化学优质课的科学风险的内容分析

陈凯 魏冰 陈悦

摘要： 设计科学风险分析框架，以江苏省初高中化学优质课比赛的教学设计文本为研究对象，依据框架的3个类别18个维度对文本进行编码，应用内容分析法，发现中学化学优质课在科学风险内容上出现的频次与选课主题有一定关系;化学教师更注重社会性科学议题的情境融合，但是缺少深入论证，尤其缺乏对科学知识的不确定性的深度思考。

关键词： 科学风险; 化学优质课; 内容分析; 不确定性

文章编号： 1005-6629（2019）2-0014-07            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

1  研究背景

《高中化学课程标准（2017年版）》在学科核心素养“科学态度与社会责任”中提到了“安全意识”“社会热点问题”“绿色化学观念和可持续发展意识”“化学、技术、社会和环境之间的相互关系”“化学对社会发展的重大贡献”“化学过程对自然可能带来的各种影响”等表述，显示出对科学风险认知的关注。此外，还通过“权衡利弊，强化社会责任意识，积极参与有关化学问题的社会决策”表现对基于科学风险的决策能力的要求。

应用文本数据挖掘工具NLPIR，对2017年版高中化学课程标准进行词频分析，发现课程标准三次明确提出“风险”，六次提及“社会性议题”，“安全”出现频次高达34次。实施新一轮化学课程改革初始，一线教学如何彰显科学风险认知？我们试图以优质课比赛教学设计文本为研究对象，希望对新课程背景下的化学教学有所启发。

2  概念界定

2.1  科学风险

科学风险常被定义为由科学技术引起的潜在社会威胁[1]。化学教学研究领域常常将科学风险的定义局限于“危险”和“危害”[2，3]，未充分考虑科学知识本身的复杂性和不确定性带来的认知风险。

长久以来，科学一直被认为高度可靠，具有解释事实、分析现象和解决实际问题的能力。科学风险最初只存在于科学的知识体系中，因为风险在大多数情况下不可察觉，需要利用包括理论、实验、测量仪器等在内的科学工具将风险可视化、利于解释[4]。事实上科学具有不确定性，尤其在日新月异的信息社会，科学及其相关技术尤其需要面对越来越多的不确定性带来的风险挑战[5]。执着于传统科学课堂的可靠或“确定”的知识往往不利于科学风险认知。科学的不确定性需要一线科学教师承认和处理科学知识的不确定性带来的挑战，更要在社会发展背景下认识到科学力量的局限性。

承认和处理科学知识的不确定性的意义体现在以下两个方面。第一是复杂性带来的不确定性： 现实世界的科学问题复杂多变，多变量相互作用，很少存在简单线性的“因果”关系，但学校科学教学往往通过控制变量来表现一些现象和结果，以表明因果之间的直接关系。与此同时，正式课堂往往关注到脱离真实世界的概念，使学生在真实世界应用科学出现困难。第二是科学知识本体的不确定性，科学知识也存在争议，与实验结果的证据可能存在一定分歧，但是在正式科学课堂中常常避开这些分歧或争议。承认科学知识的不确定性并不是要否定或贬低其价值，也不是否认科学知识的可靠性，更不是否定这么多年来科学“发现”的成果或者淡化科学在解决问题中所起的关键作用。真正的科学教育要为学生提供相关的有用科学知识之外，也需要在课堂教学中让大家发现这些不确定[6]，理解科学知识如何在社会发挥作用以及针对问题作出相应的决策[7]。现有课堂教学有无承认科学的不确定性呢？这是本研究关注的话题之一。

承认科学在社会性议题中的力量和局限性，是因为科学知识功能再强大也不能自发解决问题，还得依靠人的认知和使用。尤其在一定社会背景中，各种利益相关者需要针对某一特定问题做出适切的判断和合理的决策，除了需要深度理解科学概念，还要考虑非专业的社会或文化因素，毕竟“感知”到的风险通常要比真实存在的风险少——往往是风险判断的潜在错误来源。

