教师对科学探究本质的理解及其对教学的影响——基于对一线物理教师的调查

田春凤

(包头师范学院物理科学与技术学院,内蒙古 包头 040130)

·教师进修园地·

教师对科学探究本质的理解及其对教学的影响
——基于对一线物理教师的调查

田春凤

(包头师范学院物理科学与技术学院,内蒙古 包头 040130)

课程改革倡导探究教学,教师能否恰当理解科学探究的本质是影响探究教学有效性的关键因素之一.本文首先指出科学探究本质的内涵,然后以此为依据设计问卷,对全国14省市151位中学物理教师进行调查,结果显示教师对科学探究本质虽然有一定的理解,但仍然存在某些认识上的偏差问题,在此基础上进一步讨论了这些认识对探究教学的影响.

科学探究;科学本质教育;物理教师;探究教学

1 引言

基础教育课程改革以来,“科学探究”已成为研究者和教师使用频率最高的词汇之一.尽管大部分教师接受了科学探究的理念,并在课堂中实践“探究教学”,但目前探究教学存在不少问题,例如，过分夸大科学探究的价值,将探究实验作为实验课,特别是公开课、评比课的唯一形式;又如，将科学探究的7个要素作为标准模式,只要开展探究教学,必然经历提出问题—猜想与假设—制定计划与设计实验—进行实验与收集证据—分析与论证—评估—交流与合作等一系列环节;再如，重探究的形式、轻探究的实效,探究的问题缺乏深度或探究的价值;对学生的猜想缺乏科学指导,不做点评;探究不充分,只要有学生得到教师需要的结果,即宣布探究活动结束等.

这样的探究教学失去了科学探究的精髓,通常是低效的或无效的,如何提高探究教学的有效性已成为一个亟待解决的重要问题.造成探究教学低效或无效的原因有很多,例如教育政策或评价的问题、学校硬件和软件环境问题、教师的问题、学生的问题等.现有研究和教师培训主要集中于为教师提供探究教学策略或技能方面的支持.教师要想有效地开展探究教学,除了需要外部环境条件的支持和掌握一定的探究教学策略、方法与技能外,还必须准确理解科学探究的本质,这是提高探究教学有效性的关键因素之一.

科学探究的本质是科学本质的一个重要方面,本文首先从科学本质教育的视角明确科学探究本质的内涵,然后以此为依据设计问卷,了解一线物理教师对科学探究本质的理解程度,并分析其对探究教学有效性的影响.

2 科学探究本质的内涵

概括目前科学本质教育的研究成果,我们认为科学探究是科学家描述和解释自然的一种基本方式,它源于人类的好奇心和探索欲,具有建构性、创造性和主观性的特点,提出问题、猜想假设、设计实验与制定计划、进行实验收集证据、分析论证得出结论等构成了科学探究的全过程.具体包括如下几点.

(1) 科学探究的动力.

科学的发展并非完全来自于外部的社会需求,科学探究的基本驱动力是人们对外在世界的好奇心.[1]

(2) 科学与提出问题.

科学探究是以科学问题为起点的,[2]科学家工作的重要方面就是不断地提出问题和寻求答案,之后引发新的问题.[3]

(3) 证据的重要性.

科学必须建立在真实的证据基础上,根据证据可以推翻权威.[4]科学实验是获取证据和验证假说的最主要方法之一,一个实验的结果不能有效地证明一个科学论断,科学实验必须是可重复的.[3]

(4) 科学探究的过程.

观察和提出问题、形成假设、检验求证、得出和解释结论、交流和应用等共同构成了科学探究的全过程,[2]但并不存在标准的或固定的研究步骤或程序.[4]

(5) 研究方法的多样性.

科学方法具有多样性,[5]而且同一个问题也可用不同的方法来解决,最终可以得到同样的结果.[1]

(6) 创造性.

科学探究不仅涉及逻辑推理和实验活动,同时还是一个充满创造性思维的过程.[6]

(7) 主观性.

科学探究是一种主体建构活动,具有主观性,[7]科学研究会受到科学家知识背景、信念和经历等主观因素的影响,因此无法做到绝对客观,只能尽量避免偏见与误差.[3]

3 教师对科学探究的理解及其对探究教学的影响

根据上述对科学探究本质的理解设计问卷,对151位来自全国14省市的初、高中物理教师进行问卷调查,对调查结果采用SPSS进行统计与分析.下面就对调查发现的主要问题及其对探究教学有效性的影响进行详细分析，样本情况如表1所示.

表1 研究样本的基本情况

3.1 对“科学探究的动力”的认识

部分教师对科学探究的动力存在一定的“功利化”认识倾向,认为科学探究主要受社会发展和人类生活需求的驱动,而对科学的唯真性和价值中立性缺乏足够的科学认识.

调查显示,60.5%教师认为科学家做研究更多的是出于好奇心和探究欲望,但同时也有19.7%教师不同意该表述,19.7%持不确定态度;70.9%教师认为科学与技术一样都是受社会需求的驱动,目的是满足社会发展和人类生活的需要,其中23.3%教师表示完全同意这种观点.

这说明,教师虽然意识到科学的唯真性和价值中立性,认为科学探究的内在驱动力是人类的好奇心和探索欲望,但大部分教师仍存在一定的“功利化”认识倾向.这就造成许多教师在探究教学中,忽视或不能很好地激发和利用学生的好奇心与探索欲望,如创设的情境远离学生生活,缺少趣味性和探索性,探究的问题由教师直接给出,且问题缺乏深度,等等.

