海南省高中理科学生物理猜想能力评价

廖元锡 许烨

海南省高中理科学生物理猜想能力评价

廖元锡 许烨

猜想与假设是科学探究的重要内容，猜想与假设能力也是学生必须具备的能力。本文对海南省不同层次中学理科学生科学猜想能力进行测评，猜想能力得分偏低，学校之间差异不显著，与考试成绩呈弱相关。本文还分析了海南省中学生猜想与假设存在的问题，并提出了相关的教学建议。

猜想与假设；能力；评价

新一轮课程改革将科学探究作为教学的内容，学习的方式。科学探究的基本环节包含“猜想与假设”。猜想（conjecture）是指个体根据非结论性的证据所作的推测。猜想具有或然性，所得结论有待实践的检验。科学猜想是人们根据已知的事实材料和科学知识，对未知的事实（自然现象）及其规律性提出的一种推测性的看法。假设（hypothesis）一般指根据已有的事实和理论，提出关于未知事实的假定性说明。猜想与假设的实质是一致的，都是在观察和实验的基础上，根据科学事实和科学原理进行理性思维加工以后，对未知的自然现象及其规律所作的假定性判断；二者的区别主要是猜想针对问题（科学现象）的成因，而假设主要是针对问题解决的方式、可能呈现的实验结果以及问题的答案。

1 猜想与假设活动

高中物理课程标准对猜想和假设是这样要求的：对解决问题的方式和问题的答案提出假设，对物理实验结果进行预测，认识猜测的重要性。初中物理课程标准对猜想和假设能力则是如下要求：尝试根据经验和已有知识对问题的成因提出猜想，对探究的方向和可能出现的实验结果进行推测与假设，认识猜想与假设在科学探究中的重要性。学生在科学探究活动中的猜想指的就是这种科学猜想。将科学探究作为教学内容是突出活动课程、实现过程与方法目标的重要举措。从思维活动来看，假想思维首先是从原始和自发意义上的观念开始，当现实经验中的一部分恰与先前经验中的一部分相似，就会引起暗示。通过对问题的洞察和理解，已经发生的暗示能够改正、扩变或扩展成为确定的推测，这就是假设。在物理教学中的猜想和假设表现为：对物理现象提出尝试性的解释，对问题提出尝试性的解决办法，对物理实验现象进行预言，对物理规律进行演绎性推测。

2 猜想与假设能力的评价

能力是直接影响活动效率，并使活动顺利完成的个性心理特征。能力总是和人完成一定的活动相联系在一起的，并借助活动表现出它的质量来，使得它的评价成为可能，猜想与假设也是一样。课标已经界定了猜想与假设的活动要求，评价就是对这些活动质量进行判断。罗星凯教授在前人研究的基础上，收集到猜想与假设质量的12项要素，经与科学教育方面的专家间多次交流讨论之后，将12项指标合并为三项指标：即预见度、支撑度以及独创性。预见度是指猜想与假设对事物发展的预判和前瞻，支撑度是指猜想与假设以事实材料和科学知识作为基础，独创性是指假设与猜想的多样性、新颖独到和富有价值。［1］文庆城、许应华利用要素分析法确定猜想与假设能力的要素为：能接受问题的事实并提出假设，提出假设个数，说出假设的合理理由，假设的质量。［2］李建设基本认同文庆城、许应华的观点，只是将假设的质量等同于假设的科学性。［3］

笔者认为预见度和支撑度并不完全相互独立，猜想首先是根据事实然后利用科学知识进行推理，可见有支撑度才会有预见度。而有支撑和预见均基于猜想的合理性，说明合理性是第一要素。在猜想与假设合理性和多样性的基础上，有的关乎问题的本质，切中问题的要害，有的则不然。所以笔者认为深刻性是猜想与假设的另一要素。还有作者提出猜想与假设的验证性，认为凡不能用逻辑或实验来检验的，这样的假设质量不高。不过，有的猜想和假设虽然一时不能验证，但恰恰被后人证明是高质量。可见，可验证性也不能作为评价要素之一。就能接受问题的事实并提出假设属情感态度范畴而言，因此，笔者赞同将合理性、多样性和深刻性作为猜想的评价要素，其中合理性是猜想质量的最基本要素。

笔者认为，课标上虽将“猜想与假设”作为科学探究的一个环节，但二者在文字上表述不同，在学习上要么是进行猜想要么是进行假设。从有利于培养猜想与假设能力来看，我们要明晰二者内涵，不能将二者合在一起。

