黃皓燕+王峰

摘 要：本研究以南京市金陵中學(xué)高中學(xué)生為研究對(duì)象，通過(guò)運(yùn)用調(diào)查量表——《了解科學(xué)及科學(xué)探究本質(zhì)量表》進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，使用SPSS11.5軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解中學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀(guān)的現(xiàn)狀，結(jié)合學(xué)生在訪(fǎng)談中的回答，初步得出高中生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)情況。根據(jù)學(xué)生在前測(cè)中科學(xué)本質(zhì)觀(guān)的特點(diǎn)，結(jié)合物理內(nèi)容運(yùn)用“科學(xué)探究—反思—明示”的教學(xué)模式理念進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)，用實(shí)證研究的方式探討科學(xué)探究對(duì)中學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀(guān)的影響。

關(guān)鍵詞：科學(xué)本質(zhì)觀(guān)；科學(xué)探究；教學(xué)實(shí)驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）5-0015-4

科學(xué)探究中蘊(yùn)含科學(xué)本質(zhì)，通過(guò)運(yùn)用科學(xué)探究來(lái)提高學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀(guān)是科學(xué)本質(zhì)教育中一種有效的方法。本研究的主要目的是通過(guò)調(diào)查研究，了解中學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀(guān)的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題，并借助科學(xué)探究的教學(xué)方式，用實(shí)證研究的方式探討科學(xué)探究對(duì)中學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀(guān)的影響，力求能對(duì)中學(xué)物理教育提出一些行之有效的教學(xué)策略，以此有效地提高中學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

1 教學(xué)模式的設(shè)計(jì)

學(xué)生單是從“做科學(xué)”和探究活動(dòng)的過(guò)程中理解科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)探究是比較困難的，教師應(yīng)該采用特殊的方法幫助學(xué)生反思探究活動(dòng)，這是學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)探究的一種途徑。筆者設(shè)計(jì)了如下教學(xué)模式：科學(xué)探究（教學(xué)）—反思（其中的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容）—明示（科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容）。

以“磁感應(yīng)強(qiáng)度”教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)為例，科學(xué)探究過(guò)程如下。

提出問(wèn)題：研究磁場(chǎng)的強(qiáng)弱—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案—控制相關(guān)變量—進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究—分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論—比值定義磁場(chǎng)的強(qiáng)弱（B）。

科學(xué)本質(zhì)教育內(nèi)容：在科學(xué)探究的過(guò)程中以及科學(xué)知識(shí)建立的過(guò)程中，都離不開(kāi)研究者的嚴(yán)密邏輯并富有創(chuàng)造性的思維。

反思環(huán)節(jié)：

教師：大家回憶一下，我們這次探究的具體步驟是怎樣的？

學(xué)生：提出問(wèn)題—猜想假設(shè)—制定計(jì)劃—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—進(jìn)行實(shí)驗(yàn)—數(shù)據(jù)分析—解釋結(jié)果等等。

教師：對(duì)！這就是科學(xué)探究的一個(gè)具體的過(guò)程。那么，是不是每次探究都要經(jīng)歷這么一個(gè)過(guò)程呢？這個(gè)過(guò)程是不是固定的呢？

學(xué)生：不一定！

教師：我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)運(yùn)用了什么樣的研究方法呢？

學(xué)生：控制變量法。

教師明示：是的。物理學(xué)的思想和研究方法是在物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程中物理學(xué)家逐漸摸索、積累、歸納、總結(jié)出來(lái)的。但并非任何一種方法步驟都可以適用于各種科學(xué)探究中，也并非每個(gè)研究過(guò)程都要經(jīng)歷以上的每個(gè)步驟?？茖W(xué)研究的途徑是多樣的，不僅包含邏輯推理和實(shí)驗(yàn)的方法，還包含聯(lián)想、想象等創(chuàng)造性思維方法，而且同一個(gè)問(wèn)題也可用不同的方法來(lái)解決，最終可以得到同樣的結(jié)果。探究的結(jié)果與科學(xué)家的創(chuàng)造性和主觀(guān)認(rèn)識(shí)也是分不開(kāi)的，科學(xué)知識(shí)是人類(lèi)智力的創(chuàng)造，科學(xué)研究的整個(gè)過(guò)程需要人類(lèi)豐富的想象力和創(chuàng)造力。

