科学探究能力的构成要素、发展水平及其培养策略的研究

-1-科学探究能力的构成要素、发展水平及其培养策略的研究陈为建山东省日照市实验中学276800摘要科学探究能力是学生顺利完成科学探究活动的心理条件，是由动力系统、执行系统和监控系统构成的一个相互依赖、相互制约、相互促进、共同发展的有机整体，是一个动态的、发展的经验网络，其实质是类化了的知识技能经验网络；根据科学探究能力的内涵和构成要素，设计了科学探究能力评价指标体系，测查学生的科学探究能力，通过分析得出：初中生的科学探究能力随着年龄的增长而不断的发展和提高，发展中存在加速期；我们采用准实验研究，自变量为探究教学策略，因变量为学生的科学探究能力，通过一学年的实验，比较实验班和控制班学生在科学探究能力发展水平上存在显著差异，说明采取灵活的、多形式的探究活动可以极大地促进学生科学探究能力的发展。关键词科学探究能力内涵实质科学探究能力构成要素科学探究能力发展状况科学探究能力培养策略科学探究能力在学生个体成长中，在人类社会发展中，特别是在当前科技高速发展的信息时代，具有十分重要的作用。《全日制普通高级中学化学课程标准》提出“将科学探究作为改变学生学习方式的突破口”，并强调：以提高学生的科学素养为宗旨，提高学生的科学探究能力；《全日制义务教育化学课程标准》明确地提出了发展科学探究能力所包含的内容与培养目标。但目前对科学探究能力的研究还不是很多，本研究拟对科学探究能力的内涵实质及构成要素进行探讨；根据自己设计的评价指标体系对初中生科学探究能力的发展水平进行探查；在了解科学探究能力的构成要素和初中生科学探究能力发展水平的基础上进一步探讨培养学生科学探究能力的有效途径。中国教育学会化学教学专业委员会第十三次学术年会论文-2-科学探究能力科学探究活动知识技能经验网络执行系统监控系统动力系统1科学探究能力的内涵实质及其构成要素科学探究能力，指的是学生顺利完成科学探究活动的心理条件，是科学探究过程所需要的能力。卓越的探究能力充分的地体现一个人善于发现问题、积极探究的心理取向和善于把握机会的敏捷性，绝不仅仅是一种智力因素，更是一种人格特征和精神状态以及综合素质的体现，因此它是各种具体能力的集成。在此认识的基础上，我们构建科学探究能力的构成要素，指出科学探究能力是由动力系统、执行系统和监控系统构成的一个相互依赖、相互制约、相互促进、共同发展的有机整体，是一个动态的、发展的经验网络。支持构建内涵条件实质表现形式促进促进支持监控执合提假解计控评着作出设释划制价精能问检结能调总神力题验论力节结能能能能能力力力力力图1科学探究能力的构成要素2科学探究能力发展水平的探查研究我们现行的教学方式，长期以来偏重知识传授，对科学探究重视不够，那么，用现行的教学方式，学生的科学探究能力发展状况到底怎样？迄今为止，这方面的研究不多，本研究拟在这方面作一些初步的探索，力图揭示现行教学方式下，学生的科学探究能力发展状况，从而为我们实施探究教学提供一定的理论依据。2.1被试选取我们以日照市实验中学初二、初三、初四年级的学生作为研究样本，其中初-3-二学生学过半年化学、初三学生学过一年化学、初四学生学过两年化学，从每个年级各随机选取一个班。表1被试年龄、性别、学业成绩表平均年龄（岁）男女合计优中差优中差1388888848148888884815888888482.2测量方法1、本研究采用测验法和问卷法相结合，测定学生的科学探究能力。2、根据科学探究能力的构成，设计了初中生科学探究能力评价指标体系。