高中生科學(xué)解釋能力研究

摘 要：本研究使用訪談法，設(shè)計(jì)一個(gè)真實(shí)科學(xué)情景，讓學(xué)生在科學(xué)探究過(guò)程中做出科學(xué)解釋，同時(shí)參照KatherineL等人文中的將科學(xué)解釋分為“陳述、證據(jù)、邏輯”三個(gè)因素去研究高一學(xué)生科學(xué)解釋情況。研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的整體解釋水平不高；學(xué)生在科學(xué)解釋中提出證據(jù)存在著一些困難；同時(shí)即使在提出證據(jù)情況下，所提出的證據(jù)在支持其陳述的比例不是很高。

關(guān)鍵詞：科學(xué)解釋 科學(xué)探究 證據(jù)

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）05（c）-0184-03

The Study on the Ability of High School students’ Scientific Explanation

Zhou Xiaoyan1，Wu Xian2

（1.School of Physics，Zhanjiang Normal College，Zhanjiang，Guangdong，China 524048；

2.Department of physics，Guangxi Teachers Education University，Nanning Guangxi，China 530001）

Abstract：This research by the use of the interview method.In a real science scene，asking the students to make scientific explanationin。The scientific explanation is divided into “statement”，“evidence”，“l(fā)ogic” three factors to study the high school student scientific explaination.The study founds that students’ overall explanation level is not high；students have some difficulties in providing evidences when they make scientific explainations；In the same way，students proposed evidence in support of their statements proportion is not very high even in produce evidence cases，the students needs to further improve the ability in the choice to support the statement of the evidence.

Key Words：Scientific；Explanation；Scientific；Inquiry；Evidence

1 問(wèn)題的提出

在我國(guó)全日制義務(wù)教育科學(xué)（7～9年級(jí)）課程標(biāo)準(zhǔn)中提到，全面提高每一個(gè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)課程的核心理念?？茖W(xué)教育要引導(dǎo)學(xué)生初步認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)。在美國(guó)的科學(xué)探究與國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)提到課堂中的科學(xué)探究五個(gè)特征有四個(gè)特征中提到科學(xué)解釋[1]。由此研究學(xué)生的科學(xué)解釋情況對(duì)于實(shí)施的科學(xué)探究教學(xué)有著重要的意義。

2 研究的概述

所謂的科學(xué)解釋就是把現(xiàn)有的科學(xué)知識(shí)和來(lái)自觀察、試驗(yàn)或模型的新證據(jù)組合成具有內(nèi)在一致性的、符合邏輯的說(shuō)明[2]?？茖W(xué)解釋是借助于推理而提出現(xiàn)象或結(jié)果產(chǎn)生的原因，并且使得證據(jù)和陳述之間有一定科學(xué)的邏輯論證。

美國(guó)學(xué)者Kuhn（1991）在調(diào)查成人和兒童發(fā)表觀點(diǎn)的能力中發(fā)現(xiàn)，成人和兒童在協(xié)調(diào)陳述和證據(jù)之間都存在著困難[3]。Leema Kuhn and Brian Reiser關(guān)于學(xué)生建構(gòu)和堅(jiān)持基于證據(jù)的科學(xué)解釋研究中發(fā)現(xiàn)指導(dǎo)性學(xué)習(xí)框架可以幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)中的現(xiàn)象作出合理解釋的時(shí)使用證據(jù)。但是在學(xué)生的解釋中還是無(wú)法清晰地協(xié)調(diào)證據(jù)和推論的關(guān)系[4]。鄂超云（2004）的研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)兒童對(duì)理論本身進(jìn)行思考的時(shí)候需要具體的證據(jù)，需要證據(jù)支持他的理論[5]。圖1是他所提及的這種協(xié)調(diào)過(guò)程表現(xiàn)形式。（見(jiàn)圖1）

曾圓紅（2009）以一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)不良為例研究高中生解釋演變情況。她的研究中得出：被試對(duì)于問(wèn)題的預(yù)測(cè)，答案的正確率雖然比較高，但被試整體的解釋水平不高[6]。特別是國(guó)外學(xué)者KatherineL等在前人的基礎(chǔ)上，編制了一個(gè)新的關(guān)于學(xué)生科學(xué)解釋的評(píng)價(jià)量表，將學(xué)生科學(xué)解釋的框架分為三個(gè)組成部分：陳述（關(guān)于問(wèn)題的推論）；證據(jù)（支持證據(jù)的數(shù)據(jù)、資料）；邏輯（基于科學(xué)原理的判斷，說(shuō)明為什么證據(jù)支持陳述）。

