中學化學課堂中科學本質的呈現特點及教學啟示

文章編號：1005-6629（2025）06-0019-06 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1問題的提出

國際科學教育長期關注科學本質（Nature of Science，NOS）的教學問題[1]。雖然關于科學本質沒有形成高度一致的定義，但是對其基本內涵達成了一定共識，即科學本質被界定為科學認識論，包括對科學知識維度的理解、科學探究維度的理解以及科學事業維度的理解[2]。學生學習科學，不僅要掌握科學知識，還應理解科學作為一種方法以及科學是如何發展的。世界各國紛紛將NOS作為重要課程目標納入科學教育標準中[3，我國《義務教育化學課程標準（2022年版）》4直接將科學本質作為課程的內容要求，在《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》5的“教學策略”“教學提示”和\"學業要求”等多處也提到要發展學生對科學本質的認識。

教師在課堂上體現出來的NOS會直接影響學生，是學生理解 NOS 的重要因素[6]。不過，當前關于 NOS的研究主要集中在課程標準與教科書分析[7＼～10]，少有研究關注課堂本身。基于此，本文提出兩個研究問題：（1）中學化學課堂中重點關注了哪些科學本質的內涵要素？（2）教師如何呈現這些要素？通過回答這兩個問題，以了解我國當前課堂中NOS的教學情況，為中學化學課堂教師進行NOS教學提供建議。

2 分析框架的構建

為探究中學化學課堂中NOS的呈現特點，必然要考慮在課堂教學中呈現了哪些科學本質的要素，這就涉及NOS內涵。此外，NOS內涵要素的呈現方式在其轉化為課堂實踐內容的過程中扮演著舉足輕重的作用，恰當的呈現方式能夠深入淺出地揭示科學本質。同樣，在課堂上傳達這些要素往往會涉及NOS的呈現情境。因此，可從NOS的內涵、呈現方式、呈現情境三個維度建立分析框架。

2.1NOS內涵維度

學者根據他們對NOS內涵的不同理解制定了不同的分析框架。Lederman從共識范式的角度提出NOS認識論七項原則[11]，Erduran 和Dagher 提出 FRA 科學本質概念框架[12]。鄧陽等人融合了 NOS 的共識觀點和FRA框架提出的科學本質要素框架[13]，既能做到從認知與社會兩個角度審視科學，又運用NOS內涵的陳述性語句使研究分析更具有操作性和可行性，與本文對NOS的觀念相契合（見表1）。

2.2 NOS呈現方式維度

Upahi等人對教科書中NOS的呈現細化為顯性、隱性和歷史呈現法[14]，本文借鑒其分類方法并用于課堂分析NOS的呈現方式，但歷史呈現法是借助科學史揭示NOS，因此納入呈現情境維度中。教學行為對NOS呈現方式也有重要的影響。婁延果從學生參與課堂的角度將教學行為分為兩個大類一交流型和直現型[15]。因此本研究將這兩種教學行為融人顯性和隱性呈現法中，從而形成NOS的四種呈現方式（見表2）。

2.3NOS呈現情境維度

有研究表明了科學史、科學探究和社會性科學議題中情境化NOS對學生和教師NOS 概念的影響[16＼～18]，說明創設相應教學情境有利于學生主動建構對NOS的理解。此外，生產生活情境能直觀地讓學生感受到科學的實用性，也是重要的分析維度。在上述基礎上，新增“無情境”以完善對NOS呈現情境的劃分（見表3）。

3 研究設計

3.1 研究對象

本文選取20節中學優質化學課堂實錄作為研究樣本。課例內容多元，教學內容不重復，涉及多個內容主題；課例涉及不同的教學方式及授課類型；課例涉及初中化學、高中必修以及選擇性必修，覆蓋中學化學所有學段。初中課例編號為C1-C10，高中課例編號為G1-G10。

3.2 研究數據的轉錄與編碼

首先將上述樣本轉錄為文本。利用CPUP模型[19]對課堂實錄文本進行教學基元內容劃分，確定分析單元（見表4）。以構建的NOS課堂分析框架的對應代碼進行編碼。在此過程中，若某一分析單元涉及兩種及兩種以上NOS維度，分別各計數一次，若分析單元未涉及NOS維度，則不計入統計范疇。

