科学探究能力及其培养.pptVIP

第七章中学生科学探究能力及其培养,现代科学教育观认为：科学教育除了科学知识的传授和技能的训练外，还应重视对学生探索兴趣及能力、良好思维习惯与创新意识等的培养，科学教育要从强调科学知识获取向理解科学过程转变，从强调单纯积累知识向探究知识转变。科学教育的目标越来越强调培养学生的科学素质和探究能力。,近年来，把提高学生的科学探究能力作为科学教育的主要目标已得到国内外教育工作者的广泛认同。围绕着培养学生的科学探究能力和创新精神，很多发达国家和发展中国家已经开始或提倡以科学探究为主的多元化学习方式，并且形成了以探究学习、探究教学及提高学生科学探究能力为核心的教育研究和教育改革热潮。在科学教育中引入科学探究，促进学生进行探究性学习，有利于学生理解科学知识、培养各方面能力、提高学习积极性和求知欲等等。,第一节科学探究和科学探究能力一、科学探究的涵义按照我国的汉语大词典的解释，探究是指“探索研究”，即努力寻找答案、解决问题。牛津英语词典对探究的解释是：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。广义的探究泛指一切独立解决问题的活动，是人类的天性，存在于我们生活中的方方面面。狭义的探究专指科学探究或科学研究。美国学者韦尔奇等人曾对此作了简单的说明：“探究是人类寻求信息和理解的一般过程。从广义上说，探究是一种思维方式。科学探究是一般探究的子集（Subset），它的对象是自然界，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。,关于科学课程中的科学探究的涵义，美国的国家科学教学标准给出了比较详细的说明：探究是一种多侧面的活动，需要做观察；需要提出问题；需要查阅书刊及其他信息源以便弄清楚什么情况已经是为人所知的东西；需要设计调研方案；需要根据实验证据来检验已经为人所知的东西；需要运用各种手段来搜集、分析和解读数据；需要提出答案、解释和预测；需要把研究结果告之于人。探究需要明确假设，需要运用判断思维和逻辑思维，需要考虑可能的其他解释。,我国的普通高中物理课程标准解读中提出:科学探究是一种学习方式，是学习目标，也是学习内容。从学生的角度来看，科学探究是一种学习方式，学生在科学探究活动中，通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习物理知识与技能，体验科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神。科学探究方法是一种程序性知识，学生对探究方法的掌握以及对探究意义的认识，都有一个系统学习和不断加深理解的过程，是物理课中的重要教学内容。,二、科学探究能力的界定指学生在物理课程学习中的自主学习方式和学习过程，即能从日常生活、自然现象或实验现象的观察中发现与物理学有关的问题，并且能通过提出问题、调查研究、动手实验、表达与交流等探究性活动，获取知识、技能和方法。科学探究能力是保证学生顺利完成探究性活动的心理特征。它具有以下六个主要特点：（1）科学探究能力表现在学生进行探究性学习的活动中，并在活动中得到发展。（2）科学知识和探究技能是有机结合的。（3）探究活动具有外显性，探究过程中有可以看得见的环节。（4）探究活动的进行具有灵活性和协调性。（5）科学探究活动具有集体性、合作性和交流性，是一种集体性的协作活动。（6）探究活动具有循序渐进性。,我国的物理课程标准指出，科学探究过程包括七个要素：提出问题猜想与假设制定计划与设计实验进行实验与收集证据分析与论证评估交流与合作学生在进行科学探究时，其过程可以涉及所有的要素，也可以只涉及部分要素。物理实验和科学探究不仅是物理教学中的重要内容和学习方式，也是物理教学中的教学目标。高中物理课程标准对科学探究及物理实验能力提出了明确的要求。