科学探究对高中生科学本质观影响的研究

　　中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）5-0015-4

　　科学探究中蕴含科学本质，通过运用科学探究来提高学生科学本质观是科学本质教育中一种有效的方法。本研究的主要目的是通过调查研究，了解中学生科学本质观的现状，发现其中存在的问题，并借助科学探究的教学方式，用实证研究的方式探讨科学探究对中学生科学本质观的影响，力求能对中学物理教育提出一些行之有效的教学策略，以此有效地提高中学生对科学本质的认识。

　　1 教学模式的设计

　　学生单是从“做科学”和探究活动的过程中理解科学本质和科学探究是比较困难的，教师应该采用特殊的方法帮助学生反思探究活动，这是学生理解科学本质和科学探究的一种途径。笔者设计了如下教学模式：科学探究（教学）―反思（其中的科学本质内容）―明示（科学本质内容）。

　　以“磁感应强度”教学内容设计为例，科学探究过程如下。

　　提出问题：研究磁场的强弱―设计实验方案―控制相关变量―进行实验探究―分析实验结论―比值定义磁场的强弱（B）。

　　科学本质教育内容：在科学探究的过程中以及科学知识建立的过程中，都离不开研究者的严密逻辑并富有创造性的思维。

　　反思环节：

　　教师：大家回忆一下，我们这次探究的具体步骤是怎样的？

　　学生：提出问题―猜想假设―制定计划―设计实验―进行实验―数据分析―解释结果等等。

　　教师：对！这就是科学探究的一个具体的过程。那么，是不是每次探究都要经历这么一个过程呢？这个过程是不是固定的呢？

　　学生：不一定！

　　教师：我们进行实验时运用了什么样的研究方法呢？

　　学生：控制变量法。

　　教师明示：是的。物理学的思想和研究方法是在物理学的发展过程中物理学家逐渐摸索、积累、归纳、总结出来的。但并非任何一种方法步骤都可以适用于各种科学探究中，也并非每个研究过程都要经历以上的每个步骤。科学研究的途径是多样的，不仅包含逻辑推理和实验的方法，还包含联想、想象等创造性思维方法，而且同一个问题也可用不同的方法来解决，最终可以得到同样的结果。探究的结果与科学家的创造性和主观认识也是分不开的，科学知识是人类智力的创造，科学研究的整个过程需要人类丰富的想象力和创造力。

　　2 研究对象

　　本次实验所有被试对象都是南京市金陵中学的学生，选择高一、高二及高三共17个班774位学生进行测量，收回有效问卷735份。在科学探究对学生科学本质观影响的实验中，选择高二（2）班学生作为实验班，高二（10）班学生作为对照班。

　　3 量表的选择

　　本研究使用的调查量表――《了解科学及科学探究本质量表》是在美国拉萨尔大学的梁玲博士2005年开发的量表SUSSI的基础上改编的。其中包含6个方面的科?W本质内容，分别是：相对性，科学定律与科学理论，社会文化对科学研究的影响，想象力和创造力，观察结果的特征，科学研究的步骤。

　　量表共有3个部分，分别是24道选择题、6道开放题以及被试对象的背景资料。问卷采用五等级计分法，最高分为5分，最低分为l分。研究过程中对问卷进行了信度测量，得到量表的内在一致性Alpha=0.7528，说明问卷整体具有比较好的内在一致性。本量表已在国内外许多关于学生及教师科学本质观的测试研究中得到广泛运用，具有较高的效度。

　　4 高中生科学本质观现状的调查

　　在本次研究中一共发放《了解科学及科学探究本质量表》问卷774份，选择高一、高二、高三17个班级的学生作为研究对象进行调查，收回有效问卷735份。研究主要对学生在量表中的得分进行量化分析，量表总分为120分，总量表得分80分、分量表得分13.5分为中间分数，得分超过中间分数就代表对科学本质有一定的了解。[1]表1分别是高一、高二及高三学生在总量表和各个量表上得分的平均值以及标准差的情况。

　　可以看出，各年级学生总分的平均值都超过了80分。通过对很多问卷的分析，可以发现其中不乏科学本质观非常清晰的学生。而通过对比，我们也可以看到高一至高三年级学生科学本质观的差异：高二、高三学生与高一学生相比，科学本质观有所提高，而高三年级学生比高二年级学生的科学本质观略微下降。

　　在“科学定律与科学理论”的分量表得分中，平均分最高的是高二年级的11.59分，其次是高三年级得到11.56分，第三是高一年级的11.1分，我们可以发现该分量表的得分明显偏低。

