廣州市高中生科學(xué)探究能力發(fā)展水平的調(diào)查分析及教學(xué)建議

龔彬

摘? 要：文章對(duì)廣州市19所普通高中的3472名高中生進(jìn)行調(diào)查研究后發(fā)現(xiàn)，廣州市高中生科學(xué)探究能力處于高水平人數(shù)占24.8%，大部分處于中等水平?？茖W(xué)探究能力的8個(gè)方面，高水平學(xué)生的占比僅實(shí)施實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Τ^50%。隨著年級(jí)的增長(zhǎng)，學(xué)生反思與評(píng)價(jià)、表達(dá)與交流能力略有提升，但并不顯著。針對(duì)以上情況，文章提出了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的5個(gè)教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究能力；調(diào)查研究；教學(xué)建議；高中生

一、科學(xué)探究能力構(gòu)成及測(cè)試樣本情況說明

查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，研究者普遍認(rèn)為科學(xué)探究能力主要包括８?jìng)€(gè)方面：“提出問題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、解釋與結(jié)論、反思與評(píng)價(jià)、表達(dá)與交流”。通過教師訪談并結(jié)合自身教學(xué)實(shí)際，筆者認(rèn)為將科學(xué)探究能力分層以上８?jìng)€(gè)維度進(jìn)行調(diào)查研究切實(shí)可行。本調(diào)查研究根據(jù)科學(xué)探究能力的８?jìng)€(gè)維度，編制網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問卷和紙質(zhì)調(diào)查問卷。本次測(cè)試樣本包括廣東省廣州市１９所普通高中，涵蓋各層次生源的學(xué)校，網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問卷有效問卷數(shù)３４７２份，其中高一７９８份，高二２４２９份，高三２４５份。紙質(zhì)調(diào)查問卷有效問卷數(shù)３５４人，參與人員主要為廣州市鐵一中學(xué)越秀校區(qū)、番禺校區(qū)、清遠(yuǎn)校區(qū)的鐵英班的學(xué)生。

二、廣州市高中生科學(xué)探究能力發(fā)展水平測(cè)試結(jié)果

（一）廣州市高中生科學(xué)探究能力總體發(fā)展水平

基于假設(shè)：科學(xué)探究能力８?jìng)€(gè)維度同等重要，各維度滿分值相同，每個(gè)維度最高分１２．５分，最低分７．５分。８?jìng)€(gè)維度總分１００分，最低分６０分，如表１。

調(diào)查顯示廣州市高中生科學(xué)探究能力平均分８４．８分。各分?jǐn)?shù)段人數(shù)統(tǒng)計(jì)見圖１，科學(xué)探究發(fā)展水平較高的學(xué)生占２４．８％，發(fā)展水平居中的學(xué)生占７４．０％，發(fā)展水平較低的學(xué)生占１．２％。可見高中生科學(xué)探究能力提升還存在較大空間。

（二）廣州市高中生科學(xué)探究能力８?jìng)€(gè)維度發(fā)展水平情況

廣州市高中生科學(xué)探究能力８?jìng)€(gè)維度高水平學(xué)生占比見圖２。通過圖可見廣州市高中生科學(xué)探究能力８?jìng)€(gè)維度處于高水平的人數(shù)只有實(shí)施實(shí)驗(yàn)?zāi)芰_(dá)到５０．２％，另外７個(gè)維度處于高水平人數(shù)都不足５０％。本地學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的８?jìng)€(gè)維度中：提出問題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃能力處于高水平的學(xué)生占比較低，說明本地學(xué)生問題意識(shí)較薄弱，大部分學(xué)生沒有主動(dòng)利用科學(xué)知識(shí)進(jìn)行科學(xué)探究的習(xí)慣，同時(shí)也說明高中教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，需在以上幾個(gè)方面多下功夫。其中“提出問題”維度設(shè)置問題為：Ｔ４． 你能否從日常學(xué)習(xí)、生活中發(fā)現(xiàn)有探究?jī)r(jià)值的問題？Ｔ５． 實(shí)驗(yàn)過程中，你會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)中的“異?，F(xiàn)象”質(zhì)疑嗎？“猜想與假設(shè)”維度設(shè)置問題為：Ｔ６． 你能否根據(jù)已有的證據(jù)提出猜想和假設(shè)？“制定計(jì)劃能力”維度設(shè)置為題為：Ｔ７． 你能否根據(jù)猜想和假設(shè)制定簡(jiǎn)單、可行的實(shí)驗(yàn)方案？實(shí)施實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ幱诟咚綄W(xué)生人數(shù)較多，可能與本地初、高中化學(xué)教學(xué)過程中注重開設(shè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)、強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)基本操作規(guī)范有關(guān)。

