新版高中化学教材栏目中“合作问题解决”设计的特征研究

符吉霞 沙莎 占小红

摘要：基于对教材合作问题解决设计的要素分析，提出教材合作问题解决设计分析框架，据此对新版高中化学必修教材栏目内容进行编码分析，总结合作问题解决设计特征，为优化教材合作问题解决设计及实践应用提出参考性建议。

关键词：合作问题解决; 高中化学教材; 任务设计; 教材分析

文章编号：1005-6629（2020）09-0015-07

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

《中国学生发展核心素养》将“问题解决”作为学生适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力之一[1]，而合作更是当今社会发展的关键能力[2]。PISA2015首次提出合作问题解决（Collaboration Problem Solving），它是指个体能有效参与由两个或以上成员组成的团队，通过合作的方式，达成共识、寻求解决方案、汇集组内知识与技能进行问题解决的过程[3]。自PISA2015将合作问题解决能力作为测试重点以来，合作问题解决受到了国内外广泛的关注。

化学是一门以实验为基础的学科，学生往往需要采用合作的方式进行实验探究以解决问题。合作是问题解决的重要方式，在问题解决中关注合作十分必要。在教学中，学生个体经验背景不同，通过合作可促进不同观点间的碰撞与反思。必修教材作为课程的重要载体，是普通高中学生共同发展的学科基础[4]，应关注合作问题解决的设计，促进学生合作问题解决能力的提升。而现有相关研究主要关注合作问题解决能力的测评[5]或是合作问题解决对学生学业成就影响的实证分析，对教材中的合作问题解决设计关注较少。

教材中合作问题解决内容主要出现在教材栏目中，通过对2019年新出版的人教版高中化学必修教材栏目中合作问题解决内容设计进行分析，总结合作问题解决设计特征，为教学实践提供一定的参考建议。

1 化学教材中的合作问题解决

合作问题解决是一个将合作和问题解决融于一体的整体性、过程性的概念。根据PISA2015中对合作问题解决的界定，合作问题解决主要具有以下特征：（1）需要兩个或以上的成员合作参与;（2）强调有效的互动过程;（3）合作问题解决最终的目标是解决问题，但更关注合作过程本身而非设计方案的优劣[6]。

教材是知识的重要载体，承载着对相关问题解决活动的组织与引导的功能[7]。为发展合作问题解决能力，教材需要有相关的内容设计。当前教材问题解决的活动设计越来越受到重视，且问题解决中合作元素也频繁出现，对教材中的合作问题解决设计进行分析具有重要的意义。这能为教师对活动内容和过程的理解和二次开发应用提供参考，对改变当前教学中问题解决活动相对弱化合作的情况具有一定的针对性作用。

2 研究设计

2.1 研究工具

对教材合作问题解决内容设计的分析，实际上就是对其栏目内容的呈现方式及其任务设计的讨论。

教材的呈现方式是合作问题解决设计的关键因素。教材文本中是否清晰、明确地提出合作要求，会直接影响合作问题解决设计的呈现效果，依据呈现方式可分为显性呈现和隐性呈现。参照合作问题解决测评矩阵，提炼出教材中有关合作的关键词，即“合作、交流、讨论、分享”，若栏目中明确出现此类词语，则认定为显性呈现;若并未出现此类关键词，但该内容通过合作问题解决的方式更为高效，则为隐性呈现;若该内容并未出现关键词且适合学生独立进行问题解决的，则不属于研究对象。

接着，对教材合作问题解决的任务设计要素进行分析。合作问题解决的任务设计与三个要素有关，一是合作与问题解决的内在联系，即问题解决是否需要合作;二是学科特色的符合度，即呈现内容是否符合学科育人特色等;三是功能指向的差异，即内容的功能倾向于学习性或情感性[8]。首先，合作问题解决设计应注重合作与问题解决的内在联系，问题解决是否需要合作，是判断教材合作问题解决设计质量的重要指标。其次，从学科特色来看，新版化学教材以课标为导向，其内容能够体现出学科特色，故不再对其学科特色符合度进行分析。最后，从功能指向看，功能类别主要包括学习性和情感性两种。其中，具有情感性的合作问题解决内容是指内容知识能与学生日常生活实践进行联系，激发学生对化学学习价值的认识。

