學科教育論文-從習題到原始問題：科學教育方式的重要變革.doc

學科教育論文-從習題到原始問題：科學教育方式的重要變革摘要：從科學的根源是科學現(xiàn)象的基本觀點出發(fā)，深入分析了目前我國科學教育中存在的問題。依據(jù)教育生態(tài)學理論，相互作用心理學理論以及耗散結構理論，提出了以原始問題教學作為科學教育方式變革突破口的觀點。基于此，闡釋了原始問題的教育價值，論述了原始問題的教育功能，在一定意義上為科學教育的改革提供了有益的啟示。關鍵詞：科學現(xiàn)象；原始問題；習題一、習題與原始問題的比較在科學教育中引入習題的初衷是，鞏固和加深學生學習的知識，考察學生掌握知識的水平，培養(yǎng)學生應用知識解決問題的能力。物理高考命題委員會認為：“做題是非常重要的。我們主張要做題，但并不贊成搞題海戰(zhàn)。因為題海戰(zhàn)盲目追求解題的數(shù)量，不重視解題的質量，使學生根本來不及對習題以及與習題有關的問題進行思考?！?其實，即使是重視解題質量的做題也很難有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力。這是因為，每一道習題都是從原始問題抽象而來，已經(jīng)把原始問題的一些次要細節(jié)、非本質的聯(lián)系舍去，沒有科學現(xiàn)象與事實作為背景，甚至完全脫離科學現(xiàn)象，即學生思維的一部分已經(jīng)被習題編制人員“越俎代庖”地完成了。同時，習題教學還存在著模式化傾向，缺乏科學思想的分析，太重視程序與計算、熟練與技巧。因此，在一定意義上說，我國學生創(chuàng)造能力的匱乏是習題教學的直接后果。事實上，科學最重要的部分是與現(xiàn)象有關的，現(xiàn)象是科學的根源。從這個基本思想出發(fā)，我們認為：解決我國科學教育低效能的重要措施就是要打破傳統(tǒng)習題教學一統(tǒng)天下的局面，通過引進原始問題來逐步使習題教學與原始問題教學相結合，從而達到提高科學教育效能的目的。所謂原始問題，是指自然界及社會生活、生產(chǎn)中客觀存在、能夠反映科學概念、規(guī)律本質且未被加工的典型科學現(xiàn)象和事實。而習題則是把科學現(xiàn)象和事實經(jīng)過一定程度抽象后加工出來的練習作業(yè)。兩者的關系如圖1所示。由圖1可知，學生解決原始問題需要經(jīng)歷三個相互銜接的過程：第一，問題是針對什么科學現(xiàn)象和事實的，弄清楚原始問題是什么（What），即認識問題；第二，原始問題怎樣通過分解、簡化、抽象后轉化為科學模型（How），即科學建模；第三，怎樣定性或定量的通過演算和推導解決問題（How），即解題技巧。確切地說，原始問題的表述形式是對科學現(xiàn)象的描述，它基本上采用文字敘述的方式呈現(xiàn)科學現(xiàn)象，與習題顯著不同的是，沒有習題中常常給定的已知量、未知量，需要學生根據(jù)需要去設置。比如，1995年10月28日，加拿大人科克倫手握長桿走鋼絲跨越長江三峽?？瓶藗惾绾问褂檬种械拈L桿？這樣的問題就稱為原始問題。相反，目前科學教育中廣泛采用的習題卻很難為學生提供這樣的情境。由于歷史的原因，我國傳統(tǒng)的習題教學往往側重圖1的第二個過程（建模）和第三個過程（技巧），特別是注重第三個過程（技巧），而尤其缺少第一個過程（認識），對科學現(xiàn)象和科學事實把握不夠。因此，致使很多學生只知道根據(jù)已知條件去解題，遇到實際問題則常常束手無策。其實，早在上個世紀，蘇聯(lián)心理學家馬丘什金就將習題與問題情境進行了比較與區(qū)分。他指出：“習題和問題情境是具有原則性區(qū)別的概念，因為它們標志著不同的心理現(xiàn)實。”2應當說，這是非常重要的見解。在國內，趙凱華先生覺察到這個問題。他指出：“在我們的教學中，同一問題，既可以把原始的問題提交給學生，也可以由教師把問題分解或抽象成一定的數(shù)學模型后再提交給學生。習慣于解后一類問題的學生，在遇到前一類問題時，往往會不知所措。”3顯而易見，在科學教育中明確原始問題與習題之間的區(qū)別是有著相當重要的理論與現(xiàn)實意義的。