,三、科学探究要素水平的分类在探究能力的评价方面，英国国家科学课程标准根据学生的心理特点和个性差异，将学生科学探究能力的达成目标分成9个水平。根据我国物理课程标准对科学探究及物理实验能力提出的要求，结合我国的实际情况和学生的个性心理特点，在评价中学生的科学探究能力水平时，从考查科学探究过程的七个要素的水平出发，制定中学生的科学探究要素水平的六个等级：水平1：学生能够通过对日常生活、自然现象和实验现象的观察，提出自己的看法，并做简单的预测。能按要求用一些简单的仪器和工具来收集数据，如用刻度尺测量物体的长度；用温度计测量温度；用天平测量质量等。能在教师的帮助下进行合理的实验，并能简单解释为什么实验是合理的。能用一种方式(表格、图示或图像等)简单记录实验结果，对观察和测量的结果做出简单解释。能说出实验中发现的问题，用口头方式向同学表述自己的解释。,水平2：学生能够通过对日常生活、自然现象和实验现象的观察，提出与物理学相关的问题，并用自己的语言进行口头或书面的简单描述。会形成可以用实验来检验的假说；能尝试通过控制变量，设计合理的实验，在实验过程中能描述和表现出怎样保持其他因素相同而改变一个因素，选择合适的仪器进行观察和测量。能用表格和图示清楚地呈现观测的结果，初步地标记一些点绘制简单的图。能利用收集的数据，为所探究的问题提供一个合理的解释，将结论同科学知识和理解建立联系。能对数据进行简单评价，向他人展示收集的数据和结论，能够倾听并尊重他人的解释。,水平3：学生能够通过对日常生活、自然现象和实验现象的观察，提出与物理学相关的问题，并能确定适合进行科学探究的问题。能够依据现有的科学知识和理解做出预测，在包括少量因素的情境中确定关键因素。能选择适当的仪器，进行比较精确的观察和测量，开始重复观测和测量，思考和观察测量中的异常现象，并试着进行简单的解释。系统地记录观测结果，并用曲线图描述数据，明确数据间的关系，并以此为证据得出同实验证据相一致的结论。能用适当的科学语言交流实验发现，对提出的假设和方案进行简单评价，提出改进意见，给出理由。,水平4：能用较准确的科学语言描述适合进行科学探究的问题。应用科学知识和理解确定应考虑的实验关键因素，并做出预测。能按一定的精度要求应用有刻度的仪器进行观测。进行充分的观察和测量，具有重复测量的意识，能对遇到的一些不同之处进行重复观察和测量，并提出解释。能选择带量度的曲线图有效地表示数据，识别同主要类型或趋势不一致的观测结果。能以实验结果为证据，得出相一致的结论，并用科学知识和理解解释这些结论。明白实验方案存在缺陷，并提出改进的意见。利用适当的科学语言来交流定量的数据和定性的分析。,水平5：整合个人和他人提出的一系列问题，利用科学知识和理解力把这些问题转变成能够探究的形式。能在包含一些因素的情境中确定关键因素并做出预测。利用科学知识和理解，制定合适的探究方法，写出详细的实验方案。有效地选择和利用仪器，用一定范围的装置进行系统精确的观测。认识到重复测量的意义，懂得为得到可靠的数据，需要进行重复测量的必要性。清楚精确地呈现定量观察的结果和处理后的数据，用曲线表示实验结果。得出同实验证据相一致的结论，并用科学知识和理解解释这些结论，开始思考收集的数据是否足以得出这些结论。认识到实验方案的优缺点，并进行较详细的解释，提出优化实验方案的建议。能用科学语言向他人表述自己的实验设计、实验过程和解释。,水平6：能够发现一系列问题内在的相关性，并把自己的思想转化为可探究的问题形式。在复杂的情境中和变量不能容易控制的情境中，能确定应考虑的关键因素，做出可进行探究的假设，并写出实验方案，确定需要使用的仪器。能认识到不同的实验任务应该用不同的实验策略，应用科学知识选择合适的实验策略。能熟练、准确地使用仪器装置，决定在定性研究中哪些观察是相关的，在实验记录中哪些观察包括了细节，决定测定的精确度，并收集检验变量间相关性的数据。