2 研究對(duì)象

本次實(shí)驗(yàn)所有被試對(duì)象都是南京市金陵中學(xué)的學(xué)生，選擇高一、高二及高三共17個(gè)班774位學(xué)生進(jìn)行測(cè)量，收回有效問(wèn)卷735份。在科學(xué)探究對(duì)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀(guān)影響的實(shí)驗(yàn)中，選擇高二（2）班學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)班，高二（10）班學(xué)生作為對(duì)照班。

3 量表的選擇

本研究使用的調(diào)查量表——《了解科學(xué)及科學(xué)探究本質(zhì)量表》是在美國(guó)拉薩爾大學(xué)的梁玲博士2005年開(kāi)發(fā)的量表SUSSI的基礎(chǔ)上改編的。其中包含6個(gè)方面的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容，分別是：相對(duì)性，科學(xué)定律與科學(xué)理論，社會(huì)文化對(duì)科學(xué)研究的影響，想象力和創(chuàng)造力，觀(guān)察結(jié)果的特征，科學(xué)研究的步驟。

量表共有3個(gè)部分，分別是24道選擇題、6道開(kāi)放題以及被試對(duì)象的背景資料。問(wèn)卷采用五等級(jí)計(jì)分法，最高分為5分，最低分為l分。研究過(guò)程中對(duì)問(wèn)卷進(jìn)行了信度測(cè)量，得到量表的內(nèi)在一致性Alpha=0.7528，說(shuō)明問(wèn)卷整體具有比較好的內(nèi)在一致性。本量表已在國(guó)內(nèi)外許多關(guān)于學(xué)生及教師科學(xué)本質(zhì)觀(guān)的測(cè)試研究中得到廣泛運(yùn)用，具有較高的效度。

4 高中生科學(xué)本質(zhì)觀(guān)現(xiàn)狀的調(diào)查

在本次研究中一共發(fā)放《了解科學(xué)及科學(xué)探究本質(zhì)量表》問(wèn)卷774份，選擇高一、高二、高三17個(gè)班級(jí)的學(xué)生作為研究對(duì)象進(jìn)行調(diào)查，收回有效問(wèn)卷735份。研究主要對(duì)學(xué)生在量表中的得分進(jìn)行量化分析，量表總分為120分，總量表得分80分、分量表得分13.5分為中間分?jǐn)?shù)，得分超過(guò)中間分?jǐn)?shù)就代表對(duì)科學(xué)本質(zhì)有一定的了解。[1]表1分別是高一、高二及高三學(xué)生在總量表和各個(gè)量表上得分的平均值以及標(biāo)準(zhǔn)差的情況。

可以看出，各年級(jí)學(xué)生總分的平均值都超過(guò)了80分。通過(guò)對(duì)很多問(wèn)卷的分析，可以發(fā)現(xiàn)其中不乏科學(xué)本質(zhì)觀(guān)非常清晰的學(xué)生。而通過(guò)對(duì)比，我們也可以看到高一至高三年級(jí)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀(guān)的差異：高二、高三學(xué)生與高一學(xué)生相比，科學(xué)本質(zhì)觀(guān)有所提高，而高三年級(jí)學(xué)生比高二年級(jí)學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀(guān)略微下降。

在“科學(xué)定律與科學(xué)理論”的分量表得分中，平均分最高的是高二年級(jí)的11.59分，其次是高三年級(jí)得到11.56分，第三是高一年級(jí)的11.1分，我們可以發(fā)現(xiàn)該分量表的得分明顯偏低。

