从习题到原始问题：科学教育方式的重要变革

邢红军等：从习题到原始问题：科学教育方式的重要变革一、习题与原始问题的比较在科学教育中引入习题的初衷是，巩固和加深学生学习的知识，考查学生掌握知识的水平，培养学生应用知识解决问题的能力。物理高考命题委员会认为：“做题是非常重要的。我们主张要做题，但并不赞成搞题海战。因为题海战盲目追求解题的数量，不重视解题的质量，使学生根本来不及对习题以及与习题有关的问题进行思考”其实，即使是重视解题质量的做题也很难有效培养学生的创造能力。这是因为，每一道习题都是从原始问题抽象而来，已经把原始问题的一些次要细节、非本质的联系舍去，没有科学现象与事实作为背景，甚至完全脱离科学现象，即学生思维的一部分已经被习题编制人员“越俎代庖”地完成了。同时，习题教学还存在着模式化倾向，缺乏科学思想的分析，太重视程序与计算、熟练与技巧。因此，在一定意义上说，我国学生创造能力的匮乏是习题教学的直接后果。事实上，科学最重要的部分是与现象有关的，现象是科学的根源。从这个基本思想出发。我们认为：解决我国科学教育低效能的重要措施就是要打破传统习题教学一统天下的局面，通过引进原始问题来逐步使习题教学与原始问题教学相结合，从而达到提高科学教育效能的目的。所谓原始问题，是指自然界及社会生活、生产中客观存在、能够反映科学概念、规律本质且未被加工的典型科学现象和事实。而习题则是把科学现象和事实经过一定程度抽象后加工出来的练习作业。两者的关系如图1所示。由图1可知，学生解决原始问题需要经历二个相互衔接的过程：第一，问题是针对什么科学现象和事实的，弄清楚原始问题是什么(What)，即认识问题；第二，原始问题怎样通过分解、简化、抽象后转化为科学模型(How)，即科学建模；第三，怎样定性或定量的通过演算和推导解决问题(How)，即解题技巧。确切地说，原始问题的表述形式是对科学现象的描述，它基本上采用文字叙述的方式呈现科学现象，与习题显著不同的是，没有习题中常常给定的已知量、未知量，需要学生根据需要去设置。比如，1995年10月28日，加拿大人科克伦手握长杆走钢丝跨越长江三峡。科克伦如何使用手中的长杆？这样的问题就称为原始问题。相反，目前科学教育中广泛采用的习题却很难为学生提供这样的情境。由于历史的原因，我国传统的习题教学往往侧重图1的第二个过程(建模)和第三个过程(技巧)，特别是注重第三个过程(技巧)，而尤其缺少第一个过程(认识)，对科学现象和科学事实把握不够。因此，致使很多学生只知道根据已知条件去解题，遇到实际问题则常常束手无策。其实，早在上个世纪，苏联心理学家马丘什金就将习题与问题情境进行了比较与区分。他指出：“习题和问题情境是具有‘原则性区别’的概念，因为它们标志着不同的心理现实。”应当说，这是非常重要的见解。在国内，赵凯华先生觉察到这个问题。他指出：“在我们的教学中，同一问题，既可以把原始的问题提交给学生，也可以由教师把问题分解或抽象成一定的数学模型后再提交给学生。习惯于解后一类问题的学生，在遇到前一类问题时，往往会不知所措。”显而易见，在科学教育中明确原始问题与习题之间的区别是有着相当重要的理论与现实意义的。二、原始问题的教育价值随着教育研究的不断深人，教育领域出现了一门运用生态学方法研究教育的科学—教育生态学。教育生态学强调在真实、自然情境中研究教育规律以及学生的心理活动规律，强调提高教育活动的可应用性和普遍适用性，建立合理的教育生态环境，提高教育的效益，促进人才迅速成长和发展。生态学是19世纪末在生物科学中成长起来的一门科学，它的研究对象是生物个体、种群、群落和生态系统。其研究任务是探索有机体与环境之间相互作用的规律及机理，研究生物的生存条件以及生物与其生存环境之间的相互关系。在研究方法上，生态学家一般采用描述性分析方法，即先对现象进行描述，而后再做分析。在科学教育中强调生态性，乃是源于习题教学固有的局限性。我们知道，习题教学具有许多优点。然而，随着科学教育研究的深人，习题固有的缺陷—即人为性也日益暴露出来。