确定观测中的异常现象，并能进行因果推理，在绘制曲线时，酌情考虑这些量。从实验中得出结论，注意到假设与探究结果间的差异，并进行解释。对用以表示结果的曲线和表格进行评价，能识别数据的缺点。认识探究过程中的优缺点，进行解释并提出适当的改进意见。能用精确的科学语言，结合口头、书面、多媒体等多种形式，向他人表述所作的探究工作，以有力的证据为探究结论辩护，能倾听他人的批评意见并做出得体的反应。,第二节科学探究在科学教育中的发展一、在国外的发展情况探究教学思想的形成和发展已有两三百年的历史。早在培根、赫胥黎、斯宾赛、卢梭等人的教育主张中便初见端倪。卢梭提出的自然主义教育主张儿童从经验中学习事物，而经验主要来源于“行”和“探究”。德国教育家第斯多惠于1835年在其著作写给德国教师的教学法指南中提出了探讨发现的教学法原则。英国化学家、科学教育家阿姆斯特朗也在其教育论著科学方法的教学中提出了要把科学探究发现的方法引入科学教学中的主张。,19世纪末20世纪初，教育家杜威提出探究是儿童天生四大本能之一，并且提出“从做中学”的教学思想，认为学生应该在“做”中思维，通过思维提出问题和解决问题，并在“做”中验证效果。杜威所提倡的“做”实际上就是探究，做中学就是在探究的基础上自主建构知识。“做中学”就是“探究中学”。20世纪50、60年代，著名的认知心理学家布鲁纳积极倡导发现学习（发现式探究），认为学生们应该以做科学的方式来学习科学。布鲁纳指出，发现学习能够：激发内在动机；促进发现策略的习得与发展；促进对知识更加牢固的掌握。,美国芝加哥大学教授、教育家施瓦布1961年在哈佛大学举行的纪念演讲会上，作了题为作为探究的科学教学（TheTeachingofScienceasEnquiry）的报告，明确提出了科学教学根本不同的方法探究性学习（enquirylearning）。施瓦布建议，教师必须用探究的方法来教科学，学生则必须使用探究的方法来学习科学。这其中包括两个方面：一是通过探究来开展教学（TeachingbyEnquiry），二是把科学作为一个探究过程（ScienceasEnquiry）。施瓦布建议科学教师考虑下面的三种实验方式：1、学生根据实验手册或教材中提出的问题及研究方案进行实验以发现它们之间未知的联系。2、教材只提出问题，研究方案和问题答案留给学生自行提出。3、学生在没有课本或实验手册提供问题的情况下，直接面对现象提出问题，收集证据，并根据自己的研究提出科学的解释。,施瓦布还提出了一种“对探究的探究”（enquiryintoenquiry）的方法，即由教师提供给学生科学研究读物和报告，学生就其中的细节进行分析和讨论：研究的问题，收集的数据，所用技术的作用，对数据的解释以及科学家在研究中得到的结论。通过这种方式，学生认识到科学知识的构成及科学知识是如何获得的，可以使学生对科学探究的过程和本质特征形成正确的认识。,1993年，戴维豪里做了一个概述，结论是：探究性教学对于学生的作用是多方面的，包括提高科学素养、熟悉科学过程、扩大科学词汇知识、增进科学概念理解和批判性思维、以及树立积极的科学态度，从总体上肯定了探究性的方法。20世纪90年代，美国的教育改革进一步深化和拓展，1990年美国科学促进会发表了2061计划的系列报告（包括面向全体美国人的科学、科学素养的基准和科学教育改革的蓝本），认为科学教学应该：培养和利用学生的好奇心和创造性；强调理解的质，而不是强调信息的量；在不同的情况下要以不同的方式传授概念；让学生将某些科学上的想法公之于众，与他人共同工作；培养学生对证据、逻辑和科学见解提出疑问的习惯；让学生懂得社会对科学技术发展的影响，也知道科学技术对社会的冲击。,1996美国国家研究理事会制定了美国国家科学教育标准，详细阐明了科学教育中探究性教学的重要性及其主要组成部分，明确提出科学学习要以科学探究为核心，强调给学生提供感受科学探究过程和方法的机会，强调科学探究能力（包括科学交流能力与合作能力）的培养。