中学生物教学中开展科学方法教育的调查研究

高俊英+祁建欣

生物学科属于科学课程的范畴，提高学生的生物科学素养是生物课程的基本理念，而科学方法是科学素养的重要维度，促进学生理解并应用科学方法解决生活和工作中的各种问题，是生物课程的重要目标。但现实教学中，教师对科学方法类的目标层级和内容远不如对概念和原理类知识那么明晰，导致在教学实践中，教师对科学方法教育的目标和内容出现盲目性和随意性，影响了教学的有效性。为了进一步明确生物教学中科学方法教育的目标和内容，笔者所在课题组采用文献法和调查法，分别对初中和高中两个阶段生物教学中的科学方法的认知内容和认知水平层级做了研究。

一、对科学方法概念和研究范围的界定

不同研究者对“科学方法”的定义和要素界定有所差异，通过文献研究，综合学者的认识，从中学生物教学的角度，我们认为：科学方法主要是对科学家在研究过程中所运用的各种思维方法以及操作工具的总称。科学研究实际是一个不断发现和提出科学问题，获取和整理科学事实，形成科学理论，并进行检验和评价的过程，科学方法也就包括发现和提出问题的方法、获取科学事实的方法（如观察、测量和实验方法）、概括科学事实的方法（如比较、分类、归纳、抽象、灵感和顿悟等）、形成和发展科学理论的方法（如数学方法、假说方法、跨学科方法、系统方法）、对理论进行评价的方法等。

本研究基于基础教育阶段的目标和学生的特点，就生物学科涉及的科学研究的一般方法（程序）和一些具体科学方法，如观察法、实验方法、模拟方法、归纳与演绎、假说方法、数学方法、系统方法等进行调查研究。

二、研究过程和方法

1.通过文献综述工作，了解研究现状，开阔研究思路

课题组通过文献分析，对科学方法教育的已有研究进行梳理，从而为本研究选择视角和研究定位提供依据，为理解科学方法的概念、内涵，建立科学方法的教育目标和内容体系奠定基础。

在文献研究的基础上，课题组梳理了生物课程所涉及的具体科学方法的种类，并对每一种科学方法做出简单阐述，有利于研究教师把握每种方法的特征，形成统一的认识。

2.研制工具，开展调查研究

在梳理中学生物教学所涉及科学方法的基础上，课题组结合生物课程的目标和内容标准，列出中学水平涉及的具体科学方法，选择了其中的13种，包括观察法、实验法、调查法、模拟法、比较与分类、分析和综合、归纳法、演绎法、类比推理法、模型法、假说方法、数学方法、系统方法。

参考布鲁姆的教育目标分类法，课题组初步确立了科学方法的5个认知水平层级——知道、理解、应用、评价和创造，并对每个维度的含义做出了解释（见表1），用于确立各种科学方法的认知维度的调查研究。

调查问卷由两部分组成，第一部分为选择题，主要涉及两个方面：在高中/初中生物教学中，应该对学生进行哪些科学方法的培养？高中/初中学生经过两年的生物课程学习，对科学方法的掌握应达到什么程度？第二部分为开放题：请列举几个对学生进行科学方法教育的案例。

调查问卷得到了大学哲学专业的教师、海淀区教研员的指导，使问卷结构更加科学、可信。

3.选择调查对象

为了更加全面、科学地确立科学方法的认知内容和认知水平层次，课题组综合多方人员的观点，选取一线生物教师、生物学科的市区级教研员、大学教师和生物教材的编写人员等与生物和科学课程相关的人员为被试，从不同角度全面分析，提高调查结果的普遍性和权威性。本次调查共发出问卷104份，收回有效问卷100份，回收率为96%。调查问卷采用无记名方式。

三、研究结果与分析

1.对科学方法认知内容的研究

科学方法是多种多样的，面对有限的教学时间和教学内容，教师应该选择哪些科学方法作为中学生物教学的教学内容，课题组预计通过调研的方法了解中学生物教育相关人员对此问题的看法，在对调查结果进行统计与分析的基础上得出结论。

