小學生科學學習態度的研究與啟示

朱家華 李秀菊 巴鶴臻 崔鴻

摘要：兒童是怎樣看待科學的？這指向學生的科學觀和對科學學習過程的理解。研究使用YCVS國際問卷，對我國東部S省和西部W省的250余名學生進行了訪談，對小學生科學學習的群體特征進行了分析。研究發現，小學生的科學本質觀、科學探究認知整體水平偏低，而學生對科學的實踐屬性有相對較強的認識等。研究還發現，小學生學習科學具有群體特點，如對科學史具有求知欲、對科學實踐充滿好奇和熱情、對實物擁有充沛的探索樂趣等。

關鍵詞：科學課程? 科學教育? 學習態度? 科學探究

引用格式：朱家華，李秀菊，巴鶴臻，等.小學生科學學習態度的研究與啟示[J].教學與管理，2022（18）：21-26.

2017年，《義務教育小學科學課程標準》頒布實施。該版課程標準施行后，小學在一、二年級增設科學課。近年，小學科學課程的重要性日漸受關注。2022年4月，《義務教育科學課程標準（2022年版）》頒布;5月，教育部辦公廳發布《關于加強小學科學教師培養的通知》，但從全局看，師資短缺、課程“邊緣化”狀況嚴重仍是影響課程質量的重要因素。如何以學生為中心，開好科學課程，尤其是開好一、二年級科學課？解決問題的前提是，學校和教師要充分了解小學生的科學學習特征。課程標準提出，科學課程應“倡導探究式學習、保護孩子的好奇心和求知欲”，不知道學生如何看待科學，怎樣設計教學？不理解學生內心的科學世界，談何保護？這幾個問題內在指向學生的科學觀和對科學學習過程的理解。國際上，關于低學段學生的科學觀和科學學習特征的研究不多，在國內，1～2年級的科學課程剛開設不到4年，學校教學經驗尚不充分。基于此，為了把握學生的科學觀和對科學學習過程的理解，本文立足實證研究范式，使用科學教育專家N.G.Lederman的YCVS問卷（Young Children’s Views of Science Questionnaire），針對低學段小學生開展調查研究。

一、研究設計

1.研究綜述

國際上，對學生或公眾進行科學觀測量的研究開展較早，相關工具也較豐富，但既有測量工具大都面向12歲以上或成人，針對低齡兒童的測量仍較為罕見。Huang等開發的小學生科學本質觀量表以問卷的形式來調查影響小學生對科學本質認知的三個因素：觀念的發展與變化，社會談判的作用，以及文化的作用[1]。然而，有研究者認為該問卷所涉及的內容不夠詳細，無法代表學生的觀點[2]。小學生認知程度有限，詞匯量、學習水平都會影響他們對測量問卷的理解，從而影響到問卷作答的可靠性。基于此，選擇對小學生進行訪談調查的方式，從而獲取數據。Dogan&Abd-El-Khalick認為，開放式問卷和訪談可幫助研究人員更好地掌握數據背后的原因，真實反映出學生擁有的觀點，這種研究非常適合理解個別學生的觀點，并能夠檢測因素干預的變化[3]。

為了保證研究具有較高的效度，本研究使用國際科學觀測評領域的權威專家N.G.Lederman開發的YCVS問卷開展研究，該問卷是專門面向低齡兒童設計研發的一套訪談問卷。

2.工具與方法

本研究立足大樣本訪談，量化訪談數據，對小學生科學學習特征做出描述和分析。YCVS問卷基于小學生的認知特點，訪題涵蓋對科學觀的認知（指向對科學本質的理解）、對科學作為一種探究性學習的認知（指向對科學學習過程的理解）八個維度（見表1）。

研究中，把受訪者在YCVS問卷每個問題上的回答分為兩類水平。一類是理性水平，即學生的反應與指標內涵上具有較高的一致性;一類是質樸水平，即學生的反應與指標內涵上的任何部分幾乎都不一致。調查后，使用質樸水平（0分）、理性水平（1分）分別對受訪者的每次回答賦分，根據訪題在不同維度中的分布，分別累加求和。由此，受訪者在每個維度上的得分形成了[0，4]區間的連續變量。

3.選樣與實施

東部沿海省份S省和西部省份W省為中國東部、西部科學教育較具有代表性的省份。研究選擇S省和W省為選樣區域，采用知情人選樣法，依據教育質量、學校類別進行分層選樣。樣本的結構與特征值見表2。