从合作问题解决的特征要求来看，除了关注合作与问题解决的内在联系和任务设计，还应提供一定的脚手架，促成有效的互动，如情境的创设、合作步骤或相关的数据信息支持等。值得注意的是，不同栏目的合作问题解决设计定位不同，是否提供系统完整的互动支持不是判断合作问题解决设计优劣的标准。

综上，结合对教材合作问题解决内容的呈现方式与任务设计分析，将影响其设计的要素依据不同形式进行划分，形成化学教材合作问题解决设计分析框架，见表1。

2.2 研究过程

运用上述分析框架对化学必修教材内容进行编码。首先，确定教材中的研究对象及其呈现方式。接着，对任务设计下各维度进行分析。最后，得到该内容的编码结果。具体编码分析过程如图1所示。

教材中的合作问题解决设计有三种类型：一是显性的合作问题解决内容，即出现合作的关键词，但不考虑合作与问题解决内在联系的内容;二是隐性的合作问题解决内容，即并未出现合作的关键词，但内容本身适合通过合作进行问题解决的内容;三是不属于合作问题解决的内容，即并没有出现合作的关键词，且本身并不适合通过合作进行问题解决的内容。

值得注意的是，如何判断内容是否适合通过合作进行问题解决。化学教材中适合开展合作问题解决的内容主要有三类，一是内容侧重于实验探究等，实验探究过程适合学生由小组合作的方式进行分工，讨论分析研究问题，并共同完成研究报告等。二是问题解决的内容及其过程较为重复，如元素周期律中由学生对多种短周期元素相关性质的查找并总结规律、相同重复多次的实践操作等，适合学生分工合作，并共同讨论事实规律等。三是所要解决的问题结果较为开放，如要求学生形成对某一内容的多种不同设计方案等。对教材中隐性呈现的内容进行分析有助于教师挖掘教材合作问题解决内容，进行创造性的设计，发挥其育人功能。

2.3 信效度分析

对教材内容进行尝试性分析，确保该编码表能反映教材中不同的合作问题解决设计形式。接着，咨询化学教材领域的两位专家，确认该编码结构有效，并确定最终分析框架。此外，由两位编码者分别进行编码，针对不一致的编码再进行协商讨论。编码结果一致率为81.4%，研究结果具有一定的信度。

2.4 编码示例

为进一步说明对教材合作问题解决相关内容的编码分析，结合具体实例进行编码示例。

如某一栏目内容（见图2）。首先，该内容出现合作的关键词“讨论”，属于显性的合作问题解决内容，编码为A1。接着，该内容主要是学生进行独立思考之后再进行的合作交流，问题解决并不需要合作分工来完成，合作与问题解决机械化结合，编码为B2;最后，该栏目侧重于学习性，且并未创设问题情境和提供合作步骤，但提供了部分的信息支持，故编码为C2D2。综上，该合作问题解决内容编码为A1B2C2D2。

又如某一栏目内容（见图3）。首先，该内容并未包括合作的关键词，但该内容设计结果具有一定的开放性，适合学生分工合作，从不同方面思考问题，合作形成最终的问题解决设计方案，其内容适合通过合作的方式进行问题解决，合作与问题解决联系较好，故属于隐性的合作问题解决内容，编码为A2B1。接着，该内容将化学知识与日常生活相联系，能够提升学生对化学知识价值的认识，兼顾了学习性与情感性。此外，该栏目对合作的分工任务给出了一定的信息支持，但未创设相关的问题情境等，故编码为C1D2。综上，该内容编码为A2B1C1D2。

思考与讨论

为提高燃料的燃烧效率，应如何调控燃烧反应的条件？（提示：可以从以下几方面考虑，如燃料的状态、空气用量、炉膛材料、烟道废气中热能的利用，等等。）

又如某一栏目内容（见图4）。首先，该内容并未包含合作的关键词，且所提出的问题解决主要为理论性的

思考与讨论

（1） 回忆前面做过的实验，描述氧化钠和过氧化钠的颜色、状态。

（2） 氧化钠与水的反应和氧化鈣与水的反应类似，请写出氧化钠与水反应的化学方程式。

思考题，适合学生进行独立思考并解决问题，故该内容并不属于合作问题解决内容。

3 结果与分析

3.1 合作问题解决的整体设计情况

教材中合作问题解决内容主要存在于“思考与讨论”“实验活动”“习题”“探究”“研究与实践”栏目中。其中，“习题”为“练习与应用”与“复习与提高”两个栏目中习题的总和。总共分析上述栏目344处内容设计，其中属于合作问题解决的设计达67处，占19.48%，

