［11，12］，鮮有研究關注教科書中的ADI表征，特別是探究活動的設計。為此，本文基于ADI技能框架，檢視人教版高中化學教科書中探究活動所體現的技能要素及水平，希望為教科書的編寫以及教師ADI教學活動的實施提供啟示與建議。

2 分析框架

論證式探究（ADI）教學是一種將科學論證有機整合至科學探究的教學方式。ADI教學以建構主義學習理論為基礎，強調對“論證”和“批判性思維”課堂的氛圍創設，是培養學習者科學思維方式的一種新型教學策略［13］。Sampson等人設計的ADI教學模型包括明確任務和問題、收集和分析數據、構建論據、展開論證、創設書面研究報告、交互評價、修正并再次提交報告、討論反思等環節［14］。該模型與一般探究教學模式相比，論證要素在教學環節中的強調是非常明顯的。

Aldahmash等結合教科書編制活動的特征，開發出適用于教科書活動分析的ADI技能要素水平框架，并用于沙特阿拉伯化學教科書和實驗手冊的分析［15］。該框架將ADI技能分為八類要素：（1）問題；（2）證據；（3）解釋：（4）科學理論或模型；（5）論證與交流；（6）分析：（7）聯系；（8）反思。每個要素均細分為4個水平。水平越高，代表活動中的要素設計越趨向于學生中心；水平越低，代表活動中的要素設計越趨向于FdaP3QFjhBf6DH9IY//7oA==教師中心。

該框架雖能較全面地對探究活動的ADI技能要素進行分析，但框架的設計存在兩個問題。一是“科學理論或模型”和“聯系”兩個要素的內涵表述幾乎一致，都是指引導學習者將科學解釋與科學知識聯系起來；二是在每個要素的四水平中，水平2和水平3的差異非常模糊，缺乏明晰的分界線，不便于實際分析時的界定與編碼。針對上述兩個問題，對框架進行了兩處改編。

一是刪去“科學理論或模型”要素，由原先的八要素變為七要素；二是將每個要素的水平2和水平3合并，重新進行操作性界定，讓不同水平的邊界更加清晰。

修改后的分析框架如表1和表2所示。利用此框架對教科書中的探究活動分析時，旨在檢視活動設計是否全面地覆蓋ADI技能要素，以及各要素水平趨向學生中心的程度，能否充分體現探究活動的自主性和開放性，促進學生論證探究水平的培養［16］。

3 研究設計

3.1 研究對象

選取依據新課程標準編寫的人教版高中化學教科書作為研究對象。其中，必修課程教科書分為兩冊；選擇性必修課程教科書分為三冊，分別是《化學反應原理》《物質結構與性質》和《有機化學基礎》。根據人教版教材欄目設置的說明，“探究”欄目所設計的內容是專門體現探究過程和思路的活動。與教材其他實驗或活動類欄目相比，該欄目中的活動明確具有探究性，更適宜采用ADI技能要素框架對其進行分析。因此，選取以上五本教科書中的“探究”欄目作為分析對象。每個欄目的具體名稱如表3所示。

3.2 資料處理與分析

通常教科書中的“探究”欄目僅包含一個探究活動，但在《化學反應原理》的“定性與定量研究影響化學反應速率的因素”探究欄目中包含了兩個探究活動，因此這一欄目計為兩個分析單元。最終，本研究共有24個探究活動，即為24個分析單元。

在確定分析單元后，具有的分析過程如下：（1）分析者完整閱讀探究活動，判斷該活動中每一段落內容涉及ADI技能的哪些要素，摘錄相關語句并標記相應技能要素，如果某個技能要素沒有出現在探究活動的設計中，則該技能要素計為“缺失”；（2）依據ADI技能水平分析框架，判斷相關段落或語句屬于該技能要素的哪一水平，并予以編碼計數；（3）參考Aldahmash與Omar研究的計算方式，確定本研究中相鄰水平之間的差距為：2/3=0.67。評分標準中每個水平的平均值范圍確定如下：水平1為1～1.67，水平2為1.68～2.34，水平3為2.35～3。計算出每個要素水平的平均值后對應上述規定的范圍進行水平劃分，便可確定某個要素在教科書中表征的總體水平；（4）對數據進行計算與統計，形成數據統計圖表。