他们认为科学学习的中心环节就是探究，在教学中，教师应该从科学认识论的角度让学生理解科学和科学探究的本质，“使学生的学习集中于探究”，在科学学习的过程中体会观察、推理、假设等一些科学过程，用逻辑、想象以及以证据为基础的思维来形成并修正科学解释、识别和分析各种模型、交流并捍卫自己得出的科学结论。教师还应该结合具体内容明确地向学生介绍一些科学观念，如“理论知识指导科学探究”、“科学家依赖技术手段增强数据收集和处理能力”等。,1988年7月，英国议会通过了1988教育改革法案，在英格兰和苏格兰设置国家统一课程。该法案规定，中小学要开设两类课程：核心课程和基础课程。并且首次将科学课程与英语、数学列为核心课程。1989年，教育和科学部正式颁布了英国的国家科学课程，提出科学教育应注重学生理解科学概念、训练科学研究方法、建立科学和其他知识的联系、理解科学对社会的贡献、认识科学教育对个人发展的贡献以及认识科学知识的本质。并且在教学中通过探究活动，培养学生提出问题、作出假设和预测、进行实验探究、交流探究方法和经验等多种科学技能和方法。,1989年2月，日本文部省颁布了新的教学大纲学习指导要领，在理科课程设置方面，“新大纲”的主要特点是：通过光辉灿烂的自然科学成果来引出科学的基本概念，加入一些与日常生活有关的、容易引起学生兴趣的应用科学内容，强调通过探索研究活动，培养科学的观点和思维的方法，认识科学技术的进步和人类生活的关系。1999年3月，文部省颁布了新的高中学习指导要领(教学大纲)，新大纲规定了理科基础课程的目标：“提高对自然的关心与探究心，进行观察、实验等，培养科学探究的能力和态度，深入理解自然的事物和现象，培养科学的自然观。”,1995年韩国“教育改革委员会”确立了与教育国际化、终身化相适应的“新教育体系的改革方案”，即“5.31教育改革”方案。其核心内容中提到要改善授课方式和评价方式，培养儿童的创意性和思考能力，尽量克服以讲课为主的教学方法；教育要考虑到学生的个性、能力和要求，发展能够适应社会变化的创造能力。在韩国的科学课程标准中，从小学、初中的科学到高中的物理等都非常重视科学探究。其科学课程标准强调，物理课程的培养目标是使学生理解基本的物理概念并应用其去解释自然现象；学习科学方法和探究过程并应用其于问题解决；保持学习物理的兴趣并进而养成科学的态度；能意识到物理概念是不断发展的，物理对技术和社会发展是有重大影响的。由此可以看出，与学生认知发展水平相一致的关键的科学概念应在学生们熟悉的情景下通过学生的具体经验进行，也就是说，初中学生应通过现场的调查、实验等探究活动来理解科学概念、原理、规律等。,新加坡的基础教育改革突出了科学教育的重要性，在教学方法上，新加坡提倡实行新的教学方法，如：上课时鼓励分组自由讨论；在课堂上解决具体问题，摆脱认为只有一个最好答案的想法等。新加坡的教学方法改革实现了三个转变：(1)从以教师指导为中心、以应试为基础向以学生为中心、以探究为基础的教学方式转变；(2)从个别化学习向达到协作学习和独立学习的平衡转变；(3)从以课本为基础的学习经验向更可信的、参与发现过程的形式转变。并且强调在物理等科学课程的教学中注重科学探究，让学生在探究学习的过程中掌握知识、培养探究能力。,二、在我国的发展情况1999年6月，中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定中指出：“智育工作要转变教育观念，改革人才培养模式，积极实行启发式和讨论式教学，激发学生独立思考和创新的意识，切实提高教学质量。要让学生感受、理解知识产生和发展的过程，培养学生的科学精神和创新思维习惯，重视培养学生收集处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力以及团结协作和社会活动的能力。”