4.評分者信度檢驗

訪談并轉錄完成后，由兩人組成賦分小組，對轉錄材料進行賦分。利用SPSS22.0軟件，依據斯皮爾曼等級相關系數法對評分者信度進行檢驗。在科學觀的調查維度上，斯皮爾曼相關系數為0.901;在科學作為探究性學習的調查維度上，斯皮爾曼相關系數為0.832。結果顯示，評分者具有較高的一致性。

二、小學生科學學習的群貌特征與差異表現

1.小學生科學學習的群貌特征

對樣本各調查維度統計得到均值、標準差，并計算得分率，結果見表3。

通過描述性統計結果，可得到以下結論：

第一，在“對科學觀的理解”維度上，調查樣本的整體水平偏向較低水平，即“質樸水平”，表明小學生對科學觀的理解仍處于相對粗淺的水平，大部分學生尚未形成對科學基本性質的理解。例如，“暫定性”是科學的基本特性。科學知識往往只是暫定的，隨著理論和技術的進步，新的定律不斷產生，舊的證據被重新解釋，科學觀點也隨之發生改變[8]。訪談發現，絕大多數的受訪者難以理解科學的暫定性，許多孩子認為“書本上的知識是不會變的”，并天真地回答“科學家要對自己有信心，一旦擁有了結論就要持之以恒”等。

第二，在“對科學作為探究學習的理解”維度上，調查樣本的整體水平偏向較低水平，即“質樸水平”。相比“對科學觀的理解”各維度的均值和得分率，小學生關于科學學習過程的理解相對更弱。例如，學生應理解，問題是科學探究的開端。盡管科學涉及不同的學科領域，但恰是問題支配著方法，驅動著科學探究的方向[9]。科學探究以問題開始，并把獲得的答案與科學家的已知經驗世界進行關聯和比較，從而產生新的科學認識。而調查數據顯示，大部分學生無法意識到“科學探究以問題開始”，僅有約1/3的學生能偶爾回答出來。理性水平與質樸水平的學生在該維度的表現差異較大，例如，在關于“觀察紙飛機降落”的測試環節中，理性水平的學生會認識到這不是一項探究，因為這個活動不是由一個問題驅動的，而質樸水平的學生會將所有動手活動或有趣的觀察都作為探究。

2.小學生科學學習的差異表現

為了進一步探討不同群體學生在各維度上的差異，研究以地區、學校類型、性別為分組變量，進行了對比分析。

（1）不同地區小學生科學學習的差異表現

對不同地區的小學生科學學習差異表現進行獨立樣本T檢驗，結果如表4所示。

由表4可得到以下結論：

第一，在“對科學觀的理解”維度上，通過平均值和標準差對比分析，在“暫定性”“主觀性”得分方面，東部地區比西部地區平均得分略高;在“觀察與推論”“科學基于實證”方面，西部地區比東部地區平均得分略高。通過顯著性檢驗可知，在“暫定性”“觀察與推論”“科學基于實證”三個維度上，東部地區與西部地區的P值達到顯著水平（P<0.05），表明在這三個維度上，東西部地區存在顯著差異。

第二，在“對科學作為探究學習的理解”維度上，通過平均值和標準差對比分析，在“使用數據和先驗知識回答問題”“科學探究不僅使用唯一的科學方法”得分方面，東部地區比西部地區平均得分略高;在“科學探究以問題開始”“收集數據以回答問題”方面，西部地區比東部地區平均得分略高。通過顯著性檢驗可知，在“科學探究以問題開始”“科學探究不僅使用唯一的科學方法”兩個維度上，東部地區與西部地區的P值達到顯著水平（P<0.05），表明在這兩個維度上，東西部地區存在顯著差異。

（2）不同類型學校小學生科學學習的差異表現

對不同學校類型的小學生科學學習差異表現進行獨立樣本T檢驗，結果見表5。

由表5可得到以下結論：

第一，在“對科學觀的理解”維度上，通過平均值和標準差對比分析，在“暫定性”“主觀性”“觀察與推論”“科學基于實證”四個維度得分方面，城區學校的學生得分均高于鄉鎮學校。通過顯著性檢驗可知，在“暫定性”維度上，城區學校與鄉鎮學校的P值達到顯著水平（P<0.05），表明在此維度上，城區學校和鄉鎮學校存在顯著差異;在“主觀性”“觀察與推論”“科學基于實證”三個維度上，城區學校與鄉鎮學校的P值達到極為顯著水平（P<0.001），表明在這三個維度上，城區學校和鄉鎮學校存在極為顯著的差異。

