科学探究能力的构成要素、发展水平及其培养策略的研究.doc

中国教育学会化学教学专业委员会第十三次学术年会论文科学探究能力的构成要素、发展水平及其培养策略的研究 陈为建 山东省日照市实验中学 276800 摘要 科学探究能力是学生顺利完成科学探究活动的心理条件，是由动力系统、执行系统和监控系统构成的一个相互依赖、相互制约、相互促进、共同发展的有机整体，是一个动态的、发展的经验网络，其实质是类化了的知识技能经验网络；根据科学探究能力的内涵和构成要素，设计了科学探究能力评价指标体系，测查学生的科学探究能力，通过分析得出：初中生的科学探究能力随着年龄的增长而不断的发展和提高，发展中存在加速期；我们采用准实验研究，自变量为探究教学策略，因变量为学生的科学探究能力，通过一学年的实验，比较实验班和控制班学生在科学探究能力发展水平上存在显著差异，说明采取灵活的、多形式的探究活动可以极大地促进学生科学探究能力的发展。关键词 科学探究能力内涵实质 科学探究能力构成要素 科学探究能力发展状况 科学探究能力培养策略科学探究能力在学生个体成长中，在人类社会发展中，特别是在当前科技高速发展的信息时代，具有十分重要的作用。全日制普通高级中学化学课程标准提出“将科学探究作为改变学生学习方式的突破口”，并强调：以提高学生的科学素养为宗旨，提高学生的科学探究能力；全日制义务教育化学课程标准明确地提出了发展科学探究能力所包含的内容与培养目标。但目前对科学探究能力的研究还不是很多，本研究拟对科学探究能力的内涵实质及构成要素进行探讨；根据自己设计的评价指标体系对初中生科学探究能力的发展水平进行探查；在了解科学探究能力的构成要素和初中生科学探究能力发展水平的基础上进一步探讨培养学生科学探究能力的有效途径。1 科学探究能力的内涵实质及其构成要素科学探究能力，指的是学生顺利完成科学探究活动的心理条件，是科学探究过程所需要的能力。卓越的探究能力充分的地体现一个人善于发现问题、积极探究的心理取向和善于把握机会的敏捷性，绝不仅仅是一种智力因素，更是一种人格特征和精神状态以及综合素质的体现，因此它是各种具体能力的集成。在此认识的基础上，我们构建科学探究能力的构成要素，指出科学探究能力是由动力系统、执行系统和监控系统构成的一个相互依赖、相互制约、相互促进、共同发展的有机整体，是一个动态的、发展的经验网络。科学探究能力科学探究活动知识技能经验网络执行系统监控系统动力系统 支持 构建 内涵 条件 实质 表现 形式 促进 促进 支持 监控 执 合 提 假 解 计 控 评 着 作 出 设 释 划 制 价 精 能 问 检 结 能 调 总 神 力 题 验 论 力 节 结 能 能 能 能 能 力 力 力 力 力图1 科学探究能力的构成要素2 科学探究能力发展水平的探查研究 我们现行的教学方式，长期以来偏重知识传授，对科学探究重视不够，那么，用现行的教学方式，学生的科学探究能力发展状况到底怎样？迄今为止，这方面的研究不多，本研究拟在这方面作一些初步的探索，力图揭示现行教学方式下，学生的科学探究能力发展状况，从而为我们实施探究教学提供一定的理论依据。2.1被试选取我们以日照市实验中学初二、初三、初四年级的学生作为研究样本，其中初二学生学过半年化学、初三学生学过一年化学、初四学生学过两年化学，从每个年级各随机选取一个班。表1 被试年龄、性别、学业成绩表平均年龄（岁）男女合计优中差优中差13888888 48148888884815888888482.2测量方法 1、本研究采用测验法和问卷法相结合，测定学生的科学探究能力。2、根据科学探究能力的构成，设计了初中生科学探究能力评价指标体系。