教師對科學探究本質的理解及其對教學的影響
——基于對一線物理教師的調查

田春鳳

(包頭師范學院物理科學與技術學院,內蒙古 包頭 040130)

·教師進修園地·

教師對科學探究本質的理解及其對教學的影響
——基于對一線物理教師的調查

田春鳳

(包頭師范學院物理科學與技術學院,內蒙古 包頭 040130)

課程改革倡導探究教學,教師能否恰當理解科學探究的本質是影響探究教學有效性的關鍵因素之一.本文首先指出科學探究本質的內涵,然后以此為依據設計問卷,對全國14省市151位中學物理教師進行調查,結果顯示教師對科學探究本質雖然有一定的理解,但仍然存在某些認識上的偏差問題,在此基礎上進一步討論了這些認識對探究教學的影響.

科學探究;科學本質教育;物理教師;探究教學

1 引言

基礎教育課程改革以來,“科學探究”已成為研究者和教師使用頻率最高的詞匯之一.盡管大部分教師接受了科學探究的理念,并在課堂中實踐“探究教學”,但目前探究教學存在不少問題,例如，過分夸大科學探究的價值,將探究實驗作為實驗課,特別是公開課、評比課的唯一形式;又如，將科學探究的7個要素作為標準模式,只要開展探究教學,必然經歷提出問題—猜想與假設—制定計劃與設計實驗—進行實驗與收集證據—分析與論證—評估—交流與合作等一系列環節;再如，重探究的形式、輕探究的實效,探究的問題缺乏深度或探究的價值;對學生的猜想缺乏科學指導,不做點評;探究不充分,只要有學生得到教師需要的結果,即宣布探究活動結束等.

這樣的探究教學失去了科學探究的精髓,通常是低效的或無效的,如何提高探究教學的有效性已成為一個亟待解決的重要問題.造成探究教學低效或無效的原因有很多,例如教育政策或評價的問題、學校硬件和軟件環境問題、教師的問題、學生的問題等.現有研究和教師培訓主要集中于為教師提供探究教學策略或技能方面的支持.教師要想有效地開展探究教學,除了需要外部環境條件的支持和掌握一定的探究教學策略、方法與技能外,還必須準確理解科學探究的本質,這是提高探究教學有效性的關鍵因素之一.

科學探究的本質是科學本質的一個重要方面,本文首先從科學本質教育的視角明確科學探究本質的內涵,然后以此為依據設計問卷,了解一線物理教師對科學探究本質的理解程度,并分析其對探究教學有效性的影響.

2 科學探究本質的內涵

概括目前科學本質教育的研究成果,我們認為科學探究是科學家描述和解釋自然的一種基本方式,它源于人類的好奇心和探索欲,具有建構性、創造性和主觀性的特點,提出問題、猜想假設、設計實驗與制定計劃、進行實驗收集證據、分析論證得出結論等構成了科學探究的全過程.具體包括如下幾點.

(1) 科學探究的動力.

科學的發展并非完全來自于外部的社會需求,科學探究的基本驅動力是人們對外在世界的好奇心.[1]

(2) 科學與提出問題.

科學探究是以科學問題為起點的,[2]科學家工作的重要方面就是不斷地提出問題和尋求答案,之后引發新的問題.[3]

(3) 證據的重要性.

科學必須建立在真實的證據基礎上,根據證據可以推翻權威.[4]科學實驗是獲取證據和驗證假說的最主要方法之一,一個實驗的結果不能有效地證明一個科學論斷,科學實驗必須是可重復的.[3]

(4) 科學探究的過程.

觀察和提出問題、形成假設、檢驗求證、得出和解釋結論、交流和應用等共同構成了科學探究的全過程,[2]但并不存在標準的或固定的研究步驟或程序.[4]

(5) 研究方法的多樣性.

科學方法具有多樣性,[5]而且同一個問題也可用不同的方法來解決,最終可以得到同樣的結果.[1]

(6) 創造性.

科學探究不僅涉及邏輯推理和實驗活動,同時還是一個充滿創造性思維的過程.[6]

(7) 主觀性.