2001年国务院关于基础教育改革与发展的决定指明要“构建符合素质教育要求的新的基础教育课程体系”，强调在基础教育中要“重视培养学生的创新精神和实践能力”，强调要改变教学观念和教学方式，“开展研究性学习，培养学生提出问题、研究问题、解决问题的能力；鼓励合作学习，促进学生之间相互交流、共同发展，促进师生教学相长”。同年6月，教育部制定了基础教育课程改革纲要（试行），确定了基础教育课程改革的具体目标，指明要“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力”。,全日制义务教育物理课程标准（实验稿）特别将科学探究纳入内容标准中，强调要将“科学探究渗透在教材和教学过程的各个部分”，要加强培养学生的科学素质。标准不仅对“知识与技能”提出了基本要求，而且对“过程与方法”和“情感态度与价值观”都提出了相应要求，提出“物理课程应改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探究过程”，学生不仅应学习物理知识和技能，还应经历一些科学探究过程，“通过科学探究，使学生经历基本的科学探究过程，学习科学探究方法，发展初步的科学探究能力，形成尊重事实、探索真理的科学态度。”科学探究也是高中物理课程标准（实验稿）的重要内容，其基本理念中提出“在课程实施上注重自主学习”，高中物理课程应该“促进学生自主学习，让学生积极参与，乐于探究，勇于实验，勤于思考。”应该改变教学方式，“通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。”在新课标的指导下，我国不少地方都开展了探究教学的实验研究。,三、国外对科学探究能力的要求及评价1、美国美国国家科学教育标准将K12年级的学生分为K4年级、58年级和912年级三个学习阶段，针对这三个阶段，提出了学生进行科学探究所需要的基本能力，并且做了详细的说明。其中912年级相当于我国的高中阶段，美国国家科学教育标准对这个阶段学生的科学探究能力的要求如下：（1）鉴定出那些起着指导科学研究作用的问题和概念。（2）设计并实施科学研究。（3）运用技术和数学改进科学研究与交流。（4）基于逻辑和证据建立并修改科学解释和科学模型。（5）承认并分析其他的解释方案和模型。（6）交流科学观点，并为之辩护。美国国家科学教育标准中的探究标准对于三个学段是统一的，随着年级的升高，从幼儿园到12年级，对学生基本的探究能力的具体要求越来越复杂，反映了学生认知的发展规律。探究标准中强调的这些重要的“认知能力”超越了科学“过程技能”这个词所指的如观察、推论和实验等的含义。这里的探究能力要求学生能将这些过程与科学知识结合起来，利用科学的推理及批判性思维来提高他们对科学的理解。,2、英国根据学生心理特点和教学基础，英国的课程标准将11年义务教育的学段分为57岁、711岁、1114岁、1416岁四个阶段，分别对各学段的学生提出了应达标的能力要求，其中1416岁阶段相当于我国初中和高一阶段。其具体要求如下：（1）探索事物和现象以寻求规律性和典型事例；（2）会形成可用实验来检验的假说；（3）会提出研究任务和设计研究方法，在设计中能注意到解决问题的应有步骤；（4）会选择和使用合适的仪器、材料和测量工具来安全地、有效地完成研究任务；（5）会根据研究任务的需要作出系统的观察记录；（6）能注意到反常的结果；（7）能觉察到观察、测量和方法中的变异性不可靠因素；（8）能从数据中判断出变异和不可靠因素并作出解释；会运用知识和技能解决实际问题；（9）能把自己的解答与实际问题作比较并予以评价；（10）在设计、进行研究和作出评价时能考虑到误差的来源。,3、新西兰新西兰科学课程标准（SciencecurriculumintheNewZealand）中提到，科学是一个整合了知识、技能和态度的过程。