2.2  科学风险认知

对中小学生而言，科学风险认知主要包括对科学风险存在可能性及现实存在的认知，包括风险评估以及对风险产生原因、可能后果及防范措施的认识[8]。例如在传统化学实验活动中，学生容易忽略实验试剂的危险性而错用、滥用药品;因不严格按照实验要求操作致使仪器损坏以及对实验事故处理不当等。近年来，化学相关安全事故频发，社会对科学的误解颇多，不少民众执着于媒体传播的伪科学，这表明大众的风险意识缺失严重，风险认知水平相对较低[9]，也反映基础教育阶段强化科学风险认知的必要性和紧迫性。

事实上一线教学常存在两个极端： 一是运用化学相关的安全事故创设情境，过度渲染，容易导致学习者对化学风险存在更深的误解和片面的认知;另一个问题，教师认为既然存在化学实验安全问题，那么就不做實验，以此避免化学危险，其实种种安全事故、社会问题与化学有关，完全的避而不谈，只能一笔抹杀了化学实验在化学教学中的意义[10];部分教师完全回避科学风险问题，浪费了可以锻炼批判性思维的宝贵资源——如果学习者在中学阶段没有养成辩证的科学风险认知思维，那么在未来的工作和生活中遇到类似情境时，原有的认识盲区和思维误区可能会带来更大隐患。基于科学风险认知取向的化学教学不是去渲染“风险”，而强调化学学习的社会责任，重视用证据来论证科学风险议题的科学精神，以此达到针对性决策能力的培养。

2.3  基于科学风险认知的决策能力

基础教育阶段针对科学风险的决策能力[11]主要体现在学习者对科学与技术的发展可能带给社会风险进行全面思考，并采取针对性的减低风险措施。在科学知识和科学风险紧密联系的背景下，学校的科学教育需要带领学习者制订合理的科学风险评估，并针对不确定性强化学习者参与社会性科学风险议题决策的积极性和信心。包括化学教学在内的科学教育应该通过渗透绿色理念、培育探究品格、建构科学伦理等相关举措培养学生的风险认知能力，使学习者能针对风险发生的可能来源力所能及地预防风险的发生，同时在感知到可能的风险发生时能采取积极的应对策略，将风险引起的危害降低到最小程度[12]——一线化学教学有没有能够注意到这种能力的培养呢？我们试图通过本研究了解教师对科学风险的关注程度。

2.4  本研究的概念界定

科学风险存在与发生的根源主要有科学知识的不确定性、科学应用反应延缓、不按科学规律办事和科学伦理失范所带来的灾害[13]，将这些根源纳入到概念的内涵才能更加全面地描述科学风险。考量的对象不仅包括风险本体，也包括科学风险存在和发生的根源，故本文中的“科学风险”包括： 科学知识的不确定性（意识形态的风险，学习化学过程中应考虑可能遭遇的挑战和危机）;社会性科学议题中的风险（从社会民众可能遇到的风险问题）;化学实验的风险（基于化学学科特点，师生课堂活动中需要面对潜在的实验危险）。

3  研究问题

 江苏省每年一届的中学化学优质课比赛，集中体现着化学教学和教研的整体观念，代表着教育大省化学教学的较高水平。本文应用内容分析法研究2012～2016年江苏省中学化学优质课比赛中的教学设计案例文本，以了解江苏省中学化学教师是否关注科学风险认知这一要素？在教学中更加倾向于何种科学风险问题的分析研讨呢？何种教学主题最能体现这些风险议题？

4  研究过程

4.1  选择研究对象

研究对象样本为2012～2016年江苏省中学化学优质课比赛中的教学设计案例文本，有效样本共计111篇。根据主题知识类型对这些文本重新进行分类编号，详见表1。

4.2  确立内容编码的框架并编码

已有的科学风险认知和决策能力的研究文献成果是我们确定内容编码的依据，主要参考了孟献华[14]、陆军[15]发表的两篇文献，以及吴俊明教授对科学风险认知的观点（非正式发表）。结合优质课教学设计文本，我们发现与化学相关的科学风险主要发生在学校课堂和社会生活两大区域，其中在学校的化学学习过程中，需要面对化学实验风险和科学知识复杂性带来的挑战和危机;在社会生活中，联系食品、能源、环境等主题的社会性科学议题以及科研带来的新问题成为各维度需要考虑的对象。本研究主要设计了3大类下分18个分析维度（见表2），在研究过程中，以每一篇独立的教学设计文本为分析单元进行统计和分析。