由于习题情境是人为设置且条件控制严格，因而使科学教育情境的真实性受到破坏，使学生解答习题的认知心理及行为表现与解决原始问题的认知心理及行为表现相去甚远。这样，就削弱了科学教育特有的教育价值。我们知道，在真实的情境中，科学教育活动受到多种因素影响，这些因素又是相互作用、相互影响的，是一个完整的过程，科学教育活动是该系统中各因素相互作用的综合结果。然而，习题教学却将这些因素孤立开来，仅局限于特定情境中某些特定因素对科学教育活动的影响，因而就难以揭示真实、自然条件下的科学教育规律。通过借鉴教育生态学的有关思想，我们提出了科学教育生态化的基本观点：1.科学教育活动不是孤立的，而是与科学现象有机地联系在一起的，处于一个复杂的关系之中；2.科学教育活动既受到自身内部因素的影响，又受到外部因素的影响；3.科学教育活动应当在科学生态环境与社会生态环境中进行，以揭示真实、自然条件下学生的心理活动规律与科学教育规律；4.科学教育活动应注重研究学生与其所处环境之间的相互作用；5.科学教育活动应注重研究学生在与其所处环境相互作用过程中的主动性。柄静动在科场学教泊育中包，原业始问围题教双学并票不局医限于状教育裹生态碎学强嫩调的饲情境与，而岩是以利生态让学思蔬想为耻指导肤，把赛科学亦知识奥融人聋科学顾现象事之中只并以音原始笋问题预的形怪式呈功现，耻主张鸭把习恢题固练有的俘严格丰性移答植到材自然扬、真笼实的往科学骆环境下中，慎并在愉其中抄揭示罪科学商教育节活动吹的因差果关钟系。偷因此朗，原慨始问晃题教犯学所允采用证的方腊法，醉具有浸既不秋同于督习题粥教学材强调坟推导呈、演镰算而冰忽视好学生兰能力鄙培养宵的特裕点。悄又不尿同于菜研究券性学质习为奇探究捕而牺茄牲知缠识传漫授效弦率的港特点隐。它陵强调香给定阳的情己境虽林然是魔原始依的，坊但问抗题本陈身又顿必须步是严逐格的把。也努就是炊说，优它要砖求提截高科除学教届育的狠外部乎效度补，而北又毋翁需以舒降低其内部遣效度犁为代名价。政因此眨，原策始问殃题教即学就荷具有忠以下泰教育棚价值找。朝首先份，它焦有助意于解桌决目第前科蚁学教螺育内扇部效予度和从外部职效度作不能稼同时城得到职满足段的矛谊盾。猴我们谊知道尺，习值题教龟学虽晕然内遮部效条度较液高，艘但缺脑乏外跪部效梦度。胞一般魄认为搞，内蒜部效富度是香外部琴效度背的必饰要条售件，维但不碑是充观分条缝件。栏内部丙效度淋低的虏教育梨结果秧就谈赖不上榴对其抵他情评境的病普遍工意义纷；然悦而内击部效记度高奸的教悼育结洒果却伴不一霉定能因够一英般化眼到现敞实中炒去。记研究染性学兽习虽翻然具虏有较乱高的条外部境效度套，但枕却难摇以保自证科舍学教泊育的蝴内部砖效度北；原兴始问绝题由皱于将粮习题暖的严寸格控页制应甜用于发科学托现象趴之中循，并文且经沸过抽晒象之哀后可甩以成开为习禽题，往就使刻得它咬在一她定程高度上弄具备测高效甘完成呆间接摘经验赖知识海内化盖的功揉能，好从而添将内陈部效纳度和修外部西效度典较好吉地统饱一起渡来。失谣帅其次猫，在互原始抗问题占教学略中，醉学生学的认筝知心丝理与鬼行为露表现浴都比孙较真下实，驱因此坝，能陶够较卧好地躁揭示则科学舟教育极中学僻生的眨心理吉规律散和学飘习规顷律。博为了泥验证路这一罪观点尺，我咏们运量用原待始物斜理问旧题和存由其裹改编妻而成阴的习胖题对诊高中帆学生握进行另了测泽试，艇结果阀表明钩：原扣始物糊理问溜题卷持的平叛均分洋为慧39竹.裕5稠，而骑习题义卷的爱平均遗分为屿70始，差忘异显宗著，过且前率者得华分呈研正态德分布六，后贼者呈婚偏态俘分布诚。这饮说明倘，原溉始问记题虽椅然也手有一预定程友度的贴控制旁，但技没有饿像习厘题那连样几致乎完粮全排育除环黑境的谷影响景，从盏而保风证了眯学生员的心馒理及努行为类变化践仍然躁是现朋实中田各种竟因素爷综合油作用享的结封果。零形挠摔教育漫心理滋学的铜研究陵指出慕，教习育与抛实际棵情境裙的相兆似性拆是教于育效舅果的窃关键渴因素歪。而毙这种句相似静性越鸡高，禾教育俊结果敲的可吼应用斤性也扔越高蠢。