1、2023 年 7 月 20 日投稿网址：*该文为安徽省哲学社会科学规划项目“中小学理科教师科学探究教学能力水平及影响因素的实证研究”（AHSKQ2019D029）的研究成果科学探究是科学教学的重要组成部分，教材是教师在课堂上实现学科核心素养的重要资源。以人教版高中生物学必修模块 分子与细胞 和 遗传与进化 的探究实践活动为研究对象，采用 Herron s Scale 对其开放等级进行比较分析，并采用 ITAI 量表对其教育功能完善程度进行总结，发现教材中探究实践活动的 ITAI 所涉及子维度越多，其活动开放程度也越高；教材较为注重观察、推论和解释数据等技能，但较为忽视预测、提出问题等技能的训练
2、；所涉教材内容在协助学生理解科学探究方面也较不均衡。建议教师使用教材进行探究式教学时，应依据能力梯度设置开放等级；灵活结合科学思维栏目，均衡发展不同类型探究技能；融合科学史教学，全方位理解科学探究。高中生物学教材 探究实践活动 科学探究 内容分析 ITAI 量表韩菲，王佳虹，鲁亚平.高中生物学教材中探究实践活动的内容分析J.教学与管理，2023（21）：29-34.摘要关 键 词引用格式普通高中生物学课程标准（2017 年版 2020 年修订）（以下简称“课标”）以核心素养为宗旨，其中科学探究是重要组成部分。实施意见中强调“组织以探究为特点的主动学习是落实生物学学科核心素养的关键”1。如何让真
3、正的科学探究落地，教材的作用至关重要。课标明确指出“教材编写是在课程标准基础上的一次再创造，必须充分体现课程标准的基本思想，准确把握课程标准的内容要求”。在科学探究方面，课标在内容的选择中强调“应重视科学探究活动的设计科学探究活动的设计和安排应当以探究能力的培养为重要线索，应当在设计教材知识体系的同时，设计较完整的探究能力体系，将两者整合，使之形成有机的整体”2。大多数科学教师都是根据教材内容设计课程，它们代表了科学课程的学习目标和轨迹。因此，教材作为落实课程文件指导思想的载体，是课程文件在操作层面更加细化的呈现3，对课程内容和教学方法有着重要影响。近年来，国内外关于科学教材探究活动的研究十分
4、丰富。Dogan 对土耳其 9-12 年级的 4 本生物学教材进行分析，发现教材中的活动大多与国家课程要求相一致，但其设计不足以让学生做好探究或理解什么是科学探究的准备4；CoelhodaSilva 对 8 本葡萄牙八年级物理、化学科书中的 22 项实验活动的性质和开放性进行了内容分析，证实探究能力的发展不是活动的主要目标，重点主要集中在实体知识的构建5；Upahi 研究科学本质在 3 本尼日利亚化学教材中的表达方式，发现科学本质各维度分布不均，科学的跨学科性质完全被忽视，内容关系更多是嵌入性6；李西营等人针对 5 个版本的八年级初中物理教材中的科学探究活动，分析其是否能够满足中国新课程改革的
5、要求，发现无论是认知过程的开放性程度还是可操作性，都不能满足真实科学探究的要求，不利于学生科学探究技能和科学推理技能的发展7；杨文源等人对 3 个版本共 9 本高中生物学教材从对科学概念的表达、科学探究技能的发展和对科学探究本身的理解三个方面进行分析，指出生物学教材中的探究性活动可能未能达到教育目标，导致教学效果不佳，值得教材编写者密切关注8。综上，分析教材中探究性活动包含“科学探究”和“教材”两个方面的内涵，根据分析侧重点的差异可以将已有的研究划分为三个角度，大部分的研究从“科学探究”的角度分析问题。从教材的角度来看，教材中高中生物学教材中探究实践活动的内容分析*韩 菲1王佳虹1，2鲁亚平1
6、（1.安徽师范大学生物教育研究中心，安徽芜湖，241000；2.安徽省南陵中学，安徽芜湖，242400）29科学探究活动的分析还包含了关于引导学生建立对科学探究理解的评价，以及主题与课程标准一致性的评价，能够为教材中探究活动内容分析提供更充实可靠的证据9。本研究选取人民教育出版社（2019 年版）高中生物学教材必修模块 分子与细胞 与 遗传与进化中的探究实践活动进行文本分析，判断其中的探究实践活动是否有利于探究教育教学目标的实现，并为教师深层次理解教学内容并有效开展探究性教学提供帮助。一、高中生物学教材中探究实践活动内容的分析方法人教版普通高中生物学教材在全国范围内使用面最广。教材中的科学探究