4.3  资料编码和分析

根据表2的科学风险内容分析框架，对教学设计文本进行编码，以每篇设计文本为分析单元，只要这篇文本中出现了框架中某一个维度的关键词或相关句子，即计频数为1;如果同篇文本相关维度出现多次，不重复累计频数，当文本内容中有不能确定的编码时则用课件与视频加以辅助验证。

在编码过程中，邀请两名一线教师以表2的科学风险分析框架为依据对优质课设计文本进行编码、评价。经检验，本研究互评者同意度（K）为0.80，信度（R）为0.89，信效度检验合格。此外编码中的类别和维度设计均参考权威期刊论文的论点来设计完善，主要体现专家效度。表3统计了科学风险主题各类出现的频次及比例。

4.4  数据分析

化学优质课比赛作品往往能反映特定区域教师在教研风格和教学兴趣方面的喜好，而从科学风险认知视角来分析，可以看到以下两个方面。

（1） 哪些化学课主题最能彰显科学风险认知教学？

科学风险认知和决策的教学策略往往与化学教学主题的选择密切关联，同时亦不可否认教学选题可直接影响科学风险元素的整合。

从表3来看，由于内容分析对象——教学设计文本主题不同致使数量选取有差异，故以平均每篇频次作为考量标准进行比较更加科学。化学实验主题的平均每篇频次最多（58次，4.14次/篇），主要是因为实验主题课程内容往往承载着学科理论和操作技能两方面的教学内容，容易承载更多的科学风险。“燃烧的条件”既表现了燃烧本身的实验风险，又体现燃烧三要素相互关系的复杂性和相关的社会问题多样性，几乎每个老师都在教学设计中考虑到并提供一定教学策略帮助学生针对这些风险做出相应决策。“溶液的配制及分析”一课中，科学风险集中体现在学生具体实验操作过程中的问题以及实验的社会意义。

无机元素与化合物主题的科学风险平均频次其次，元素的多样性、物质反应的复杂性、化学性质的应用性是决定科学风险问题突出的多元化因素。例如“镁的提取及应用”在生活和社会中应用广泛，不过公众对此仍存在一定误解和误用，尤其因为金属单质的化学性质活泼容易带来实验的风险或化工生产的隐患。又如“氮肥的生产和使用”彰显化学物质对社会生产的作用和对自然环境的影响，无论是实验选材还是知识形成复杂性或是社会性科学议题，都反映出元素化合物背后的风险元素。

其实“化学与生活、技术”（2.81次/篇）和“基本概念”（2.72次/篇）主题的课程，科学风险出现频次和元素化合物相差不大。前者更加侧重于社会性科学议题，但因均为初中层次内容，涉及知识较为浅显，所以对课堂教学中并没有太多对应知识的复杂性论证活动。后者主题的抽象性往往是科学风险集中的问题所在，尤其是有关微观世界的认识一直受到科学学科发展及自身复杂性等因素的挑战，部分参赛教师能敏锐捕捉到这些不确定性因素并将之融入教学設计，的确是教学一大进步。