甚膏至教震学所牢采用侨的方罩式，炒也应自该尽悲可能导接近胞教育炎结果赏所要辣应用尽的实比际情饭况，茄这样桑才能海在更纳大程树度上哑提高密教育旧的效呆能。膀靠铸第三锹，可或以根裤据教庙学的刑需要遍选择洁数量联合适霸的原房始问沫题供礼学生飞练习脸，以狠保证卧掌握劝知识喂和培活养能非力的找需要烈。事疼实上池，科拔学概甘念和秀规律急只有篮在原烦始问蓄题中龙才有艳生命哨力，味才能类显示福出其角内涵农、色克彩、直格调掠，才丸能显痕示出网其内秋在的挖理由忌、作靠用和块功能糟，学不生学大习过养的概泪念和冷规律碑才能渗真正冤活起纹来，左这样榆才能歪提高夕学习刚效率怠。通晌过一耍定数车量的盼原始艳问题乌训练童，当恢学生盟解决候实际暖问题叙时，端各种蹈各样所的策择略才迫能够持迅速家检索夕而无狼须搜后肠刮扔肚地肤对照魔做过临的题势型，丰才有提可能麦在处妖理前签一个来步骤失时就咽在大痛脑中脑预感枪下一宰个步烟骤，毛根本席无须黄暗暗星回忆袜各种赖题型扮再思翻量其英意义窜。即可使学趁生进慈行创兔造性拳活动号，也良能凭宴直觉毯而非芹经验辅去探碎索正多确的艳解决甩途径恼。所季以，朱正是辩在这铲个意众义上某，我巡们认怠为原单始问亩题教困学不呢仅可凶以使锐学生桶有效木地学鼠习科熊学知援识，郑而且孟也能特很好旱地培威养学宣生的蜓能力惠。络鄙锐从相扛互作殿用心杆理学初的视森野来腹审视岂，我控们更猫能体进察出煮原始施问题火教学洞与习奏题教最学的德本质明不同芳。译20冒世纪嘱70回年代诵以来拜，心肢理学口研究倾中逐机渐形宫成一枯种较切新的贫思路李，其朴基本忍思想员集中帖于行荣为发常生过佣程中伤人与寸环境控的多损向性滥交互河作用纵，并驴且认墙为，截在这丰种交轿互作估用中币，人串与情拒境是虽相互悟依存丽而非轿单方泽面所絮决定痒。其意基本态观点隶有四要个方谢面：渗1.悬个体跪的行质为是禽他们架与所哀处情麦境之帜间多历方向因的连躬续的晕交互巨作用篮结果饮；齿2.欣个体锈在这梦一交颠互作忆用过题程中歼是有曾意识类的和集主动绢的；坛3.丹在交哨互作仓用的友人的誓方面码，认催知和忙动机侍因素融是行打为的商基本坑决定谷因素贯；慈4.扔在交扣互作克用的叛情境缩方面撒，情撞境对省于个看体所逮包含白的心逐理学末意义惭是重喷要的倦决定针因素始。一脑相互厚作用从心理菌学的衔新思伯路，侵为从坟个体诊和情拌境两床方面米对学象生学团习科说学的阿心理晋过程拆作出项描述裹、解效释和捷预测巧，提丛供了停理论浆和方啊法方鱼面的泊基础调。特灵别是厕对情颗境研蕉究提怜供了懒较系她统的烛分析括手段谅，分相别从桥“爱情境义内交艳互作坛用狐”检和壁“盼情境衫间交用互作膛用色”征考察从情境挤的心足理学卧意义行。过挠赔因此际，为锐了克恢服习王题教寿学的宏局限跃性，贡科学宜教育兴应当芽走出枕单一垒习题规教学迟的禁久锢，脆在真养实的中情境联中研慈究学控生的宜学习汤心理三与科掏学教屑育活液动，奶重视少科学芦教育断活动门中学顾生与敞科学袍现象承的多袜向性愧交互园作用拢，以那保证唤科学孕教育鸦活动赵具有稀较高男的生伶态学楚效度次，具顿有较鉴高的胡应用废价值乐。而映原始躺问题接教学介则使洋教育木生态泳学的乡思想阿转变械为现棒实成季为可耗能。舟酿俗当然缸，还趟应当慈指出织，强断调原惑始问伸题教响学并伍不是谨完全杯排斥乎习题乳教学铁，否烦定习磨题教蚁学的舍价值毛，而数是主借张在片保留饺习题陪教学贝优点趴的同购时，怪克服午其不玩足，扶并通宣过两诉者的榜相互戚结合冷来达赴到提耳高科捡学教饺育效惧能的曲目的钓。装三、挺原始圾问题缴的教触育功申能糠血仪现代楼认知潮心理参学的竟研究期认为黎，人笼的思颜维生盲理基青础是经人的棕大脑祝。人驳脑有法多达霉15渣0怀亿个栽神经拦元，盈靠其向突触美相互瓣连接样构成层无数睛条通邀路。纠这些眉通路捞构成散了人恩类后庸天学恭习结舌果无姨限多迁样性妖的生驰理基买础。洞因此们，人脑脑不砖仅是益一个那生物畏系统塌，同炼时又拉是一透个耗越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