（1）针对初中学段科学方法认知内容的研究

对“在初中教学中，应该对学生进行哪些科学方法的培养”的调查结果显示，中学生物教师、大学教师、专家的观点基本一致，80%以上的调查人员认同观察法、实验法、比较与分类和调查法，尤其是观察法和实验法得到了100%的高度认同。70%以上的调查者认为，归纳法、分析和综合、模拟法也应该成为初中生物教学的内容。

《义务教育生物课程标准（2011版）》明确指出，通过义务教育阶段生物学课程的学习，学生应初步学会生物科学探究的一般方法，发展学生提出问题、做出假设、制订和实施计划、得出结论、表达和交流的科学探究能力。科学探究需要通过观察、调查和实验得到证据，利用数学方法等多种方式分析和整理数据，采用文字、图表等方式呈现证据、表述结果，对证据、数据等进行分析、归纳和判断。这些过程均离不开观察法、实验法、调查法、逻辑思维方法和数学思维方法。“初步学会运用所学的生物学知识分析和解决某些生活、生产或社会实际问题”也是《义务教育生物课程标准（2011版）》的能力目标之一。解决科学问题常常需要做出假设，需要学生应用已有知识，对问题的答案提出可能的设想，并估计假设的可检验性，这就需要学生了解假说——演绎的科学方法。

综合调查结果和对教材及课标的解读，我们认为，在初中阶段，观察法、实验法、调查法、比较与分类、分析和综合、归纳与演绎、模拟法、模型法、假说法、数学方法都应该成为生物教学的重要内容。

（2）针对高中学段科学方法认知内容的研究

被调查者在回答“在高中教学中，应该对学生进行哪些科学方法的培养”时，结果显示，观察法、实验法、比较与分类、调查法、归纳法、分析和综合、模拟法、类比推理法、模型法、假说法、数学方法和系统方法均得到88%以上的高度认同。分析和综合、假说法和数学方法三种科学方法得到100%的认同。

2.对科学方法认知水平层级定位的调查研究

（1）针对初中学段科学方法认知水平层级定位的调查研究

调查结果显示，对于观察法、实验法、调查法和比较与分类，约占50%的受调查者认为，这些方法应该定位于应用水平，约有35%的受调查者则认为应该定位于评价水平或创造水平。对于分析与综合和归纳法，约占50%的受调查者认为，这些方法应该定位于应用水平，约有15%的受调查者认为应该定位于知道水平，约有20%的受调查者认为应该定位于理解水平。对演绎法和类比推理方法的认知维度定位比较分散，定位于知道水平、理解水平和应用水平的各占到约25%。对模拟法和模型法的认知维度定位比较分散，认为定位在知道水平、理解水平和应用水平的各占到20%～25%。对假说法和数学方法的目标定位在知道水平的约占40%，而在理解水平和应用水平的各占到20%左右。

综上，以“认同度最高频度”作为标准来定位认知水平，表明在初中阶段，观察法、实验法、调查法、逻辑方法定位于应用水平；模型法、假说方法、数学方法定位于知道水平；模拟方法定位于理解水平。

调查结果还显示，对同一种科学方法的认知水平层级的定位，一线教师和大学教师对初中学生科学方法认知水平层级的定位存在一定差异，且不同科学方法差异不同。对于实验法，约有50%的一线教师和大学教师都倾向定位在应用水平，有近一半的中学教师定位于评价和创造水平，定位于理解水平的不到10%，而在大学教师中把观察法定位于理解水平的占了1/3，定位于评价水平的占了17%。对于观察法，64%的一线教师倾向定位在应用水平，22%定位于创造水平，定位在理解水平的只有2%，而50%的大学教师将之定位于评价水平，30%定位于应用水平，17%定位于理解水平。对于调查法，约有50%的一线教师和大学教师都倾向定位在应用水平，但有近一半的中学教师定位于评价和创造水平，定位在理解水平的不到10%。