7、活动有两种呈现方式，一种以“思考 讨论”的形式呈现，要求学生分析、讨论、交流和寻求答案。另一种是以学生操作为主的探究活动，主要以“探究 实践”的形式呈现10。本研究选取第二种形式的科学探究活动，以必修模块教材中“探究 实践”栏目的 20 个活动为研究对象，为方便描述对其进行简单编码，例如 101 代表必修 1中第一个活动，203 代表必修 2 中第三个活动。1.探究实践活动开放水平的分析方法1971 年，Marshall D.Herron 在前人研究的基础上开发出一个四点量表来判断科学探究活动的开放程度，这一量表成为后来探究活动水平划分的起源性框架11，12。它针对探究活动的问题、过程和讨论三
8、个部分进行评分，如果该部分由教师直接提供，则计分 0；学生自主构建，则计分 1，根据探究活动整体得分可将其分为 4 个等级，详细划分标准见表 1。探究水平的等级越高，则探究活动的开放程度越高。其中，水平 0 为验证性实验，是指探究活动过程从问题的提出到结果分析全部以教师为主体，学生只需观察、理解、记忆即可，如 101 使用高倍显微镜观察几种细胞；水平 1 为结构化探究，是指学生通过既定的过程完成探究活动，并进行处理数据、得出结论，其他环节仍以教师为主体，如 102 检测生物组织中的糖类、脂肪、蛋白质；水平 2 为指导性探究，是指学生自主设计或选择研究过程，并独立完成数据处理和结果分析，如 10
9、4 尝试制作真核细胞的三维结构模型；水平 3 为开放性探究，是指学生从生活中的生物现象出发，结合科学概念，提出探究问题，并自主设计或选择过程设计、最终得出探究结论，如 108 影响酶活性的条件。表 1 探究实践活动开放等级标准2.探究实践活动教学内容的分析方法The Inquiry-based TasksAnalysis Inventory（简称 ITAI）是由杨文源等人开发的内容分析工具，用来判断教材中探究性活动文本内容的呈现是否有利于探究性教学的教学目标实现。量表包含三个维度，各个维度均有特定的题目进行子维度评估，共 22题，对应关系如下：1-2：通过探究来帮助学生发展对科学概念的理解；3
10、-14：教给学生进行科学探究所需的探究过程技能；15-22：引导学生建立对科学探究的理解13。为了增强结果的客观性，所有的项目都设置成“是”或“不是”的回答，“是”则计分“1”，“否”则计分“0”，并制定了评分规则来证明不同的回答。例如，如果不去猜测教师会怎样组织和引导学生开展这个活动，仅从探究活动的文本编写上看，该探究活动需要学生观察则给“是”，不需要则给“否”。活动 101 需要学生使用高倍显微镜观察并比较几种细胞，则该题给“是”，计分“1”。越高的分数表明在这个探究实践活动中包含了更多的真实探究的元素，为学生提供了更大的挑战。二、高中生物学教材中探究实践活动内容的分析结果1.探究实践活动
11、内容的整体分析人教版高中生物学教科书（2019 年版）必修部分科学探究活动共有 20 个，其中必修 1 含 12 个，必修 2 含 8 个（见表 2）。在呈现方式方面，探究实践活动绝大部分以文字结合实物图、表格、实验流程图等形式呈现。实物图能够更加客观地表现事物的特征，也能加深学生对于科学是存在于真实情境的这一观点的理解；活动 105、107、112 和 207 中含有表格，主要有两个作用：清晰表达实验流程和引导学生记录数据；活动 106、109、110 和 201 中含有示意图，主要作用为展示研究过程。在活动类型方面，必修 1 探究实践活动 50%以上为验证类实验，内容大多需要利用显微镜进行