科学探究给学生提供了发展科学理解的重要机会，同样，进行探究也提高了学生探索现象和解决实际问题所需要的科学技能和态度。随着学习的深入，学生的探究技能应该逐步趋于成熟。进行科学探究需要具备许多复杂的能力，包括关注（focusing）、计划（planning）、收集信息（informationgathering）、处理（processing）、解释（interpreting）和报告（reporting）等方面的能力。新西兰科学课程标准将学生应该发展的科学探究能力分为四个要素：关注和计划、收集数据、数据处理和解释、报告。针对每个要素，标准对科学探究所需要的能力进行了水平划分，提出了各水平所应该达到的具体目标。,4、新加坡新加坡科学课程大纲中的科学探究中说明：在课程的整个过程中，学生在适当的活动过程中学习并应用如下的科学探究技能：用清楚、明确的术语来阐述一个能够通过实验证实的问题或问问题。对问题或现象提出可能的假设（尝试性的解释）。设计简单的实验来检验假设（提出的解释）是否正确。仔细地观察和测量。以口头或非口头形式简明有效地交流信息。从数据进行推导。以观察和收集数据为基础提出解释。陈述提出的解释的局限性。以知道的数据为依据提出可证明的预测。从研究的结果产生新的观点或问题并开始第二轮的研究。描述数据的趋势，即使模式不是很确切。分析另一种解释和过程。,第三节中学生科学探究能力的结构陈彦芬和高秀岭通过分析英国国家科学课程标准中对科学探究的教学要求，认为可将包含科学探究能力的组成要素用下图表示：,图91科学探究能力要素示意图,参照基尔福特的智力结构图的基础上，建立了科学探究能力的结构模型,第四节科学探究能力水平及发展研究一、理科学生科学探究能力现状的调查研究华南师范大学的张军鹏采用调查测试的方法，选取一所省重点中学和一所非重点中学的130名高三理科生为对象，测试目前理科学生普遍的科学探究能力情况。其研究结果为：学生不能准确地提出并表述要探究的问题；学生推理论证的能力较强；学生实验设计的能力较弱；大部分学生具有推理预见的能力；学生的思维方式单一、缺乏反思、批判的精神；平时的物理学习成绩与其探究能力强弱无关；不同学校的学生探究能力无明显的差异。,根据研究结果，张军鹏进一步指出，我国理科学生的科学探究能力发展不平衡，尤其在提出问题、表述问题、设计实验、反思批判方面的能力比较差。传统教育无益于培养学生的科学探究能力，目前的高中物理教学方式对学生探究能力、创新能力等方面是低效的。在目前的评价制度中，缺乏评价学生科学探究能力水平的标准和有效的运行机制。重点和非重点的学生虽然在考试成绩上存在有差异，但在科学探究能力上处于同一起跑线。可见，利用科学探究方式学习科学知识是可行的，开展探究式学习不受学校类型、学习成绩高低的影响，是可以普遍开展的，只是在实施探究式教学的起点和方式上，教师的指导程度上有差异而已。,二、中学生科学探究能力的发展研究蔡美洁在构建了科学探究能力结构模型的基础上，以能力品质为主因素，结合科学探究能力在科学探究各环节的具体表现，确立了考查中学生科学探究能力的32个指标。将这32个指标设计成可供数据采集的测查中学生科学探究能力的调查问卷，对西安某中学初二到高三的学生进行调查，了解学生的科学探究能力现状及发展变化情况。根据研究，得到以下结论：中学生的科学探究能力的发展趋势是波动变化的，高二年级最高，高三年级最低。各年级之间，存在显著差异。初二和高三学生科学探究能力离散程度比较高。科学探究能力的五个品质（即深刻性、灵活性、敏捷性、批判性和独创性）随着年级的增长都有不同程度的变化，高中阶段比初中阶段有所增加，高三时稍微降了一些。其中深刻性发展最稳定，灵活性和独创性水平发展得比较缓慢。,科学探究过程的七个要素中，进行实验收集证据这个环节发展得最好，其次是交流与合作、分析与论证能力，薄弱环节是猜想与假设。这七个要素在初中阶段发展比较缓慢，高中发展快一些，尤其是学生的评估能力发展的速度最快。