表2科学探究能力评价指标体系具体能力指标内涵动力系统执着精神A11：有旺盛的求知欲A12：有强烈的好奇心，对事物有深入探究的动机A13：善于迅速地找到探究方向，做出决定并执行决定A14：坚持不懈地克服遇到的困难和障碍，完成预定目标合作能力A21：积极参与讨论，善于贡献自己的观点A22：对不同意见采取宽容态度，不迷信权威A23：小组合作中能出色地完成自己承担的工作A24：活动中能与同伴保持真诚和谐的合作关系执行系统提出问题B11：善于质疑，不满足于教材上的一些结论及教师的讲解B12：善于平中见奇、同中见异、异中见同B13：能从大量复杂的信息中，排除不需要的因素，并发现有价值的因素B14：善于把问题准确、简要的表达清楚假设检验能力提出假设B21：能主动的对问题可能的答案做出猜测假设B22：能把丰富的想象力和深刻的逻辑抽象能力结合起来，提出一些有价值的假设B23：能运用以有的知识经验对假设的合理性做出初步论证实验设计B31：设计的实验方案，能与科学理论、科学方法相一致，即具有科学性B32：设计的实验方案，能利用现有的条件切实可行，即具有可行性B33：能设计对比实验，保持其它条件不变，只改变一个条件，通过两组或多组实验进行对比，确定这一条件是否对事物起作用或起怎样的作用实验检验B41：能安全使用各种仪器药品，规范有效地进行实验B42：能探寻最佳实验条件，精确地控制变量B43：能进行系统地观察、精确地测定、科学合理地收集数据解释结解释能B51：把现有的科学知识与收集到的证据建立联系，并做出符合逻辑的说明B52：能将解释与描述区别开来，面对结果能找到原因-4-论能力力B53：能够通过对当前科学知识的理解、对证据的权衡和对逻辑的检查来决定哪种解释是最好的结论能力B61：能对证据进行比较、分类，找到有意义的联系B62：能对证据进行归纳、概括，找到事物的本质B63：能对部分对象的认识推广到该类事物的全体对象，从而扩大认识范围、拓宽知识、建立优良的知识结构监控系统计划能力C11：探究活动前，对做什么、如何去做以及活动的时间进行有效的安排C12：探究活动前，能准备好有关的工具，调整好精神状态控制调节能力C21：探究活动中，始终清楚活动的目标和任务，知道为什么要这样做C22：探究活动中，讲究策略，能选用科学合理的探究方法C23：探究活动中，能排除各种干扰，努力控制自己，顺利完成探究任务评价反馈能力C31：探究活动后，能对活动的各个环节进行有效的反思评价C32：探究活动后，进行深入地总结经验教训，不断完善自己C33：探究活动后，根据反思的结果对活动中不合适的地方采取补救性措施3、编制试题在编制试题时，我们力求体现科学的本质，体现探究的内涵，并遵循可测性原则，力求反映评价指标体系中的指标，根据学生做题的情况判断其探究能力的发展水平。2.3初中生科学探究能力的发展水平和特点1、表3各年级科学探究能力及各系统的发展水平与差异检验年级平均分标准差t值显著性探究能力初二42.246.63-3.01-6.91P0.05P0.01初三48.367.45初四62.136.30执行系统初二20.756.30-5.08-5.62P0.01P0.01初三31.177.84初四44.568.66动力系统初二8.730.78-3.484.41P0.01P0.01初三7.850.96初四8.930.71监控系统初二12.361.653.35-2.59P0.01P0.05初三10.711.78初四11.921.46-5-由表3可看出：在传统教学条件下，高年级的初中生已经具有初步的科学探究能力。而且初二、初三学生的成绩差异显著，初三、初四学生的成绩差异非常显著，说明初中生的探究能力在迅速发展，而且存在加速期。从图3－1很明显地看出，初中生探究能力发展是非常迅速地，但男女学生科学探究能力的发展非常接近，并没有显著差异。2、表4各年级执行系统中各具体能力的发展水平与差异检验年级平均分标准差t值显著性检验提问能力初二4.312.04-4.09-2.79P0.01P0.05初三6.882.29初四8.692.21假设能力初二6.631.97-3.16-4.76P0.05P0.01初三8.732.59初四11.691.59设计能力初二3.501.86-2.88-3.32P0.05P0.05初三5.001.75初四7.503.25解释能力初二3.561.81-2.36-3.23P0.05P0.05初三5.312.69初四7.311.94结论能力初二2.752.15-4.28-4.79P0.01P0.01初三5.442.20初四9.382.58从表4可看出：（1）初二学生和初三学生的提问能力差异极为显著，说明在13岁到14岁之间，学生的提问能力发展极为迅速。