（发展与教育心理学专业论文）中小学生的科学探究及影响因素.pdf

山东师范大学博士学位论文 中文摘要 以科学探究为核心的科学教育已经成为科学教育改革中最受关注的理念之一。学生的科学探 究因其具有重要的理论意义和现实意义而受到研究者的重视，科学探究的研究也得到了教育学、 学科教学以及心理学等众多领域的关注，心理学领域对科学探究的研究与对科学思维或科学推理 的研究是分不开的，并且在科学探究的策略与影响因素等方面取得了大量的成果。但仍然还存在 一些不足，如以往研究主要是针对科学探究的不同阶段进行的，缺乏对科学探究全过程的整合研 究，对科学探究的评价指标不一致；对学生科学探究的发展特点的研究较少；对影响因素的系统 研究较少等。 本研究首先对学生科学探究的实质作了深入的理论分析，认为科学探究是一种高级的问题解 决活动，具有和问题解决相同的认知机制；其中认知策略是探究的核心；科学探究是一种积极的 知识建构活动，建构过程中个体的科学认识论信念、对科学的态度、推理能力等起重要的作用。 在这一理论框架的指导下，对小学五、六年级和初中七、八年级学生的科学探究的特点及影响因 素作了进一步探讨。 实证研究分两部分，第一部分即研究一，采用计算机模拟的自我指导实验探究任务，任务内 容为单摆实验和弹簧实验，要求被试自主探究影响单摆摆动频率和弹簧伸拉长度的因素，并以科 学探究的全过程为研究对象，以被试探究中的实验设计策略水平、证据评价策略水平以及正确推 论结果作为衡量科学探究的指标，系统探讨了小学高年级和初中学生科学探究的特点。第二部分 首先对本研究需要的两个问卷进行了进一步的修编，通过研究二和研究三分别考察了学生科学认 识论信念问卷与对科学的态度量表的结构和特点。研究四探讨了科学认识论信念、对科学的态度、 推理能力、知识与科学探究的关系，并采用结构方程综合考察了不同任务条件下、小学和初中样 本中各因素对科学探究的综合影响。研究发现： ( 1 ) 科学探究中学生所使用的实验设计策略主要有完全设计策略、局部连锁策略、局部控 制策略、分离变量水平策略和无策略五种；所使用的证据评价策略主要有：两两比较策略、共同 发生策略、理论评价策略和无策略四种。 ( 2 ) 无论是实验设计水平和证据评价水平，还是正确推论数量，均不存在显著的性别差异： 但都存在显著的年级差异，表现为：小学高年级学生与初中学生之间，小学、初中与大学生之间 差异显著，但五、六年级之间，七、八年级之间差异不显著。 ( 3 ) 任务难度对学生的实验设计和正确推论有显著影响，学生三变量任务中的实验设计水 山东师范大学博士学位论文 平、正确推论百分比都显著低于两变量任务；在证据评价水平上，任务难度的差异不显著。另外， 正确排除的平均数明显低于正确包含的平均数，说明中小学学生作排除性推论比包含性推论困 难。 ( 4 ) 本研究中编制的科学认识论信念问卷的信、效度较高；问卷所包含的三个因子： 知识的来源、知识的确定性和知识的发展性能够较好地解释科学认识论信念的结构；学生的科学 认识论信念存在显著的年级差异，但不存在显著的性别差异。总的来说，随年级升高，认识论信 念也越积极。 ( 5 ) 对对科学的态度量表的分析结果表明，这一工具有效可靠，该量表包括四个因子： 对科学价值的态度、对科学学习的态度、对参与科学探究活动的态度和对科学家与科学相关生涯 的态度；各年级学生在对科学的态度量表各因子得分上，随着年级升高显著下降，年级越低， 对科学的态度越积极；在科学学习和科学生涯维度上存在显著的性别差异，男生较女生更积极。 ( 6 ) 科学认识论信念、对科学的态度、推理能力对科学探究均具有显著的影响，其中对科 学的态度在认识论信念对科学探究能力的影响中起部分中介作用；在不同难度的任务以及小学和 初中样本中，认识论信念所起的作用是稳定的，在较难的三变量任务中，推理能力对科学探究的 影响作用最大。 本研究的结果对科学教育和教学实践有重要的启发意义，对中小学生科学探究的策略方法的 培养应当成为科学教育的重要内容；另外培养学生积极的科学认识论信念和对科学的正向的态度 也科学教育的重要途径。 关键词：科学探究实验设计证据评价 自我指导的实验科学认识论信念对科学的态度 分类号：b 8 4 4 i i 山东师范大学博士学位论文 a bs t r a c t t h ea r 舭n e l l tf o rs c i e n c ei 1 1 q u i 珂弱t h ec o r eo fs c i e n c ee d u c a t i o nh 嬲g a i n e d 伊e a t e m p h 弱i si 1 1t l l ef i e l do fs c i e n c ee d u c a t i o nr e f o n n i nt h ef i e l do fe d u c a t i o n ，t e a c m n g ，锄d p s y c h o l o g y ，r e s e a r c