必修教材中各维度的量化结果如图5所示。整体来看，合作问题解决内容中以显性呈现为主。此外，合作问题解决内在联系维度中合作与问题解决内在联系较好的内容占58.21%;任务功能维度上，C1与C2相近;互动支持维度上，教材中大部分的合作问题解决设计主要提供部分的互动支持。

3.2 不同栏目的合作问题解决设计结果与分析

结合教材栏目的设置特点分析，栏目中的合作问题解决内容主要分为两类，一是实践探究类的合作问题解决设计，即内容侧重于实验探究类的内容设计，主要在实验活动、探究、研究与实践栏目中呈现;二是理论思考类的合作问题解决设计，即内容较为注重理论性、思考性的内容设计，主要在思考与讨论、习题栏目中呈现。

教材栏目中合作问题解决设计编码情况如表2所示，实践探究类的合作问题解决设计约占35.8%，理论思考类的合作问题解决设计约占64.2%。

3.2.1 实践探究类的合作问题解决设计

结合量化数据及教材内容分析，实践探究类合作问题解决设计大部分出现在每个章节末，所占的比例相对较少，绝大部分内容为显性呈现，合作问题解决内容的设计较为合理。

实践探究类设计中各栏目虽然合作问题解决设计均主要为显性呈现，且能够较好体现合作与问题解决的联系，但各栏目在任务功能与互动支持维度上则存在一定的不同。研究与实践栏目的合作问题解决设计均能体现情感性，而实验活动与探究栏目中体现情感性的较少。此外，研究与实践栏目绝大部分内容都能够提供系统的合作问题解决互动支持，但在实验活动和探究栏目中绝大部分内容仅提供部分互动支持。

研究与实践栏目能够在一定的情境下创设问题解决内容，将化学知识与生产生活实际进行联系，因而任务功能较好地兼顾学习性与情感性，并提供系统的互动支持。而实验活动栏目的内容主要为对某一化学知识的探究或验证，所提供的互动支持主要为实验步骤等，缺乏一定的情境创设，难以将化学知识与日常生活进行联系，因此很难体现情感性。探究栏目中则包括一定的研究实践活动与实验探究活动，当探究栏目内容侧重于研究实践活动时，则和研究与实践栏目的合作问题解决设计特征相近;当探究栏目内容侧重于实验探究时，则与实验活动栏目的合作问题解决设计特征相近。

值得注意的是，虽然实践探究类的合作问题解决设计上较为合理，要求学生进行一定的合作交流，但对具体的合作任务分工设计有待进一步的加强。

3.2.2 理论思考类合作问题解决设计

理论思考类合作问题解决设计分布在教材的每个章节，在教材中所占的比例较高，大部分内容设计属于显性呈现，主要提供部分的互动支持。此外，理论思考类栏目的内容较为注重学生独立思考后进行问题交流，故合作与问题解决联系机械化的内容较多。

理论思考类的问题解决较为封闭，强调应用学科理论知识的合作问题解决设计，学生的合作仅为问题解决后的交流，难以体现合作与问题解决的结合。此外，两个栏目中存在一定的区别，思考与讨论栏目的任务功能主要是学习性，而习题栏目中大部分内容则能够兼顾学习性和情感性。习题栏目中的合作问题解决设计比例较低，且合作问题解决内容设计主要出现在习题的后半段，如图6所示，内容设计往往能够利用一定的问题情境，将化学知识与生活实际相联系，但思考与讨论栏目中大部分内容直接呈现问题解决的内容，理论难以联系日常生活。

此外，隐性呈现的内容主要出现在理论思考类设计中，特别是在思考与讨论栏目中。教材中的隐性呈现内容设计大部分都缺乏一定的情感性以及互动支持，但内容设计开放度较高，且有较为重复性的内容，需要学生集思广益进行方案的设计。

4 结果讨论与建议

4.1 教材内容渗透合作问题解决培养意识，但有待进一步系统的设计规划

必修教材中结合不同的知识载体以及多样化的教材栏目，提供了较多的合作问题解决平台，渗透了一定的合作问题解决培养意识。整体来看，化学教材合作问题解决的设计效果相对较好，显性呈现内容近九成，能够较好体现合作与问题解决联系的内容达58.21%，且主要提供部分的互动支持。但教材的合作问题解决设计有待进一步优化，不同栏目的设计具有不同的优势与不足，应结合各栏目的设计特征，针对不足之处加以系统完善。

