科學(xué)探究對高中生科學(xué)本質(zhì)觀影響的研究

黃皓燕+王峰

摘 要：本研究以南京市金陵中學(xué)高中學(xué)生為研究對象，通過運用調(diào)查量表——《了解科學(xué)及科學(xué)探究本質(zhì)量表》進行測驗，使用SPSS11.5軟件對數(shù)據(jù)進行分析，了解中學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的現(xiàn)狀，結(jié)合學(xué)生在訪談中的回答，初步得出高中生對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識情況。根據(jù)學(xué)生在前測中科學(xué)本質(zhì)觀的特點，結(jié)合物理內(nèi)容運用“科學(xué)探究—反思—明示”的教學(xué)模式理念進行教學(xué)實驗，用實證研究的方式探討科學(xué)探究對中學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的影響。

關(guān)鍵詞：科學(xué)本質(zhì)觀；科學(xué)探究；教學(xué)實驗

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）5-0015-4

科學(xué)探究中蘊含科學(xué)本質(zhì)，通過運用科學(xué)探究來提高學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀是科學(xué)本質(zhì)教育中一種有效的方法。本研究的主要目的是通過調(diào)查研究，了解中學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，并借助科學(xué)探究的教學(xué)方式，用實證研究的方式探討科學(xué)探究對中學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的影響，力求能對中學(xué)物理教育提出一些行之有效的教學(xué)策略，以此有效地提高中學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識。

1 教學(xué)模式的設(shè)計

學(xué)生單是從“做科學(xué)”和探究活動的過程中理解科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)探究是比較困難的，教師應(yīng)該采用特殊的方法幫助學(xué)生反思探究活動，這是學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)探究的一種途徑。筆者設(shè)計了如下教學(xué)模式：科學(xué)探究（教學(xué)）—反思（其中的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容）—明示（科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容）。

以“磁感應(yīng)強度”教學(xué)內(nèi)容設(shè)計為例，科學(xué)探究過程如下。

提出問題：研究磁場的強弱—設(shè)計實驗方案—控制相關(guān)變量—進行實驗探究—分析實驗結(jié)論—比值定義磁場的強弱（B）。

科學(xué)本質(zhì)教育內(nèi)容：在科學(xué)探究的過程中以及科學(xué)知識建立的過程中，都離不開研究者的嚴(yán)密邏輯并富有創(chuàng)造性的思維。

反思環(huán)節(jié)：

教師：大家回憶一下，我們這次探究的具體步驟是怎樣的？

學(xué)生：提出問題—猜想假設(shè)—制定計劃—設(shè)計實驗—進行實驗—數(shù)據(jù)分析—解釋結(jié)果等等。

教師：對！這就是科學(xué)探究的一個具體的過程。那么，是不是每次探究都要經(jīng)歷這么一個過程呢？這個過程是不是固定的呢？

學(xué)生：不一定！

教師：我們進行實驗時運用了什么樣的研究方法呢？

學(xué)生：控制變量法。

教師明示：是的。物理學(xué)的思想和研究方法是在物理學(xué)的發(fā)展過程中物理學(xué)家逐漸摸索、積累、歸納、總結(jié)出來的。但并非任何一種方法步驟都可以適用于各種科學(xué)探究中，也并非每個研究過程都要經(jīng)歷以上的每個步驟?？茖W(xué)研究的途徑是多樣的，不僅包含邏輯推理和實驗的方法，還包含聯(lián)想、想象等創(chuàng)造性思維方法，而且同一個問題也可用不同的方法來解決，最終可以得到同樣的結(jié)果。探究的結(jié)果與科學(xué)家的創(chuàng)造性和主觀認(rèn)識也是分不開的，科學(xué)知識是人類智力的創(chuàng)造，科學(xué)研究的整個過程需要人類豐富的想象力和創(chuàng)造力。

2 研究對象

本次實驗所有被試對象都是南京市金陵中學(xué)的學(xué)生，選擇高一、高二及高三共17個班774位學(xué)生進行測量，收回有效問卷735份。在科學(xué)探究對學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀影響的實驗中，選擇高二（2）班學(xué)生作為實驗班，高二（10）班學(xué)生作為對照班。