h e r sh a v ep a i dg r e a ta t t e n t i o nt 0s t u d e n t ss c i e n c ei n q u 时d u et 0i t s m e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g m f i c a i l c e 1 1 1p s y c h o l o g y ，s c i e n c ei n q u i 巧w 嬲c o n d u c t e du n d e r m e1 a b e l s “s c i e 而f i cr e a s o 血g a i l d “s c i e n t i f i c 眦【l l ( i n g 1 1 1 e r eh a v eb e e nc o n s i d e m b l e r e s e a r c h e si 1 1 v e s t i g 弛gt l l ep s y c h o l o 酉c a jm e c l 戚s mo fs c i e n c ei i l q u i 巧，e s p e c i a l l yt l l e s t r a t e 百e so fs c i e n c ei n q u i 巧锄dt l l ea 行e c t i l l gf a c t o r s h o w e v e r ，m e r ea r es t i l lq u e s t i o l l s n e e d i l l gt 0b ee ) 【p l o r e d 如r d l e r f i r s t ，m ep r e v i o u sr e s e a r c ho ns c i e i l c ei 1 1 q u i 巧w a sm a i l l l y f o c l l s e do nt l l es e p e r a t es 拓唱e so fs c i e n c ei n q u i r y i t ss t i l lu n c l e a ra b o mt h ec h 蹦t e r i s t i c s o ft h ew h o l ep r o c e s so fs c i e i l c ei n q u i 巧s e c o n d ，t h ee v a l u a t i o ni i l d e xo fs c i e n c ei 1 1 q u 埘 a b i l i t ) ，i si i l c o i l s i s t e n t t l l i r 也t l l e r ea r eo i l l yf e ws t u i i i e se ) 【p l o r i n gm ed e v e l o p m e n to f s c i e n c ei n q u i 巧f i n a l l yt l l es t u d i e so na f r e c t i i l gf a c t o r sw e r ea l s oi n c o i l s i s t e n t t m sr e s e a r c hf i r s tm a d et l l e o r e t i c a la n 羽y s i so nm ee s s e n c eo fs c i e n c ei n q u 毋w e c o n s i d e r c ds c i e n c e i n q u i i y 嬲ap f 0 b l e m s o l v i n g a c t i v 时t t l a t l l s e sm es a m e i i l f - 0 m 瞰i o n p r o c e s s i i l gm e c h a l l i s i n si d e n t i f i e di no t h e rp r o b l e m - s 0 1 v i n gc o n t e x t s ；t h e c o g l l i t i v es 仃a t e 百e sa r em ec o r eo fi i l q u i 巧；s c i e n c ei i l q u i r yi s a na c t i v el m o w l e d g e c o i l s 饥l c t i o na c t i v i 够；i i l d i v i d u a l 印i s t e m o l o 百c a lb e l i e fo fs c i e n c e ，a 位i t u d e st o w a r ds c i e n c e ， a n dr e a s o i l i n ga b i l i t ) rp l a ya 1 1i m p o m m tr o l