貝偉浩　張金恒　黃都

【摘 要】本文對某高中二年級666名學(xué)生的化學(xué)探究素養(yǎng)進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)探究素養(yǎng)整體水平僅為及格、探究素養(yǎng)發(fā)展近乎停滯、探究思維和探究實(shí)踐相互消解等問題，提出重建科學(xué)探究文化、整合科學(xué)探究學(xué)習(xí)課程資源、重構(gòu)理科教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系等建議。

【關(guān)鍵詞】探究式教學(xué) 高二化學(xué) 探究素養(yǎng) 異化效應(yīng)

【中圖分類號】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）22-0037-04

科學(xué)探究與創(chuàng)新意識是《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》所界定化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)五個維度中的過程性維度，素養(yǎng)結(jié)構(gòu)的知識、觀念和能力層面，只有通過開展科學(xué)探究才有可能真正實(shí)現(xiàn)。然而，從近年的普通高中化學(xué)學(xué)業(yè)水平考試和普通高考應(yīng)答數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)：考生在結(jié)構(gòu)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(fù)雜推理、科學(xué)本質(zhì)、方法創(chuàng)新等問題上的正確率卻很低，即多數(shù)考生的復(fù)雜認(rèn)知和高階思維的化學(xué)素養(yǎng)尚未形成。

基于數(shù)據(jù)分析和實(shí)踐反思，筆者認(rèn)為造成上述問題的原因在于高中階段的化學(xué)教學(xué)在科學(xué)探究這一過程性目標(biāo)維度上落實(shí)不夠。為此，筆者設(shè)計(jì)了調(diào)查問卷，以高二學(xué)生為調(diào)查對象，期望通過對高二學(xué)生的化學(xué)科學(xué)探究素養(yǎng)評估和科學(xué)探究過程的水平描述，探析高中化學(xué)科學(xué)探究式教學(xué)實(shí)施現(xiàn)狀和存在問題，為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)教學(xué)實(shí)踐提供參考。

一、調(diào)查方法

參考劉東方和王磊教授的《科學(xué)探究能力的構(gòu)成要素—— 基于國外科學(xué)課程文件的分析》中關(guān)于國外科學(xué)課程文件中科學(xué)探究能力的構(gòu)成要素，依托化學(xué)科學(xué)探究的經(jīng)典題目，從猜想與假設(shè)能力、制訂計(jì)劃能力、選擇探究方法能力、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒎此寂c評價(jià)能力、探究態(tài)度和探究現(xiàn)狀等7個方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，編制高二學(xué)生化學(xué)科學(xué)探究素養(yǎng)調(diào)查問卷，調(diào)查內(nèi)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(jù)查測的不同內(nèi)容，相應(yīng)設(shè)置了4種題型：單選題、不定項(xiàng)選擇題、排序填空題和填空題。此次調(diào)查對象為高二年級學(xué)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(jì)分的方式量化結(jié)果。

對調(diào)查數(shù)據(jù)的處理方法是：（1）通過描述性統(tǒng)計(jì)分析，了解高二年級科學(xué)探究素養(yǎng)整體水平;（2）采用主成分分析法，探析化學(xué)科學(xué)探究素養(yǎng)的主要構(gòu)成維度;（3）使用聚類方法，對化學(xué)探究素養(yǎng)水平進(jìn)行分層比較、水平劃分;（4）采用方差分析方法，對探究素養(yǎng)主成分和層級分布進(jìn)行多重比較。期待通過統(tǒng)計(jì)分析，生成有利于驗(yàn)證觀點(diǎn)、解決問題的重要發(fā)現(xiàn)。

二、調(diào)查結(jié)果分析

（一）總體分析

1.高二學(xué)生探究素養(yǎng)整體偏低

為直觀了解高二學(xué)生化學(xué)探究素養(yǎng)水平，筆者進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析（見表1）。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，偏度（sk）都比1小，符合正態(tài)分布。化學(xué)探究素養(yǎng)整體得分43.2分（比率為61.7%），35～50分?jǐn)?shù)相對集中。從統(tǒng)計(jì)指標(biāo)平均分可以看出，制訂計(jì)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(shè)能力6.0分、探究方法能力6.3分、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?.5分、反思與評價(jià)能力6.0分、探究態(tài)度6.3分、探究現(xiàn)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(xué)生制訂計(jì)劃能力偏低，猜想與假設(shè)能力和反思與評價(jià)能力欠缺。這說明學(xué)生在創(chuàng)新設(shè)計(jì)、質(zhì)疑批判、觀念建構(gòu)、反省認(rèn)知、本質(zhì)洞察等高階探究思維活動親歷較少，相應(yīng)的探究素養(yǎng)維度表現(xiàn)水平并不樂觀。