編碼過程先由兩名研究者獨立完成，當意見不一致時，引入第三名研究者進行深人交流至分析結果達成一致。三個維度的編碼一致性分別達 78% 、 84% 、82% 。以“解密舌尖上的二氧化硫”為例，先由第一輪編碼對課例進行解構，確定分析單位。

對上述16個文本片段進行二次編碼。其中1個片段的具體內容如下：

教師：你在日常生活中接觸過 SO₂ 嗎？…談談你的初步印象？

學生： SO₂ 是一種有害的氣體常作為尾氣，需要被處理。

教師：還有沒有其他危害？

學生：酸雨。

教師：不管是硫的氧化物還是氮的氧化物，都會產生酸雨…

教師：液態二氧化硫的生產絕大部分拿去做化學品，還會發現在食品和農業中有比較多的消耗，每年消耗大約是6萬噸的 SO₂ 。在造紙工業中，每年需要消耗大約是5萬噸的 SO₂

教師提出問題\"對 SO₂ 的看法\"引導學生指出“ SO₂ 有毒，會形成酸雨污染環境”，再補充 SO₂ 在生產生活中的應用內容。從NOS內涵角度看，該片段體現了“生態”和“民生\"要素；從NOS呈現方式角度分析，師生互動隱性地表達了科學與社會的關系，所以編碼呈現方式2；從NOS呈現情境角度看，教師從日常生活引入并講解 SO₂ 生產中的應用，所以編碼為生產生活情境。

4 研究結果分析

4.1課堂中體現出的NOS要素不均衡，更易呈現NOS內涵的客觀屬性

NOS內涵要素數量具體情況見表5。其中“科學作為超越‘人‘的理性認識論”出現的數量是181次，是“科學作為高度‘人化’的復雜領域”的兩倍，說明在課堂中更容易體現的是NOS的客觀屬性。呈現這樣的結果可能是因為科學本身以客觀屬性為主，在課堂上也更容易表達其客觀屬性。但社會屬性也是科學本身的重要屬性之一，因此教師可以在課堂上給予更多關注。

在“科學作為超越‘人’的理性認識論”維度中“證據的必要性”和“邏輯推理的重要性”是呈現數量較多的要素，數量分別是53和34次，表明化學課堂重視用證據提出主張，用科學推理主張。“簡單解釋的優先性”和“一致解釋的優先性\"較少在課堂涉及，說明課堂中對科學思維的教育還可更加充分。

在“科學作為高度‘人化’的復雜領域”維度中，涉及要素最多是“科學制度系統與其他系統的交互”，數量為78次，反映了課堂只關注到科學與社會、與人之間的關系。對“科學共同體”涉及較少，數量為11次。

“民生”和“經濟\"在“科學作為高度‘人化’的復雜領域”維度中呈現次數較多，表明體現科學與經濟、與生活的緊密關系。而“專業活動”要素缺失說明了課堂對科學家的工作和職業生活為學生職業規劃帶來的影響不夠關注。

綜合來看，中學化學課堂呈現NOS要素的數量參差不齊，更容易體現NOS內涵的客觀屬性，尤其是證據和邏輯推理，對NOS的社會屬性特別是對專業活動的體現較少。

4.2NOS呈現方式“隱性-交流型”和“顯性-交流型”占主導地位，且兩種方式占比均衡

NOS呈現方式情況如表6所示。NOS呈現方式主要以“交流型”為主，無論是“顯性-交流型”還是“隱性一交流型”數量都較多，分別為80和83次。相比之下，“直現型”就較少。有研究表明教師通過問題引導學生關注 NOS、交流討論，能促進 NOS 教學[20]。為更好地發揮科學本質的育人功能，教師更傾向于采用交流型去幫助學生理解 NOS 。

研究表明課程標準越來越重視科學本質[21]，這有可能促進教師意識到NOS對學生發展的重要性。由于課例都是優質課，授課教師會更細致地研讀課標，在課堂上會更有意識地進行NOS教育，更有可能對其進行顯性表達。也有部分教師認為學生獲得基本知識和技能比理解NOS更重要[22]，但是教師在講授科學知識時不可避免的會涉及到NOS的內容，這種無意識使NOS內容未直接表述，因此隱性表達也較多。綜合上述原因，在NOS呈現方式上，“顯性-交流型”和“隱性-交流型”的占比呈現較為均衡的狀態。