12、微观层次的观察，其次是探究类和模拟类；相比而言必修 2 探究实践活动类型较为丰富，四种活动类型均等级水平 0验证性实验水平 1结构化探究水平 2指导性探究水平 3开放性探究可检验的问题教师教师教师学生过程设计教师学生学生学生结果分析教师学生学生学生韩菲王佳虹鲁亚平：高中生物学教材中探究实践活动的内容分析30有涉及。两者都未涉及设计类活动。2.探究实践活动内容的开放水平分析在探究水平方面，20%的探究实践活动的开放水平为 0；50%的探究实践活动的开放水平为 1；其余含有少数的水平 2 和水平 3，整体开放水平不高。开放的环节侧重有所不同，较为注重解释数据和结果讨论，而忽视研究问题的提出和过程的
13、设计，活动大多为“食谱式”操作（如图 1）。如在必修 1 中，活动111 开放性等级为 1，虽要求学生根据影响光合作用强度的诸多因素进行自主探究，但教材中提供的参考案例详实，本质上没有较多可独立探究的空间；活动 109 开放性等级为 3，要求学生根据日常生活经验和酵母菌细胞呼吸的方式提出探究问题并作出假设，活动虽给出实验试剂、装置的参考资料，但保留一定空间让学生自主设计，并依据实验结果得出结论。3.探究实践活动内容的 ITAI 分析在 ITAI 方面，大多数探究实践活动包含不超过50%的科学探究子维度，得分主要集中在 12 分以下。整套评分工具总分 22 分，换算成百分制则低于54.5%（见表
14、 3、表 4）。从纵向来看，得分最高的探究活动为 108、109 和 208，包含 50.00%的科学探究子维度。活动 107 和 108 为定性实验，两者均要求根据相关背景知识独立思考提出可探究的问题，并根据提出的问题作出假设、设计实验。教科书虽提供实验材料和设计提示，但仍留有自主设计空间，最后需要学生进行交流讨论、比较实验结果、运用科学的语言得出结论。得分最低的为 103、111 和 205，包含22.7%的科学探究子维度，如 103 活动要求学生使用高倍显微镜观察叶绿体和胞质流动，205 活动要求学生通过学习低温处理植物的分生组织细胞的方法，理解其作用机制。两者教材均给出了详细的方法步骤
15、，且讨论部分与观察结果未有较大联系，主要与教材中的知识概念总结和延伸有关，属于简单观察的结构化实验。对于探究实践活动来讲，得分率越高，其涵盖的科学探究的要素就越多，对学生的挑战也就越大，教材中的探究实践活动应当能够均衡地体现探究活动的功能，而不能所有探究实践活动都偏重于科学探究的某几个方面。因此，本研究统计了所有探究实践活动在评价工具每一个题目上的得分率，并作成折线图（如图 2），以期直观地反映人教版高中生物学必修模块中的探究实践活动是否能较为均衡地覆盖科学探究的不同方面。必修模块所有探究实践活动都能帮助学生理解相应的生物学概念，且能够帮助学生构建课标中要求的核心概念和重要概念。例如活动 10
16、4 通过制作真核细胞的三维结构模型，使学生在构建模型中掌握“细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动”的重要概念。图 2 探究实践活动得分率分布图100.00%90.00%80.00%60.00%70.00%50.00%40.00%30.00%20.00%10.00%0.00%12534678910111213 14151617181920 2122题目编号必修 1必修 2探究活动呈现方式活动类型文字表格实物图示意图验证类探究类模拟类调查类设计类101 使用高倍显微镜观察几种细胞*102 检测生物组织中的糖类、脂肪、蛋白质*103 用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动*104 尝试制作真核细胞的三维结构模型*105 探究植物细胞的失水与吸水*106 比较过氧化氢酶在不同条件下的分解*107 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用*108 影响酶活性的条件*109 探究酵母菌细胞呼吸的方式*110 绿叶中色素的提取和分离*111 探究环境因素对光合作用的影响*112 观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂*201 性状分离比的模拟实验*202 观察蝗虫精母细胞减数分裂装片*203 建立减数