（2）针对高中学段科学方法认知水平层级定位的调查研究

调查结果显示，对于观察法，55%的受调查者认为，应该定位于创造水平，约有27%认为应该定位于应用水平，15%认为应该定位于评价水平，与初中阶段相比，受调查者对高中阶段的定位更加倾向于创造水平。对于实验法，约50%的受调查者认为，应该定位于评价水平和创造水平。对于调查法，45%的受调查者认为，应该定位于创造水平，35%认为应该定位于应用水平，24%认为应该定位于评价水平。对于比较与分类和分析与综合法，定位比较分散，基本倾向于定位在应用水平、评价水平和创造水平上，创造水平略显优势。对于归纳法，约占50%的受调查者认为，应该定位于评价水平，有27%的受调查者认为应该定位于创造水平。对于演绎法和类比推理方法，约占50%的受调查者认为，应该定位于应用水平，而定位于理解水平、评价水平和创造水平的各占10%～20%。对模拟方法认知维度的定位比较分散，比较集中的水平是应用水平和创造水平，分别约占到1/3。对于数学方法，55%的受调查者认为，应该定位于评价水平，各有18%认为应该定位于理解水平和创造水平。对于模型法和假说方法，64%受调查者的观点是将这些方法定位于应用水平，定位理解水平、评价水平和创造水平的也各占10%左右。对于系统方法，比较集中的定位水平是理解水平和应用水平，但也都各占到1/3。

综上，以“认同度最高频度”作为标准来定位认知水平，表明在高中阶段，观察法、实验法、调查法、比较与分类、分析与综合定位于创造水平；归纳法定位于评价水平；模拟法、模型法、假说方法、数学方法和系统方法定位于应用水平。

四、研究结论

1.对科学方法认知内容的研究

综合调查结果和对教材及生物课程课标的解读，我们认为，在初中阶段，观察法、实验法、调查法、比较与分类、分析和综合、归纳与演绎类比推理、模拟法、模型法和数学方法都应该成为生物教学的重要内容。高中学段的科学方法认知内容，在初中的基础上，还应该增加假说法和系统方法。

2.对科学方法认知水平层级定位的调查研究

问卷调查结果显示，被调查人员认为在初中阶段，观察法、实验法、调查法、逻辑方法最高的认同度处于应用水平；模型法、假说方法、数学方法最高的认同度处于知道水平。模拟方法最高的认同度处于理解水平。在高中阶段，观察法、实验法、调查法、比较与分类、分析与综合最高的认同度处于创造水平；归纳法最高的认同度处于评价水平；模拟法、模型法、假说方法、数学方法和系统方法最高的认同度处于应用水平。

文献研究表明，科学过程技能分为基本过程技能和综合过程技能，初中阶段应该定位于发展基本的过程技能，包括观察、分类、实验测量、变量的识别和控制等，高中阶段应该发展学生的综合过程技能，包括实验设计、实验结果的分析、逻辑推理和建立模型等。

每种科学方法都需要在不同的学习阶段反复学习，其中的内容和要求应该是逐级上升的。例如对于模型法，可以要求初中生利用细胞模型来认识和描述细胞结构。但发展到高中阶段，要拓展到模型的解释功能，要求学生能够建立和使用模型来阐明细胞的结构及其特点。基于以上各种观点，我们结合中学生物教学实际，对科学方法的认知水平层级作了以下定位。（见表2）

五、问题与思考

本研究结果表明，生物学科专家和中学教师对科学方法认知内容和认知层次水平的定位呈现认识不统一的现象，且此方面的研究成果较少见。因此本研究成果的推广有利于促进相关专家和中学教师更多地关注科学方法的教学与研究，形成符合并可以促进学生发展的科学方法内容，设计适合各阶段学生认知水平的教学方法，使学生的科学素养随着学习阶段的延伸实现连贯一致的发展。