下面筆者以《化學》第一冊中“鈉與水的反應”活動為例，展示分析編碼的過程。教科書中該活動的設計如下：

［預測］從物質組成及氧化還原的角度，預測鈉與水反應的生成物： 。

［實驗］在燒杯中加入一些水，滴入幾滴酚酞溶液，然后把一塊綠豆大的鈉放入水中。從鈉在水中的位置、鈉的形狀的變化、溶液顏色的變化等方面觀察和描述實驗現象。分析實驗現象，你能得出哪些結論？

［結論］鈉與水反應的生成物是 。與你的預測是否一致？

在該活動中，［預測］中的內容涉及“問題”要素，即鈉與水反應的生成物是什么，并讓學生從物質組成及氧化還原的角度進行預測，活動要求學生在提示思考角度的基礎上完成預測，因此“問題”要素確定為水平2。［實驗］部分包含“證據”“分析”“解釋”和“論證與交流”等多個要素。活動提供實驗步驟，并明確引導學生從鈉在水中的位置、鈉的形狀的變化、溶液顏色的變化等方面觀察和描述實驗現象，即提供了收集證據的方法和方向，因此“證據”要素確定為水平2。活動要求學生對實驗現象逐個分析，并通過解釋和論證得出相應的結論，但僅提供了表格請學生進行填寫，并未給予其他的提示或指導，因此“分析”“解釋”和“論證與交流”均屬于水平3。［結論］中的表述未給出指導和相關的化學知識來引導學生如何聯系解釋得出最終的結論，因此“聯系”要素確定為水平3。“與你的預測是否一致”可視為活動提示學生從預測一致性角度對探究過程進行反思，因此“反思”要素屬于水平2。

為了保證內容分析的信度，筆者和一位化學教研員依據ADI技能分析框架分別對所有探究活動逐一分析。兩位分析員的相互同意度為0.87，表明分析者信度檢驗合格。編碼不一致之處，兩位分析員經過協商、討論，最終達成編碼的一致性。

4 結果與討論

4.1 教科書中探究活動對ADI技能的呈現情況

人教版高中化學教科書探究活動中ADI技能要素的水平分布與層次如表4所示。在七類要素中，“問題”“證據”和“分析”在所有活動中均有體現，“解釋”“論證與交流”和“聯系”在個別活動中沒有涉及，而“反思”在5個活動中缺失，說明大部分探究活動能較完整地融入ADI技能，注重學生ADI技能要素的均衡發展，但在引導學生對探究和論證過程進行反思方面略有不足。

“問題”要素的呈現絕大部分集中于水平1（79%），且沒有任何活動涉及水平3，說明活動沒有提供給學生自主提出研究問題的機會。“證據”要素在水平2和水平3出現的比例持平（均為42%），從均值看總體定位于水平2，說明活動很少直接向學生提供證據，而是更多給予學生自主設計方案和收集證據的機會。“分析”“解釋”“論證與交流”和“聯系”這四個要素在水平頻數分布方面的趨勢相同，均是水平3>水平2>水平1，且水平3的占比超過60%，依據均值整體也都定位于水平3，說明活動設計在這四個要素的呈現傾向于學生中心，強調活動的開放性和學生的自主性。“反思”要素在水平2占比最多（63%），其次是水平3（21%），較少的是水平1（16%），整體也定位于水平2，說明活動大多會在提示的基礎上請學生反思他們的探究和學習過程。最后，將ADI技能要素進行整體統計分析，有近一半頻數（49%）的技能要素出現在水平3，水平2和水平1出現的頻數接近，分別為30%和21%。平均值為2.27，根據水平平均值劃定范圍，ADI技能總體處于水平2，說明人教版探究活動在ADI技能要素設計層面仍有向學生中心發展的空間。