4.3重視NOS教學情境的創設，以“科學探究情境\"為主

NOS呈現情境具體情況如表7所示。教師常常以科學探究情境為載體進行NOS教學，次數有121次。另外，對科學史和生產生活情境的關注度也較高，分別為75次和42次。社會性科學議題情境的數量為15次，關注度較低。不過，社會性科學議題也是促進NOS教學的良好載體[23]，合理利用該情境可能有利于學生在面對與社會情境關聯、有爭議的科學問題時做出正確決策。

4.4NOS在科學探究情境中更易以“交流型”出現，在科學史情境中以“隱性-直現型”為主

為更深入了解課堂中NOS呈現特點，研究對呈現方式與呈現情境進行交叉分析，結果如表8所示。可以發現，（1）NOS在科學探究情境中易以“交流型”出現，可能是因為課堂探究的流程包括提出問題和交流討論，因此互動較強。（2）NOS在科學史情境中以“隱性-直現型\"為主。科學史是教授NOS的良好載體[24]，但從結果來看，教師使用該情境時體現NOS的呈現方式更多是“隱性-直現型”，說明該功能并未得到充分發揮。（3）在生產生活情況中容易隱性呈現NOS，原因可能是該情境常被教師用于體現知識的應用，而非作為NOS教學的載體。（4）在社會性科學議題情境中直現NOS的潛力較大。從現有結果來看，該情境很有可能是一種顯性呈現NOS的良好載體，但由于數量有限還需進一步驗證。

5 結論與啟示

5.1 研究結論

研究發現，目前課堂重點關注了NOS內涵要素中的“證據的必要性”和“邏輯推理的重要性”，對“專業活動\"沒有涉及，說明在課堂上更易呈現NOS客觀屬性，對NOS社會屬性關注較少。教師在表達NOS內涵時往往以“隱性-交流型”和“顯性-交流型”為主。在NOS呈現情境上，出現較多的是科學探究和科學史情境，而社會性科學議題情境涉及較少。對結果交叉分析后發現，NOS在科學探究情境中易以“交流型”呈現，在科學史情境中以“隱性-直現型”為主。

5.2教學啟示

基于研究結論提出以下教學建議，希望能對教師進行NOS教學有一定的幫助。

（1）充分挖掘科學的社會屬性，豐富課堂科學本質教學內容

目前課堂更容易體現NOS的客觀屬性，對其社會屬性關注較少。這可能會導致學生將來認為科學與社會其他系統脫離聯系，從而建立片面的科學觀[25]。因此教師在教學時要充分挖掘科學的社會屬性，幫助學生認識科學各系統之間的復雜關系，通過社會熱點等材料引導學生從社會角度審視科學，了解科學與社會之間的交織關系。例如，教師在講解 SO₂ 性質時，結合煙花禁令的熱點，引導學生思考它與民生、傳統文化和經濟的關系，在講解過程中可以適當展示科學家關于SO₂ 對環境影響的研究報告，從而豐富教學內容。

（2）實施科學本質顯性教學，促進學生理解科學本質內涵

在中學化學課堂中，教師通常隱性表達NOS內涵，這可能導致學生難以理解NOS。在“隱性”教學中常將NOS作為情感性目標，而“顯性\"教學則是將NOS作為認知性目標。研究表明，在提升學生對NOS的理解上，“顯性\"教學效果優于“隱性\"教學[26]。目前，教師使用“隱性-交流型”和“顯性-交流型”體現NOS內涵比例相近。因此，建議更直接地表達NOS內涵，以提問的形式促進學生理解。例如，在講解原子結構時，教師通過對比不同科學家對同一觀點的理解，提問學生思考其中的NOS，從而總結出科學知識的不唯一性。

（3）優化科學史情境呈現方法，提升課堂科學本質教學效果

科學史是教師常創設的情境，但在該情境中表達NOS常以“隱性-直現型”，說明教師只是陳述科學史而未揭示NOS，沒有利用好科學史去教授NOS。因此，教師在利用該情境時，應深人思考其中科學史的邏輯，引導學生思考其中的科學本質。例如，在講解元素周期表時，通過設置“若你是門捷列夫會如何設置元素周期表”的問題，顯性討論科學知識的可證實性，將史實知識轉化為NOS認知工具。

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