莊浩麗，蘆星月

1.廣東省廣州市執(zhí)信中學，廣州 510030

2.華南師范大學物理與電信工程學院，廣州 510006

教材是課程標準落實到教學實踐的中間媒介。已有研究發(fā)現，我國初高中科學教材涉及的科學本質內容較不均衡，且大多采用“隱性”的表征方式[1-2]。教材對科學本質內容與表征的不足，是師生的科學本質觀處于質樸水平的主要影響因素之一[3]。

我國先后發(fā)布了兩個版本的普通高中課程標準，逐漸開始重視科學本質的培養(yǎng)。以物理學科為例，相較于2003版課標，2017版課標明確提及科學本質教育的內容要求更多，涉及科學本質的維度更全面，對科學本質理解水平的要求也更高[4]。考慮到課程標準對教材編寫的指導作用，本文對基于2003版和2017版課標編寫的普通高中物理教材中科學本質內容與表征的變遷特點進行分析，以提升教師對科學本質教育的理解。

1 研究設計

1.1 研究對象

本團隊前期研究發(fā)現，基于2003版課標編寫的五套普通高中物理教材中，人教版和粵教版教材相對完整地呈現了科學本質的維度[2]。本研究將繼續(xù)選取基于2017版課標編寫的人教版和粵教版新教材，以“運動與相互作用”為分析主題，進行新教材的科學本質表征分析。

1.2 概念框架

盡管研究者對科學本質的內涵仍持有不同的觀點[5]，但在國際科學教育領域認可度較高的是以李德曼（Lederman）、赫里克（Khalick）等為代表的主張，即作為科學認識論的科學本質，描述了科學知識及其發(fā)展過程中固有的概念和價值[3，5-6]。在此基礎上，赫里克提出了科學本質的10個維度及其表征的明確性和準確性，已被成功地用于分析各類科學教科書，具有較好的一致性和效度[3，6]。因此，本研究也采用赫里克提出的框架，如表1所示。

表1 科學本質內容各維度的內涵

依據科學本質內容表征的明確性程度，可以分為隱性和顯性兩個水平，這種劃分可以追溯到對科學本質“隱性”和“顯性-反思”教學法的爭議。隱性表征往往將科學本質隱含在文本材料當中，需要學生自己進一步推敲或教師加以引導才能理解；顯性表征則通過提供充分明確的論述或反思機會，讓學生自己通過思考來形成對科學知識產生與發(fā)展的正確理解。

依據科學本質內容表征的準確性程度，可以分為質樸和正確且完整兩個水平。其中，質樸傳達了與當代對科學本質認識相矛盾的信息；正確且完整則傳達了與當代對科學本質認識完全一致的信息。

1.3 分析過程

本研究的分析過程可劃分為三個階段（圖1）。

圖1 分析過程

在綜合所有文本材料單元對科學本質表征的明確性和準確性后，根據赫里克劃分的評分標準（表2），可以進一步對教材整體對科學本質某一維度表征的質量進行評價[3，6]。因此，對每套教材，科學本質各維度表征質量的得分范圍為“-3”分至“+3”分；10個維度求和后可得每套教材的總分，范圍為“-30”分至“+30”分。

表2 教材整體對科學本質各維度表征質量的評分標準

分析由兩名研究者一起完成。首先，選取舊人教版必修1的內容進行試評，在充分研讀概念框架后，研究者們獨立對舊人教版必修1進行試分析。表征的數量、準確性和正確性的評分者一致性都較好，信度分別為0.682、0.785和0.687（一致率分別為73.0%、89.0%、88.0%）。對于試評中存在不一致以及對概念框架存疑的地方，兩位研究者討論協商后達到一致。隨后，進行正式分析，獨立對剩余的教材進行分析。表征的數量、準確性和正確性的評分者一致性得到了進一步提升，信度分別為0.714、0.828和0.742（一致率分別為74.8%、92.3%、89.4%）。最終，兩位研究者對評分不一致的地方再次進行協商，得到新、舊人教版和粵教版教材科學本質表征數量和質量的結果。

2 高中物理教材中科學本質內容與表征的特點

2.1 科學本質表征數量

2.1.1 表征頻次整體提升，側重“實證性”和“暫定性”

教材科學本質各維度的表征頻次如表3所示。結果表明，各版教材都完整地表征了科學本質的10個維度。具體來看，兩版新教材在“實證性”“觀察與推論的區(qū)別”“科學研究途徑的多樣性”“科學中社會與文化的嵌入性”維度上的頻次有所提升，這可能與學界對科學探究認識的不斷深入和對社會科學議題的重視有關[7-8]。兩版新教材在“科學理論的本質”“科學定律的本質”維度的表征頻次有不同程度的下降?？傮w而言，教材均側重“實證性”和“暫定性”維度，對科學本質各維度的表征不均衡。

表3 教材中科學本質的表征頻次

2.1.2 表征分布不均衡，集中于“前言和后記”和物理學史豐富的內容

促進學生對科學本質的深層理解需要長期的滲透，教材對科學本質的表征不應僅局限于某部分內容[2]。為進一步研究科學本質在不同內容中的分布情況，將“運動與相互作用”主題細分為20個子內容，結果如圖2所示。結果表明，科學本質在教材不同內容中的分布并不均衡，一直主要集中在“前言和后記”“萬有引力定律及應用”“經典力學的局限性”等內容。