3.2 对“科学探究过程”的认识

绝大部分教师对科学探究的过程具有一定的认识,但部分教师将科学探究的七要素视为标准的、固定的模式.

调查表明,绝大部分教师对科学探究的过程与要素有所认识,例如，92.0%教师认为“形成对自然现象的假设和预测是形成新知识的必要环节”;86.7%教师意识到问题在科学研究中的地位,并认为科学研究就是不断地提出问题和寻求答案,之后又引发新的问题.但部分教师将科学探究的七要素教条化和模型化,例如，24.5%教师认为“科学研究中存在一套所有科学家都可遵循的固定的研究步骤或程序”,21.9%对此持不确定态度.此外,44.4%教师赞同朴素的科学探究观,即认为科学知识来自经验,是从观察和实验中总结出来的.

这表明,教师对科学探究的过程具有一定的认识,但还存在偏差,部分教师将科学探究的七要素视为标准的、固定的模式,还有部分教师赞同朴素的科学探究观.这些不恰当的理解是造成探究教学出现教条化和滥用现象的主要原因.

3.3 对“证据重要性”的认识

大部分教师强调证据在科学探究中的重要性,但部分教师对科学实验和观察的可重复性缺乏清晰的认识.

调查表明,绝大部分教师强调证据在科学探究中的重要性,例如，89.4%教师认为科学知识必须接受观察、实验的检验.但对科学实验和观察的可重复性,教师的认识情况并不理想,仅有53.4%的教师赞同这样的表述,即一个实验的结果不能有效地证明一个科学论断,科学实验和观察必须是可重复的,还有18.5%教师对此持反对意见.

这表明,教师虽然强调证据的重要性,但部分教师对科学实验和观察的可重复性缺乏清晰的认识.由此可见,在探究教学中教师通过一次或几次实验就草草给出结论的做法,并不完全由于课时的限制,而是部分地由教师理解科学探究的偏差造成.

3.4 对“科学研究方法和科学探究创造性”的认识

大部分教师虽然意识到科学研究方法的多样性,承认想象或联想等创造性方法的价值,但对科学探究创造性的认识不足.

调查发现,绝大部分教师意识到科学研究方法的多样性,例如，86.7%教师认为一个科学问题可能用两种以上的研究方法成功解决;89.4%教师强调想象或联想等创造性方法的价值.但对科学探究的创造性,教师的认识情况并不理想.调查显示,44.4%的教师认为科学发展史中的直觉或想象只是偶然事件,科学研究必须是客观的和理性的,而只有35.1%教师对此持反对意见.

这表明,教师虽然承认想象或联想等创造性方法的价值,但部分教师对科学探究的创造性缺乏明确的认识.这就使得教师过分强调科学探究中的逻辑和实验,而很少注重科学探究中的创造性,甚至在某些情况下采取回避的态度.此外,探究教学中某些突发事件也体现了科学探究的创造性特征,学生在探究过程中会表现出个性化的、创新性的思维,使得实际的探究教学与教师的预设不符,许多教师不能恰当地看待和处理这些意外情况.

3.5 对“科学探究的主观性”认识

大部分教师认识到科学探究的主观性,但这种认识并不牢固.科学追求客观性,但科学探究作为一种认知活动,是个体主动地建构对客观世界理解的过程,因此不可避免地具有主观性.调查表明,大部分教师虽然认识到科学探究的主观性,但这种认识并不牢固.

观察的理论承载性,即由于受个人知识背景和研究期待的影响,对同一事件或现象的观察结果会因人而异,这是科学探究主观性的最主要表现之一,调查显示,86.1%教师赞同此观点,但也有15.9%的教师认为实验现象是客观存在的,无论是谁观察到的结果都应该相同.对数据分析与解释的调查也表明,58.9%的教师认为“实验结果和数据的解释产生于思维,不同的科学家会做出不同的解释”,但也有19.9%的教师反对这种观点.

笔者认为,教师对科学探究主观性在理解上的偏差使得探究教学出现如下问题:第一,探究教学的设计和实施忽视学生的原有经验和认识;第二,忽视学生在探究过程中的主观性,丧失教学生成的时机.

4 结语

基础教育课程实施以来,一线教师对科学探究的本质有了一定程度的理解,认识到科学探究是科学研究的重要方式,明确了科学探究的过程与方法,但对科学探究的动力、科学实验和观察的可重复性以及科学探究的创造性和主观性等方面还存在一定的偏差,这也对探究教学的有效实施产生了不良影响.为了提高探究教学的有效性,教师教育或师资培训中应采取针对性措施提高教师对科学探究本质的理解.

此外,需要指出的是,理解科学探究的本质是提高探究教学有效性的必要但非充分条件,为了保证探究教学的有效实施,还必须从教育政策、教育评价方式与内容、学校的软件及硬件环境、教学策略与技能支持等多方面采取措施.

1 陈文典.科学本质的体认.http://gz.fjedu.gov.cn/fjjy/kexue/ShowArticle.asp?ArticleID=6064.

2 陈琴,庞丽娟.科学探究:本质、特征与过程的思考[J].教育科学，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,段晓林.科学本质在科学教育上的启示与作法[J].科学教育月刊,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 中华人民共和国教育部制订.《全日制义务教育 科学(7～9年级)课程标准(实验稿)》[S].北京:北京师范大学出版社,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)