4.2 必修和選擇性必修教科書中探究活動呈現ADI技能的比較

為了檢視選擇性必修教科書與必修教科書相比在探究活動ADI技能設計方面是否體現出較好的進階性，計算必修和選擇性必修教科書中每個要素的平均值并進行比較（見圖1）。由圖1可知，必修和選擇性必修教科書在要素總體的平均值很接近（同屬于水平2），沒有體現出水平的進階。就具體要素而言，僅有“證據”要素的分值明顯提升，由必修教科書的1.88上升到選擇性必修教科書的2.44，水平層次也由2提升至3，體現出很好的進階性。而其余六個要素在必修和選擇性必修教科書中的水平均一致，分值差異也較小，部分要素在選擇性必修教科書中的分值略有下降。這些發現都說明在選擇性必修教科書的探究活動設計方面，仍有較大改進的空間，以提升ADI技能要素的水平更加趨向于學生中心，強化學生完成探究活動的自主性，實現從必修到選擇性必修的水平進階。

4.3 討論

由研究發現可知，人教版教科書探究活動在ADI技能要素呈現方面總體是比較理想的，七個要素中有四個要素處于水平3，整體傾向于學生中心，能體現論證式探究的特點。這與課程標準將“證據推理”與“科學探究”納入化學學科核心素養緊密相關，新課標對論證和探究教學予以強化和重視，特別是在不少主題的教學策略中，建議組織學生開展實驗探究活動時，注意實驗前的分析預測和對實驗現象的分析解釋，并對解釋進行合理的論證。上述事實也在一定程度上反映出教科書對新課程理念予以了較好的落實。

當然，從數據呈現的結果看，依然有兩個現象值得關注。一是“問題”要素分值在所有要素中是最低的，僅處于水平1。筆者認為，這與“問題”要素的特殊性和教科書在這一要素編寫的局限有關。當今課堂一般倡導“教師主導、學生主體”，因此研究問題大都是由教師提出的。因此教科書在設計探究活動時大多是直接呈現研究問題，這便導致了“問題”要素的分值和水平均較低。二是選擇性必修教科書與必修教科書相比技能水平進階性體現得不夠明顯。必修教科書為全體高一學生開設，選擇性必修教科書則是為高二選修化學的學生開設，兩類教科書所面向的學段和群體是不一樣的。選修化學的學生在學科知識儲備和學科能力方面較高一時具有更高的水平，且未來進入高校有較大可能性選擇理工科專業學習。技能要素水平應隨著學段升高而進一步提高，學生在提出問題、收集和分析證據、形成和論證解釋、反思交流等方面應體現出更強的獨立性和主導性，為未來科學領域的學習做準備［17］。因此，選擇性必修教科書探究活動ADI技能要素的設計理應呈現更高水平，更趨向于學生中心。本研究所揭示的進階性不明顯問題，特別是“問題”和“反思”要素，值得教科書編寫者的關注和思考。

5 結論與建議

5.1 研究結論

本研究基于ADI技能要素水平框架，對人教版高中化學教科書中的探究活動進行分析。研究發現，大部分探究活動能較完整地融入ADI技能，注重學生ADI技能要素的均衡發展，但“反思”要素略有缺失。

ADI技能要素在人教版教科書探究活動中整體以水平2的層次呈現。其中，“問題”要素處于水平1；“證據”和“反思”要素位于水平2，“分析”“解釋”“論證與交流”和“聯系”四個要素達到了水平3。

將選擇性必修教科書和必修教科書在探究活動ADI技能設計方面進行比較，只有“證據”要素選擇性必修教科書明顯比必修教科書分值高，提升了一個水平層次，其余要素以及總體在分值上并沒有太大差異，且水平一致，顯示出對于不同學段的教材在探究活動ADI技能要素進階設計層面仍有進步空間。