表2 科学探究能力评价指标体系具体能力指标内涵动力系 统 执 着 精 神A11：有旺盛的求知欲A12：有强烈的好奇心，对事物有深入探究的动机A13：善于迅速地找到探究方向，做出决定并执行决定 A14：坚持不懈地克服遇到的困难和障碍，完成预定目标 合 作 能 力A21：积极参与讨论，善于贡献自己的观点A22：对不同意见采取宽容态度，不迷信权威A23：小组合作中能出色地完成自己承担的工作A24：活动中能与同伴保持真诚和谐的合作关系执行系统提出问题B11：善于质疑，不满足于教材上的一些结论及教师的讲解B12：善于平中见奇、同中见异、异中见同B13：能从大量复杂的信息中，排除不需要的因素，并发现有价值的因素B14：善于把问题准确、简要的表达清楚假设检验能力提出假设B21：能主动的对问题可能的答案做出猜测假设B22：能把丰富的想象力和深刻的逻辑抽象能力结合起来，提出一些有价值的假设B23：能运用以有的知识经验对假设的合理性做出初步论证实验设计B31：设计的实验方案，能与科学理论、科学方法相一致，即具有科学性B32：设计的实验方案，能利用现有的条件切实可行，即具有可行性B33：能设计对比实验，保持其它条件不变，只改变一个条件，通过两组或多组实验进行对比，确定这一条件是否对事物起作用或起怎样的作用实验检验B41：能安全使用各种仪器药品，规范有效地进行实验 B42：能探寻最佳实验条件，精确地控制变量B43：能进行系统地观察、精确地测定、科学合理地收集数据解释结论能力解释能力B51：把现有的科学知识与收集到的证据建立联系，并做出符合逻辑的说明B52：能将解释与描述区别开来，面对结果能找到原因B53：能够通过对当前科学知识的理解、对证据的权衡和对逻辑的检查来决定哪种解释是最好的结论能力B61：能对证据进行比较、分类，找到有意义的联系B62：能对证据进行归纳、概括，找到事物的本质B63：能对部分对象的认识推广到该类事物的全体对象，从而扩大认识范围、拓宽知识、建立优良的知识结构监控系统 计划 能力C11：探究活动前，对做什么、如何去做以及活动的时间进行有效的安排C12：探究活动前，能准备好有关的工具，调整好精神状态 控制 调节 能力C21：探究活动中，始终清楚活动的目标和任务，知道为什么要这样做C22：探究活动中，讲究策略，能选用科学合理的探究方法C23：探究活动中，能排除各种干扰，努力控制自己，顺利完成探究任务 评价 反馈 能力C31：探究活动后，能对活动的各个环节进行有效的反思评价C32：探究活动后，进行深入地总结经验教训，不断完善自己C33：探究活动后，根据反思的结果对活动中不合适的地方采取补救性措施3、编制试题在编制试题时，我们力求体现科学的本质，体现探究的内涵，并遵循可测性原则，力求反映评价指标体系中的指标，根据学生做题的情况判断其探究能力的发展水平。2.3初中生科学探究能力的发展水平和特点1、表3 各年级科学探究能力及各系统的发展水平与差异检验 年级平均分标准差t值显著性探究能力初二42.246.63-3.01-6.91P0.05P0.01初三48.367.45初四62.136.30执行系统初二20.756.30-5.08-5.62P0.01P0.01初三31.177.84初四44.568.66动力系统初二8.730.78-3.484.41P0.01P0.01初三7.850.96初四8.930.71监控系统初二12.361.653.35-2.59P0.01P0.05初三10.711.78初四11.921.46由表3可看出：在传统教学条件下，高年级的初中生已经具有初步的科学探究能力。而且初二、初三学生的成绩差异显著，初三、初四学生的成绩差异非常显著，说明初中生的探究能力在迅速发展，而且存在加速期。从图31很明显地看出，初中生探究能力发展是非常迅速地，但男女学生科学探究能力的发展非常接近，并没有显著差异。2、表4 各年级执行系统中各具体能力的发展水平与差异检验年级平均分标准差t值显著性检验提问能力初二4.312.04-4.09-2.79P0.05初三6.882.29初四8.692.21假设能力初二6.631.97-3.16-4.76P0.05P0.05P0.05P0.05初三5.312.69初四7.311.94结论能力初二2.752.15-4.28-4.79P0.01P0.05P0.05P0.05P0.05由表5可知，实验班和控制班在前测时，科学探究能力中各系统及探究能力总分虽然存在一定的差异，但差异均不显著。