摘 要：結(jié)合高中物理天體運動內(nèi)容，調(diào)查了高中學(xué)生對科學(xué)研究思想與方法的認(rèn)識，指出當(dāng)前學(xué)生存在能夠回憶和應(yīng)用相關(guān)公式、規(guī)律，但對相應(yīng)的科學(xué)研究思想與方法缺乏深刻認(rèn)識的問題，并提出了若干針對性的建議。

關(guān)鍵詞：科學(xué)研究；思想與方法；調(diào)查；高中生；天體運動

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）4-0070-5

巴洛夫曾說：“重要的是科學(xué)方法、科學(xué)思想的總結(jié)，認(rèn)識一個科學(xué)家的方法遠(yuǎn)比認(rèn)識他的成果價值更大?！痹谖覈?，從“授之以魚不如授之以漁”的古訓(xùn)，到新一輪課程改革將“過程與方法”作為課程目標(biāo)的維度之一，體現(xiàn)著教育者對方法教育歷來的重視。那么，在新課改深入開展的今天，高中生對科學(xué)研究思想與方法有著怎樣的認(rèn)識？

檢索相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，近年來關(guān)于科學(xué)思想方法教育的研究成為科學(xué)教育研究的熱點之一，在萬方數(shù)據(jù)庫中檢索“科學(xué)方法教育”，近3年共檢索到2307篇期刊論文。但已有的研究主要集中論述開展科學(xué)方法教育的價值、教學(xué)策略、在教科書中的體現(xiàn)等，而極少涉及對科學(xué)研究思想與方法認(rèn)識的測試調(diào)查。筆者擬以高中物理天體運動相關(guān)內(nèi)容為例，嘗試探索與回答上述問題。

1 調(diào)查卷的開發(fā)與施測

關(guān)于天體運動的研究是較具代表性的科學(xué)發(fā)展史，其中涉及了各類科學(xué)研究思想和方法，而高中《物理》必修2在《萬有引力》這一章中，開篇便是關(guān)于天體運動研究發(fā)展的概覽，因此本研究選取該內(nèi)容作為調(diào)查的主題。

為了更廣泛地收集高中生對科學(xué)研究思想與方法的認(rèn)識，調(diào)查卷擬以簡答題為主，了解學(xué)生對不同科學(xué)家研究工作的認(rèn)識情況，進(jìn)而考查他們對相應(yīng)科學(xué)研究思想與方法的認(rèn)識。另外，為了比較高中生對科學(xué)知識及其相應(yīng)科學(xué)研究思想與方法的認(rèn)識是否存在差異，調(diào)查卷擬增設(shè)關(guān)于天體運動相關(guān)知識的記憶與應(yīng)用的考查。

基于上述思考，筆者嘗試開發(fā)了相應(yīng)的高中生對天體運動研究思想與方法認(rèn)識的調(diào)查卷。在請物理學(xué)科專家和物理教育研究專家對調(diào)查卷進(jìn)行審查后，選取3位高二學(xué)生進(jìn)行了初測，根據(jù)他們對測試題目理解的反饋對題目做了進(jìn)一步調(diào)整，形成最終的調(diào)查測試卷。

在廣東一所中上層次高中的高二年級選取一個班的全體學(xué)生作為調(diào)查測試對象。共計發(fā)放調(diào)查測試卷50份，回收有效調(diào)查測試卷49份。所有調(diào)查卷統(tǒng)一編號，并對其中的簡單題答案進(jìn)行歸類整理和統(tǒng)計。

2 調(diào)查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

2.1 關(guān)于相關(guān)知識的考查

首先，審視高二學(xué)生對知識的記憶情況。調(diào)查卷中設(shè)計了一道填空題，要求學(xué)生寫出萬有引力定律的公式。統(tǒng)計顯示，100%的學(xué)生都能正確寫出該公式，表明學(xué)生對該知識的記憶是很好的。