3 量表的選擇

本研究使用的調(diào)查量表——《了解科學(xué)及科學(xué)探究本質(zhì)量表》是在美國拉薩爾大學(xué)的梁玲博士2005年開發(fā)的量表SUSSI的基礎(chǔ)上改編的。其中包含6個方面的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容，分別是：相對性，科學(xué)定律與科學(xué)理論，社會文化對科學(xué)研究的影響，想象力和創(chuàng)造力，觀察結(jié)果的特征，科學(xué)研究的步驟。

量表共有3個部分，分別是24道選擇題、6道開放題以及被試對象的背景資料。問卷采用五等級計分法，最高分為5分，最低分為l分。研究過程中對問卷進行了信度測量，得到量表的內(nèi)在一致性Alpha=0.7528，說明問卷整體具有比較好的內(nèi)在一致性。本量表已在國內(nèi)外許多關(guān)于學(xué)生及教師科學(xué)本質(zhì)觀的測試研究中得到廣泛運用，具有較高的效度。

4 高中生科學(xué)本質(zhì)觀現(xiàn)狀的調(diào)查

在本次研究中一共發(fā)放《了解科學(xué)及科學(xué)探究本質(zhì)量表》問卷774份，選擇高一、高二、高三17個班級的學(xué)生作為研究對象進行調(diào)查，收回有效問卷735份。研究主要對學(xué)生在量表中的得分進行量化分析，量表總分為120分，總量表得分80分、分量表得分13.5分為中間分?jǐn)?shù)，得分超過中間分?jǐn)?shù)就代表對科學(xué)本質(zhì)有一定的了解。[1]表1分別是高一、高二及高三學(xué)生在總量表和各個量表上得分的平均值以及標(biāo)準(zhǔn)差的情況。

可以看出，各年級學(xué)生總分的平均值都超過了80分。通過對很多問卷的分析，可以發(fā)現(xiàn)其中不乏科學(xué)本質(zhì)觀非常清晰的學(xué)生。而通過對比，我們也可以看到高一至高三年級學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的差異：高二、高三學(xué)生與高一學(xué)生相比，科學(xué)本質(zhì)觀有所提高，而高三年級學(xué)生比高二年級學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀略微下降。

在“科學(xué)定律與科學(xué)理論”的分量表得分中，平均分最高的是高二年級的11.59分，其次是高三年級得到11.56分，第三是高一年級的11.1分，我們可以發(fā)現(xiàn)該分量表的得分明顯偏低。

在“相對性”“社會和文化對科學(xué)影響”“科學(xué)研究的步驟”三個項目中，得分最高的是高二年級，其次是高三年級，最低的是高一年級。結(jié)合訪談發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生能認(rèn)識到科學(xué)理論的改變，如“科學(xué)理論會變化，如日心說到地心說”等等。大部分學(xué)生認(rèn)為社會文化對科學(xué)研究存在很大影響，如“中國古代封建社會對科學(xué)進步就有阻礙”等等。許多學(xué)生在訪談中認(rèn)為存在科學(xué)家通用的科學(xué)研究程序，不過也有一些學(xué)生認(rèn)為科學(xué)研究程序并不總是適用的等等。

在“想象力和創(chuàng)造力對科學(xué)研究的影響”“觀察結(jié)果的特征”兩個項目中，高一、高二、高三是逐級提高的。結(jié)合訪談發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生認(rèn)為想象力和創(chuàng)造力對科學(xué)研究有較大影響，如“廣義相對論對引力場、質(zhì)能關(guān)系的闡釋即有想象力與創(chuàng)造力的影響”。部分學(xué)生認(rèn)為對同一事件不同科學(xué)家的觀察結(jié)果可能有所差別，還有部分學(xué)生認(rèn)為觀察結(jié)果是客觀的，如“有很小的差別，觀察結(jié)果是客觀的”“可能有差別，因為科學(xué)家是客觀的”。

5 教學(xué)實驗對于學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的影響

實驗班和對照班同時進行前后測，我們對對照班進行前后測并統(tǒng)計得分，然后進行了對照班被試前后測得分配對樣本t檢驗。檢驗的結(jié)果：無論是總量表的得分還是各分量表的得分，其檢驗結(jié)果[Sig. （2-tailed）]均大于0.05，說明對照班被試學(xué)生在前后測中沒有表現(xiàn)出顯著性的差異。