第二，在“對科學作為探究學習的理解”維度上，通過平均值和標準差對比分析，在“科學探究以問題開始”“收集數據以回答問題”“使用數據和先驗知識回答問題”“科學探究不僅使用唯一的科學方法”四個維度得分方面，城區學校的學生得分均高于鄉鎮學校。通過顯著性檢驗可知，在“使用數據和先驗知識回答問題”“科學探究不僅使用唯一的科學方法”兩個維度上，城區學校與鄉鎮學校的P值達到顯著水平（P<0.05），表明在這兩個維度上，城區學校和鄉鎮學校存在顯著差異;在“科學探究以問題開始”“收集數據以回答問題”兩個維度上，城區學校與鄉鎮學校的P值達到極為顯著水平（P<0.001），表明在這兩個維度上，城區學校和鄉鎮學校存在極為顯著的差異。

3.不同性別小學生科學學習的差異表現

對不同性別的小學生科學學習差異表現進行獨立樣本T檢驗，結果見表6。

由表6可得到以下結論：

第一，在“對科學觀的理解”維度上，通過平均值和標準差對比分析，在“暫定性”得分方面，男生比女生平均得分略高;在“主觀性”“觀察與推論”“科學基于實證”方面，女生比男生平均得分略高。而通過顯著性檢驗可知，在“暫定性”“主觀性”“觀察與推論”“科學基于實證”四個維度上，男生與女生的P值均未達到顯著水平（P>0.05），表明男生和女生在該維度上并不存在顯著差異，說明在低齡階段，性別并不是影響科學觀的顯著因素。

第二，在“對科學作為探究學習的理解”維度上，通過平均值和標準差對比分析，在“科學探究以問題開始”“收集數據以回答問題”“使用數據和先驗知識回答問題”三個維度，男生平均值均比女生略高;在“科學探究不僅使用唯一的科學方法”維度，男女平均值相同，但男生相對水平比女生更加穩定。該結論表明，在整體維度上，男生的表現要強于女生。通過顯著性檢驗可知，在“科學探究以問題開始”“收集數據以回答問題”“科學探究不僅使用唯一的科學方法”三個維度，男生與女生的P值均未達到顯著水平（P>0.05），表明男生和女生在這三個維度并不存在顯著差異;在“使用數據和先驗知識回答問題”維度，男生與女生的P值達到顯著水平（P<0.05），表明在此維度上，男生和女生存在顯著差異。

三、小學生科學學習興趣與態度的特點分析

1.對科學史具有求知欲

實踐和科學史故事是小學生認識科學的重要途徑。小學生往往對故事具有強烈的興趣，當提及科學家時，小學生往往能夠聯系到具體的故事情節，例如，“牛頓在蘋果樹下發現萬有引力”“萊特兄弟發明飛機”，還有“牛頓煮懷表”“愛迪生孵雞蛋”等。小朋友對“科學家是做什么的”這一訪題具有相當高的參與度，啟示教師可以利用科學史故事激發小學生的科學學習動機。

2.對科學實踐充滿好奇和熱情

訪談中，當問及“科學是什么”時，觀察動植物的形態、進行手工制作、比較并描述物體的色彩（輕重、大小、冷熱等）是最常見的回答。小學生對外界事物充滿了好奇心，愛動手是這個年齡段的基本特點，在科學學習中，科學實踐則成為其參與科學學習的重要形式。在低學段小學生群體中，學生的動手能力、認知水平相對較低，觀察法往往成為其學習科學的基本方法。通過感官或感官的延伸，去觸碰、去聞、去看是其認識科學現象的手段。

3.對實物擁有充沛的探索興趣

實物是低學段小學生科學學習的最佳知識載體。訪談發現，學生對科學的理解常常是通過探索實物的科學實踐過程產生的。科學實踐是學生學習科學的重要形式，而科學實踐又是以實物為基礎的。研究中，訪談人員常使用道具來幫助激發學生興趣，這一措施使學生能夠迅速地建立起對問題的理解，并進行較為充分的回答，這也從側面佐證了學生對實物具有充沛的探索興趣這一觀點。