男生的科学探究能力的总体水平略好于女生，他们的差异主要是在高一、高二年级，但是他们科学探究能力的发展趋势相近。从各品质男女生发展情况看，除了独创性品质男女生在高中阶段有显著差异外，其他品质存在差异但不显著。重点学校学生的科学探究能力略好于普通学校，但是他们之间的差异不显著。从各个年级情况看，他们的差异主要在高一和高三年级。从各品质发展情况看，重点学校与普通学校在高中阶段发展趋势出现显著差异。,三、高中生科学探究若干要素水平等级及其发展的研究梁洁以科学探究的几个要素为切入点，通过考查学生探究要素的水平来衡量科学探究能力的高低。引入了科学探究要素水平等级的概念，设计有关科学探究要素的测查卷，将高中生的科学探究要素水平进行量化，并在此基础上进行统计分析，探讨了高中生科学探究若干要素水平等级及其发展情况。（一）、高中生科学探究若干要素的总体情况,得到以下结论：（1）高中生提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验三个要素的总体平均分均在60分左右，都不算高；而分析和处理数据要素的总体平均分最低，只有40.47，刚刚达到水平3，等级一般。（2）在考查的四个要素中，“制定计划与设计实验”要素的得分最高，为65.10。能够明确实验目的，根据实验目的制定计划或设计实验，实验步骤有一定的条理性，大部分学生能够根据实验需要选择合适的仪器，多数学生具有控制变量的意识，在实验设计时能够考虑到对变量进行控制，但多数学生不是很明确实验的关键步骤。（3）高中生“提出问题”要素的得分排在第二，平均水平处于第4等级，属于较好等级。（4）学生在“猜想与假设”方面的得分并不高，尤其在新颖独特性方面的得分是最低的。（5）“分析和处理数据”要素的得分最低，刚刚达到一般水平。“能发现异常数据并做出解释”、“能利用图像、图表等方式处理数据”。,高中生提出问题的水平随着年级的升高得到提高，在高三时发展最快，平均分达到70.69，水平较好。高一年级与高三年级间存在显著差异；高二年级与高三年级间存在显著差异；高一年级与高二年级间不存在显著差异。可见，高中生提出问题的水平在高三时得到较快的发展，达到质变的效果。,（二）、高中生科学探究要素随年级的发展规律1、提出问题要素,2、猜想与假设要素,在三个年级中，高一学生的猜想与假设要素的平均分最低。高一学生刚进入高中阶段的学习，新的学习环境和内容，以及物理知识的缺乏，都会限制他们思维的活跃性、开阔性和创造性。高二学生掌握的物理知识内容和具有的探究经验都得到了丰富，思维得到了进一步地发展，也会较高一年级学生活跃，因此高二学生在该要素的平均分比高一学生约高8分。到了高三时，学生的水平有所下降，也许是面临毕业和高考的压力，学习紧张，任务繁重，限制了他们的发散性思维。,3、制定计划与设计实验要素,随着年级的升高，学生制定计划与设计实验的水平呈上升趋势，等级由一般到较好。由此可以看出，随着物理学习的深入，学生掌握了更多的物理知识，积累了更多的实验探究经验，并且，学生物理思维的逻辑性、科学性和设计实验步骤的条理性等方面都得到了一定的培养。通过物理课程的学习，学生对一些重要的物理实验方法（如控制变量法）的掌握情况也越来越好。,4、分析和处理数据要素,高中生分析和处理数据要素的水平呈波动变化，且三个年级的得分均偏低。高一最低，平均分只有32.97，水平较差；在高二时，学生经过一年时间的学习，在平时的练习、实验探究和考试中，积累了不少分析和处理数据的经验，水平提高较快；高三时有所下降，原因可能是面临毕业和升学，学生的精力和时间都用在解决模式化的物理问题，面对形式灵活的探究性问题，他们采用的方式和手段单一，不愿意花时间去思考。,（1）在研究的四个探究要素中，男女生的平均分呈现不平衡状态。（2）在猜想与假设方面，男生的平均得分比女生高1.85，水平略高于女生。