3 物理猜想能力评价设计

3.1 问题设计

任何评价均要借助一定的心智活动或操作活动来完成，猜想和假设能力的评价也不例外，当然设计这些活动的依据是普通高中物理课程标准中所规定的与科学探究有关的猜想与假设的学习内容和要求，所设计的问题应能评价合理性、多样性和深刻性等要素。本研究选编3道试题，其中题1为“如图1所示，当白炽灯泡的灯丝刚好微红时，会发现一个非常明显的现象：随着通电时间的增加，灯丝正上方玻璃的温度越来越高（几秒钟后就能明显地感受出来），而其他地方玻璃的温度几乎没有变化。而且无论怎么转动灯泡，都会产生这个现象，即灯泡正上方的玻璃温度明显升高，而其他地方的玻璃温度和室温差不多，几乎不改变。请你猜想一下出现这种现象的原因是什么？并说出你的理由”。此题考察学生利用合理猜想，对现象给出正确解释的能力。热现象包含热传导、热辐射和对流等，因此，此题还可以考查学生能否抓住问题的本质，思维的深刻性这一要素。由于篇幅，其他2题省略。

3.2 评分办法

根据对学生答卷情况的初步了解，采用3点记分办法评分。评分细则如表1所示。

3.3 测试对象

图1

笔者对海南省6所学校高三年级12个班664名学生进行了上述3题的测试。测试对象采用分层抽样的方法，即先选学校类型，再在学校中简单随机抽样选取一个重点班和一个普通班。从学校层次来看，学校类型有省重点、市重点、县重点和一般学校，从地理位置分布来看，有东部、中部、西部，还有汉族地区和少数民族地区学校，测试对象分布、班级如表2所示。

表1 猜想能力试题评分细则

表2 猜想能力测试对象分布

4 测试结果及分析

4.1 总体结果

测试结果如表3所示。判断各学校平均分与总平均分的差异时采用单总体t检验。

按照3点计分，三道题满分6分，总平均分只有1.57，说明学生的猜想思维水平不高。总体与各学校得分用t检验，除最高分和最低分学校有显著差异外，其他均无差异，而且猜想得分与平时考试成绩相关系数为0.23，呈弱相关。

4.2 各学校平均分数差异比较

判断学校之间平均数的差异采用双总体z检验，结果如表4所示。

以上学校可以分为四个层次：省重点中学为第一层次，市重点中学为第二层次，县重点中学为第三层次，少数民族地区县中学为第四层次。结果显示，民族地区县中学和县重点中学（1）（本次测验成绩最好）猜想成绩与其他学校相比均有显著差异，其他学校之间的平均成绩无差异。这些结论与总成绩与各学校成绩之间相比较一致。

4.3 结果分析

1）从试题内容来看：试题1的解答需要学生理解、掌握热传递三种方式中的对流。该知识点属于初中阶段的教学内容，在小学阶段的科学课中也有初步的学习，是热学的基本知识点，也是生活中常见的物理现象。在该题的解答中暴露了学生不能抓住关键要素、正确选用知识进行合理推理。试题2中的案例是初中教材中的一个经典问题的变形，经典案例中试管中的水可以达到沸点但不能沸腾。在回答经典问题时，教师们给出的标准答案是，沸腾的两个条件一个是温度达到沸点，另一个是持续从外界吸热。有少部分学生生搬硬套这样的标准答案，反映了学生受思维定势影响和批判精神的缺失。大部分学生都从热量损失的角度分析此现象，包括试管吸热、水沸腾吸热、空气的热传导等，但其他的猜想几乎没有学生涉及，猜想缺乏多样性。试题3中涉及了浮力的知识，从学生的答案中可以看出学生分析问题不全面、不够深刻，导致提出的猜想也不全面，缺乏深刻性。猜想正确且解释合理的学生只占19.1%，从这部分学生的解答中可以看出其具有良好的知识结构以及严密的逻辑推理能力。

2）从物理教学的要求来看：物理教学是基于生活现象和实验现象经过科学思维、探究，形成概念、应用规律，内化活化知识。也就是说任何物理知识（事实性知识、程序性知识和范畴性知识）均是基于学生已有的经验、运用一定的思想方法，经过一定的过程、消耗一定的时间和能量，自主建构的。当下倡导探究式教学正是物理教学的本来要求，是发展学生逻辑推理能力的要求。但从现实来看，探究式教学流于形式，既没有兼顾知识的系统学习，也没有发展好学生的探究能力。调查结果所反映出的海南高中学生猜想与假设能力较差的事实，与海南物理高考成绩不理想的情况存在必然的联系。如何整合、创新教学方法，在追求升学的同时，关注对学生整体素质的培养是一项艰巨的任务。