ei i lt h i sp r o c e s s g u i d e db ym o s et h e o r i e s ，t l l e c u r r e n tr e s e a r c hi n v e s t i g a t e dt h ec h a r a u c t e r i s t i c so fs c i e n c ei 1 1 q u i 巧a i l dm ea 任i e c t i n gf a c t o r s ， w i t l ls t u d e n t so f 铲a d e5 ，6 ，7 锄d8 邪t h es u b j e c t s t h ee x p e r i m e n ts t u d i e si i l c l u d et 、op 帅i i lt 1 1 ef i r s tp a r t ，s t u d ylw 邪d e s i 印e dt 0 i i l v e s t i g a t em ed e v e l o p m e n to ft 1 1 es c i e n c ei n q u i 巧a b i l i t ) ri l lm eg r o u po ft h ep 血瑚i r ya n d s e c o n d a r ) ，s c h o o ls t u d e n t ，a n dh o wt 1 1 et a u s kd i 伍c l l l t ) ，a 妇融c t ss c i e n c ei n q u i w eu s e dt h e s e l 仁d i r e c t e d ，c o m p u t e rs i i i m l a t e di i l q u 奶，t a s k ，n a m e l yp e n d u l u m 锄ds t r i n gt a s kn r e q u i r e dt l l esu _ b j e c t st 0f i n dt h e 矗l c t o r st h a ta 廊c t e dt l l es w i n g 丘e q u e n c yo ft h ep e n d u l 啪 锄d 廿l el e v e lo fs t r e t c ho ft l l e s t r i n g t 0e v a l u a t e t l l e a b i l i t yo fs c i e n c ei n q u i w e a 1 1 a l l y z e ds u b j e c t s e x p 嘶m e n t - d e s i 驴s t r a t e 百e s ，e v i d e n c e e v a l u a t i o ns 缸a t e 酉e s ，孤d i l l 山东师范大学博士学位论文 r e s u l t so fi n f e r e n c e i i lt h es e c o n dp a r t ，a l s ow i t l lm ep r i i l l a 巧a n ds e c o n d a 叮s c h o o ls t u d e n t 嬲s u _ b j e c t s ，s t u d y2 锄ds t u d y3w e r ed e s i 弘e dt 0i n v e s t i g a t em i e s 仃u c t l l r e 锄d c h a r 乏虻t e r i s t i c so f 印i s t e m 0 1 0 西c a l b e l i e o f s c i e n c eq u e s t i o 加a i r e 锄dt 1 1 e a t t i t i l d e s - t o w a r d s c i e n c eq u e s t i o n n a i r er e s p e c t i v e l y s t u d y4 ，u s i i l gt 1 1 es t n l c 删e q 删i o n m e t l l o 也i n v e s t i g a t e df h t h e rh o wt l l er e a s o n i n ga b i l i 吼廿1 e 印i s t e m o l o 百c a lb e l i e fo f s c i e n c e ，a n dt 1 1 ea t t i t u d e st o w a r ds c i e n c ea f r c c t e dm es c i e n c ei i l q u i r ) lt h em a i l l 血d i n g s w e r e 弱f 0 1 l o w s ： 1 f o rt h ep r i m a r ya i l ds e c o n d a r ys