在“相對(duì)性”“社會(huì)和文化對(duì)科學(xué)影響”“科學(xué)研究的步驟”三個(gè)項(xiàng)目中，得分最高的是高二年級(jí)，其次是高三年級(jí)，最低的是高一年級(jí)。結(jié)合訪(fǎng)談發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生能認(rèn)識(shí)到科學(xué)理論的改變，如“科學(xué)理論會(huì)變化，如日心說(shuō)到地心說(shuō)”等等。大部分學(xué)生認(rèn)為社會(huì)文化對(duì)科學(xué)研究存在很大影響，如“中國(guó)古代封建社會(huì)對(duì)科學(xué)進(jìn)步就有阻礙”等等。許多學(xué)生在訪(fǎng)談中認(rèn)為存在科學(xué)家通用的科學(xué)研究程序，不過(guò)也有一些學(xué)生認(rèn)為科學(xué)研究程序并不總是適用的等等。

在“想象力和創(chuàng)造力對(duì)科學(xué)研究的影響”“觀(guān)察結(jié)果的特征”兩個(gè)項(xiàng)目中，高一、高二、高三是逐級(jí)提高的。結(jié)合訪(fǎng)談發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生認(rèn)為想象力和創(chuàng)造力對(duì)科學(xué)研究有較大影響，如“廣義相對(duì)論對(duì)引力場(chǎng)、質(zhì)能關(guān)系的闡釋即有想象力與創(chuàng)造力的影響”。部分學(xué)生認(rèn)為對(duì)同一事件不同科學(xué)家的觀(guān)察結(jié)果可能有所差別，還有部分學(xué)生認(rèn)為觀(guān)察結(jié)果是客觀(guān)的，如“有很小的差別，觀(guān)察結(jié)果是客觀(guān)的”“可能有差別，因?yàn)榭茖W(xué)家是客觀(guān)的”。

5 教學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀(guān)的影響

實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班同時(shí)進(jìn)行前后測(cè)，我們對(duì)對(duì)照班進(jìn)行前后測(cè)并統(tǒng)計(jì)得分，然后進(jìn)行了對(duì)照班被試前后測(cè)得分配對(duì)樣本t檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的結(jié)果：無(wú)論是總量表的得分還是各分量表的得分，其檢驗(yàn)結(jié)果[Sig. （2-tailed）]均大于0.05，說(shuō)明對(duì)照班被試學(xué)生在前后測(cè)中沒(méi)有表現(xiàn)出顯著性的差異。

5.1 實(shí)驗(yàn)班學(xué)生前后測(cè)得分情況

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前對(duì)實(shí)驗(yàn)班通過(guò)《了解科學(xué)及科學(xué)探究本質(zhì)量表》進(jìn)行前測(cè)，與此同時(shí)選擇一些學(xué)生進(jìn)行個(gè)別訪(fǎng)談，全面了解學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)認(rèn)識(shí)，之后對(duì)實(shí)驗(yàn)班進(jìn)行“科學(xué)探究—反思—明示”教學(xué)模式融入科學(xué)探究的物理課程教學(xué)。在為期三個(gè)月的教學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，再次對(duì)其進(jìn)行后測(cè)，并同時(shí)再次選擇學(xué)生進(jìn)行個(gè)別訪(fǎng)談，了解其科學(xué)本質(zhì)觀(guān)的現(xiàn)狀與改變情況，得分結(jié)果如表2所示。

從表中可以看出，“相對(duì)性”“科學(xué)定律與理論”“社會(huì)與文化”以及“想象力與創(chuàng)造力”分量表的得分有所增加，“觀(guān)察結(jié)果”及“研究方法”分量表得分略有下降。

表3顯示的是實(shí)驗(yàn)班被試前后測(cè)得分配對(duì)樣本t檢驗(yàn)的結(jié)果。由此表可以看出，經(jīng)過(guò)配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，“相對(duì)性”分量表檢驗(yàn)結(jié)果[Sig. （2-tailed）]為0.046（<0.05），存在比較顯著的差異，但是其余各分量表的檢驗(yàn)結(jié)果[Sig. （2-tailed）]均大于0.05，這說(shuō)明在前后測(cè)的得分對(duì)比中無(wú)論是增加還是減少都沒(méi)有顯著性的意義。