4.對觀察和實驗等經驗方法具有較強的認知

訪談數據顯示，絕大多數學生能夠把觀察法作為科學的基本方法，這與其年齡段高度有關。訪談中，問及學生“科學課上學了什么”，他們會回答“我學過觀察，比如像洗發液，必須得用手摸才能聞到，不能直接上去聞，要是有毒的話就能熏死”“我就是自己喜歡在家做實驗，有一次我把吃過的車厘子仁兒，給放在一個東西上晾一晾，然后放在那個有水的瓶子里，過幾天它就長毛了……”一些學生已經初步嘗試使用實驗來進行科學學習，但是大多數學生尚未能形成對實驗較深層次的理解，往往把“動手做”和實驗混為一談。

5.科學認識帶有強烈的主觀性和自我意識

強主觀性、強自我中心性是低學段小學生的心理發展特征，這也影響了學生科學觀的形成。比如，有受訪者認為恐龍的形象基于科學家的主觀想象，科學結論在一定程度上是科學家想象的結果;也有受訪者認為科學事實是否改變取決于科學家的個人喜好。訪談中，大量的案例表明，學生在建構自己的科學認識時，尤其是對于一些需要抽象思維的論述（比如如何使研究變成一項實驗等），學生的回答尚停留在完全依靠個人感覺來進行判斷的層面。

6.開始關注科學與社會生活、現實世界的聯系

全球化與信息化是當今時代發展的趨勢，科學早已融入人們的社會生活。在低學段小學生群體中，學生同樣關注科學與社會生活、現實世界的聯系，他們會思考科學與人類社會的聯系，會把科學家的工作與現實世界關聯起來，大多數學生能夠理解科學是人們探索自然世界的一種手段，科學為人們所用，也能夠列舉科學在日常生活中的應用。比如，當問及“科學家是做什么的”的時候，有受訪者會回答“科學家是經濟發展的領導者”“科學家是為人民服務的”等，受訪者能回答到科學與經濟、軍事等有關，甚至還能回答到科學可以幫助人們改善生活、提升幸福感等層面。

四、結論與啟示

1.小學生科學學習群貌特征與差異表現調查的結果與討論

（1）整體水平偏低，對科學的實踐屬性有相對較強的認識

通過對小學生科學學習特征的事實探知，初步探析了小學生對科學的理解程度，在學校開展科學教育的過程中，資源的開發、內容的選擇、活動的實施等，必然建立在對學習者有確切了解的基礎之上。

結果顯示，在科學學習特征的體現上，小學生“對科學觀的理解”和“對科學作為探究學習的理解”的認知水平較低，在科學本質觀的“暫定性”“主觀性”以及科學探究四個維度的得分率均不到一半，顯示小學低年級學生對科學停留在一個樸素的理解層面。相對的，小學生對科學的實踐屬性有著較強認識，大多數學生能夠理解科學要基于證據、科學要進行動手實踐等，能夠說出觀察、實驗等是科學實踐的基本方法。

以上結果表明，小學生積累的有關科學的經驗還處于較為淺薄的層面。科學是解釋客觀世界的知識體系和可靠系統，但是小學生還尚未對科學實踐與科學目的、科學結果之間建立起明確的關聯。相對理解科學實踐能夠解決何種問題，小學生更傾向于把科學認定為一種與目的、結論無關的單純的“動手操作”，而觀察、實驗則是基本的操作方法。

（2）地區、學校之間差異明顯，男生對科學的探究性學習過程的理解有相對較高的水平

結果顯示，東西部地區之間，學生在各維度科學學習的理解水平具有差異。在東部S省，小學生關于“暫定性”維度的理解水平，及關于“科學探究不僅使用唯一的科學方法”維度的理解水平較西部地區略高，且獨立樣本T檢驗結果顯示這種差異達到了顯著水平;而在西部W省，小學生關于“觀察與推論”“科學基于實證”維度的理解水平，及關于“科學探究以問題開始”維度的理解水平較東部地區略高，且獨立樣本T檢驗結果顯示這種差異達到了顯著水平。從平均值和得分率判斷，應當說，中東部地區雖然存在差距，但差距并不明顯，而這與以往研究者的經驗判斷是不一致的。與上述部分形成鮮明對照的是，城鄉學校之間的差距則具有極為顯著的差異。城區學校的學生在各個調查維度的表現要顯著強于鄉鎮學校，猜測學生的家庭背景、文化背景、生活背景對其科學學習的認知特征或有著顯著影響。