c h o o ls t l l d e n t s ，t l l e r ew e r e 丘v et y p e so fe x p e r i m e n t d e s i g ns 旬眦e 西e s ：g l o b a ld e s i g ns 仃a t e g y p a r t i a l l yo 唱a i l i z e ds t r a t e g y ，l o c a lc h a i l ls t r a t e g y ， f o c u s0 ns i n 酉ev 撕a b l el e v e ls n a t e 鼢a i l dn 0d e s i 印s 仃a t e g y ；t l l e r ef o l l rt ) ，p e so fe v i d e n c e e v a l u a t i o ns n - 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e r e n c ew 舔m u c hs 玎】a l l e rt 1 1 a i lt h a to fi i l c l u s i v ei i l f e r e n c eo n e s s ow ec a i l c o m et o 也ec o n c l u s i o nt h a ti tw a sm o r ed i 丘i c u l tf 1 0 rs t u d e n t st om d k ee x c l u s i v ei n f e r e n c e t h a nt oma ：k ei n c l u s i v ei n f i e r e n c e 4 t l l e 印i s t 锄o l o 舀c a l - b e l i e f o f - s c i e n c eq u e s t i o 衄a i r eu s e di nt h i sr e s e a r c hh 嬲h i g h r e l i a b i l i 够髓dv a l i d i 够i ti n c l u d e dt 1 1 r e e f j 粥t o r s ：s o u r c eo fk i l o w l e d g e ，c e r t a i n t yo f b l o w l e d g ea r l di l e v e l 叩m e n to fk n o w l e d g e t h o s e l r e ef k t o r sc o u l dh l t e 印r e tw e ut l l e p s y c h o l o 百c a ls t m c t u r eo fe p i s t e m o l o 百c a lb e l i e fo fs c i e n c e t h e r ew e r es i g i l i f i c a l l tg r a d e d i 仃e r e n c e s ，b u tn 0s e xd i 位r e n c e si i lm e 印i s t e m o l o 百c a lb e l i e fo fs c i e n c e o v e m l l ，m e l l i g l l e rm e 伊a d e ，m em o r ep o s i t i v et h e 印i s t e m o l o 百c a l b e l i e fi s 山东师范大学博士学位论文 5 e x p l o r a t o 巧f a c t o r 觚a l y s i sa 1 1 dc o n f i m l a t o 巧f 如t o ra 舱l y s i ss h o w e dt 1 1 a tt h e a t t i t u d e st o w 硼s c i e n c es c a l e ( a t s s ) h a dl 岖hr e l i a b i l 时锄dv a l i d i 哆1 1 1 ea n i t u d e s t o w a r ds c i e n c es c a l ei n c l u d e df o u rf k t o r s ：a t t i t u d e st o w a r ds c i e n c ev a l u e a t t i t u d e s t o w a r dl e a r i l j i l gs c i e n c e ，a n i t u d e st o w a r dp a r t i c i p a t i n gi l ls c i e n c ea u c t i v i t i e sa n dm q u i r y 枷t l l d e st o w a r ds c i e n t i s t s 锄dc a