2.多數(shù)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)水平為及格層次

化學(xué)核心素養(yǎng)作為高中生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，每一個核心素養(yǎng)在學(xué)業(yè)質(zhì)量水平要求上劃分為四級水平?；瘜W(xué)科學(xué)業(yè)水平質(zhì)量更多是學(xué)科內(nèi)容層面上的要求，還不是單一素養(yǎng)內(nèi)涵的結(jié)構(gòu)劃分。本研究被試群體人數(shù)666人，樣本不小，所反映的化學(xué)探究素養(yǎng)水平應(yīng)有層次參差。如何劃分被試學(xué)生整體化學(xué)探究素養(yǎng)的水平層次，尚未有文獻(xiàn)提及。文獻(xiàn)已有物理科的科學(xué)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(jù)和方法。受統(tǒng)計(jì)學(xué)聚類分析的啟發(fā)，本研究嘗試用聚類方式（K-Means法）研究化學(xué)探究素養(yǎng)，嘗試進(jìn)行化學(xué)科學(xué)探究素養(yǎng)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(xiàng)探究素養(yǎng)能力，選擇旋轉(zhuǎn)矩陣—— 碎石圖（見圖1）。

K值為3時(shí)畸變程度得到大幅改善，考慮選取K=3作為聚類數(shù)量，即將全體樣本劃分為3類較合理，亦即化學(xué)探究素養(yǎng)應(yīng)當(dāng)劃分為三層水平。為了研究三類人群對應(yīng)素養(yǎng)的情況，在SPSS 25中輸出獲得聚類中心（總得分）和人數(shù)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(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)未發(fā)現(xiàn)有優(yōu)秀、良好水平，總體水平偏低，而且及格水平的學(xué)生占50%左右。這表明從初三、高一到高二，化學(xué)教學(xué)的科學(xué)素養(yǎng)落地教育水平實(shí)效不佳，進(jìn)步遲緩，多數(shù)學(xué)生停留于及格水平，學(xué)生個體間差異并不顯著。這意味著，學(xué)生在日?？荚囍须m然能夠答對一些復(fù)雜的探究題，考試總分看起來也不錯，但是學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)并未達(dá)到良好的狀態(tài);學(xué)生答對科學(xué)探究題并不是通過科學(xué)探究素養(yǎng)真正落地的方式達(dá)成的，而是通過強(qiáng)化訓(xùn)練、機(jī)械訓(xùn)練、套答套作來獲得高分。

（二）結(jié)構(gòu)分析

1.化學(xué)科學(xué)探究素養(yǎng)構(gòu)成維度及水平界定

第一，化學(xué)科學(xué)探究素養(yǎng)可分為探究實(shí)踐和探究思維兩個維度。為更方便描述化學(xué)探究素養(yǎng)，有必要把7項(xiàng)能力變量進(jìn)行因子分析，提取主要維度進(jìn)行描述。進(jìn)行KMO和巴特利特檢驗(yàn)，顯示KMO取樣適切性量數(shù)為0.676，說明該數(shù)據(jù)可做因子分析。在SPSS 25中輸出成分得分系數(shù)矩陣（見表3）和旋轉(zhuǎn)后空間中的組件圖（見圖2）。

得分系數(shù)中，根據(jù)相關(guān)度的緊密程度，將科學(xué)素養(yǎng)分為兩個維度：維度一，制訂計(jì)劃能力（0.016）、選擇探究方法能力（-0.017）、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?.1017），命名為探究實(shí)踐;維度二，猜想與假設(shè)能力（0.323）、反思與評價(jià)能力（0.327）、探究態(tài)度（0.435），命名為探究思維。從各維度對探究素養(yǎng)整體得分的貢獻(xiàn)度看，探究實(shí)踐的貢獻(xiàn)度最小，探究思維貢獻(xiàn)度最大，兩者差異顯著。

第二，探究素養(yǎng)的兩維度三水平結(jié)構(gòu)模型。在劃定化學(xué)探究素養(yǎng)為三層水平，并找到各層次劃分點(diǎn)后，筆者嘗試按層次描述化學(xué)探究素養(yǎng)。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(jìn)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(jù)普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)與學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的要求，嘗試以兩維度三水平層次對化學(xué)探究素養(yǎng)進(jìn)行描述，表4為化學(xué)科探究素養(yǎng)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(gòu)成因子之間均存在顯著性差異，說明上述內(nèi)容分析及等級劃分是合理的。