繼續(xù)考查學(xué)生對開普勒三大定律應(yīng)用及其推論的認(rèn)識情況，要求學(xué)生判斷——與遠(yuǎn)日點相比，當(dāng)?shù)厍螂x太陽較近時運動速度是較快、較慢還是不變。該題是開普勒第二定律的推論，測試結(jié)果顯示：87.8%的學(xué)生能夠正確回答近日點運動速度較快，可見，大多數(shù)學(xué)生對開普勒第二定律的這一推論具有較好的認(rèn)識。

上述兩題學(xué)生有可能憑借記憶做出正確回答，進(jìn)一步考查學(xué)生對天體運動規(guī)律的靈活應(yīng)用情況。調(diào)查卷中詢問學(xué)生“月球與地球之間有萬有引力，那么為什么月球不會被地球吸引下來？”

學(xué)生的答案大致可分為三大類。第一類（占32.4%）答案是用圓周運動的相關(guān)知識做出相應(yīng)解釋，代表性的答案如“地球與月球間的萬有引力提供月球做圓周運動的向心力”；第二類（占35.3%）回答則將原因錯誤地歸咎于地月距離太遠(yuǎn)，代表性回答如“月球與地球相距較遠(yuǎn)，萬有引力尚不能將月球吸引下來”；第三類（占32.3%）回答則錯誤地認(rèn)為月球受力平衡，有的認(rèn)為“月球與地球間存在斥力”，有的認(rèn)為“月球除了受到地球的萬有引力之外，同時也受到其他天體的萬有引力”?？梢?，三分之二的學(xué)生對于圓周運動知識還沒有做到靈活應(yīng)用的程度，無法正確解釋地月間的運動現(xiàn)象。

綜合比較本題與前面兩題的正確率可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前學(xué)生能夠記住公式、定律及其推論，但并不意味著學(xué)生能夠靈活應(yīng)用這些公式和定律解決問題。

2.2 關(guān)于托勒密研究思想與方法的認(rèn)識考查

再來審視學(xué)生對科學(xué)研究思想與方法的認(rèn)識情況。測試題1以托勒密地心說的研究為命題背景，如表1所示。

統(tǒng)計顯示，65.8%的學(xué)生認(rèn)為托勒密所進(jìn)行的研究可以稱為科學(xué)研究，代表性的理由如：“尊重事實，從事實數(shù)據(jù)出發(fā)假設(shè)”，“結(jié)合實際觀測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出了較為科學(xué)的假說”，“因為根據(jù)觀察到的現(xiàn)象作出假設(shè)”，但也有個別學(xué)生認(rèn)為“因為他是科學(xué)家，他在做他應(yīng)該做的事”。

當(dāng)問及如果認(rèn)為是科學(xué)研究，體現(xiàn)了哪些科學(xué)研究思想與方法時，只有一半的學(xué)生予以了回答。盡管學(xué)生存在著偷懶的心理，但三言兩語能說明的研究思想與方法卻留以空白，從另一個側(cè)面反映了很可能學(xué)生并不知曉相應(yīng)的科學(xué)思想與方法。查看填寫了文字的答案，多數(shù)都正確提及了觀察與假設(shè)，代表性的回答如“觀察提出假說”，“通過科學(xué)現(xiàn)象作出猜想與假設(shè)”，“結(jié)合實際觀測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析提出較為科學(xué)的假說”。可見，學(xué)生對觀察法與假設(shè)法較為熟悉。