在性別差異方面，男生、女生在“對科學觀的理解”的各個維度上差異不明顯，然而，男生在“對科學作為探究學習的理解”的各個維度上卻比女生有著更好的表現，在“科學探究以問題開始”“收集數據以回答問題”“使用數據和先驗知識回答問題”三個維度，男生平均值均比女生高，且在“使用數據和先驗知識回答問題”維度，男生與女生之間的差異達到顯著水平。表明男生對參與動手實踐能力、科學探究具有著相對較強的熱情和興趣。

2.對學校開展科學教育的啟示

（1）注重培養學生的問題意識，科學實踐要體現探究性、多樣化

科學教育活動的開展應當體現問題導向，用問題引領科學實踐的方向。問題是科學探究的開端，科學實踐應當圍繞著問題，并使用獲得的證據，結合經驗進行關聯，從而產生新的科學認識。在進行科學教育時，問題的提出應當是“結構不良的”，即它本身不具有明確的解決路徑，需要學生圍繞問題做出假設，從而設計方案來展開探究。此外，問題的提出應當位于學生新的經驗的“生長點”，立足“最近發展區”，不能脫離學生的生活世界。

在指引學生進行科學實踐時，要注意引領學生體驗科學探究的一般流程，而不是完全碎片式的、放任自流的學習指導策略，從而幫助學生建立對科學探究一般流程的理解，同樣的，科學實踐要注重盡可能使用多元的科學方法，觀察法是小學生最常用的科學方法，但觀察法不是唯一方法，科學教育活動中，還要注意使用調查、測量、實驗等經驗方法，甚至還適當地使用設計推理、歸納等邏輯方法。

（2）利用實物資源和生活資源，構建符合學生認知特點的科學學習活動

科學探究是一種實踐活動，而這種實踐大多是以實物作為基礎的。科學學習中，執教者可以廣泛地搜集實物資源，從而更好地設計和開展科學教育活動。

在學校環境中，執教者可以開發生活資源和鄉土資源，用以構筑學生相對熟悉的學習情境。此外，執教者還可以組織學生去校外科學教育場所，例如科技館等，校外場所中得天獨厚的條件賦予了科學教育最豐富而精致的實物資源。如科技館中，通過展品展陳設計，不僅能夠還原科學現象與科學事實，更是學校學習的強力拓展和延伸。在課堂中難以演示的科學現象、難以具象化的科學裝置或實物，都可以通過科技館得到彌補，因此，科技館的實物資源為學生開展科學學習提供了便利條件。

（3）推動科學領域內的跨學科內容整合，注重STSE教育

在開展科學教育活動時，內容層面應當注重對跨學科主題的滲透，例如，將制造業、航空航天、工程實踐、生活科技等引入教育教學，適當地引入社會議題;教學層面應當注重科學史教學，同時注重將科學與技術、社會、環境聯系起來的教學。這在一定程度上，不僅迎合了小學生的心理預期，提升其學習動機，也促進了個體的全面發展。

（4）推動區域間科學教育資源的流動，彌補和縮短教育差距

學校教育、家庭教育對學生的學習質量起到了十分顯著的影響。在不同區域、不同層次的環境下，學校教育資源的配置不均衡、家庭教育的低效甚至缺失，都將成為制約學生科學學習的重要因素。教育管理者應當借力信息技術手段等，出臺強力措施，促進優質資源在區域間流動，實現“教育精準扶貧”，促進教育公平。

參考文獻

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[作者：朱家華（1989-），男，山東淄博人，臨沂大學生命科學學院，講師，博士;李秀菊（1981-），女，黑龍江五常人，中國科普研究所，副研究員，博士;巴鶴臻（1995-），女，遼寧鞍山人，人大附中深圳學校，教師，碩士;崔鴻（1963-），女，河南南陽人，華中師范大學生命科學學院，教授，博士。]

該文為山東省教育科學“十三五”規劃2020年度青年一般課題“低學段小學生科學本質觀的群體特征與影響因素研究”（2020QYB013）的研究成果