科學探究是一種主體建構活動,具有主觀性,[7]科學研究會受到科學家知識背景、信念和經歷等主觀因素的影響,因此無法做到絕對客觀,只能盡量避免偏見與誤差.[3]

3 教師對科學探究的理解及其對探究教學的影響

根據上述對科學探究本質的理解設計問卷,對151位來自全國14省市的初、高中物理教師進行問卷調查,對調查結果采用SPSS進行統計與分析.下面就對調查發現的主要問題及其對探究教學有效性的影響進行詳細分析，樣本情況如表1所示.

表1 研究樣本的基本情況

3.1 對“科學探究的動力”的認識

部分教師對科學探究的動力存在一定的“功利化”認識傾向,認為科學探究主要受社會發展和人類生活需求的驅動,而對科學的唯真性和價值中立性缺乏足夠的科學認識.

調查顯示,60.5%教師認為科學家做研究更多的是出于好奇心和探究欲望,但同時也有19.7%教師不同意該表述,19.7%持不確定態度;70.9%教師認為科學與技術一樣都是受社會需求的驅動,目的是滿足社會發展和人類生活的需要,其中23.3%教師表示完全同意這種觀點.

這說明,教師雖然意識到科學的唯真性和價值中立性,認為科學探究的內在驅動力是人類的好奇心和探索欲望,但大部分教師仍存在一定的“功利化”認識傾向.這就造成許多教師在探究教學中,忽視或不能很好地激發和利用學生的好奇心與探索欲望,如創設的情境遠離學生生活,缺少趣味性和探索性,探究的問題由教師直接給出,且問題缺乏深度,等等.

3.2 對“科學探究過程”的認識

絕大部分教師對科學探究的過程具有一定的認識,但部分教師將科學探究的七要素視為標準的、固定的模式.

調查表明,絕大部分教師對科學探究的過程與要素有所認識,例如，92.0%教師認為“形成對自然現象的假設和預測是形成新知識的必要環節”;86.7%教師意識到問題在科學研究中的地位,并認為科學研究就是不斷地提出問題和尋求答案,之后又引發新的問題.但部分教師將科學探究的七要素教條化和模型化,例如，24.5%教師認為“科學研究中存在一套所有科學家都可遵循的固定的研究步驟或程序”,21.9%對此持不確定態度.此外,44.4%教師贊同樸素的科學探究觀,即認為科學知識來自經驗,是從觀察和實驗中總結出來的.

這表明,教師對科學探究的過程具有一定的認識,但還存在偏差,部分教師將科學探究的七要素視為標準的、固定的模式,還有部分教師贊同樸素的科學探究觀.這些不恰當的理解是造成探究教學出現教條化和濫用現象的主要原因.

3.3 對“證據重要性”的認識

大部分教師強調證據在科學探究中的重要性,但部分教師對科學實驗和觀察的可重復性缺乏清晰的認識.

調查表明,絕大部分教師強調證據在科學探究中的重要性,例如，89.4%教師認為科學知識必須接受觀察、實驗的檢驗.但對科學實驗和觀察的可重復性,教師的認識情況并不理想,僅有53.4%的教師贊同這樣的表述,即一個實驗的結果不能有效地證明一個科學論斷,科學實驗和觀察必須是可重復的,還有18.5%教師對此持反對意見.

這表明,教師雖然強調證據的重要性,但部分教師對科學實驗和觀察的可重復性缺乏清晰的認識.由此可見,在探究教學中教師通過一次或幾次實驗就草草給出結論的做法,并不完全由于課時的限制,而是部分地由教師理解科學探究的偏差造成.

3.4 對“科學研究方法和科學探究創造性”的認識

大部分教師雖然意識到科學研究方法的多樣性,承認想象或聯想等創造性方法的價值,但對科學探究創造性的認識不足.