（3）男生提出问题要素的平均得分为57.26，比女生低10.49。（4）在制定计划与设计实验、分析和处理数据方面，女生的均分都略高于男生。,（三）、性别对高中生科学探究若干要素水平的影响,第五节中学生科学探究能力的培养（1）营造宽松的学习环境，引导和鼓励学生提出问题,问题的产生源于情境，在有意义的探究式教学中，教师要充分重视学生的主体性，改变单一的讲授式教学，把学生学习的内容置于具备目的性、适应性、新颖性的问题情境中，引起学生的问题意识，留给学生独自思考的时间。问题的提出需要宽松的环境，良好的、宽松的课堂气氛是引导学生提问的重要条件，教师要用和蔼的态度、亲切的语言、鼓励的言语消除学生的心理障碍，鼓励学生大胆地说出自己的想法、提出问题，保护学生的自尊心、积极性和兴趣。,创设探究式学习活动情境的策略：(1)力求使探究始于真实和接近学生所处的真实环境(自然、生活和社会的环境)。(2)情境中隐藏着可能被学生发现的问题，努力创设给学生发现问题和提出质疑的机会。(3)情境有一定的综合性和复杂性。如果将这种情境的挑战性设置在学生认知的“最近发展区”，就会有效地调动学生的内部动机。(4)情境有可探究性，关注实验和其他实践途径的探究。(5)关注情境中“协商”过程的设计。协商过程即交流讨论的过程。将两种协商结合起来，就能达到有效的会话和协作。(6)关注信息技术和资源的应用。,（2）注重培养学生的创新能力，给学生提供进行猜想和假设的机会猜想与假设是科学思维的一种形式，是根据已知事实或已有知识对事物或现象之间的因果性、规律性做出的尝试性解释。进行猜想与假设是一个复杂的过程，需要进行观察、发现事实、调动原有的知识经验，并且把原有的知识经验和发现的事实结合起来。可见，学生进行猜想的过程是一个活跃思维的过程，不仅可以加深对所学知识的理解，也可以发展思维的灵活性和独创性，有利于培养学生的创新能力。,要在物理教学中培养学生的猜想能力，就要增强学生应用自己的原有知识和经验来审视所面对的事实的意识，要学会仔细观察、分析新的事实和现象，并在其中寻找跟原有经验和知识中相似的特征，并尝试对它做出解释。教师可以采取循序渐进的方法，先选择适当的事例，通过“大声思维”的方式，为学生具体地剖析猜想、假设的思维过程，教给学生猜想和假设的方法；然后选择难度不高，学生比较陌生、值得猜想的课题，让学生实际经历猜想和假设的过程，并且陈述自己的理由；接着，教师对学生做出的猜想和假设进行合理性、科学性的评价，或组织学生以小组的形式进行互评，增强学生利用已有知识和经验对新现象解释的意识和本领。随着学生猜想和假设水平的提高，教师可以逐步增加研究课题的难度，进一步发展学生的思维。,（3）既关注实验的结果，又重视实验的过程中学物理实验教学很重视培养学生的基本功，重视教给学生重要的物理实验方法，但是较少关注学生对实验过程真正的理解和体会。制定计划与设计实验在科学探究活动中起着承上启下的作用，是连接猜想假设和实验的桥梁。普通高中物理课程标准要求学生“知道实验目的和条件、制定实验方案、尝试选择实验方法及所需要的装置与器材，考虑实验的变量及其控制方法”。然而，在实际的物理教学中，学生较少有机会去制定探究计划、设计实验方案，这对培养学生设计实验方面的能力极其不利。要让学生具备什么样的能力，最好的方法就是让学生去经历相应的过程。在教学中，教师应该对制定计划、设计实验方案方面的教学给予必要的关注，改进实验教学的方法，合理安排实验教学时间，尽量让学生亲身经历实验设计的过程，根据假设来思考探究的目的和条件，体会将猜想假设的验证具体化、程序化的过程，分析实验要解决的主要问题，提出解决方法并形成合理的实验方案，并且在实验探究结束后，组织学生进行讨论，评价实验方案的优劣，提出修改意见，优化实验方案。,（4）注重培养学生的批判性思维，鼓励学生用多种方式处理数据在物理教学中，提供给学生的练习题、考试题，