（作者单位：北京市中关村中学）

（责任编辑：张迿 史雅宁）

（1）针对初中学段科学方法认知水平层级定位的调查研究

调查结果显示，对于观察法、实验法、调查法和比较与分类，约占50%的受调查者认为，这些方法应该定位于应用水平，约有35%的受调查者则认为应该定位于评价水平或创造水平。对于分析与综合和归纳法，约占50%的受调查者认为，这些方法应该定位于应用水平，约有15%的受调查者认为应该定位于知道水平，约有20%的受调查者认为应该定位于理解水平。对演绎法和类比推理方法的认知维度定位比较分散，定位于知道水平、理解水平和应用水平的各占到约25%。对模拟法和模型法的认知维度定位比较分散，认为定位在知道水平、理解水平和应用水平的各占到20%～25%。对假说法和数学方法的目标定位在知道水平的约占40%，而在理解水平和应用水平的各占到20%左右。

综上，以“认同度最高频度”作为标准来定位认知水平，表明在初中阶段，观察法、实验法、调查法、逻辑方法定位于应用水平；模型法、假说方法、数学方法定位于知道水平；模拟方法定位于理解水平。

调查结果还显示，对同一种科学方法的认知水平层级的定位，一线教师和大学教师对初中学生科学方法认知水平层级的定位存在一定差异，且不同科学方法差异不同。对于实验法，约有50%的一线教师和大学教师都倾向定位在应用水平，有近一半的中学教师定位于评价和创造水平，定位于理解水平的不到10%，而在大学教师中把观察法定位于理解水平的占了1/3，定位于评价水平的占了17%。对于观察法，64%的一线教师倾向定位在应用水平，22%定位于创造水平，定位在理解水平的只有2%，而50%的大学教师将之定位于评价水平，30%定位于应用水平，17%定位于理解水平。对于调查法，约有50%的一线教师和大学教师都倾向定位在应用水平，但有近一半的中学教师定位于评价和创造水平，定位在理解水平的不到10%。

（2）针对高中学段科学方法认知水平层级定位的调查研究

调查结果显示，对于观察法，55%的受调查者认为，应该定位于创造水平，约有27%认为应该定位于应用水平，15%认为应该定位于评价水平，与初中阶段相比，受调查者对高中阶段的定位更加倾向于创造水平。对于实验法，约50%的受调查者认为，应该定位于评价水平和创造水平。对于调查法，45%的受调查者认为，应该定位于创造水平，35%认为应该定位于应用水平，24%认为应该定位于评价水平。对于比较与分类和分析与综合法，定位比较分散，基本倾向于定位在应用水平、评价水平和创造水平上，创造水平略显优势。对于归纳法，约占50%的受调查者认为，应该定位于评价水平，有27%的受调查者认为应该定位于创造水平。对于演绎法和类比推理方法，约占50%的受调查者认为，应该定位于应用水平，而定位于理解水平、评价水平和创造水平的各占10%～20%。对模拟方法认知维度的定位比较分散，比较集中的水平是应用水平和创造水平，分别约占到1/3。对于数学方法，55%的受调查者认为，应该定位于评价水平，各有18%认为应该定位于理解水平和创造水平。对于模型法和假说方法，64%受调查者的观点是将这些方法定位于应用水平，定位理解水平、评价水平和创造水平的也各占10%左右。对于系统方法，比较集中的定位水平是理解水平和应用水平，但也都各占到1/3。

综上，以“认同度最高频度”作为标准来定位认知水平，表明在高中阶段，观察法、实验法、调查法、比较与分类、分析与综合定位于创造水平；归纳法定位于评价水平；模拟法、模型法、假说方法、数学方法和系统方法定位于应用水平。

四、研究结论

1.对科学方法认知内容的研究

综合调查结果和对教材及生物课程课标的解读，我们认为，在初中阶段，观察法、实验法、调查法、比较与分类、分析和综合、归纳与演绎类比推理、模拟法、模型法和数学方法都应该成为生物教学的重要内容。高中学段的科学方法认知内容，在初中的基础上，还应该增加假说法和系统方法。