5.2 建議

基于本研究的主要發現，建議人教版教科書在設計探究活動時，適當注意“反思”要素的體現，積極引導學生對探究和學習過程進行反思，實現ADI技能要素在探究活動中的完整性。同時，提升“問題”要素的學生主導性，特別是在選擇性必修教科書中。可以引導學生完善已有問題，或在現有問題基礎上提出新問題，這對于發展學生提出和定義問題的能力是大有裨益的。此外，建議適當關注ADI技能水平進階性的問題，在選擇性必修教科書活動設計時應增加水平3的比例，使要素整體更趨向于學生中心。當然，必修教科書要素設計的分值和水平不宜過高，要為選擇性必修教科書的進階設計留有空間。

在實施論證式探究教學方面，教師可以參考分析框架，在解讀教科書探究活動對ADI技能要素呈現的基礎上，在課堂教學中將水平較高的技能要素充分地體現和落實。同時，教師在理解教材的基礎上，可依據班級學生的情況對活動做適當調整，體現創造性地應用。具體地說，對于原本在教科書中水平較低的技能要素，教師可以適當地對活動設計進行改編，比如引導學生依據相應的素材或情境自主地形成探究問題、要求學生自主反思探究和學習過程等，以提高技能要素的呈現水平，更好地實現學生中心取向的論證式探究教學實施。

參考文獻：

［1］National Research Council. A Framework for K12 Science Education： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas ［M］. Washington， DC： National Academies Press， 2011.

［2］Osborne J. Teaching Scientific Practices： Meeting the Challenge of Change ［J］. Journal of Science Teacher Education， 2014， 25（2）： 177～196.

［3］Songsil W， Pongsophon P， Boonsoong B， Clarke A. Developing scientific argumentation strategies using revised argument-driven inquiry （rADI） in science classrooms in Thailand ［J］. Asia-Pacific Science Education， 2019， 5（1）： 1～22.

［4］Newton P， Driver R， Osborne J. The place of argumentation in the pedagogy of school science ［J］. International Journal of Science Education， 1999， 21（5）： 553～576.

［5］中華人民共和國教育部制定. 義務教育化學課程標準（2022年版）［S］. 北京： 北京師范大學出版社， 2022.

［6］中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020.

［7］張云， 易駿， 林穎韜. “論證探究式”模型在教師實驗教學培訓中的應用［J］. 教學與管理， 2018， （12）： 109～111.

［8］Davis E， Krajcik J. Designing educative curriculum materials to promote teacher learning ［J］. Educational Researcher， 2005， 34（3）： 3～14.

［9］Remillard J. Examining key concepts in research on teachers’ use of mathematics curricula ［J］. Review of Educational Research， 2005， （75）： 211～246.

［10］［15］［16］Aldahmash A H， Omar S H. Analysis of activities included in Saudi Arabian chemistry textbooks for the inclusion of argumentation-driven inquiry skills ［J］. Studies in Educational Evaluation， 2021， （68）： 1～7.

［11］何嘉媛， 劉恩山. 論證探究式教學模型的設計和運用［J］. 生物學通報， 2013， 48（10）： 25～29.

［12］趙江林. 基于ADI的高中化學科學論證能力培養實踐研究［D］. 重慶： 西南大學碩士學位論文， 2023.

［13］Erenler S， Cetin P S. Utilizing argument-driven-inquiry to develop pre-service teachers’ metacognitive awareness and writing skills ［J］. International Journal of Research in Education and Science， 2019， 5（2）： 628～638.

［14］Sampson V， Grooms J， Walker J. Argument-driven inquiry as a way to help students learn how to participate in scientific argumentation and craft written arguments： An exploratory study ［J］. Science Education， 2011， 95（2）： 217～257.

［17］NGSS Lead States. Next Generation Science Standards： for States， by States ［S］. Washington， DC： The National Academies Press， 2013.