r e e rr e l a t e dt 0s c i e n c e t h e r ew 嬲s i g m f i c a n tg r a d e d i 仃e r e n c ei i la t s sd u et 0m e 缸tn 脚1 0 w e r 节a d es t l l d e n t sl l a v em o r ep o s i t i v ea t t i t u d e t 1 1 a nt l l em 曲e r 黟a d es t u d e n t s s e xd i f i e r e n c ew 硒o l l l yf o u n di i la t t i t u d e st o w a r dl e 蛐g s c i e n c ea l l da 位i t u d e st o w a r ds c i e n t i s t sa i l dc a r e e rr e l a t e dt 0s c i e n c e t h eb o y ss c o r ew a s m u c hk g h e rm a nt l l eg i r l s 6 e p i s t 锄o l o 百c a lb e l i e fo fs c i e n c e ，删t u d e st o w a r ds c i e n c e 锄dr e a s o n i i l ga b i l i t ) r s i g 越j f i c a n t l y 雄e c t e ds c i e n c ei n q u i d ，a 就i t i l d e st o w a r ds c i e n c ep a n l ym e d i a t e d t l l e r e l a t i o l l sb e 觚e e n 印i s t e m o l o 酉c a lb e l i e fa n di i l q u i 巧a b i l i 哆e p i s t e m o l o 昏c a lb e l i e fo f s c i e n c ea 行e c t e ds c i e n c ei i l q u 时s t e a d i l y 试r e s p e c t i v eo ft a s kd i 伍c u l t yo r 伊a d e ；h o w e v e r t h ee f f e c to fr e 嬲o r l i i l ga b i l i t ) ，o ns c i c n c ei i l q u i d rw 邪l a 唱e rf o rt h ed i 伍c u hm r e e - v a r i a b l e t a s kt h a nf o rt h ee a s y 觚o - v a r i a b l et 舔k t h e 油p l i c a t i o n so fm er e s u l t st 0s c i e n c ee d u c a t i o n 趾dt e a c l l i n ga r et h a tm es c i e n c e i i l q u i 巧s 仃a t e g yi si m p o r t 锄tc o n t e n ti i l s c i e n c ee d u c a t i o i l a n ds h o u l db ep a i d 伊e a t i m p o r t 锄c e b u i l d i n gp o s i t i v ee p i s t 锄o l o 百c a lb e l i e fo fs c i e n c e 觚da n i t l l d e sa r e2 i l s o ( ：n l c i a l k e yw o r d s ：s c i e n c ei i l q u i e x p e 山e n td e s i 伊，e v i d e n c ee v a l u a t i o n ，s e l f d n c t e di i l q u 毋 t a s k ，e p i s t e m o l o 百c a lb e l i e fo fs c i e n c e ，a t t i t u d e st o w a r ds c i e n c e c a t e g o r yn u m b e r ：b 8 4 4 v 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本入在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得( 注：如没有其他 需要特别声明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 木弓秀 导师签字形豕参 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权堂撞可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适 用本授权书) 学位论文作者签名：社毒务 签字日期：2 0 07 年争月f 矿日 导师签字： 多z分驽 签字日期：2 0 0 歹年月r 相 山东师范大学博士学位论文 当今世界各国之间的竞争日趋激烈，国家之间的竞争归根结底在于科技和人才的竞争。