　　在“相对性”“社会和文化对科学影响”“科学研究的步骤”三个项目中，得分最高的是高二年级，其次是高三年级，最低的是高一年级。结合访谈发现，大部分学生能认识到科学理论的改变，如“科学理论会变化，如日心说到地心说”等等。大部分学生认为社会文化对科学研究存在很大影响，如“中国古代封建社会对科学进步就有阻碍”等等。许多学生在访谈中认为存在科学家通用的科学研究程序，不过也有一些学生认为科学研究程序并不总是适用的等等。

　　在“想象力和创造力对科学研究的影响”“观察结果的特征”两个项目中，高一、高二、高三是逐级提高的。结合访谈发现，大部分学生认为想象力和创造力对科学研究有较大影响，如“广义相对论对引力场、质能关系的阐释即有想象力与创造力的影响”。部分学生认为对同一事件不同科学家的观察结果可能有所差别，还有部分学生认为观察结果是客观的，如“有很小的差别，观察结果是客观的”“可能有差别，因为科学家是客观的”。 　　5 教学实验对于学生科学本质观的影响

　　实验班和对照班同时进行前后测，我们对对照班进行前后测并统计得分，然后进行了对照班被试前后测得分配对样本t检验。检验的结果：无论是总量表的得分还是各分量表的得分，其检验结果[Sig. （2-tailed）]均大于0.05，说明对照班被试学生在前后测中没有表现出显著性的差异。

　　5.1 实验班学生前后测得分情况

　　在实验教学之前对实验班通过《了解科学及科学探究本质量表》进行前测，与此同时选择一些学生进行个别访谈，全面了解学生的科学本质认识，之后对实验班进行“科学探究―反思―明示”教学模式融入科学探究的物理课程教学。在为期三个月的教学实验结束后，再次对其进行后测，并同时再次选择学生进行个别访谈，了解其科学本质观的现状与改变情况，得分结果如表2所示。

　　从表中可以看出，“相对性”“科学定律与理论”“社会与文化”以及“想象力与创造力”分量表的得分有所增加，“观察结果”及“研究方法”分量表得分略有下降。

　　表3显示的是实验班被试前后测得分配对样本t检验的结果。由此表可以看出，经过配对样本t检验，“相对性”分量表检验结果[Sig. （2-tailed）]为0.046（<0.05），存在比较显著的差异，但是其余各分量表的检验结果[Sig. （2-tailed）]均大于0.05，这说明在前后测的得分对比中无论是增加还是减少都没有显著性的意义。

　　5.2 学生前后测情况柱状图分析

　　为了使前后测情况更加一目了然，我们做了实验班学生前后测情况柱状图。图1是实验班学生前后测情况的柱状图，图2是实验班学生前后测情况的放大柱状图。由图1及图2可以看出“相对性”“科学定律与理论”“社会与文化”以及“想象力与创造力”分量表的得分有所增加，“观察结果”及“研究方法”分量表得分略有下降。总分增加了1.75分，增加比例为2.1%，与对照班的增加比例0.07%相比，增加明显。

　　6 结 论

　　（1）通过对南京市金陵中学高一至高三年级中774位同学进行调查，结果表明，高中生对科学本质具有一定程度的认识。

　　（2）通过对高一、高二及高三三个年级学生科学本质测试结果进行对比，可以发现，高二年级学生的科学本质观略高于高三年级学生，高二、高三两个年级学生的科学本质观高于高一年级学生。

　　（3）通过对实验班进行一段时间的显性的科学本质教学发现，融入科学探究的物理教学对于学生在“科学理论的相对性”方面的认识起到改善作用，但是并未使学生的整体科学本质观达到显著的变化。

　　基于以上研究，笔者认为学生科学本质观的形成是一个通过平时学习稳步构建的过程，是一个长期且复杂的过程，而且在这个过程中，学生对于科学本质的认识并非是线性的增强过程，可能会出现因为认知冲突或外界影响而引起的螺旋式进步。

　　7 反 思

　　7.1 存在的问题

　　教学实验中的教学内容全部来自于经典物理，这对学生形成当代达成共识的科学本质认识存在一定困难。本次教学实验持续时间较短，期间学生由于小高考压力大，实验时间受到一定的限制，同时由于课程进度的需要，整个过程中学生自己动手参与探究的机会不多，大多探究实验属于课堂演示实验，这可能是教学实验效果不显著的一个重要原因。

　　7.2 重视科学探究在物理课程中的运用

　　虽然本实验中通过科学探究并未明显改进学生的科学本质认识，但这并不能否定科学探究的重要性。在教学实验进展过程中，我们发现，通过科学探究在课堂中的运用，学生的学习兴趣得到了很好的提高。首先，实验探究的开展使学生对于实验的认识由之前的简单演示到参与设计，这极大地丰富了学生的实验认识，切实提高了实验能力；其次，理论探究的开展对于学生思维能力的提高也是很有帮助的。

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