前人的研究表明學(xué)生的整體解釋水平不高。特別是面對(duì)真實(shí)情景時(shí)，學(xué)生的解釋往往是基于自己的假設(shè)和想象去描述，是不經(jīng)證據(jù)證明的，甚至是缺少科學(xué)的邏輯關(guān)系。本研究參考本研究參照KatherineL等研究制定一個(gè)新的科學(xué)解釋評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)科學(xué)探究的情景，采用訪談的方法，研究高一學(xué)生的科學(xué)解釋水平。

3 研究的方法

3.1 研究對(duì)象的選取

研究測(cè)試地點(diǎn)選擇在廣東省湛江市某所中學(xué)。本人用隨機(jī)抽樣的方式在高一年級(jí)文理班級(jí)按照1∶1的方式抽取了46名被試的樣本。

3.2 研究的工具

本研究所采用的研究工具是撒尿娃娃噴水的實(shí)驗(yàn)，撒尿娃娃為學(xué)生呈現(xiàn)了一個(gè)很有趣的現(xiàn)象，通過(guò)科學(xué)的操作，撒尿娃娃可以出現(xiàn)有趣的噴水現(xiàn)象。（見(jiàn)圖2、表1）

3.3 研究的程序

訪談設(shè)計(jì)的情景如下。

（1）觀察現(xiàn)象階段：研究者演示娃娃噴水現(xiàn)象。

（2）預(yù)測(cè)階段。

研究者給訪談的學(xué)生提供一個(gè)新的撒尿娃娃，要求預(yù)測(cè)如何使手中的撒尿娃娃噴水，并提供預(yù)測(cè)的理由。

（3）檢驗(yàn)預(yù)測(cè)階段。

訪談的學(xué)生按著自己預(yù)測(cè)的方法進(jìn)行操作，檢驗(yàn)預(yù)測(cè)情況。

（4）解釋階段。

研究者要求詳細(xì)解釋娃娃噴水的原因，具體提問(wèn)是：根據(jù)你剛才的操作和觀察，能想詳細(xì)解釋一下為什么撒尿娃娃噴水？

訪談時(shí)，研究者與學(xué)生進(jìn)行溝通并呈現(xiàn)研究工具，提示學(xué)生注意觀察實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，然后按照上述的順序?qū)W生進(jìn)行探究，探究之后，要求學(xué)生對(duì)探究的過(guò)程進(jìn)行解釋?；顒?dòng)探究過(guò)程每位學(xué)生所用的時(shí)間大概是10分鐘。研究者在訪談過(guò)程中做好錄音工作，并在訪談結(jié)束后，將訪談的數(shù)據(jù)整理。

3.4 科學(xué)解釋評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

研究者根據(jù)學(xué)生對(duì)撒尿娃娃噴水的科學(xué)解釋，參照KatherineL等人研究，制定科學(xué)解釋分類標(biāo)準(zhǔn)如下。（見(jiàn)表2）

3.5 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)以上的分類標(biāo)準(zhǔn)，將學(xué)生在“撒尿娃娃”活動(dòng)中的解釋水平狀況統(tǒng)計(jì)如下：（見(jiàn)表3）

根據(jù)以上的圖表，可知，高水平解釋的數(shù)量和比例不是很多，并且被試整體的解釋水平并不高。這與曾圓紅的研究結(jié)果一致，在曾圓紅（2009）以一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)不良為例研究高中生解釋演變情況研究中得出被試對(duì)于問(wèn)題的預(yù)測(cè)，答案的正確率雖然比較高，但被試整體的解釋水平不高。

推測(cè)被試解釋水平整體不高的可能原因是要求被試解釋的是一個(gè)情景，學(xué)生平時(shí)利用所學(xué)的知識(shí)大多都是解決試卷上的問(wèn)題，缺少解決真實(shí)的情景問(wèn)題經(jīng)歷。同時(shí)，該情景又是一個(gè)黑箱情景，盡管被試已經(jīng)學(xué)習(xí)了熱學(xué)、氣壓的相關(guān)知識(shí)，但要把這個(gè)復(fù)雜性問(wèn)題解釋清楚，除了需要被試將學(xué)過(guò)的知識(shí)靈活而準(zhǔn)確的提取、加工并應(yīng)用于真是的情境外，還要結(jié)合個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)加以判斷，從而作出科學(xué)的解釋，這對(duì)被試來(lái)說(shuō)有一定的難度。

學(xué)生的整體解釋水平不高，那么學(xué)生在解釋中提出證據(jù)、提出證據(jù)與陳述是否有邏輯關(guān)系情況又是如何呢？本研究分析了學(xué)生在解釋中提出證據(jù)、提出證據(jù)與陳述是否匹配的關(guān)系進(jìn)行分析。（見(jiàn)表4）

