高等院校本科生科學(xué)推理能力現(xiàn)狀研究

焦衛(wèi)華 李國(guó)強(qiáng) 杜明榮

摘 ? ?要：通過(guò)填寫(xiě)網(wǎng)上調(diào)查問(wèn)卷的方式對(duì)河南省兩所高等院校的本科生的科學(xué)推理（Scientific Reasoning）能力進(jìn)行的測(cè)試發(fā)現(xiàn)：學(xué)生成績(jī)分布呈正態(tài)分布，一本高校（A）學(xué)生各維度科學(xué)推理水平均高于二本高校（B），且兩所高校學(xué)生的相關(guān)思維和假設(shè)—演繹思維水平均有顯著差異。通過(guò)采用科學(xué)推理能力測(cè)試中五個(gè)重要維度的準(zhǔn)確率平均值和平均分歸一化百分比的函數(shù)，反應(yīng)出同生源層次的學(xué)生科學(xué)推理能力的水平，也對(duì)理工科學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高有所啟示。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)推理能力; 高等學(xué)校;物理專(zhuān)業(yè);

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1002-4107（2021）03-0056-02

著名心理學(xué)家皮亞杰在其認(rèn)知發(fā)展理論中首次提出科學(xué)推理（Scientific Reasoning）這一概念?？茖W(xué)推理能力是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，是形成和完善人們對(duì)自然界和人文社會(huì)的各種概念和理論認(rèn)知過(guò)程的重要步驟。科學(xué)推理的要素是假設(shè)、實(shí)驗(yàn)和證據(jù)，其中證據(jù)是經(jīng)由假設(shè)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程檢驗(yàn)過(guò)的，并確定為真的內(nèi)容[1]?？茖W(xué)推理能力對(duì)科學(xué)研究，特別是原創(chuàng)性科學(xué)研究具有重要作用，對(duì)于研究者的研究生涯也有重要影響。高等院校的本科生不僅是各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域的生力軍，更是未來(lái)科學(xué)研究的新生力量，因此其掌握科學(xué)推理能力狀況非常重要。

本文首先對(duì)河南省兩所高校的物理專(zhuān)業(yè)本科生的總體科學(xué)推理及各推理維度的成績(jī)進(jìn)行分析，并建立五種重要思維能力平均值與分?jǐn)?shù)平均值之間的函數(shù)關(guān)系;進(jìn)而利用廣東省的一所一本院校本科生的成績(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，確定該函數(shù)關(guān)系具有一定的普適性。

一、對(duì)象與工具

（一）對(duì)象

在河南省，選取兩所省屬本科高校（一本、二本各1所），分別命名為A校和B校。以物理專(zhuān)業(yè)學(xué)生為調(diào)查對(duì)象，A校96人，B校51人。

（二）工具

本測(cè)試采用具有良好效度和信度的科學(xué)推理測(cè)試卷（LCTSR）中文版。問(wèn)卷共24道客觀題，問(wèn)題結(jié)論和推理理由成對(duì)出現(xiàn)，其中單數(shù)題目為問(wèn)題結(jié)論，雙數(shù)題目為推理理由。其中第23和24題為獨(dú)立題目。按照測(cè)試卷要求的賦予分?jǐn)?shù)原則：答對(duì)一對(duì)題目得1分，23、24題各得1分，總分為13分。試卷維度構(gòu)成見(jiàn)表1，值得注意的是11—14題為變量識(shí)別與控制和概率思維的交叉題目。

二、結(jié)果與討論

（一）兩個(gè)樣本平均成績(jī)總體分析

兩組樣本的科學(xué)推理能力成績(jī)的Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)顯著性水平Sig.分別為0.057和0.486，都大于標(biāo)準(zhǔn)值0.05，即服從正態(tài)分布。從曼—惠特尼U檢驗(yàn)的秩統(tǒng)計(jì)量表得出A校和B校的平均秩次分別為81.82與59.28，由此可以粗略看出A校與B校學(xué)生科學(xué)推理能力成績(jī)相差較大。曼—惠特尼U（Mann-Whitney U）雙尾漸進(jìn)顯著性概率為0.002，遠(yuǎn)小于0.05，說(shuō)明兩個(gè)樣本間存在顯著差異。A校和B校的平均分為7.92和6.33，也說(shuō)明他們的科學(xué)推理能力存在明顯的差別。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)A校和B校學(xué)生對(duì)于各對(duì)題目的得分情況發(fā)現(xiàn)，A校學(xué)生的題目正確率均高于B校學(xué)生。此外，兩校也表現(xiàn)出一定的共同特征：（1）大多數(shù)題目的正確率較