（三）廣州市高一、高二年級(jí)學(xué)生科學(xué)探究能力發(fā)展水平情況

高三年級(jí)參與問卷調(diào)查學(xué)生人數(shù)較少，不具有代表性。高一、高二調(diào)查結(jié)果見圖３，調(diào)查顯示高中教學(xué)對(duì)學(xué)生反思與評(píng)價(jià)、表達(dá)與交流能力有顯著提升，其中“反思與評(píng)價(jià)”維度設(shè)置問題為：Ｔ９． 實(shí)驗(yàn)過程中你能否正確、客觀地評(píng)價(jià)自己或他人的研究成果？Ｔ１０． 你能否對(duì)自己的學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)結(jié)果經(jīng)常反思？

高中教學(xué)對(duì)學(xué)生提出問題的能力略有提高，但對(duì)學(xué)生實(shí)施實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ坏珱]有提升反而顯著下降。其中“實(shí)驗(yàn)實(shí)施能力”維度設(shè)置問題為：Ｔ８． 你是否熟悉常用的基本實(shí)驗(yàn)操作（如試管的洗滌、酒精燈使用、滴管使用、氣體的制備與收集）？

整體而言，高二學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力相比高一學(xué)生有提高，說明高中的教學(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力提升有一定效果，但并不顯著。導(dǎo)致學(xué)生實(shí)施實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ο陆档脑蚩赡芘c初中化學(xué)教學(xué)過程中特別強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)基本操作，而高中教學(xué)注重實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)，忽略基本操縱技能有關(guān)。

（四）挑選部分優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)行紙質(zhì)問卷調(diào)查情況

科學(xué)探究能力主要通過發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、設(shè)計(jì)方案解決問題的過程表現(xiàn)出來，同時(shí)科學(xué)探究能力是學(xué)生在探究性活動(dòng)逐步發(fā)展起來的，因此調(diào)查學(xué)生科學(xué)探究能力的發(fā)展水平離不開探究性活動(dòng)。對(duì)科學(xué)探究能力中“提出問題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃”可以通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問卷的方式對(duì)廣州市高中生進(jìn)行抽樣調(diào)查，并收集數(shù)據(jù)。但科學(xué)探究能力中“實(shí)施實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、解釋與結(jié)論、反思與評(píng)價(jià)、表達(dá)與交流”通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問卷的方式進(jìn)行，效果不一定好，因此通過紙筆測(cè)試、學(xué)生座談、網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問卷多種方式結(jié)合的方式進(jìn)行。

１． 開放性大、探究過程復(fù)雜的活動(dòng)，需要學(xué)生自主地將知識(shí)結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化，更能夠體現(xiàn)出學(xué)生科學(xué)探究能力水平的高低。因此筆者設(shè)計(jì)了２個(gè)開放性大、探究過程復(fù)雜的活動(dòng)。并組織廣州市鐵一中學(xué)教育集團(tuán)三個(gè)高中校區(qū)的優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示：提出問題能力方面，大部分學(xué)生都能夠提出１－２個(gè)值得研究的問題，但能夠從多個(gè)研究角度全面提出問題的學(xué)生只占２１．３％。例如活動(dòng)１中大部分學(xué)生只能夠提出研究問題如：氨水的濃度增大堿性增強(qiáng)，導(dǎo)致氫氧化鋁溶解？氨水濃度增大，氨分子濃度增大導(dǎo)致氫氧化鋁溶解？很少學(xué)生從反應(yīng)熱量變化、ＰＨ值等角度提出探究問題?；顒?dòng)１：材料一：斯達(dá)舒是生活中常見的胃藥，說明書上這樣表述：本品每粒含氫氧化鋁１４０ｍｇ。可用于緩解胃酸（鹽酸）過多引起的胃痛、胃燒灼感、反酸，也可以用于慢性胃炎。

材料二：人教版教材中表述：氫氧化鋁在酸或強(qiáng)堿溶液里都能溶解，這說明它既能與酸反應(yīng)又能與強(qiáng)堿反應(yīng)。

材料三：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：分別向約０．４ｇ Ａｌ（ＯＨ）３沉淀中加入５ｍＬ 蒸餾水、５ｍＬ １ｍｏｌ／Ｌ 氨水、５ｍＬ 分析純氨水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)３０％），觀察比較實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)：蒸餾水和５ｍＬ １ｍｏｌ／Ｌ 氨水中氫氧化鋁沒有溶解，而分析純氨水中氫氧化鋁溶解。

（１）針對(duì)以上材料，請(qǐng)盡可能多地提出你想研究的問題？

（２）根據(jù)你提出的問題，你有哪些猜想和假設(shè)？

（３）根據(jù)你的猜想和假設(shè)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（包括實(shí)驗(yàn)操作步驟、儀器、試劑等）？

