職業(yè)教育論文-學生的科學探究能力：國外的研究及啟示.doc

職業(yè)教育論文-學生的科學探究能力：國外的研究及啟示摘要：當前的科學課程改革對學生的科學探究能力提出了要求，這是我國的科學教育研究者和廣大教師面臨的一個新課題。西方發(fā)達國家在20世紀下半葉的科學課程改革中就開始進行有關的研究和實踐，有三種主要的教學和研究模型及實踐結果可供我們借鑒。這些研究結果表明，科學探究能力是一種具有復雜結構的高層次能力，對科學探究能力的培養(yǎng)不能簡單化和程式化。我們應當在借鑒有關研究成果的基礎上，把握科學探究的本質特征，采用復雜性科學的研究方法，建立適當?shù)慕虒W和研究模型，從理論和實踐兩方面開展深入研究。關鍵詞：科學探究能力；科學課程改革；教學和研究模型Abstract:Studentsscientificinquiryabilityisaddressedbytheongoingsciencecurriculumreform,whichisanewtopicfacedbytheresearchersandteachersinthefieldofscienceeducation.Butithasbeenaddressedinthedevelopedcountriesinthelate20thcentury.Therearethreemaintypesofteachingandresearchmodelsandpracticeresultswhichwecanlearnfrom.Theseresearchresultsgiveustheimplicationthatscientificinquiryabilityisahigherlevelabilitywithverycomplicatedstructure,whichcouldnotbesimplifiedandformularized.Therefore,bylearningfromsomerelatedresearchresults,weshouldgrasptheessentialcharacteristicsofscientificinquiryandbuildanappropriateteachingandresearchmodelsoastodomoreresearchworkontheoryandpracticebyusingcomplicatedandscientificresearchmethod.Keywords:scientificinquirycapacity；sciencecurriculumreform；teachingandresearchmodel一、關于科學探究目標的主要觀點和研究范式在國際科學教育領域，人們對于科學課程應當發(fā)展學生對科學探究的理解、培養(yǎng)學生的科學探究能力已經達成了共識，許多國家的科學課程標準已明確提出了關于科學探究的目標。但對于科學探究在科學課程中所處的地位和實現(xiàn)目標的途徑則存在不同認識，概括起來主要有以下兩種觀點。一種觀點認為，學生可以通過觀察演示實驗和親身經歷探究性實驗而潛移默化地達到課程目標，不需要明確地教給學生如何開展科學探究；另一種觀點則認為應當明確地教給學生科學方法，甚至認為學生對科學方法或過程的理解比對科學知識內容的理解更為重要。從科學課程的發(fā)展來看，后者得到越來越多的科學教育者認同。這樣，如何實現(xiàn)科學探究目標的問題就擺在了研究者和課程設計人員面前，成為科學教育研究領域的一個具有挑戰(zhàn)性的問題。由于科學探究不存在固定模式，人們對科學探究的理解也很難達成共識，這給研究學生的科學探究能力帶來了一定困難。因此，不同的研究者和課程設計者均在相關理論指導下采用了如下研究模式。首先建立關于科學探究的教學和研究模型，在此基礎上進行課程和教學設計，在實踐過程中開展對學生科學探究能力發(fā)展以及有關影響因素的實證性研究，通過對理論、模型、實踐過程和結果的綜合研究和反思，對原來的模型進行修正，不斷深化對學生科學探究能力的認識。下面簡要介紹有關的研究過程和結果，對三種有代表性的研究和教學模型及實踐結果進行比較評析。二、幾種主要模型的比較與評析（一）科學探究能力的解析：“過程技能”的集合模型這是一種早期的科學探究能力模型。這種模型的建立者采用了還原論的思維方式和過程分析方法，將科學探究過程分解為一系列獨立的成分，如觀察、分類、假設、推論、預測等。相應地把科學探究能力分解成一系列獨立的技能，如觀察技能、分類技能、假設技能、推論技能、預測技能等，稱為過程技能。