低，基礎(chǔ)題目得分率高于高級(jí)題目;（2）兩種思維交叉的題目正確率最低。兩校學(xué)生答題的正確率均高于60%的只有4對(duì)題目，即第1、2、3對(duì)和第5對(duì)題目。第1、2對(duì)題目對(duì)應(yīng)守恒思維，分別是質(zhì)量守恒和體積守恒。較高的正確率說(shuō)明兩校學(xué)生在守恒思維方面發(fā)展無(wú)明顯差異，所以，接下來(lái)只詳細(xì)分析其他五種思維能力的差異。第3對(duì)和第4對(duì)題目分別是比例思維的基礎(chǔ)題目和高級(jí)題目，從得分情況可以看出，學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)題目的得分率均高于高級(jí)題目，類(lèi)似的現(xiàn)象在其他測(cè)試題中也有體現(xiàn)，例如第5對(duì)和第6對(duì)題目，這種現(xiàn)象說(shuō)明學(xué)生的對(duì)應(yīng)思維能力尚有提升的空間。

兩校學(xué)生正確率最低的題目都是第6對(duì)題目，其正確率低于隨機(jī)概率20%。該題目包含“變量的識(shí)別和控制”和“概率思維”兩種思維。這說(shuō)明學(xué)生對(duì)于需要多思維協(xié)調(diào)的能力非常欠缺。

（二）兩個(gè)樣本各維度對(duì)比分析

接著我們統(tǒng)計(jì)了兩校學(xué)生在五個(gè)維度的平均正確率，發(fā)現(xiàn)兩校本科學(xué)生在五種思維能力方面發(fā)展存在顯著性差異和不均衡。為了清晰地反應(yīng)二者差異，我們用A校結(jié)果減去B校結(jié)果，有以下發(fā)現(xiàn)：首先，五個(gè)維度的差值均大于零，這說(shuō)明A校學(xué)生在五個(gè)維度的能力均高于B校學(xué)生;其次，在相關(guān)思維和假設(shè)—演繹思維方面，二者相差接近20%，這說(shuō)明兩校學(xué)生在這兩方面存在巨大差異。以往的研究已經(jīng)指出，偏基礎(chǔ)和偏應(yīng)用的高校大學(xué)生在以上兩個(gè)維度存在巨大差異[2]。A校作為省內(nèi)重點(diǎn)院校注重學(xué)生的基礎(chǔ)訓(xùn)練，B校作為二本院校更偏重學(xué)生應(yīng)用方面的教育，這也證明了偏應(yīng)用的高校的相關(guān)思維和假設(shè)—演繹思維方面的推理能力處于弱勢(shì)。

在五個(gè)維度中，兩校學(xué)生得分最低的是概率思維，并且兩校之間差異最小。科學(xué)推理中的概率思維不僅在高等院校的學(xué)生中水平較低，在中國(guó)不同層級(jí)的學(xué)生（初中生、高中生、中專(zhuān)、大專(zhuān)和本科學(xué)生）中，都發(fā)現(xiàn)概率思維得分率較低[3]。所以，從概率思維的差異中不能很好的反應(yīng)不同層級(jí)學(xué)生之間的差異，總體上學(xué)生的概率思維普遍處于較低的水平。

（三）五維度平均值N（x）與平均分之間的關(guān)系

假如試卷中每對(duì)題目考察的能力單一時(shí)，試卷所有題目的平均準(zhǔn)確率Y（x）應(yīng)該等于平均分歸一化的百分比，如圖1中方塊所示。考慮到第6對(duì)和第7對(duì)題目考察兩種思維能力，同時(shí)守恒思維的準(zhǔn)確率很高，我們采用表1中后五個(gè)維度準(zhǔn)確率的平均值N（x）替代所有題目平均準(zhǔn)確率Y（x），其結(jié)果如圖1中的圓點(diǎn)所示?？梢钥闯?，所有題目的平均分較高的A校，五個(gè)維度準(zhǔn)確率的平均值也高于B校。考慮到兩校在招生批次上的差別，我們認(rèn)為這可能來(lái)自生源的差別。以上假設(shè)，我們?cè)趶V東省選擇了一所生源水平和A校相近的一本院校（C校）進(jìn)行驗(yàn)證，其結(jié)果如圖所示。C校的結(jié)果比A校略高，但是仍然落在函數(shù)關(guān)系的曲線(xiàn)上，這說(shuō)明科學(xué)推理能力與學(xué)生的生源具有密切關(guān)系。