2. 实施过程：实验班与控制班都由笔者担任教师，教材一样，进度相同。控制班采用传统的讲练相结合的目标教学方法；在实验班，部分内容采用讲练结合的目标教学方法，另外精选一部分内容作为培养探究能力的素材，给学生查资料的时间和机会，给学生提供实验器材，让学生按照探究的模式去研究，其它内容尽量发挥学生的主动性，老师讲解的少，而引导的多。探究教学初期存在的问题： 学生提出问题的数量较多，但可探究的问题较少；实验设计不合理，造成盲目实验，其结果常常是不能实现实验目的； 纪律较差；观察时经常忽视细节现象，有些学生对分组实验的积极性停留在好看好玩上；不规范，随意操作。实验班在一学年后的情况： 提出问题的数量增多、质量提高；活动的设计较为科学、合理，对本实验的疑点分析和改进的方法，也有所思考；能保持实验过程井然有序，学生能对实验提出改进的方案。3. 后测：一学年后进行探究能力测试和科学探究能力发展水平调查。表6 实验班和控制班后测时科学探究能力的差异比较班级人数探究能力执行系统动力系统 监控系统 平均分标准差平均分标准差平均分标准差平均分标准差实验班6663.654.2847.118.408.888.2211.6810.85控制班6858.786.8142.688.578.221.2010.851.76Z值4.283.033.993.35显著性检验P0.01P0.01P0.01P0.01由表6可知，实验班和控制班在后测时，科学探究能力总分、执行系统、动力系统和监控系统的差异都极为显著。3.4研究结论1、探究教学贵在因地制宜、马上行动起来，不要等待配套的教材和材料，其实再好的教材和完备的材料也不能囊括学生要探究的所有问题，这需要发挥教师和学生的创造性。2、探究只是学习科学的一种方法，所有的科学知识都用探究的方法来教是低效的，教师要选取那些只有通过探究活动才能达到最佳学习效果的材料；并非所有的探究活动都必须遵循科学探究的所有程序，教师要考虑组织什么性质的探究活动，才能达到最佳学习效果。3、并非只有学生动手做实验的活动才是探究性的，其实探究教学重要的是体现学生的主体性，它的形式是灵活的、多样性的。4、探究教学初期可能遇到的困难及采取的措施，这些困难主要有师生新角色的适应，教学技能的限制，来自评价的压力，教师合作上的困难，有些家长、领导的不支持，缺少资金及活动材料等，但教学方式的转变是一个需要一定时间和坚持不懈的过程。4研究展望本研究只是从教育教学实践中学生存在的主要问题出发，选取相对重要的几个侧面，尝试探索科学探究能力的构成要素，实际上科学探究能力是一个内涵丰富、结构复杂的系统工程，还需要进一步从更高的层面上挖掘其内涵实质和构成要素。由于科学探究能力的内涵实质和构成要素有待于深入研究，故以此为基础提出的科学探究能力评价指标和测查工具还需要优化，另外选取的研究样本比较小，得出的结论只是局部而有限的，还需要优化测查工具，并从更广的范围内选取样本，从而进一步揭示中学生科学探究能力的发展规律。科学探究能力的内涵实质、构成要素、评价指标、测查工具和发展规律的研究是难题，那么如何有效地培养中学生的科学探究能力是更加困难而又重要的研究课题。诸如如何正确认识学生现有的科学探究能力、如何科学地估计学生通过一定努力可能达到的科学探究能力、培养过程中如何做到既针对个别学生又要面向全体、如何使科学探究能力培养既具有系统性又具有连贯性。这些重要的问题，都需要深入研究。 参考文献 1袁翰青、应礼文，化学重要史实，北京：人民教育出版社，1989。1 戢守志，美国国家科学教育标准，科学技术文献出版社，1999。2 王磊，科学学习心理学