（2）初二、初三、初四学生提出假设能力均有显著性差异，说明在14岁到15岁之间，学生提出假设的能力发展极为迅速。总的来看，初中生提出假设的能力-6-还是比较高的。（3）学生的设计能力和解释能力得分比较低，这说明在传统教学中，设计能力和解释能力的培养没有得到足够的重视，我们在以后的探究教学中，尤其要重视这两项能力的培养。（4）初中学生的结论能力发展非常迅速，初二和初三之间、初三和初四之间均存在极为显著的差异。3初中生科学探究能力培养策略的实验研究3.1研究目的本研究试图通过转变传统的教学思想，改变陈旧的教学模式，实施探究教学策略，让学生在探究活动中，逐步培养学生的科学探究能力，促进学生的科学探究能力中的各个方面得到全面协调发展，从而提高科学教育的质量。3.2培养科学探究能力的教学设计构想我们以探究活动为核心，建立培养能力的定向点，然后围绕这个定向点，通过设计“探究策略”、“探究资源”、“探究情景”、“探究过程”而展开，他们共同服务于探究活动这一核心。结束部分的总结与评价也是教学设计的重要环节，它是检验培养策略的基础，是教学设计趋向完善的调控环节。图2基于培养探究能力的探究教学设计过程3.3研究方法与实施被试为日照市实验中学初四、五班和初四、六班，两个班的任课教师完全一分析学习者特征确定培养目标确定探究活动的内容探究活动设计总结与评价探究情景设计探究过程设计探究策略设计探究资源设计初始探究能力终结探究能力-7-样，学习基础、班风相近，我们以五班为控制班，六班为实验班。1.前测：对学生进行探究能力测试和科学探究能力发展水平调查。表5实验班和控制班前测时科学探究能力的差异比较班级人数执行系统动力系统监控系统探究能力平均分标准差平均分标准差平均分标准差平均分标准差实验班6632.506.667.791.1112.331.7447.476.98控制班6829.838.967.900.8511.081.8149.268.09Z值0.83-0.271.04-0.58显著性检验P0.05P0.05P0.05P0.05由表5可知，实验班和控制班在前测时，科学探究能力中各系统及探究能力总分虽然存在一定的差异，但差异均不显著。2.实施过程：实验班与控制班都由笔者担任教师，教材一样，进度相同。控制班采用传统的讲练相结合的目标教学方法；在实验班，部分内容采用讲练结合的目标教学方法，另外精选一部分内容作为培养探究能力的素材，给学生查资料的时间和机会，给学生提供实验器材，让学生按照探究的模式去研究，其它内容尽量发挥学生的主动性，老师讲解的少，而引导的多。探究教学初期存在的问题：学生提出问题的数量较多，但可探究的问题较少；实验设计不合理，造成盲目实验，其结果常常是不能实现实验目的；纪律较差；观察时经常忽视细节现象，有些学生对分组实验的积极性停留在好看好玩上；不规范，随意操作。实验班在一学年后的情况：提出问题的数量增多、质量提高；活动的设计较为科学、合理，对本实验的疑点分析和改进的方法，也有所思考；能保持实验过程井然有序，学生能对实验提出改进的方案。3.后测：一学年后进行探究能力测试和科学探究能力发展水平调查。表6实验班和控制班后测时科学探究能力的差异比较班级人数探究能力执行系统动力系统监控系统平均分标准差平均分标准差平均分标准差平均分标准差实验班6663.654.2847.118.408.888.2211.6810.85控制班6858.786.8142.688.578.221.2010.851.76Z值4.283.033.993.35显著性检验P0.01P0.01P0.01P0.01由表6可知，实验班和控制班在后测时，科学探究能力总分、执行系统、动力系统和监控系统的差异都