圖2 科學本質表征的分布情況

值得注意的是，“前言和后記”對科學本質的表征大多采用內容通用型的方式[9]。例如，新粵教版必修1的前言對“實證性”的表征提到，“物理學是以實驗為基礎的學科，物理學中任何新思想正確與否需由實驗檢驗……”，這一表述就未與具體的科學知識結合。而“萬有引力定律及應用”“經典力學的局限性”等章節(jié)則與上述相反，對科學本質的表征采用了內容嵌入的方式[9]。例如，新人教版“自由落體運動”一節(jié)，通過在“科學漫步”欄目中介紹“伽利略研究落體運動的歷史”表征了“理論負載性”“實證性”“科學研究途徑的多樣性”；在“STSE”欄目中講述“從伽利略的一生看科學與社會”表征了“科學中社會與文化的嵌入性”。

2.2 科學本質表征質量

依據評分框架對科學本質表征質量進行分析，最終各維度的得分情況如表4所示。總體來看，新教材對科學本質的表征質量都有所提升，人教版和粵教版分別增加了6分和5分?？茖W本質表征質量主要受準確性和明確性兩個指標的影響，下面將從這兩個方面進行深入分析。

表4 科學本質各維度的得分

2.2.1 表征準確性得到小幅度提升，體現在“科學研究途徑的多樣性”

科學本質表征質量的提升主要是因為“科學研究途徑的多樣性”維度準確性的提高。在舊人教版和舊粵教版教材中，“科學研究途徑的多樣性”都處于“顯性或隱性的混合表征”水平（-2分），傳達了與當代對科學本質認識相矛盾的信息。例如，舊人教版在介紹“伽利略研究落體運動的歷史”時，指出存在“一套對近代科學的發(fā)展極為有益的科學方法”，總結為“觀察、假設、推論、檢驗、假說修正和推廣”“五步”科學方法。這種表述在一定程度上會影響教師在授課時過分強調固定的科學方法，使學生產生一種科學研究都必須按照這樣一套流程步驟的錯誤認識。而新人教版中則在“科學漫步”欄目介紹了“伽利略研究落體運動的歷史”，但不再強調伽利略的這套方法是科學研究的固定步驟，而且強調存在“一些方法”，“這些方法能發(fā)展人類的科學思維方式和科學研究方法”。

2.2.2 表征明確性仍然以隱性為主，但少部分維度轉向了顯性表征

新教材對科學本質大部分維度的表征仍以隱性為主，少部分維度的表征采用了顯性的方式。如表5所示，舊粵教版在后記中關于現代物理學與經典力學關系的論述對“暫定性”進行了表征，這一論述雖然表達了經典力學的局限性，但未明確闡述現代物理學是對經典力學的補充與進步，因此被判定為隱性的表征方式。而新粵教版則通過補充“人類對自然界的探索正是這樣不斷地向前發(fā)展”，明顯地表達“科學知識不是絕對的、確定的，科學主張是會隨著人類的探索而不斷改變”，但也還是沒有完整、具體地表達出何種情況（如“概念和技術的進步會帶來新證據的出現”）可能會改變科學主張，因此對“暫定性”的表征被判定為“顯性、正確但不完整”（2分）。

表5 粵教版在“暫定性”維度的文本材料摘錄

3 彰顯科學本質教育的教材編寫：分布均衡、顯性表征、細化發(fā)展

通過對新、舊人教版和粵教版教材“運動與相互作用”主題科學本質內容與表征的對比，可以窺見我國科學本質教育正在不斷進步。如何在科學教材及教學中持續(xù)落實科學本質教育的要求，是新課程實施過程中需要繼續(xù)深入探索的問題。

3.1 科學本質的內容在教材中合理分布

本研究發(fā)現，教材的科學本質內容表征一直較全，但是不均衡。這種現象不僅體現在對科學本質各維度的頻次上，更體現在涉及科學本質的章節(jié)內容上。在所統計的20個章節(jié)中，都至少有6個章節(jié)沒有涉及對科學本質的任一方面。

教材應該為學生提供連續(xù)沉浸在科學本質學習當中的機會，這樣才能引導學生通過各種學習活動形成對科學本質的正確理解[10]。因此，應盡可能地將科學本質的內容合理地分布于整本教材當中，應充分考慮內容的選擇、活動的安排、文字的撰寫等是否符合學生理解科學本質內涵的心理特點和認知發(fā)展規(guī)律，從而長期地向學生滲透科學本質教育。

3.2 科學本質在教材中采用顯性表征

科學本質觀念是一種對科學知識的產生、發(fā)展和價值信念的認識，這種意識形態(tài)的認識較難理解。針對這一問題，大部分研究者們達成的共識是采用顯性的方式表征科學本質方能有效促進學生對科學本質的理解；也有研究者對教材中的科學本質內容進行了“顯性”的改編，發(fā)現能有效改進教師的科學本質教學和學生的科學本質觀念[11-12]。

因此，建議未來的教材編寫更多地顯性表征科學本質的各個方面，給學習者提供更多關于科學本質的反思機會。除了結合物理學史從認識論的角度闡述表征科學本質，還可以適當增加關于科學本質的反思性問題，明確指引教師在教學中滲透科學本質的教育；引導學生進一步思考科學的本質，從而幫助學生內化對科學本質的理解。

3.3 科學本質教育的進階發(fā)展應進一步細化

2017版課標明確了科學本質的教育目標，也提出了“通過物理學習認識科學的本質”的教學建議，并要求在教學中要注重“學生在認識科學本質、形成科學態(tài)度和社會責任感方面的發(fā)展水平”的評價?？茖W本質中存在著一些能夠更容易被學生認識到或先理解的維度（如“實證性”），而另外一些維度教師和學生可能都較難理解（如“科學中社會與文化的嵌入性”）。因此，我國不同學段的科學課標也可以針對具體學段的發(fā)展，進一步細化科學本質的學習目標。這樣將有助于引導教師在教學中逐步滲透科學本質教育，促進學生對科學本質理解的進階發(fā)展。