因此， 近年来各国都加大了科学教育的力度，各个国家的科学教育课程标准中，都对传统的教和学的方 法进行了反思，认为传统的科学教学往往是教师教给学生一系列的科学事实及描述那些事实的术 语。这种教学很难把学生培养成为二十一世纪的具有科学素养、会解决问题、会思考、会交流的 合格公民。各国的新课程标准都开始强调科学学习，并把探究视作是科学学习的核心。例如，美 国全国科学教育标准与评价委员会经过四年的研究，于1 9 9 6 推出了美国历史上第一部国家科学 教育标准，此标准的一个突出特点就是对探究的强调；我国2 0 0 1 年开始的新一轮基础教育课程 改革中也颁布了全日制义务教育科学课程标准( 实验稿) ，标准中明确提出“探究既是科学学习 的目标，又是科学学习的方式。亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径”； 英国、澳大利亚、韩国和日本等国也在教育纲领性文件中对探究的内容和进行探究的方法做了具 体规定。 探究学习的思想可以追溯到古希腊哲学家苏格拉底的“产婆术”，法国启蒙思想家卢梭的“自 然教育理论”，美国教育家杜威主张的“学生中心，从做中学”。在2 0 世纪5 0 年代，由布鲁纳倡 导的教学改革中，发现学习成了教学改革的重要内容。发现学习强调要向学生提供材料，让学生 通过亲自探究发现问题的答案。1 9 6 1 年由美国芝加哥大学教授施瓦布正式提出探究学习的概念。 尽管探究学习因其费时等缺陷受到了一定的批评，但随着建构主义学习理论的发展，以学习者为 中心，以问题解决为基础的教学思想又成为教学改革的基本思路，探究学习又得到越来越多的关 注。尤其在科学教育中，探究学习已成为科学学习的主要方式。 第一章文献综述与问题提出 探究与科学探究 1 1 探究的涵义 从语义上讲，“探究( i i l q u 时) ”一词源于拉丁文的i n 或i n w a r d ( 在之中) 和q u a e r e r e ( 质 询、寻找) 。牛津英语辞典中对探究的解释是“求索知识或信息，特别是求真的活动；是搜寻、 研究、调查、检验的活动；是提问和质疑的活动。”我国1 9 8 9 年版的辞海将探究界定为深 山东师范大学博士学位论文 入探讨、反复研究”。1 9 9 6 年版的现代汉语辞典也将探究定义为“探索研究；探寻追究”，即 努力寻找答案、解决问题。由此可见，从基本含义上讲，探究的目的是获得知识、真理；探究的 途径或方法是搜寻、调查、研究、检验。 关于探究的定义还有很多种解释，但是都认为探究作为一种类似于科学研究的活动，要经历 科学研究的一般过程，探究是以问题开始的，但问题的解决并不是探究的全部，通过探究，个体 在知识、技能、情感和态度等各方面都获得了发展和提高。探究有广义和狭义之分，广义的探究 是指一切发现和认识；一切独立解决问题的活动。也就是人们通常所说的追根究底、好奇、好问、 爱琢磨。它强调的是一种主动探索和发现的活动趋向，而并不一定要围绕一个明确的主题或经历 一定的程序。因此，它既指科学家的专门研究，也指一般人解决问题的活动；既包括成人深思熟 虑式的“思想实验”，也包括儿童尝试错误性的摸索或探索：既有自觉的，又有自发的；既可能是 新颖独创的，又可能是模仿的。可以说广义的探究倾向是人类的天性，人皆有之。 狭义的探究则是指个体围绕着一个明确的问题或任务，通过假设、推理、验证等一系列的探 索过程而最终解决问题或完成任务的各类活动。狭义探究作为一种比较系统的研究活动，要求具 有较广泛的知识和较强的思维能力，并遵循一定的研究程序等。科学探究或科学研究就属于狭义 探究的范畴。 1 2 科学探究的涵义 与广义探究相比，科学探究有很大区别，在对象和方式上有其特殊性。科学探究是对自然现 象或问题的一种调查和研究，是在某种信仰和假设的指导下进行的，即科学探究是对自然界的一 种有理论指导的探究。通过科学探究，个体发现和揭示客观事物的本质及其相互关系，掌握自然 发展的规律。 科学探究既可以指科学领域里的探究，即科学家所进行的各种探索自然的活动，也可以是指 个体以一种类似于科学研究的方式进行的各种科学学习活动。美国国家科学教育标准( 1 9 9 6 ) 中对科学探究如此定义：科学探究指的是科学家们用以研究自然界并基于此种研究获得的证据提 出种种解释的多种不同途径。