由以上的表4和表5中可以看出，學(xué)生在科學(xué)解釋中提出證據(jù)存在著一些困難，同時(shí)在即使提出證據(jù)情況下，所提出的證據(jù)在支持其陳述上的比例不是很高?？梢?jiàn)學(xué)生在選擇能支持陳述的證據(jù)的能力有待于進(jìn)一步提高。這就與相關(guān)的研究有著相一致，該研究顯示學(xué)生們?cè)谑褂眠m當(dāng)?shù)乜茖W(xué)證據(jù)和提供充分地科學(xué)證據(jù)支持他們的陳述中存在著困難。

推測(cè)被試科學(xué)解釋中使用證據(jù)支持他們的陳述和判斷他們證據(jù)對(duì)陳述的支持性中存在著困難的原因可能是，一般學(xué)生被要求去做科學(xué)解釋的時(shí)候只注重相關(guān)的科學(xué)原理的陳述，缺少提供證據(jù)支持陳述的這樣的經(jīng)歷，所以學(xué)生缺少了提出證據(jù)和協(xié)調(diào)證據(jù)和陳述的能力。

4 結(jié)論與建議

本研究設(shè)計(jì)一個(gè)真實(shí)科學(xué)情景，讓學(xué)生在科學(xué)探究過(guò)程中作出科學(xué)解釋，同時(shí)參照KatherineL等人文中的將科學(xué)解釋分為“陳述、證據(jù)、邏輯”三個(gè)因素去研究高一學(xué)生科學(xué)解釋水平。研究發(fā)現(xiàn)：

（1）學(xué)生的整體解釋水平不高。在42個(gè)被試當(dāng)中，高水平的科學(xué)解釋人數(shù)只占被試人數(shù)的21.4%，中水平的科學(xué)解釋人數(shù)占40%，低水平的占35.5%。

（2）學(xué)生在科學(xué)解釋中提出證據(jù)存在著一些困難，同時(shí)在即使提出證據(jù)情況下，所提出的證據(jù)在支持其陳述的比例不是很高，在選擇能支持陳述的證據(jù)的能力有待于進(jìn)一步提高。

根據(jù)以上研究結(jié)論，筆者認(rèn)為可以為科學(xué)探究教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐提供一點(diǎn)建議，以供參考。

（1）提供探究性的科學(xué)情景，激發(fā)學(xué)生探究的欲望。

教師盡量采用真實(shí)的情景讓學(xué)生進(jìn)行探究的問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生多地提出問(wèn)題，積極思考，積極地建構(gòu)科學(xué)解釋。

（2）培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)方法，明確證據(jù)在科學(xué)解釋中的重要作用。

理論是一種解釋，科學(xué)家因?yàn)橛凶C據(jù)的支持對(duì)這種解釋有著大量的信心?？梢?jiàn)證據(jù)在科學(xué)解釋中的重要性。建議教師在讓學(xué)生作出科學(xué)解釋的過(guò)程中，能指導(dǎo)學(xué)生在表達(dá)其陳述的過(guò)程中加入證據(jù)的支持。

（3）培養(yǎng)學(xué)生協(xié)調(diào)證據(jù)和理論的能力來(lái)提高科學(xué)探究的思維。

教師要讓學(xué)生了解科學(xué)家作出科學(xué)需要是需要證據(jù)的支持，同時(shí)科學(xué)性的解釋中的理論和證據(jù)是相協(xié)調(diào)的。同時(shí)教師在教學(xué)過(guò)程中要逐漸培養(yǎng)學(xué)生協(xié)調(diào)證據(jù)和理論的這種能力。教師在要求學(xué)生作出科學(xué)解釋的時(shí)候，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)姆磫?wèn)，提供足夠的時(shí)間讓學(xué)生之間相互交流方式來(lái)提高這方面的能力。

參考文獻(xiàn)

[1] （美）國(guó)家研究理事會(huì).科學(xué)探究與國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)—— 教與學(xué)的指南[M].羅星凱，譯.北京：科學(xué)普及出版社，2004：23-24.

[2] （美）國(guó)家研究理事會(huì)，著.美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)[M].戢守志，譯.北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1999：141.

[3] KatherineL.McNeill，Joseph Krajcik Scientic.Explanations：Characterizing and Evaluating the Effects of Teachers Instructional Practiceson Student Learnin[M].2007.

[4] Leema Kuhn and Brian Reiser.Students constructing and defending evidence-based scientific explaintions[M].2004.

[5] 鄂超云.樸素物理理論與兒童科學(xué)教育[D].華東師范大學(xué)，2004.

[6] 曾圓紅.探究中高中學(xué)生解釋的演變—— 以一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)問(wèn)題不良為例[D].桂林：廣西師范大學(xué)，2009.

[7] 米歇爾·本特利，著.科學(xué)的探索者——小學(xué)與中學(xué)科學(xué)教育新取向[M].洪秀敏，譯.北京師范大學(xué)出版社集團(tuán)，2008：15.