（４）你認(rèn)為出現(xiàn)何種現(xiàn)象能夠證明假設(shè)的正誤？

（５）與同學(xué)交流討論后，同學(xué)是否認(rèn)同你實(shí)驗(yàn)方案？是否需要對(duì)原有方案進(jìn)行修訂？如何修訂？

（６）通過本探究活動(dòng)，你最大的收獲是什么？

２． 對(duì)優(yōu)秀的高中生而言，發(fā)現(xiàn)問題后，提出相應(yīng)猜想和假設(shè)基本沒有問題。例如活動(dòng)２中學(xué)生基本都能從溶液酸堿性強(qiáng)弱的角度或者不同種類金屬氧化物溶解的pＨ值不同等角度提出假設(shè)和猜想?；顒?dòng)２：情境：向盛有１００ｍＬ飽和ＮＨ４Ｃｌ溶液的燒杯中加入少量Ｆｅ２Ｏ３，放置半個(gè)月后（或沸水?。保玻柙偌尤耄危龋矗茫旃腆w直至不再溶解），滴入ＫＳＣＮ溶液皆無明顯現(xiàn)象。將以上實(shí)驗(yàn)中的Ｆｅ２Ｏ３換成ＭｇＯ，其他條件不變，發(fā)現(xiàn)白色固體減少。

（１）針對(duì)以上實(shí)驗(yàn)事實(shí)，請(qǐng)盡可能多地提出你想研究的問題？

（２）根據(jù)你提出的問題，提出你的猜想和假設(shè)？

（３）根據(jù)你的猜想和假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案？

（４）你認(rèn)為出現(xiàn)何種現(xiàn)象能夠證明你假設(shè)的正誤？

（５）與同學(xué)交流討論后，同學(xué)是否認(rèn)同你實(shí)驗(yàn)方案的合理性？你是否對(duì)原有方案進(jìn)行修訂？如何修訂？

（６）通過本探究活動(dòng)，你最大的收獲是什么？

３． 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、預(yù)期現(xiàn)象及結(jié)論方面，高三學(xué)生明顯優(yōu)于高一學(xué)生，說明高中教學(xué)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)提升效果明顯。

４． 通過同學(xué)之間交流討論，大部分學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)更多探究問題的角度，也能發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案考慮不周全的方面并不斷完善，可見培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，給學(xué)生創(chuàng)造交流討論的機(jī)會(huì)很有必要。

三、研究結(jié)論與教學(xué)建議

（一）培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)是提升科學(xué)探究能力的基礎(chǔ)

沒有問題，也就不存在探究，調(diào)查顯示善于發(fā)現(xiàn)并提出問題的高中生占比不足２０％，可見培養(yǎng)高中生的問題意識(shí)已迫在眉睫。大部分高中生面對(duì)升學(xué)壓力、繁重的學(xué)習(xí)任務(wù)，往往沒有時(shí)間、精力，更沒有意識(shí)去發(fā)現(xiàn)“問題”。這就需要高中教師有意識(shí)地在教學(xué)活動(dòng)中設(shè)計(jì)能夠培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的教學(xué)活動(dòng)、教學(xué)情境。

（二）注重復(fù)雜科學(xué)探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)

筆者認(rèn)為科學(xué)探究能力在復(fù)雜的探究活動(dòng)中表現(xiàn)出來，同時(shí)也能通過復(fù)雜的探究活動(dòng)得到提升。而如何有效利用教材的科學(xué)探究欄目，以及利用學(xué)生學(xué)習(xí)、生活過程中值得探究的問題情境，不斷培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力還有待進(jìn)一步細(xì)化、分類、設(shè)計(jì)、研究。

（三）避免讓探究教學(xué)流于形式

目前教學(xué)過程中，部分教師不清楚科學(xué)探究能力包含哪些方面，不知道如何通過教學(xué)提升學(xué)生科學(xué)探究能力。教學(xué)中，往往戴著一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究”的頭銜，實(shí)則希望學(xué)生按照教師預(yù)設(shè)的“流程”完成探究過程，并沒有給學(xué)生真正自主思維的時(shí)間和空間。

（四）探究活動(dòng)離不開真實(shí)的情景、開放性的探究任務(wù)

真實(shí)的背景往往具有復(fù)雜性、陌生性等特點(diǎn)，有利于學(xué)生從多角度發(fā)現(xiàn)值得探索的問題，并自主設(shè)計(jì)探究思路和方案。任務(wù)驅(qū)動(dòng)有利于激發(fā)學(xué)生探究的內(nèi)驅(qū)力，而開放性地探究任務(wù)更有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主性。

（五）探究能力的提升為學(xué)習(xí)者全面、終生發(fā)展提供條件

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)是需要學(xué)習(xí)者具備證據(jù)意識(shí)，學(xué)會(huì)根據(jù)證據(jù)對(duì)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出具有可能性的假設(shè)，經(jīng)過分析推理進(jìn)行證明或推翻其假設(shè)，以及建立觀點(diǎn)、推論和證據(jù)之間的邏輯聯(lián)系等，讓學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)尋找證據(jù)的方式和方法，能夠根據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建立并架構(gòu)解決疑難化學(xué)問題的思維框架。這一系列素質(zhì)教育的推行都強(qiáng)調(diào)了我國(guó)的教育改革督促了教育者積極研究和探索新的教學(xué)手段以更好地促進(jìn)學(xué)習(xí)者的科學(xué)探究能力和化學(xué)核心素質(zhì)的培養(yǎng)。而核心素養(yǎng)的提升為學(xué)習(xí)者全面、終生發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：汪旦旦）