其基本假設如下：學生的科學探究能力是一系列過程技能的集合；這些過程技能是可以通過練習來獨立發(fā)展的；學生的過程技能得到發(fā)展后，就可以用來解決實際的科學問題，科學探究能力也就得到了發(fā)展。根據(jù)這種模型提出的教學策略是，首先讓學生獨立地練習和發(fā)展這些技能，然后再結合起來解決更復雜的問題。這種模型對課程設計產生了一定影響，例如，美國科學促進會1967年推出的課程：科學一種過程方法（SAPA）就是按照這種模型設計的。20世紀80年代，英國有幾種科學課程也建立在這種模型的基礎之上，如納費爾德的過程科學。這些課程完全打破了按照科學內容的邏輯體系來組織教材的傳統(tǒng)方式，主要根據(jù)培養(yǎng)學生“過程技能”的需要來設計一系列活動，讓學生通過這些活動來發(fā)展相應的技能和能力。從本體論意義上來看，這種模型將科學探究能力描述成一系列過程技能的集合，是對科學探究能力的一種人為的肢解，不能反映其本質特征；同時，這種模型在認識論層面上受到了強烈質疑，因其科學探究觀具有很強的經驗性和歸納性，與當代的科學哲學觀點相悖。從有效性的角度來看，這些課程的實施結果并不能令人滿意。雖然當時的研究者對于SAPA和其他類似的課程進行了許多小規(guī)模的評價研究，取得了肯定的結果，表明學生的學習在各個方面都取得了進步。但這些結論的可靠性受到質疑，批評者認為這些評價不能有效地證明學生能力的發(fā)展。即使學生通過練習掌握了這些過程技能，也不一定能用于解決實際問題，不能證明科學探究能力得到了發(fā)展。換言之，科學探究能力并不等于過程技能的簡單集合。這種模型在教學的層面上也遭到了批評，有人提出，觀察、分類、假設等是兒童從幼年時期就擁有的能力，并不需要專門訓練。另一方面，根據(jù)這種模型設計的課程打破了知識體系，不能使學生建立良好的知識結構，受到來自學科專家的強烈批評。因此，這種模型已經逐漸退出科學教育的歷史舞臺，但過程技能的概念被保留下來，成為探究技能的組成部分，在許多科學課程中仍然受到重視。（二）將控制變量作為科學探究的特征：邏輯策略模型有些研究者認為，科學探究的本質是科學的思維方式?？茖W思維的一個重要特征是運用邏輯推理來解釋相關證據(jù)。這樣就把“科學思維”與“邏輯思維”聯(lián)系起來，并根據(jù)皮亞杰的理論，用控制變量的實驗來檢測學生的邏輯思維，把它作為科學探究能力的一個重要特征，建立了科學探究能力的邏輯策略模型。這種模型將科學探究過程作為按照邏輯策略操作和處理相互獨立的多變量的過程，將學生的科學探究能力描述成能進行控制變量的實驗探究的能力。從本體論意義上來看，這種模型不是描述學生科學探究能力的結構模型，而是一種簡化了的功能特征模型，突出了會進行控制變量的研究這個功能特征。由于這個特征比較容易把握，在研究和教學實踐中具有可操作性和可檢測性，因而取得了一定的結果，在一定程度上深化了對于學生科學探究能力的認識?？茖W教育工作者根據(jù)這種模型設計了適合不同年級學生的用于培養(yǎng)和檢測學生科學探究能力的多變量實驗，有許多研究者深入研究了學生在多變量實驗中控制變量的能力，并對相關的教學策略進行了評估。研究表明，一般條件下，許多學校的學生在設計多變量的實驗和解釋實驗結果方面存在困難，其能力是隨著年齡的增長而逐漸發(fā)展的，兒童原有的觀念和直覺起著重要作用。研究還發(fā)現(xiàn)，學生在完成“自然實驗”（解釋日常生活中觀察到的現(xiàn)象）時的表現(xiàn)與實驗室實驗中的表現(xiàn)很不相同。對教學的評估結果發(fā)現(xiàn)，學生練習解決控制變量問題有助于提高能力，但是對研究結果的詳細討論對于提高學生能力幾乎沒有作用。在這些研究過程中，研究者遇到的主要困難是評價問題，教學后用來評價學生能力的測驗題很難設計，既要不同于在教學中使用的問題，但又不能有太大差異。在20世紀70年代末和80年代初，英國的學生成績評價機構（APU）采用了這種模型對學生的科學探究能力進行了大范圍的評估，控制變量類型的實驗探究也納入了英國的國家科學課程之中。然而，有不少研究者對APU和英國國家課程中的科學探究提出了批評，認為科學探究的含義是廣泛的，這種模型將學生的科學探究限定為控制變量的實驗，縮小了科學探究的范圍，影響了對科學探究包含的其他要素的關注。（三）擺脫固定模式：問題解決模型上述兩種模型存在的共同問題是將科學探究描述成一種相對固定的模式。認為存在一種程序性的“科學方法”，而不是靈活可變的探究過程。