調查發現,絕大部分教師意識到科學研究方法的多樣性,例如，86.7%教師認為一個科學問題可能用兩種以上的研究方法成功解決;89.4%教師強調想象或聯想等創造性方法的價值.但對科學探究的創造性,教師的認識情況并不理想.調查顯示,44.4%的教師認為科學發展史中的直覺或想象只是偶然事件,科學研究必須是客觀的和理性的,而只有35.1%教師對此持反對意見.

這表明,教師雖然承認想象或聯想等創造性方法的價值,但部分教師對科學探究的創造性缺乏明確的認識.這就使得教師過分強調科學探究中的邏輯和實驗,而很少注重科學探究中的創造性,甚至在某些情況下采取回避的態度.此外,探究教學中某些突發事件也體現了科學探究的創造性特征,學生在探究過程中會表現出個性化的、創新性的思維,使得實際的探究教學與教師的預設不符,許多教師不能恰當地看待和處理這些意外情況.

3.5 對“科學探究的主觀性”認識

大部分教師認識到科學探究的主觀性,但這種認識并不牢固.科學追求客觀性,但科學探究作為一種認知活動,是個體主動地建構對客觀世界理解的過程,因此不可避免地具有主觀性.調查表明,大部分教師雖然認識到科學探究的主觀性,但這種認識并不牢固.

觀察的理論承載性,即由于受個人知識背景和研究期待的影響,對同一事件或現象的觀察結果會因人而異,這是科學探究主觀性的最主要表現之一,調查顯示,86.1%教師贊同此觀點,但也有15.9%的教師認為實驗現象是客觀存在的,無論是誰觀察到的結果都應該相同.對數據分析與解釋的調查也表明,58.9%的教師認為“實驗結果和數據的解釋產生于思維,不同的科學家會做出不同的解釋”,但也有19.9%的教師反對這種觀點.

筆者認為,教師對科學探究主觀性在理解上的偏差使得探究教學出現如下問題:第一,探究教學的設計和實施忽視學生的原有經驗和認識;第二,忽視學生在探究過程中的主觀性,喪失教學生成的時機.

4 結語

基礎教育課程實施以來,一線教師對科學探究的本質有了一定程度的理解,認識到科學探究是科學研究的重要方式,明確了科學探究的過程與方法,但對科學探究的動力、科學實驗和觀察的可重復性以及科學探究的創造性和主觀性等方面還存在一定的偏差,這也對探究教學的有效實施產生了不良影響.為了提高探究教學的有效性,教師教育或師資培訓中應采取針對性措施提高教師對科學探究本質的理解.

此外,需要指出的是,理解科學探究的本質是提高探究教學有效性的必要但非充分條件,為了保證探究教學的有效實施,還必須從教育政策、教育評價方式與內容、學校的軟件及硬件環境、教學策略與技能支持等多方面采取措施.

1 陳文典.科學本質的體認.http://gz.fjedu.gov.cn/fjjy/kexue/ShowArticle.asp?ArticleID=6064.

2 陳琴,龐麗娟.科學探究:本質、特征與過程的思考[J].教育科學，2005(2):3-5.

3 Jonathan Osborne, Sue Collins, Mary Ratcliffe, Robin Millar, Rick Duschl. What “Ideas-about-Science” Should Be Taught in School Science? A Delphi Study of the Expert Community[J]. Journal of Research in Science Teaching, 2003,40(7): 692-720.

4 翁秀玉,段曉林.科學本質在科學教育上的啟示與作法[J].科學教育月刊,1997(201):2-15.

5 Norm G. Ledeman, Fouad Abd-EI-Khalick. Randy L. Bell, Renee S. Schwartz,Views of Nature of Science Questionnaire: Toward Valid and Meaningful Assessment of Learners’ Conceptions of Nature of Science[J]. Journal of Research in Science Teaching. 2002(39): 497-521.

6 中華人民共和國教育部制訂.《全日制義務教育 科學(7～9年級)課程標準(實驗稿)》[S].北京:北京師范大學出版社,2001.

7 Fouad Abd-El-Khalick, Randy L. Bell, Norman G. Lederman.The Nature of Science and Instructional Practice: Making the Unnatural Natural[J]. Science Education, 1998(82): 417-436.

2017-03-27)