而44.2%的學(xué)生則認(rèn)為托勒密的研究不能稱為科學(xué)研究，代表性的理由主要有兩類。一類認(rèn)為其沒有實驗數(shù)據(jù)，如“沒有實驗數(shù)據(jù)”，“沒有精確的觀測數(shù)據(jù)可以證明”；另一類理由認(rèn)為只是假設(shè)，沒有理論依據(jù)，如“只是對天體進(jìn)行觀測猜測，沒有科學(xué)理論依據(jù)”，“他的研究無影無蹤，僅靠一些實驗數(shù)據(jù)和豐富的想象力，牽強(qiáng)地用本輪來解釋地心說”，“沒有理論來驗證實驗”?？梢姡@部分學(xué)生認(rèn)為必須有實驗數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)才能稱為科學(xué)研究，而沒有認(rèn)識到根據(jù)已有事實嘗試作出假設(shè)同樣是科學(xué)研究的一種范式。

2.3 關(guān)于哥白尼研究思想與方法的認(rèn)識考查

調(diào)查卷中繼續(xù)以哥白尼的研究作為考查背景，測試題2見表2。

統(tǒng)計顯示，81.6%的學(xué)生認(rèn)為哥白尼關(guān)于日心說的研究可以稱為科學(xué)研究，僅有18.4%的人持反對意見，其反對理由多數(shù)都認(rèn)為缺乏實驗，如“因為他只是憑借肉眼觀察到的內(nèi)容來說明問題，沒有深入太空，沒有實驗來檢驗真理”。可見，學(xué)生仍認(rèn)為只是假說而缺乏實驗的研究，不能納入科學(xué)研究的范疇。

對于持肯定看法的學(xué)生，認(rèn)為哥白尼所用的科學(xué)研究思想與方法主要有兩類：一類認(rèn)為是觀察法，代表性的如“大量的觀察和研究”，“實驗觀察證明”，“觀察計算”；另一類認(rèn)為是理論計算與假設(shè)法，代表性的回答如“理論計算法和假設(shè)法”，“作出假設(shè)數(shù)據(jù)處理分析”，“大膽猜想”。這種認(rèn)識是正確的，哥白尼進(jìn)行了一定量的理論計算，所提出的日心說也是一種假設(shè)模型。但是，題目中提供的信息“哥白尼拋棄了這些數(shù)量眾多的本輪而提出了更為簡單的日心說模型”，沒有一位學(xué)生予以關(guān)注，沒有一位學(xué)生提到“簡單性原則”的物理學(xué)研究思想，在一定程度上表明學(xué)生對這種研究思想并沒有較好的認(rèn)識。

2.4 關(guān)于開普勒研究思想與方法的認(rèn)識考查

測試題3以開普勒的研究作為考查背景，具體見表3。

統(tǒng)計表明，只有4位學(xué)生認(rèn)為其研究不能稱為科學(xué)研究，查看他們的理由，一位認(rèn)為“只是進(jìn)行計算，只能算是理論上的研究，不能算是科學(xué)研究”，另外3位則清楚地指出“沒有進(jìn)行實驗”?？梢?，個別學(xué)生錯誤地認(rèn)為只有實驗才能算是科學(xué)研究，這種認(rèn)識本身是片面的，需要在教學(xué)中予以重視。

進(jìn)一步審視其余學(xué)生認(rèn)為開普勒研究所體現(xiàn)的科學(xué)研究思想與方法，多數(shù)都提及了計算，如“理論計算”“總結(jié)分析數(shù)據(jù)”等。除此之外，不少學(xué)生還認(rèn)為應(yīng)用了觀察法和實驗法，表述如“精確觀察”，“多次實驗求普遍性”，“通過多個實驗得出普遍規(guī)律而推斷出三大定律”。事實上開普勒自身的視力不太好，主要的研究是立足于第谷留給他的大量天文觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行理論計算，運用的是數(shù)學(xué)方法，“理論計算”的表述與數(shù)學(xué)方法含義基本相近，但不少學(xué)生強(qiáng)行加上“觀察法”“實驗法”，實際上是不正確的。由此也反映出學(xué)生頭腦中認(rèn)為只有涉及觀察或?qū)嶒灢拍芊Q為科學(xué)研究的錯誤觀念。