5.1 實驗班學(xué)生前后測得分情況

在實驗教學(xué)之前對實驗班通過《了解科學(xué)及科學(xué)探究本質(zhì)量表》進行前測，與此同時選擇一些學(xué)生進行個別訪談，全面了解學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)認(rèn)識，之后對實驗班進行“科學(xué)探究—反思—明示”教學(xué)模式融入科學(xué)探究的物理課程教學(xué)。在為期三個月的教學(xué)實驗結(jié)束后，再次對其進行后測，并同時再次選擇學(xué)生進行個別訪談，了解其科學(xué)本質(zhì)觀的現(xiàn)狀與改變情況，得分結(jié)果如表2所示。

從表中可以看出，“相對性”“科學(xué)定律與理論”“社會與文化”以及“想象力與創(chuàng)造力”分量表的得分有所增加，“觀察結(jié)果”及“研究方法”分量表得分略有下降。

表3顯示的是實驗班被試前后測得分配對樣本t檢驗的結(jié)果。由此表可以看出，經(jīng)過配對樣本t檢驗，“相對性”分量表檢驗結(jié)果[Sig. （2-tailed）]為0.046（<0.05），存在比較顯著的差異，但是其余各分量表的檢驗結(jié)果[Sig. （2-tailed）]均大于0.05，這說明在前后測的得分對比中無論是增加還是減少都沒有顯著性的意義。

5.2 學(xué)生前后測情況柱狀圖分析

為了使前后測情況更加一目了然，我們做了實驗班學(xué)生前后測情況柱狀圖。圖1是實驗班學(xué)生前后測情況的柱狀圖，圖2是實驗班學(xué)生前后測情況的放大柱狀圖。由圖1及圖2可以看出“相對性”“科學(xué)定律與理論”“社會與文化”以及“想象力與創(chuàng)造力”分量表的得分有所增加，“觀察結(jié)果”及“研究方法”分量表得分略有下降?？偡衷黾恿?.75分，增加比例為2.1%，與對照班的增加比例0.07%相比，增加明顯。

6 結(jié) 論

（1）通過對南京市金陵中學(xué)高一至高三年級中774位同學(xué)進行調(diào)查，結(jié)果表明，高中生對科學(xué)本質(zhì)具有一定程度的認(rèn)識。

（2）通過對高一、高二及高三三個年級學(xué)生科學(xué)本質(zhì)測試結(jié)果進行對比，可以發(fā)現(xiàn)，高二年級學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀略高于高三年級學(xué)生，高二、高三兩個年級學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀高于高一年級學(xué)生。

（3）通過對實驗班進行一段時間的顯性的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)發(fā)現(xiàn)，融入科學(xué)探究的物理教學(xué)對于學(xué)生在“科學(xué)理論的相對性”方面的認(rèn)識起到改善作用，但是并未使學(xué)生的整體科學(xué)本質(zhì)觀達到顯著的變化。

基于以上研究，筆者認(rèn)為學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的形成是一個通過平時學(xué)習(xí)穩(wěn)步構(gòu)建的過程，是一個長期且復(fù)雜的過程，而且在這個過程中，學(xué)生對于科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識并非是線性的增強過程，可能會出現(xiàn)因為認(rèn)知沖突或外界影響而引起的螺旋式進步。

7 反 思

7.1 存在的問題

教學(xué)實驗中的教學(xué)內(nèi)容全部來自于經(jīng)典物理，這對學(xué)生形成當(dāng)代達成共識的科學(xué)本質(zhì)認(rèn)識存在一定困難。本次教學(xué)實驗持續(xù)時間較短，期間學(xué)生由于小高考壓力大，實驗時間受到一定的限制，同時由于課程進度的需要，整個過程中學(xué)生自己動手參與探究的機會不多，大多探究實驗屬于課堂演示實驗，這可能是教學(xué)實驗效果不顯著的一個重要原因。

7.2 重視科學(xué)探究在物理課程中的運用

雖然本實驗中通過科學(xué)探究并未明顯改進學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)認(rèn)識，但這并不能否定科學(xué)探究的重要性。在教學(xué)實驗進展過程中，我們發(fā)現(xiàn)，通過科學(xué)探究在課堂中的運用，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到了很好的提高。首先，實驗探究的開展使學(xué)生對于實驗的認(rèn)識由之前的簡單演示到參與設(shè)計，這極大地豐富了學(xué)生的實驗認(rèn)識，切實提高了實驗?zāi)芰?；其次，理論探究的開展對于學(xué)生思維能力的提高也是很有幫助的。

參考文獻：

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（欄目編輯 趙保鋼）