科学探究也指学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科 学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。但是作为一种学习方式的探究和科学家的探究 是有根本区别的，学生对科学的探究是在教师指导下进行的，目的是获得科学素养、科学知识、 科学探究技能和科学态度，是通过对科学探究的模拟来实现的。 探究学习的创始人施瓦布认为科学探究是指这样一种学习活动：儿童通过自主地参与知识的 2 山东师范大学博士学位论文 获得过程，掌握研究自然所必需的探究能力；同时，形成认识自然的基础科学概念；进而培 养探索世界的积极态度( 钟启泉，1 9 9 2 ) 。张建伟、陈琦( 2 0 0 1 ) 认为科学探究是以科学推理( s c i e m i f i c r e a u s o n i n g ) 活动为基础而实现的知识建构。 尽管对科学探究的概念描述不尽相同，但以下几方面是共同的：( 1 ) 都是指一种学习方式； ( 2 ) 学生的科学探究都源于科学研究的一般过程，包括发现问题、调查研究、实验操作、搜集 数据、分析结论等活动；( 3 ) 探究内容都强调围绕某个问题，学生的科学探究实质是解决问题。 科学探究有多种类型，有的是使用理性探究方法进行的探究，学生对某种现象，通过收集、 整理文献资料发现信息，并对资料进行归类、整理、分析、评估，形成对科学知识的概括。有的 是通过社会调查、实地考察、测量等活动进行的探究，这种探究可以增强学生的社会实践能力。 有的是采用实验进行的探究，对实验法最简单的解释是，描述你认为正确的东西，并找到一种方 法来检验它。通过科学实验来建构某领域的原理、规则是科学探究的突出特征，学习者的实验活 动就成了研究者关注的重要问题( 张健伟等，2 0 0 2 ) 。 本研究中的科学探究指的是通过实验进行的探究。实验的诞生标志着科学发展进入崭新的阶 段。在1 7 世纪伽利略发明这一方法之前，科学进展缓慢或几乎没有什么进展，而自采用实验方 法后，科学发展日新月异。实验是科学探究中最复杂的，它的完成需要综合考虑要检验的假设、 控制的变量、证据的评价等多方面的因素。 1 - 3 科学探究研究的三种取向 目前，对科学探究的研究主要有三种取向：一是教育学取向，将科学探究作为一种科学学习 的方式，主要从宏观上探讨科学探究学习的基本理念、原理、操作模式和具体方法。如探讨科学 探究学习和其它学习方式的异同、探究学习的优势、探究学习的具体实施程序等。二是学科教学 取向，主要从中观层面，在具体学科，如天文、地理、物理、化学等的教学中，探讨科学概念的 形成、学科探究学习技能的培养以及相应的教学模式的构建等。三是心理学取向，主要从科学思 维的角度进行研究。从微观层面，通过实验室实验来探讨科学探究的心理模型、探究的认知过程、 探究能力的发展、探究的策略、影响科学探究的因素等。 教育学领域把科学探究看作是一种学习方式和教学方法，着重探讨探究学习的理论以及探究 学习和探究教学的模式。 探究学习的理论探讨主要涉及探究的本质、结构、特点等问题，学习模式和教学模式则是探 究学习理论应用于学习实践的有效载体。目前国内外常用的几种探究学习的模式有：学习环模式、 3 山东师范大学博士学位论文 5 e 学习模式、探究训练模式、生物科学探究模式等。这些模式都包括理论基础、学习目标、操 作程序、实施条件等几大要素。学习环是由罗伯特卡普拉斯及其同事于2 0 世纪6 0 年代在“科学 课程改善研究”中发展起来的，它包括概念探讨、概念介绍和概念运用三个阶段。5 e 学习模式包 括五个紧密相连的阶段，即吸引( e n g a g 锄e n t ) 、探索( e x p l o r a t i o n ) 、解释( e x p l a l l a t i o n ) 、加工 ( e l a b o r a t i o n ) 和评价( e v a l u 撕0 n ) ( 靳玉乐，2 0 0 1 ) 。 探究教学模式主要关注教师怎样实施探究教学。从杜威、布鲁纳、施瓦布、萨其曼到今天的 许多学者们无不在探讨教学中怎样引起学生的探究欲望及实施探究教学的程序等。其中萨其曼将 探究教学模式基本程序分为5 个阶段：展示问题。要求教师向学生呈现令人困惑的问题情境， 一是问题情境要激发学生强烈的好奇心，使他本能地有想知道“怎么回事”的冲动，二是要这种问 题情境最终必然是可以解决的。假设和收集资料。严格地说，根据一般的探究程序，假设应在 收集资料之前，同时作为收集资料的中心。提出新的假设，重新开始收集资料。这一阶段并非 探究训练模式的必要阶段。如果收集的资料能说明假设，那么这个假设就成了解释的一部分。如 果收集的资料与假设相反，需要重新提出假设，循环重新开始，直到这一假设也被资料所证实。 得出结论。随着假设一收集资料假设这个循环的完成，结构逐渐明了，当假设能准确地说明 现存的资料，且无需修改时，结论就产生了。对探究模式和探究类型进行分析。