2.对科学方法认知水平层级定位的调查研究

问卷调查结果显示，被调查人员认为在初中阶段，观察法、实验法、调查法、逻辑方法最高的认同度处于应用水平；模型法、假说方法、数学方法最高的认同度处于知道水平。模拟方法最高的认同度处于理解水平。在高中阶段，观察法、实验法、调查法、比较与分类、分析与综合最高的认同度处于创造水平；归纳法最高的认同度处于评价水平；模拟法、模型法、假说方法、数学方法和系统方法最高的认同度处于应用水平。

文献研究表明，科学过程技能分为基本过程技能和综合过程技能，初中阶段应该定位于发展基本的过程技能，包括观察、分类、实验测量、变量的识别和控制等，高中阶段应该发展学生的综合过程技能，包括实验设计、实验结果的分析、逻辑推理和建立模型等。

每种科学方法都需要在不同的学习阶段反复学习，其中的内容和要求应该是逐级上升的。例如对于模型法，可以要求初中生利用细胞模型来认识和描述细胞结构。但发展到高中阶段，要拓展到模型的解释功能，要求学生能够建立和使用模型来阐明细胞的结构及其特点。基于以上各种观点，我们结合中学生物教学实际，对科学方法的认知水平层级作了以下定位。（见表2）

五、问题与思考

本研究结果表明，生物学科专家和中学教师对科学方法认知内容和认知层次水平的定位呈现认识不统一的现象，且此方面的研究成果较少见。因此本研究成果的推广有利于促进相关专家和中学教师更多地关注科学方法的教学与研究，形成符合并可以促进学生发展的科学方法内容，设计适合各阶段学生认知水平的教学方法，使学生的科学素养随着学习阶段的延伸实现连贯一致的发展。

（作者单位：北京市中关村中学）

（责任编辑：张迿 史雅宁）

（1）针对初中学段科学方法认知水平层级定位的调查研究

调查结果显示，对于观察法、实验法、调查法和比较与分类，约占50%的受调查者认为，这些方法应该定位于应用水平，约有35%的受调查者则认为应该定位于评价水平或创造水平。对于分析与综合和归纳法，约占50%的受调查者认为，这些方法应该定位于应用水平，约有15%的受调查者认为应该定位于知道水平，约有20%的受调查者认为应该定位于理解水平。对演绎法和类比推理方法的认知维度定位比较分散，定位于知道水平、理解水平和应用水平的各占到约25%。对模拟法和模型法的认知维度定位比较分散，认为定位在知道水平、理解水平和应用水平的各占到20%～25%。对假说法和数学方法的目标定位在知道水平的约占40%，而在理解水平和应用水平的各占到20%左右。

综上，以“认同度最高频度”作为标准来定位认知水平，表明在初中阶段，观察法、实验法、调查法、逻辑方法定位于应用水平；模型法、假说方法、数学方法定位于知道水平；模拟方法定位于理解水平。

调查结果还显示，对同一种科学方法的认知水平层级的定位，一线教师和大学教师对初中学生科学方法认知水平层级的定位存在一定差异，且不同科学方法差异不同。对于实验法，约有50%的一线教师和大学教师都倾向定位在应用水平，有近一半的中学教师定位于评价和创造水平，定位于理解水平的不到10%，而在大学教师中把观察法定位于理解水平的占了1/3，定位于评价水平的占了17%。对于观察法，64%的一线教师倾向定位在应用水平，22%定位于创造水平，定位在理解水平的只有2%，而50%的大学教师将之定位于评价水平，30%定位于应用水平，17%定位于理解水平。对于调查法，约有50%的一线教师和大学教师都倾向定位在应用水平，但有近一半的中学教师定位于评价和创造水平，定位在理解水平的不到10%。