三、啟示

從總體上看，兩所高等院校本科生的科學(xué)推理能力都處于較低水平，而科學(xué)推理能力是提高學(xué)生學(xué)習(xí)力和創(chuàng)造力的關(guān)鍵，因此必須在今后的物理等理工科教學(xué)中進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)推理能力。同時(shí)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從各個(gè)不同的推理思維維度來(lái)看，多思維協(xié)調(diào)能力和概率思維較差是兩校學(xué)生共同面臨的問(wèn)題，也必須在今后的教學(xué)中有所側(cè)重。從兩校的橫向比較來(lái)看，A校學(xué)生在總體科學(xué)推理水平及各維度的水平上均高于B校學(xué)生，從表面上看，這是偏基礎(chǔ)和偏應(yīng)用的大學(xué)之間的不同，但究其根源是生源水平不同。

以上測(cè)試所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題與結(jié)論為高等院校培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)推理能力將提供有益的指導(dǎo)，它啟示我們，大學(xué)理工科教育應(yīng)側(cè)重提高多思維協(xié)調(diào)能力和概率思維，同時(shí)也要注重基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)。許多高校本科生的課程設(shè)置存在為學(xué)分而學(xué)習(xí)的現(xiàn)象。在課程質(zhì)量上，課程層次區(qū)分不大、各專(zhuān)業(yè)授課內(nèi)容未區(qū)分、重理論輕實(shí)踐，部分課程知識(shí)陳舊。因此，在今后的理工科專(zhuān)業(yè)的高等教育中，要通過(guò)多種途徑來(lái)提高學(xué)生的科學(xué)推理能力。首先要重構(gòu)課程體系，調(diào)整基礎(chǔ)課和實(shí)踐課的比例，在保證學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)完整的情況下，提高實(shí)踐課所占的比例，通過(guò)強(qiáng)調(diào)具體的實(shí)驗(yàn)和操作、小組討論等方式來(lái)提高學(xué)生的多思維協(xié)調(diào)能力;其次，要豐富實(shí)踐教學(xué)的資源，提高實(shí)踐課時(shí)所占的學(xué)分比例，從而提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、深入探索的科研綜合能力，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，并與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目相結(jié)合，提高學(xué)生的創(chuàng)造力和實(shí)踐創(chuàng)新能力;最后，在產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的基礎(chǔ)上，在省、校等各級(jí)實(shí)驗(yàn)中心設(shè)立大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐基地，通過(guò)各種論壇、競(jìng)賽系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為培養(yǎng)高水平的科研領(lǐng)軍人才和社會(huì)需要的實(shí)際應(yīng)用型人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱麗杰.國(guó)外科學(xué)推理能力內(nèi)涵與策略的發(fā)展研究[D].長(zhǎng)春：東北師范大學(xué)，2012.

[2]L.Ding，X.Wei，X.Liu，Variations in University Students

Scientific Reasoning Skills Across Majors，Years，and Types of Institutions[J].Research in Science Education，2016，（3）.

[3]杜明榮，郭江.中學(xué)生科學(xué)推理能力發(fā)展規(guī)律與啟示[J].物理教學(xué)探討，2018，（6）.

編輯∕李夢(mèng)迪

作者簡(jiǎn)介：焦衛(wèi)華（1980—），女，河北石家莊人，河南大學(xué)哲學(xué)與公共管理學(xué)院講師，博士，研究方向：現(xiàn)代西方哲學(xué)。

基金項(xiàng)目：2017年河南省教育廳河南省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐立項(xiàng)項(xiàng)目“理科師范生科學(xué)推理能力的培養(yǎng)策略研究”（2017SJGLX227）