5.2 學(xué)生前后測(cè)情況柱狀圖分析

為了使前后測(cè)情況更加一目了然，我們做了實(shí)驗(yàn)班學(xué)生前后測(cè)情況柱狀圖。圖1是實(shí)驗(yàn)班學(xué)生前后測(cè)情況的柱狀圖，圖2是實(shí)驗(yàn)班學(xué)生前后測(cè)情況的放大柱狀圖。由圖1及圖2可以看出“相對(duì)性”“科學(xué)定律與理論”“社會(huì)與文化”以及“想象力與創(chuàng)造力”分量表的得分有所增加，“觀(guān)察結(jié)果”及“研究方法”分量表得分略有下降。總分增加了1.75分，增加比例為2.1%，與對(duì)照班的增加比例0.07%相比，增加明顯。

6 結(jié) 論

（1）通過(guò)對(duì)南京市金陵中學(xué)高一至高三年級(jí)中774位同學(xué)進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明，高中生對(duì)科學(xué)本質(zhì)具有一定程度的認(rèn)識(shí)。

（2）通過(guò)對(duì)高一、高二及高三三個(gè)年級(jí)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，高二年級(jí)學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀(guān)略高于高三年級(jí)學(xué)生，高二、高三兩個(gè)年級(jí)學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀(guān)高于高一年級(jí)學(xué)生。

（3）通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)班進(jìn)行一段時(shí)間的顯性的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)發(fā)現(xiàn)，融入科學(xué)探究的物理教學(xué)對(duì)于學(xué)生在“科學(xué)理論的相對(duì)性”方面的認(rèn)識(shí)起到改善作用，但是并未使學(xué)生的整體科學(xué)本質(zhì)觀(guān)達(dá)到顯著的變化。

基于以上研究，筆者認(rèn)為學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀(guān)的形成是一個(gè)通過(guò)平時(shí)學(xué)習(xí)穩(wěn)步構(gòu)建的過(guò)程，是一個(gè)長(zhǎng)期且復(fù)雜的過(guò)程，而且在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)于科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)并非是線(xiàn)性的增強(qiáng)過(guò)程，可能會(huì)出現(xiàn)因?yàn)檎J(rèn)知沖突或外界影響而引起的螺旋式進(jìn)步。

7 反 思

7.1 存在的問(wèn)題

教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的教學(xué)內(nèi)容全部來(lái)自于經(jīng)典物理，這對(duì)學(xué)生形成當(dāng)代達(dá)成共識(shí)的科學(xué)本質(zhì)認(rèn)識(shí)存在一定困難。本次教學(xué)實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間較短，期間學(xué)生由于小高考?jí)毫Υ?，?shí)驗(yàn)時(shí)間受到一定的限制，同時(shí)由于課程進(jìn)度的需要，整個(gè)過(guò)程中學(xué)生自己動(dòng)手參與探究的機(jī)會(huì)不多，大多探究實(shí)驗(yàn)屬于課堂演示實(shí)驗(yàn)，這可能是教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果不顯著的一個(gè)重要原因。

7.2 重視科學(xué)探究在物理課程中的運(yùn)用

雖然本實(shí)驗(yàn)中通過(guò)科學(xué)探究并未明顯改進(jìn)學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)認(rèn)識(shí)，但這并不能否定科學(xué)探究的重要性。在教學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)科學(xué)探究在課堂中的運(yùn)用，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到了很好的提高。首先，實(shí)驗(yàn)探究的開(kāi)展使學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)由之前的簡(jiǎn)單演示到參與設(shè)計(jì)，這極大地豐富了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)，切實(shí)提高了實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；其次，理論探究的開(kāi)展對(duì)于學(xué)生思維能力的提高也是很有幫助的。

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（欄目編輯 趙保鋼）