（2）针对高中学段科学方法认知水平层级定位的调查研究

调查结果显示，对于观察法，55%的受调查者认为，应该定位于创造水平，约有27%认为应该定位于应用水平，15%认为应该定位于评价水平，与初中阶段相比，受调查者对高中阶段的定位更加倾向于创造水平。对于实验法，约50%的受调查者认为，应该定位于评价水平和创造水平。对于调查法，45%的受调查者认为，应该定位于创造水平，35%认为应该定位于应用水平，24%认为应该定位于评价水平。对于比较与分类和分析与综合法，定位比较分散，基本倾向于定位在应用水平、评价水平和创造水平上，创造水平略显优势。对于归纳法，约占50%的受调查者认为，应该定位于评价水平，有27%的受调查者认为应该定位于创造水平。对于演绎法和类比推理方法，约占50%的受调查者认为，应该定位于应用水平，而定位于理解水平、评价水平和创造水平的各占10%～20%。对模拟方法认知维度的定位比较分散，比较集中的水平是应用水平和创造水平，分别约占到1/3。对于数学方法，55%的受调查者认为，应该定位于评价水平，各有18%认为应该定位于理解水平和创造水平。对于模型法和假说方法，64%受调查者的观点是将这些方法定位于应用水平，定位理解水平、评价水平和创造水平的也各占10%左右。对于系统方法，比较集中的定位水平是理解水平和应用水平，但也都各占到1/3。

综上，以“认同度最高频度”作为标准来定位认知水平，表明在高中阶段，观察法、实验法、调查法、比较与分类、分析与综合定位于创造水平；归纳法定位于评价水平；模拟法、模型法、假说方法、数学方法和系统方法定位于应用水平。

四、研究结论

1.对科学方法认知内容的研究

综合调查结果和对教材及生物课程课标的解读，我们认为，在初中阶段，观察法、实验法、调查法、比较与分类、分析和综合、归纳与演绎类比推理、模拟法、模型法和数学方法都应该成为生物教学的重要内容。高中学段的科学方法认知内容，在初中的基础上，还应该增加假说法和系统方法。

2.对科学方法认知水平层级定位的调查研究

问卷调查结果显示，被调查人员认为在初中阶段，观察法、实验法、调查法、逻辑方法最高的认同度处于应用水平；模型法、假说方法、数学方法最高的认同度处于知道水平。模拟方法最高的认同度处于理解水平。在高中阶段，观察法、实验法、调查法、比较与分类、分析与综合最高的认同度处于创造水平；归纳法最高的认同度处于评价水平；模拟法、模型法、假说方法、数学方法和系统方法最高的认同度处于应用水平。

文献研究表明，科学过程技能分为基本过程技能和综合过程技能，初中阶段应该定位于发展基本的过程技能，包括观察、分类、实验测量、变量的识别和控制等，高中阶段应该发展学生的综合过程技能，包括实验设计、实验结果的分析、逻辑推理和建立模型等。

每种科学方法都需要在不同的学习阶段反复学习，其中的内容和要求应该是逐级上升的。例如对于模型法，可以要求初中生利用细胞模型来认识和描述细胞结构。但发展到高中阶段，要拓展到模型的解释功能，要求学生能够建立和使用模型来阐明细胞的结构及其特点。基于以上各种观点，我们结合中学生物教学实际，对科学方法的认知水平层级作了以下定位。（见表2）

五、问题与思考

本研究结果表明，生物学科专家和中学教师对科学方法认知内容和认知层次水平的定位呈现认识不统一的现象，且此方面的研究成果较少见。因此本研究成果的推广有利于促进相关专家和中学教师更多地关注科学方法的教学与研究，形成符合并可以促进学生发展的科学方法内容，设计适合各阶段学生认知水平的教学方法，使学生的科学素养随着学习阶段的延伸实现连贯一致的发展。

（作者单位：北京市中关村中学）

（责任编辑：张迿 史雅宁）