由分析可知，“基本理论”科学风险出现频次最低（1.88次/篇），一方面是因为此类课堂理论性强，实验比例低;另一方面也因为和生活、社会主题的结合点较少。

（2） 中学化学教师最关注哪个科学风险维度？

无论高中还是初中的参赛设计，社会风险议题都更加受到化学教师的青睐，优质课中超过50%的频次都在联系社会生活中的科学风险主题，或以新闻片段呈现解决途径，或以科技前沿思考化学利弊。其中“公众道德与社会问题”（53次）比率最高，一方面体现化学教师对社会事件的格外关注，说明这些优秀的中学化学教师对待化学热点问题敏感度高，并善于将其整合至教学中;另一方面也彰显出化学教师试图用一定的教学策略引领学生对社会性科学议题背后的伦理道德问题深入思考。此外，教师对“资源开发”和“环境污染”中的风险问题更加关注，但是在“能源问题”方面出现频次均为0，这多是因赛课主题内容限制，毕竟有的主题和能源、能量没有联系，不过有的主题既然联系了化工生产情境，必然涉及到燃料的合理使用和不当消耗等话题，可惜这些细节并没有在教学设计中指出，反映了教师的风险意识有所欠缺。此外，在“科研发展带来的问题”维度上，鲜有教师强调其中的风险，参赛选手对前沿素材的运用普遍都是用来颂扬科技发展的积极意义，却未能组织学生讨论以批判性思维看待潜在的问题，忽视了辩证法在科学课程中的运用。

化学作为一门实验性质的学科，化学实验在承载教学多重功能的同时，也在诸如药品使用、实验操作等方面暴露出风险问题。在化学实验风险类别中，“实验药品的危险性”维度出现频次比例最高，化学教师对于药品的可燃性、易爆性、毒性或腐蚀性大多进行了提示和警醒，既然这些风险是化学教学中无法回避的问题，就应该清晰地将之呈现在课堂中。实验操作的不当强调的频次其次（21.69%），而“化学反应的不确定性”为本类别中最低，参赛教师大多关注了教材内容的重难点，关注到所选章节的核心化学反应，但没有顾及这些反应的副反应、反应历程可能受到多重影响而导致异常现象发生，或许这些不确定性的确不是学科教学的重点，故无需多花费时间，但仍需注意由化学反应不确定性带来的潜在风险，因为这也是化学学科理性思维所在。

“科学知识复杂性带来的挑战和危机”编码频次比例最低（56， 17.55%），归根到底还是参赛教师对学科体系的复杂性认识还不够深入。高中化学教师往往在实验探究活动中偏向于凸显化学知识形成过程的复杂性，学生在联系化学实验应有现象和异常现象中不断思考、建构知识，同时也通过化学概念的内涵和外延感悟化学知识系统的复杂性;而初中化学教师多是通过化学史上的经典案例分析来凸显知识观的复杂性。该类别下“化学知识的不确定性”频次比例最低，主要是因为授课者对于知识的理解还拘泥于已有教材，学科视野不能与时俱进，容易将有些传统化学规律视为绝对真理，具有“科学是永恒不变”的迷思，而未意识到科学进展一日千里，化学知识领域已经得到了前所未有的充实和拓宽，很多传统规律在研究中遭遇了挑战，化学教师作为“科学界在课堂上的代表”，有责任将这些新信息带入课堂。

5  研究结论

参加江苏省优质课比赛的教师选手能反映江苏省较高的化学教学水平，本研究发现他们的化学教学设计无论在知识本体还是实验学习上都能体现了一定程度的科学风险能力培养策略，尤其关注社会风险议题，借助社会新闻、生活问题的分析，强调对风险的科学认知。其中化学实验主题的课堂，最容易渗透科学风险因素的考察和分析。部分参赛教师在化学教学中将潜在科学风险显性化的做法，让学生具备发现风险发生的“慧眼”。在不同的优质课中，教师通过各种途径培养学生的风险认知能力，让他们既有风险意识，知道风险发生的可能根源，又可力所能及地预防风险的发生，不至于因为不按科学规律办事或科学伦理失范使自己成为风险误解的源头，同时能在感知到可能的风险发生时采取积极的应对措施，将因风险引起的危害降至最小。

但是从优质课教学设计来看，中学化学教师自身对科学风险认知更多局限于“危险”和“危害”，而对科研进展、复杂化学知识学习过程中的潜在风险认识不足，尤其是没有意识到不确定性造成的科学风险。

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