2.5 關(guān)于牛頓研究思想與方法的認(rèn)識考查

最后一道測試題以牛頓關(guān)于萬有引力的研究為背景（見表4）。

統(tǒng)計結(jié)果出乎筆者的意料，盡管學(xué)生們都知道牛頓是物理學(xué)家，但仍有高達(dá)25.6%的學(xué)生認(rèn)為題目中提及的牛頓的研究不能稱為科學(xué)研究，反對理由如“無數(shù)據(jù)”，“只提出假設(shè)而不做實驗來驗證”，“只是普通的由表面現(xiàn)象作出設(shè)想，并未有與之相關(guān)的實驗驗證”?？梢?，學(xué)生的反對理由都集中于沒有實驗，再次揭示了不少學(xué)生對科學(xué)研究認(rèn)識的局限。

再來審視認(rèn)為牛頓的上述研究可稱為科學(xué)研究的回答，只有15人做出了回答，很可能不少學(xué)生對科學(xué)方法與思想并沒有相應(yīng)的認(rèn)識，無從下手?；卮鸬念愋椭饕?類：第一類回答認(rèn)為是“類比法”，如“假設(shè)類比”“大膽設(shè)想，合理類比”，只有3位學(xué)生能夠認(rèn)識到牛頓將地球吸引月球的力與地球吸引蘋果的力進(jìn)行類比，這是值得肯定的，但可惜比例很低；第二類回答只是含糊地認(rèn)為是“設(shè)想”，這類回答占了53.3%，如“合理設(shè)想”“大膽設(shè)想”“擴(kuò)散思維，有條理的聯(lián)想”，盡管牛頓的研究中的確涉及了設(shè)想，但設(shè)想的表述很難稱得上是一種研究方法；第三類回答則提及了實驗法，占26.7%，如“作出假設(shè)進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)的處理分析”“實驗觀察”等，實際上在題目提供的信息中并未提及牛頓進(jìn)行了相關(guān)的實驗，這部分學(xué)生的邏輯是：牛頓所做的研究一定是科學(xué)研究，而科學(xué)研究一定要涉及實驗，因此想當(dāng)然地認(rèn)為采用了“實驗法”。全班沒有一位學(xué)生指出牛頓采用了理想實驗法，學(xué)生所提及的“實驗法”都是指向真實實驗，需要“處理實驗數(shù)據(jù)”、需要“觀察”，再次體現(xiàn)了學(xué)生對相關(guān)科學(xué)方法的認(rèn)知缺失。另外，也沒有一位學(xué)生提及牛頓將天上運動和地上運動統(tǒng)一起來確立了萬有引力普適性的研究中，體現(xiàn)了“統(tǒng)一性原則”這種同樣重要的物理學(xué)研究思想。

2.6 小結(jié)

綜上所述，可以看到：

（1）對于天體運動涉及的公式、規(guī)律及其推論的記憶，參與測試的學(xué)生都能較好地完成，但不少學(xué)生并不能靈活運用圓周運動的知識闡釋地月間的運動現(xiàn)象。

（2）對于具體的科學(xué)研究方法，多數(shù)學(xué)生都能認(rèn)識到“實驗法”“觀察法”“假設(shè)法”這3類科學(xué)研究方法，但仍存在著以下問題：其一，基本上所有的學(xué)生都不能較好地表述出科學(xué)研究方法的名稱，只能說出大致的意思，如“理論計算”“設(shè)想”等；其二，多數(shù)學(xué)生沒有意識到“類比法”“理想實驗法”等科學(xué)研究方法；其三，部分學(xué)生將“觀察法”“實驗法”等科學(xué)研究方法，不加判斷地強(qiáng)加進(jìn)科學(xué)家的理論研究中。

（3）對于科學(xué)研究思想，一方面，沒有一位學(xué)生能認(rèn)識到“簡單性原則”和“統(tǒng)一性原則”這兩種重要的物理學(xué)研究思想；另一方面，不少學(xué)生錯誤地認(rèn)為只有涉及實驗才能稱為科學(xué)研究，而沒有認(rèn)識到，應(yīng)用邏輯推理和數(shù)學(xué)工具嘗試對已知的實驗事實進(jìn)行描述和預(yù)測，同樣是一種十分重要的研究思想。