2.被試三個層次類群的素養(yǎng)維度得分分析

對中等、及格、不及格三個層次被試的探究實(shí)踐和探究思維進(jìn)行得分統(tǒng)計(jì)（見表5）發(fā)現(xiàn)，中等水平學(xué)生的探究實(shí)踐略高于探究思維，說明這個水平的學(xué)生，即使在未能經(jīng)常親歷科學(xué)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(shí)踐活動，其探究實(shí)踐水平與探究思維水平得以協(xié)同提升，呈現(xiàn)實(shí)踐引領(lǐng)思維的發(fā)展趨勢。而及格、不及格學(xué)生群體的探究實(shí)踐得分明顯低于探究思維得分，說明對這類群體學(xué)生而言，探究實(shí)踐并未能夠轉(zhuǎn)化為支撐探究思維發(fā)展的動力，或者探究思維的發(fā)展是脫離于探究實(shí)踐而前行的。

為了進(jìn)一步探索探究思維與探究實(shí)踐之間的協(xié)同關(guān)系，筆者還需要進(jìn)行兩者的相關(guān)分析。

3.探究素養(yǎng)不同維度及其構(gòu)成因子的相關(guān)分析

將探究思維與探究實(shí)踐的各構(gòu)成因子進(jìn)行相關(guān)分析（見表6、表7），結(jié)果發(fā)現(xiàn)：兩者總體呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中，猜想與假設(shè)和探究實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)操作與探究思維相關(guān)不顯著，探究態(tài)度、反思評價(jià)與探究實(shí)踐顯著負(fù)相關(guān)，數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究思維顯著負(fù)相關(guān)。

上述結(jié)果令人意外，與學(xué)習(xí)科學(xué)中的“知行合一，知行并進(jìn)”的教育思想和教學(xué)預(yù)期相背而行。高二階段的科學(xué)探究，應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在認(rèn)知層面上基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的證據(jù)推理與模型建構(gòu)，在問題解決層面上的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。然而事實(shí)上，筆者真正實(shí)施的是脫離動手操作的認(rèn)知建構(gòu)和探究性問題解決。因此，可以推測，出現(xiàn)上述結(jié)果是筆者長期采取以解題為載體的科學(xué)探究素養(yǎng)教育模式的結(jié)果。

為了證明“實(shí)踐與思維呈正相關(guān)”的推測，筆者進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)不同層次學(xué)生的探究實(shí)踐與探究思維的相關(guān)程度（見表8），但統(tǒng)計(jì)結(jié)果并不支持筆者的推測。

上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，探究實(shí)踐與探究思維總體上是顯著相關(guān)的，但教師的教學(xué)處理卻使兩者發(fā)生顯著負(fù)相關(guān)。其原因是探究實(shí)踐的空無以及探究實(shí)踐活動過程中思維參與的缺席。未來的教學(xué)中，不僅要進(jìn)一步補(bǔ)足本應(yīng)實(shí)施的探究實(shí)踐，而且還要提升探究實(shí)踐的思維參與水平。

4.化學(xué)探究素養(yǎng)兩維度三水平性別比較

進(jìn)行探究素養(yǎng)兩維度性別間的比較，發(fā)現(xiàn)探究實(shí)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(yōu)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(jié)論、討論與建議

（一）結(jié)論

1.化學(xué)探究素養(yǎng)可劃分為三層水平和兩維度

用聚類法進(jìn)行化學(xué)科學(xué)探究素養(yǎng)的劃分，獲得有效層級三層?；瘜W(xué)探究素養(yǎng)整體得分比率61.7%，僅達(dá)合格水平，其中學(xué)生制訂計(jì)劃能力、猜想與假設(shè)能力和反思與評價(jià)能力尤其欠缺。多數(shù)學(xué)生屬及格水平，個體差異不顯著。

進(jìn)行因子分析，化學(xué)探究素養(yǎng)可分為探究實(shí)踐和探究思維。探究實(shí)踐對探究素養(yǎng)整體得分的貢獻(xiàn)度最小，探究思維貢獻(xiàn)度最大，兩者差異顯著。