教师在问题解决的教学中往往弱化合作，在教材设计层面应强化合作问题解决的设计与指导，让教师能够从对教材的分析中获得一定的启示。教材内容对教师具有一定的引导作用，强化教材对合作问题解决的要求与指导，才能够有效转变教师的观念，帮助合理利用教材开展教学。教材受到课标的影响，为完善教材合作问题解决的设计，应进一步系统规划课程标准中对合作问题解决内容的相关要求，提供一定的教学参考性建议，在教材中明确提出合作问题解决的要求，提供一定的合作问题解决示范内容。

4.2 合作问题解决设计形式多样化，设计特征受内容知识载体影响

合作问题解决设计在不同的栏目中具有多样化的表现形式。在不同的知识载体及不同栏目设置特征的影响下，不同栏目具有不同的设计特征。实践探究类的合作问题解决设计重视实验与生产实际相联系，互动支持设计的开放度相对较高，任务功能方面大部分能够兼顾学习性和情感性，合作与问题解决能较好结合;而理论思考类的内容设计较为强调理论性的思考与回答，合作与问题解决机械化联系的内容相对较多，问题答案较为封闭，其互动支持设计的开放度相对较低。

教师应了解教材的合作问题解决设计特征，并依据问题解决的过程对显性活动的内容进行适应性教学调整与应用，对隐性的活动进行创造性的设计。教材中的合作问题解决设计具有不同的特征，教师应注意对不同的设计内容进行适当的教学处理，注重加强情境创设，发展学生的学科核心素养。此外，教师要意识到并非所有的显性呈现内容开展合作问题解决活动的效果就一定好，是否进行合作的前提是内容本身是否能很好地体现合作与问题解决的内在联系。

4.3 实践探究类合作问题解决设计水平较高，但理论思考类设计为主要形式

实践探究类栏目的设计水平相对较高，但该内容数量较少，而理论思考类的合作问题解决内容较多，但该类设计水平相对较低。化学是以实验为基础的科学，以实践探究的形式开展合作问题解决教学活动是提升学生合作问题解决能力的重要途径，但理论思考类设计能穿插于相应知识点提供即时的平台，以思辨性的形式要求学生合作讨论，形成一定的设计方案，也是提升合作问题解决能力的重要途径。此外，教材中的隐性呈现内容主要存在于理论思考类设计中，教师需重视对教材内容进行挖掘与创造性设计。

教师应考虑到进行合作问题解决活动过程中的各环节设计与实施内容，以更好地改进合作问题解决活动，对内容进行素材选择、任务设计以及合作内容、方式等方面进行合理的设计，避免像以往实验活动那样只给文本框让学生自主填空进行实验设计或只是简单的现象描述。此外，合作问题解决的学习活动需要一定的框架引导，对内容素材的选择应当弱化单纯的理论思考，注重实验探究对引导学生合作学习的作用，强化化学知识与生产实际的联系，学习活动则结合具体的教学内容设置一定的互动支持引导等，通过问题启发学生的合作。

参考文献：

[1]一帆. 《中国学生发展核心素养》总体框架正式发布[J]. 教育测量与评价， 2016， （9）：34.

[2]王坦. 合作学习的理论基础简析[J]. 课程·教材·教法， 2005， （1）：30～35.

[3]OECD. PISA 2015 Collaborative Problem Solving Framework [EB/OL]. [2019-08-25]. http：//www.oecd.org/pisa/pisaproducts/Draft%20PISA%202015%20Collaborative%20Problem%20Solving%20 Framework%20.pdf.

[4]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社， 2018：4， 8.

[5]朱忠明. PISA2015中“协作问题解决”能力测评的审视与启示[J]. 外国中小学教育， 2017， （12）：1～8.

[6]柏毅， 林娉婷. 合作问题解决的概念建构——基于PISA2015 CPS的研究[J]. 外国中小学教育， 2016， （3）：52～56.

[7]石鸥， 张文. 学生核心素养培养呼唤基于核心素养的教科书[J]. 课程·教材·教法， 2016， 36（9）：14～19.

[8]孔凡哲， 赵娜. 合作问题解决视角下的数学课程标准的定量研究——基于PISA2015 CPS测评框架[J]. 数学教育學报， 2017， 26（3）：30～38.