3 討論與建議

3.1 若干討論

討論1：為什么學(xué)生能夠回憶和應(yīng)用相關(guān)公式、規(guī)律，但對相應(yīng)的科學(xué)研究思想與方法并沒有深刻認(rèn)識？

該問題提及的現(xiàn)象，從上文關(guān)于不同內(nèi)容的調(diào)查測試結(jié)果的比較中可見一斑。筆者認(rèn)為，最主要的原因在于，當(dāng)前學(xué)生所學(xué)習(xí)的各類公式、規(guī)律，往往由教師或教科書以較快捷的方式呈現(xiàn)出來，而后便進(jìn)入了各類習(xí)題練習(xí)環(huán)節(jié)。盡管他們也經(jīng)歷了課程標(biāo)準(zhǔn)提出的“探究過程”，但是，當(dāng)前引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷的探究過程，往往是后人經(jīng)過大量簡化的、失去研究本真的過程，其出發(fā)點更側(cè)重于如何快捷地傳承知識。因此，學(xué)生們并不清楚當(dāng)年科學(xué)家為什么要研究該課題以及他們是如何入手研究該課題的。不得不承認(rèn)，如此教出的學(xué)生，即便能夠高效率地傳承科學(xué)研究的成果，卻缺失了對科學(xué)研究思想與方法的細(xì)致品味與深刻領(lǐng)悟。

討論2：為什么不少學(xué)生會認(rèn)為沒有實驗就不能算是科學(xué)研究？

上文的調(diào)查統(tǒng)計，多次揭示了學(xué)生認(rèn)為沒有實驗就不能算是科學(xué)研究的錯誤認(rèn)識。究其原因，主要在于當(dāng)前教師、教科書以及考試評價都過于強(qiáng)調(diào)實驗探究而產(chǎn)生的定勢思維。重視理科實驗探究是本輪課改提出的重要理念，但當(dāng)前存在過于強(qiáng)化這種理念的傾向——教科書中的重要規(guī)律，基本上都是通過某個具體的探究實驗得出的；公開課中也都會出現(xiàn)學(xué)生小組合作探究實驗的情景；考試中凡是問及涉及了什么研究方法，答案基本都是學(xué)生從初中開始就熟悉的“控制變量法”。正是在這樣的教學(xué)氛圍下，作為較少接觸其他科學(xué)研究思想與方法的學(xué)生，自然會無形中將實驗的功能擴(kuò)大化，進(jìn)而對科學(xué)研究形成歪曲的、片面的認(rèn)識。

討論3：為什么當(dāng)前學(xué)生較缺乏關(guān)于科學(xué)研究思想與方法的教育？

討論1和討論2所揭示的現(xiàn)象都反映了同一問題：當(dāng)前學(xué)生較缺乏關(guān)于科學(xué)研究思想與方法的教育。應(yīng)當(dāng)看到，多數(shù)教師都認(rèn)同科學(xué)研究思想與方法教育的重要性，但是，一方面經(jīng)歷同樣缺失科學(xué)研究思想與方法的教育而成長起來的教師群體，本身就對科學(xué)研究思想與方法的認(rèn)識并不深刻，也缺乏主動補(bǔ)充相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)的意識。而教科書、教學(xué)輔導(dǎo)書以及教師培訓(xùn)中也較少提及如何開展相關(guān)教學(xué)。另一方面，部分教師認(rèn)為，在教學(xué)中有意識地滲透科學(xué)研究思想與方法費時費力，而對考試評價又無法提供直接的幫助。