表3 各学校平均分及与总平均分的比较

表4 各学校平均分之间的差异比较

3）从评价要求来看：知识和能力并重是我国高考的目标。20世纪末，我国高考物理学科委员会科研组的研究结果已经显示：考生对一些重要物理概念和规律似懂非懂、理解不清、表达观点不清楚、推导问题逻辑不清，在表达能力、论述能力等一些很重要的能力方面比较薄弱，说明在教学过程中不注重培养学生的表达、论证推理能力。课题组尽管认为在高考物理中考查学生的表达能力、论证能力等较高层次能力势在必行，但是直到现在这一愿望依然未能实现。原因之一就是高考题型还没有文字语言表达和论证题，课堂教学难免重视不够。包雷（BaoLi）曾用美国的FCI、MPEX和科学推理能力测试题对中美学生进行测试，结果发现我国学生在FCI、MPEX的得分明显高于美国学生，但在科学推理能力测试上的得分却又明显低于美国学生。［4］在美国，高中生只有1/3的学生选学一年的物理，而我国高中理科学生学习3年物理，文科学生也学习1年半到2年的物理课程，而科学推理能力却远不及人家，值得我们深思。

4.4 教学建议

猜想与假设的过程可以看作学生对积累的知识经验运用输出、再创造的过程，反映了物理课堂教学的效果。讨论提高学生的猜想与假设的能力，不能仅仅着眼于猜想与假设本身，必须从整个课堂出发，整体和局部协同发展，教师和学生共同努力。

1）学生的学

学生作为教学的主体，是影响猜想与假设最重要的因素。在调查中，笔者选取了部分学生进行个人访谈，发现学生在回答问卷时，普遍抱着寻找答案的心态，没有探究的意识，对题目呈现的问题也不感兴趣；也有学生表示教师很少给自己猜想与假设的机会，也没有过成功的探究体验。分析学生的这些想法，发现在没有探究氛围的环境中进行探究必然不能取得好的效果，不能形成良好的内部动机。如何让学生提出高质量的猜想与假设，最重要的是让学生认识到科学探究对自己认知水平发展的意义，懂得探究学习对知识理解、知识记忆等的突出作用以及猜想与假设在科学探究中所占的重要地位，猜想与假设的意义，掌握猜想与假设的方法，获得良好的体验等，从而激发学生的内部动机。

2）教师的教

教师应该帮助学生经历认知结构建构过程，借鉴和利用支架式教学、发现学习法等，使教学既兼顾知识的学习也兼顾能力的发展，在探究中学习，在学习中探究。其次，调查也反应出学生没有掌握科学的猜想与假设的方法，这些方法包括比较法、分类法、类比法、归纳法、演绎法、想象法、直觉法等，这需要经历从教师指导示范到学生自主的培养过程。此外，猜想与假设不是一个独立的过程，应该贯穿于整个探究式教学及其他教学过程之中。学生的猜想与假设不应该是一次性的，很多研究表明，在探究过程中，随着现象的增加，学生容易调整出更合理的猜想与假设。因此，教师在教学过程中不能简单粗暴地否定学生的假设，需要通过外在的实验现象或正确的理论指导，诱导学生发现自己的错误，做出更科学的猜想与假设。

[1]罗筑华，罗星凯.中学生科学假设质量评价标准的制定[J].教育科学，2008(3)：42-44.

[2]文庆城，许应华.学生化学猜想与假设能力的评价初探[J].教师论坛，2005（1-2）：83-87.

[3]李建设.用等级量表评价学生的猜想与假设能力[J].现代教育科学,2001(1)：96-98.

[4]LeiBao,TianFenCai,Kathy,K.etal.Learning and scientific Reason⁃ing[J].Science,Vol 323(1)：586-587.

The Assessment of the Ability of Physics Conjecture of High School Students in Hainan Province

LIAO Yuanxi and XU Ye

Conjecture and hypothesis is not only the key content of scientific inquiry but also the student’s requisite ability.This essay has assessed the scientific conjecture ability of high school students who are in different levels of middle schools in Hainan province.The results show that the score of conjecture capacity is still low.There is no remarkable difference between the different level schools.And it is weak related to the pen-paper exam results.This paper also analyzes the problems of conjecture and hypothesis of middle school students in Hainan,and puts forward some advice.

Conjecture and Hypothesis;Ability;Assessment

G405

B

1005-8427(2012)08-0023-5

海南师范大学