在这个阶段中， 师生共同探讨是必不可少的。 国内学者徐学福( 2 0 0 3 ) 在其博士论文中探讨了探究教学的典型模式。他把探究教学模式的 一般或典型程序划分为形成问题、建立假设、验证、表达交流、推广应用五个阶段。这五个阶段 紧密联系，周而复始，形成永无止境的探究教学“环”。 学科教学领域对科学探究的研究主要关注科学探究的技能，将科学探究过程分解为一系列独 立的成分，如观察、测量、分类、推理等，相应的科学探究的每个环节需要不同的技能，如观察 技能、测量技能、分类技能、推理技能等，这些技能称为过程技能( p r o c e s ss k i l l ) ，后来的研究 又进一步将过程技能分为两类：基本过程技能和综合过程技能，综合技能可被认为是对基本技能 的综合运用。其中最有代表性的是美国科学促进会( a 从s ：加舱r i c 锄a s s o c i a t i o nf 0 r n l e a d v 觚c e m e n to f s c i e n c e ) 推出的s a p a ( s c i c e ap r o c e s sa p p r o a c h ) 课程中列出的十三种科 学过程技能，这十三项技能又分成两大类：( 1 ) 基本科学过程技能：观察、分类、应用时空关系、 传达、应用数字、测量、推理、预测等八种技能。( 2 ) 综合科学过程技能：下操作型定义、控制 变量、形成假设、实验、解释资料等五种技能。 学科教学领域对科学探究过程技能的研究主要是通过纸笔测验进行的，有代表性的纸笔测验 4 山东师范大学博士学位论文 有t a n n b a u m ( 1 9 6 8 ) 编制的科学过程测验，m 0 1 i 瞬和g e o 玛e ( 1 9 7 5 ) 编制的科学过程 测验( s p s t ) ，d i l l 弱h a w 和o k c y ( 1 9 8 0 ) 编制的综合过程技能测验( t 口s ) ，b u m s ，o k e y ( 1 9 8 5 ) 的综合过程技能测验( t p s i i ) ，s i l l i n l 和w b l l i v 盱( 1 9 8 6 ，1 9 9 4 ) 的小( 中) 学生科学过程评价等。 这些测验具体又分为两类：一是同时包括基本过程技能与综合过程技能( 1 h 此等，2 0 0 6 ) ， 如s i l l i m ( 1 9 8 6 ，1 9 9 4 ) 的s c i c ep r o c e s s a s s e s s m e n t 测量了1 3 项过程技能，包括：观察、分类、 推理、预测、测量、交流、运用时空关系、操作性定义变量、形成假设、识别变量、解释数据、 形成模型。二是只强调基本或综合过程技能，如d i l l a s h a w 和o k e y ( 1 9 8 0 ) 的综合过程技能测 验( 1 kt e s to f 辨此dp r o c e s ss k i l l ) 只测量了五项综合技能：识别变量、操作性定义、识别 要检验的假设、实验设计、作图解释数据等。 下面是t 口si i 中的一个条目( b u n 塔，o k e y ，1 9 8 5 ) ：一个农民想知道怎样提高庄稼的产量，他 计划去研究影响产量的因素，它要检验的假设是：a 化肥使用得越多，产量越高；b 产量越 高，今年的利润越高；c 随着雨水增加，化肥的效果越好；d 随着产量增加，生产的费用会 增加。 有关科学过程技能的纸笔测验具有以下几个特点：( 1 ) 早期的纸笔测验主要针对具体课程设 计，如1 9 6 5 年w m b e s s e r 开发的科学过程问卷是针对美国促进科学学会( 儿a s ) 的科学教育委 员会编写的科学一种过程方式( s a p a ) 课程设计的。由于这类测验无法迁移到其它课程， 因此7 0 年代之后，一些研究者开发了一些与具体课程无关的通用测量工具。( 2 ) 测验多适合团 体施测，为降低阅读能力对过程技能表现的干扰，题目多采取图形或表格为主，文字说明为辅， 作答则采用选择题的形式。( 3 ) 测验的适用对象以小学阶段至中学阶段的学生最为普遍。由于纸 笔测验成本低，易于操作，用时较短，可以大样本测试，因此从2 0 世纪8 0 年代，已成为相当 成熟的工具，很少再有研究者开发类似的工具，转而直接使用这类测验。 由于学科教学领域对科学探究的研究重点是科学探究的技能( s b l l ) ，所以强调的是探究中 的执行能力，即外显行为，常常用观察、度量、分类、关联、解释、安排、设计等动作名称来 表示，可称为操作技能( p m c t i c es k i l l s ) 。 心理学领域的研究更关心内在的心智运作。更关心内部的心理加工过程，常常用回忆、辨识、 分析、综合、比较、概括、评估、推断等语汇来表示。认知心理学家重在通过实验室来探讨 科学探究活动的心理模型，并将它看作是一个研究概念形成和改变、推理和问题解决发展、以及