3.2 若干建議

針對上述調(diào)查結(jié)果和討論，筆者給出以下建議。

建議1：教師應(yīng)有意識地選取部分較能體現(xiàn)科學(xué)研究思想與方法的課程內(nèi)容，結(jié)合具體知識引領(lǐng)學(xué)生討論其中滲透的科學(xué)研究思想與方法。

科學(xué)研究思想與方法相對抽象，因此不能剝離具體的知識內(nèi)容進(jìn)行專題講授，而應(yīng)當(dāng)將知識、研究過程、研究方法和研究思想作為統(tǒng)一的整體?？紤]到教學(xué)時間與教師精力所限，建議選取較有代表性的課程內(nèi)容作為開展科學(xué)研究思想與方法教育的著力點，嘗試引入部分學(xué)生能夠理解的科學(xué)史，引領(lǐng)他們了解科學(xué)家研究的過程，并著重討論下列3個問題：這其中應(yīng)用了什么科學(xué)研究方法？體現(xiàn)了怎樣的科學(xué)研究思想？這些科學(xué)研究的方法與思想在學(xué)習(xí)其他什么內(nèi)容時也有所體現(xiàn)？知識是外顯的，而科學(xué)研究思想與方法則內(nèi)隱于知識的探索與研究過程之中，教師需要有意識地組織討論上述3個問題，才能幫助學(xué)生更好地認(rèn)識和理解相應(yīng)的科學(xué)研究思想與方法。

建議2：教師培訓(xùn)中應(yīng)增設(shè)關(guān)于如何在教學(xué)中滲透科學(xué)研究思想與方法的內(nèi)容，并以文本或視頻的形式，提供相關(guān)教學(xué)參考案例。

初高中理科課程各章節(jié)內(nèi)容中，各體現(xiàn)了哪些科學(xué)研究思想與方法，應(yīng)當(dāng)以怎樣的形式組織開展相應(yīng)的科學(xué)研究思想與方法教學(xué)？這是廣大教師應(yīng)當(dāng)了解、掌握與應(yīng)用的教學(xué)知識，但單靠廣大教師自身摸索可能較為困難，需要借助教師培訓(xùn)的力量，幫助教師提升該方面的素養(yǎng)。另外，可以組織編寫相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計案例集，錄制具有示范性的開展科學(xué)研究思想與方法教學(xué)的課例視頻，為教師提供更有針對性的指導(dǎo)。

建議3：在考試評價中以合適的方式引進(jìn)關(guān)于科學(xué)研究思想與方法的考查。

考試評價是指引教與學(xué)方向的指南針，科學(xué)研究思想與方法能否納入考查？澳大利亞南威爾士洲將“物理學(xué)史”作為考試大綱中的第一個條目，并明確提出考查重點是評價科學(xué)和技術(shù)發(fā)展對科學(xué)思維取向及其本質(zhì)改變所帶來的影響，而在其每年的高考題中，都有一定的分值專門針對物理學(xué)史中體現(xiàn)的科學(xué)思想與方法進(jìn)行考查。本文設(shè)計的各道調(diào)查測試題，也可以視為對學(xué)生科學(xué)思想與方法的考查形式。盡管主觀題會涉及評分者信度高低的問題，對科學(xué)思想與方法的考查也可能會引發(fā)變相的題海訓(xùn)練，但筆者相信，只要命題合理，評價標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計得當(dāng)，對學(xué)生綜合素養(yǎng)的促進(jìn)效果將是更為積極的。試想，一個從中學(xué)階段就能引領(lǐng)學(xué)生初步體悟和應(yīng)用科學(xué)研究思想與方法的民族，相對于在中學(xué)階段只會識記和應(yīng)用各種公式解題的民族而言，在未來將具有怎樣更加強(qiáng)大的競爭力。

參考文獻(xiàn)：

[1]許桂清，張軍朋. 澳大利亞HSC考試對物理學(xué)史的考查及啟示[J]. 物理教學(xué)， 2013，35（3）：74—81.

（欄目編輯 鄧 磊）