二、原始問題的教育價值隨著教育研究的不斷深入，教育領域出現(xiàn)了一門運用生態(tài)學方法研究教育的科學教育生態(tài)學。教育生態(tài)學強調在真實、自然情境中研究教育規(guī)律以及學生的心理活動規(guī)律，強調提高教育活動的可應用性和普遍適用性，建立合理的教育生態(tài)環(huán)境，提高教育的效益，促進人才迅速成長和發(fā)展。生態(tài)學是19世紀末在生物科學中成長起來的一門科學，它的研究對象是生物個體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)。其研究任務是探索有機體與環(huán)境之間相互作用的規(guī)律及機理，研究生物的生存條件以及生物與其生存環(huán)境之間的相互關系。在研究方法上，生態(tài)學家一般采用描述性分析方法，即先對現(xiàn)象進行描述，而后再做分析。在科學教育中強調生態(tài)性，乃是源于習題教學固有的局限性。我們知道，習題教學具有許多優(yōu)點。然而，隨著科學教育研究的深入，習題固有的缺陷即人為性也日益暴露出來。由于習題情境是人為設置且條件控制嚴格，因而使科學教育情境的真實性受到破壞，使學生解答習題的認知心理及行為表現(xiàn)與解決原始問題的認知心理及行為表現(xiàn)相去甚遠。這樣，就削弱了科學教育特有的教育價值。我們知道，在真實的情境中，科學教育活動受到多種因素影響，這些因素又是相互作用、相互影響的，是一個完整的過程，科學教育活動是該系統(tǒng)中各因素相互作用的綜合結果。然而，習題教學卻將這些因素孤立開來，僅局限于特定情境中某些特定因素對科學教育活動的影響，因而就難以揭示真實、自然條件下的科學教育規(guī)律。通過借鑒教育生態(tài)學的有關思想，我們提出了科學教育生態(tài)化的基本觀點：1科學教育活動不是孤立的，而是與科學現(xiàn)象有機地聯(lián)系在一起的，處于一個復雜的關系之中；2科學教育活動既受到自身內部因素的影響，又受到外部因素的影響；3科學教育活動應當在科學生態(tài)環(huán)境與社會生態(tài)環(huán)境中進行，以揭示真實、自然條件下學生的心理活動規(guī)律與科學教育規(guī)律；4科學教育活動應注重研究學生與其所處環(huán)境之間的相互作用；5科學教育活動應注重研究學生在與其所處環(huán)境相互作用過程中的主動性。在科學教育中，原始問題教學并不局限于教育生態(tài)學強調的情境，而是以生態(tài)學思想為指導，把科學知識融入科學現(xiàn)象之中并以原始問題的形式呈現(xiàn)，主張把習題固有的嚴格性移植到自然、真實的科學環(huán)境中，并在其中揭示科學教育活動的因果關系。因此，原始問題教學所采用的方法，具有既不同于習題教學強調推導、演算而忽視學生能力培養(yǎng)的特點，又不同于研究性學習為探究而犧牲知識傳授效率的特點。它強調給定的情境雖然是原始的，但問題本身又必須是嚴格的。也就是說，它要求提高科學教育的外部效度，而又毋需以降低內部效度為代價。因此，原始問題教學就具有以下教育價值。首先，它有助于解決目前科學教育內部效度和外部效度不能同時得到滿足的矛盾。我們知道，習題教學雖然內部效度較高，但缺乏外部效度。一般認為，內部效度是外部效度的必要條件，但不是充分條件。內部效度低的教育結果就談不上對其他情境的普遍意義；然而內部效度高的教育結果卻不一定能夠一般化到現(xiàn)實中去。研究性學習雖然具有較高的外部效度，但卻難以保證科學教育的內部效度；原始問題由于將習題的嚴格控制應用于科學現(xiàn)象之中，并且經(jīng)過抽象之后可以成為習題，就使得它在一定程度上具備高效完成間接經(jīng)驗知識內化的功能，從而將內部效度和外部效度較好地統(tǒng)一起來。其次，在原始問題教學中，學生的認知心理與行為表現(xiàn)都比較真實，因此，能夠較好地揭示科學教育中學生的心理規(guī)律和學習規(guī)律。為了驗證這一觀點，我們運用原始物理問題和由其改編而成的習題對高中學生進行了測試，結果表明：原始物理問題卷的平均分為39.5，而習題卷的平均分為70，差異顯著，且前者得分呈正態(tài)分布，后者呈偏態(tài)分布。4這說明，原始問題雖然也有一定程度的控制，但沒有像