2.構(gòu)建了探究素養(yǎng)的兩維度三水平結(jié)構(gòu)模型

建構(gòu)了化學(xué)探究素養(yǎng)結(jié)構(gòu)模型。圍繞聚類中心抽取樣本研究，進(jìn)行探究實(shí)踐和探究思維兩維度各三水平的描述。探究實(shí)踐包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（前設(shè)計(jì)、簡單設(shè)計(jì)、復(fù)雜設(shè)計(jì)）、實(shí)驗(yàn)操作（操作導(dǎo)向、數(shù)據(jù)導(dǎo)向、目的導(dǎo)向）、數(shù)據(jù)處理（事實(shí)性結(jié)論、概念性結(jié)論、規(guī)律性結(jié)論），探究思維包括提出問題（邊緣性問題、本質(zhì)性問題、系統(tǒng)性問題）、提出假設(shè)（直覺假設(shè)、邏輯假設(shè)、理據(jù)假設(shè)）、結(jié)論解釋（先驗(yàn)式推理、證據(jù)式推理、發(fā)現(xiàn)式推理）。具體見圖3。

3.素養(yǎng)維度、性別得分相關(guān)性分析

總體而言，探究實(shí)踐得分略低于探究思維，即探究實(shí)踐的思維參與水平不高。探究實(shí)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(xué)探究能力發(fā)展停滯不前，多數(shù)學(xué)生探究能力僅近乎及格水平?；瘜W(xué)科學(xué)探究素養(yǎng)的培育，從初三開始啟動，要求學(xué)生能通過實(shí)證活動來生成化學(xué)智識、觀念和方法，這種教學(xué)方式要求學(xué)生親歷動手做實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生的探究素養(yǎng)扎根于充滿默會知識的實(shí)踐土壤中逐階發(fā)展。然而，很多初中教師認(rèn)為“初中化學(xué)不用做實(shí)驗(yàn)”，很多高中老師則提到實(shí)驗(yàn)室被挪作他用、實(shí)驗(yàn)員缺乏、實(shí)驗(yàn)儀器不足等。學(xué)生的探究實(shí)踐變成了解題實(shí)踐，從紙得來到紙上應(yīng)用，自然趨于淺薄、困惑，這導(dǎo)致學(xué)生的探究素養(yǎng)停滯不前，趨于群體平庸。

上一輪課改努力追求的科學(xué)探究式學(xué)習(xí)方式，在實(shí)際操作中異化效應(yīng)得以顯現(xiàn)。探究式學(xué)習(xí)的浪潮，發(fā)源于2003年啟動的新課程改革，持續(xù)近15年，但這種教學(xué)方式仍未能得到有效實(shí)施，教師的科學(xué)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(xué)探究文化。學(xué)校要崇尚科學(xué)精神，宣傳科學(xué)家先進(jìn)事跡，倡導(dǎo)師生參與創(chuàng)新實(shí)踐活動。這樣，才能徹底反思“唯分?jǐn)?shù)”“唯升學(xué)”教育行為，以“挖骨療傷”之勇氣，找準(zhǔn)問題，忍痛祛除思想“毒瘤”，促進(jìn)教育新發(fā)展。

第二，整合科學(xué)探究學(xué)習(xí)課程資源。學(xué)校要把經(jīng)費(fèi)投入實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)建、重建中，提升實(shí)驗(yàn)員或?qū)嶒?yàn)老師待遇和地位，吸引優(yōu)秀教師從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作;構(gòu)建以科學(xué)探究為核心的研學(xué)課程體系，開發(fā)以研究性學(xué)習(xí)為核心內(nèi)容的科學(xué)實(shí)踐教學(xué)活動課程。

第三，重構(gòu)理科教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系。建立面向?qū)W科課程的教學(xué)和科研質(zhì)量評估體系，建立理科課程教學(xué)首席專家團(tuán)隊(duì)，將學(xué)科管理重心轉(zhuǎn)向?qū)W科課程教學(xué)。理科課堂教學(xué)的質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)和文科課堂評價(jià)指標(biāo)應(yīng)有所區(qū)別，并把探究精神的培養(yǎng)設(shè)定為剛性指標(biāo)。

總之，實(shí)施新一輪核心素養(yǎng)為本的教學(xué)改革，需要聚焦于學(xué)科教學(xué)的公平性和科學(xué)性，實(shí)施新穎、高效的教學(xué)方式，為實(shí)現(xiàn)立德樹人和科技強(qiáng)國之目標(biāo)而回歸初心、重建態(tài)度、重構(gòu)體系。

【參考文獻(xiàn)】

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

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

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

注：本文系2019年廣西教育科學(xué)規(guī)劃課題“新高考背景下普通高中課程設(shè)置和教學(xué)改革的實(shí)踐探索——以南寧市第三中學(xué)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(xué)歷，高級教師，科研處主任，研究方向?yàn)橹袑W(xué)教育教學(xué)及教育管理研究;黃 都，通訊作者，教育學(xué)博士，廣西民族大學(xué)三級教授。

（責(zé)編 李 言）