其中隱含著一種經驗主義的觀點，認為理論觀念（變量之間的相互聯(lián)系）產生于情境，而不是受探究者原有認識的影響。針對上述問題，一些從認知科學角度出發(fā)的研究者把科學探究看做問題解決的一種形式。在開展探究時，探究者從自己的“工具箱”里選擇“工具”。對任何一個給定的探究任務，并非需要所有的工具，其技巧就在于正確地挑選并知道如何去使用所需的工具。米勒將科學探究能力包含的成分分為三類：一般的認知技能（例如觀察、分類等等）、實踐的技能（例如，知道怎樣使用不同的測量工具）和探究的策略（例如，知道用重復測量來提高測量的可靠性）。他認為第一種技能是不需要教的，它是所有孩子都擁有的認知的一般特性，而其他的兩種技能是需要教的，但如何選擇這些技能并把它們聯(lián)系起來處理給定的探究任務，并沒有“一系列規(guī)則”可以遵循。在此基礎上，英國約克大學的PACKS項目組提出了一種模型，并在大量實證研究的基礎上對模型進行了細化。如圖1所示。1這種模型將科學探究的主體和探究過程作為一個整體進行研究，具體描述了學生原有的認識和技能對科學探究過程中各環(huán)節(jié)的影響，擺脫了前兩種模型的機械決定論和經驗主義的科學觀，深化了對科學探究能力的結構和功能的認識，對于研究和發(fā)展學生與科學探究相關的理解和能力有一定的指導作用。從本體論角度看，這種模型在一定程度上揭示了影響學生科學探究能力的內在因素，包含四類相關的認識、知識和技能，如圖1左側的四個框圖所示；同時描述了科學探究能力的外部特征，如圖1右側的流程所示。研究者用這種模型解釋了學生在七項探究任務中的表現(xiàn)，證明了該模型的有效性。這種模型提供了一個可以進行深入研究和教學實踐的框架，可以在指導學生開展科學探究的過程中發(fā)展他們相關的理解和技能，同時也可以對學生存在的問題做出診斷，開展有針對性的教學。該模型存在的問題是從一個給定的任務開始分析，忽略了學生發(fā)現(xiàn)和確定探究問題的過程，我們可以對此模型進行修正，補上這一環(huán)節(jié)。三、幾點啟示（一）科學探究能力的培養(yǎng)不能簡單化和程式化上文表明，在國外科學教育領域對科學探究能力的研究和認識經歷了一個漫長的過程，雖然積累了許多經驗和教訓，但至今仍在探索之中。有關研究表明：科學探究是一個復雜的過程，涉及理論和實踐領域中多方面的問題，絕對不能將其簡單化和程式化，否則，不僅不利于學生科學探究能力的發(fā)展，而且會造成學生對科學探究的錯誤理解。在目前我國的有關理論研究中，尚未對科學探究涉及的理論問題展開深入探討，沒有建立在研究基礎上的適合我國國情的明確的科學探究模型，結果導致科學課程改革實踐中產生了兩種誤解：一種認為科學探究存在固定模式，將課程標準中提出的科學探究要素作為程序性知識教給學生，或者抽出其中的要素進行獨立訓練，這使許多課堂探究走向程式化和表面化；另一種則對科學探究的理解過于寬泛，認為只要將學生放開，讓他們自己去動手動腦，就是科學探究，而忽略了對科學探究本質特征的把握和對學生科學探究能力的有目的的培養(yǎng)，不能使科學探究能力的培養(yǎng)落到實處。這些問題需要引起科學教育研究者和廣大教師的重視。（二）科學探究能力是一種具有復雜結構的高層次能力國外的研究表明，科學探究能力是一種具有復雜結構的高層次能力。它建立在多方面的知識和技能基礎之上，但又并非這些知識技能的簡單集合，采用還原論的方法將科學探究能力肢解為要素進行分別培養(yǎng)的做法是行不通的。各種相關技能的訓練和發(fā)展是發(fā)展科學探究能力的必要條件，但不是充分條件。我國的傳統(tǒng)教學重視基礎知識和基本技能，這些構成了科學探究能力發(fā)展的基礎。例如，如果學生不具備最基本的電路知識和使用電學儀器的技能，就不可能去探索電學的新知識領域，更不可能解決任何電學領域的實際問題；但具備了這些知識和技能就一定會探索新知識、解決實際問題嗎？答案也是否定的，因為還需要更高層次的能力，這就是科學探究能力。新課程注重科學探究，并不是忽視基礎知識和基本技能，而是要在此基礎上發(fā)展學生更高層次的能力，使學生能真正會探索新知識、解決新問題。這是對新世紀人才培養(yǎng)提出的更高要求。（三）要用科學的態(tài)度和方法開展對科學探究能力的研究科學探究已經成為我國課程改革中的熱點問題，但國內的研究工作才剛剛起步。我們的研究不能從零開始，需要借鑒國外的有關理論、研究過程和結果，采用科學的方法開展研究。首先要有先進理論的指導，關于科學探究能力的研究涉及當代科學哲學、科學