广州市高中生科学探究能力发展水平的调查分析及教学建议

龚彬

摘  要：文章对广州市19所普通高中的3472名高中生进行调查研究后发现，广州市高中生科学探究能力处于高水平人数占24.8%，大部分处于中等水平。科学探究能力的8个方面，高水平学生的占比仅实施实验能力超过50%。随着年级的增长，学生反思与评价、表达与交流能力略有提升，但并不显著。针对以上情况，文章提出了培养学生科学探究能力的5个教学建议。

关键词：科学探究能力；调查研究；教学建议；高中生

一、科学探究能力构成及测试样本情况说明

查阅文献发现，研究者普遍认为科学探究能力主要包括８个方面：“提出问题、猜想与假设、制定计划、实施实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流”。通过教师访谈并结合自身教学实际，笔者认为将科学探究能力分层以上８个维度进行调查研究切实可行。本调查研究根据科学探究能力的８个维度，编制网络调查问卷和纸质调查问卷。本次测试样本包括广东省广州市１９所普通高中，涵盖各层次生源的学校，网络调查问卷有效问卷数３４７２份，其中高一７９８份，高二２４２９份，高三２４５份。纸质调查问卷有效问卷数３５４人，参与人员主要为广州市铁一中学越秀校区、番禺校区、清远校区的铁英班的学生。

二、广州市高中生科学探究能力发展水平测试结果

（一）广州市高中生科学探究能力总体发展水平

基于假设：科学探究能力８个维度同等重要，各维度满分值相同，每个维度最高分１２．５分，最低分７．５分。８个维度总分１００分，最低分６０分，如表１。

调查显示广州市高中生科学探究能力平均分８４．８分。各分数段人数统计见图１，科学探究发展水平较高的学生占２４．８％，发展水平居中的学生占７４．０％，发展水平较低的学生占１．２％。可见高中生科学探究能力提升还存在较大空间。

（二）广州市高中生科学探究能力８个维度发展水平情况

广州市高中生科学探究能力８个维度高水平学生占比见图２。通过图可见广州市高中生科学探究能力８个维度处于高水平的人数只有实施实验能力达到５０．２％，另外７个维度处于高水平人数都不足５０％。本地学生实验探究能力的８个维度中：提出问题、猜想与假设、制定计划能力处于高水平的学生占比较低，说明本地学生问题意识较薄弱，大部分学生没有主动利用科学知识进行科学探究的习惯，同时也说明高中教学培养学生科学探究能力，需在以上几个方面多下功夫。其中“提出问题”维度设置问题为：Ｔ４． 你能否从日常学习、生活中发现有探究价值的问题？Ｔ５． 实验过程中，你会对实验中的“异常现象”质疑吗？“猜想与假设”维度设置问题为：Ｔ６． 你能否根据已有的证据提出猜想和假设？“制定计划能力”维度设置为题为：Ｔ７． 你能否根据猜想和假设制定简单、可行的实验方案？实施实验能力处于高水平学生人数较多，可能与本地初、高中化学教学过程中注重开设学生实验、强调实验基本操作规范有关。

（三）广州市高一、高二年级学生科学探究能力发展水平情况

高三年级参与问卷调查学生人数较少，不具有代表性。高一、高二调查结果见图３，调查显示高中教学对学生反思与评价、表达与交流能力有显著提升，其中“反思与评价”维度设置问题为：Ｔ９． 实验过程中你能否正确、客观地评价自己或他人的研究成果？Ｔ１０． 你能否对自己的学习过程、学习结果经常反思？

高中教学对学生提出问题的能力略有提高，但对学生实施实验能力不但没有提升反而显著下降。其中“实验实施能力”维度设置问题为：Ｔ８． 你是否熟悉常用的基本实验操作（如试管的洗涤、酒精灯使用、滴管使用、气体的制备与收集）？

整体而言，高二学生实验探究能力相比高一学生有提高，说明高中的教学活动对学生实验探究能力提升有一定效果，但并不显著。导致学生实施实验能力下降的原因可能与初中化学教学过程中特别强调实验基本操作，而高中教学注重实验原理、实验方案评价，忽略基本操纵技能有关。

（四）挑选部分优秀学生进行纸质问卷调查情况

科学探究能力主要通过发现问题、提出假设、设计方案解决问题的过程表现出来，同时科学探究能力是学生在探究性活动逐步发展起来的，因此调查学生科学探究能力的发展水平离不开探究性活动。对科学探究能力中“提出问题、猜想与假设、制定计划”可以通过网络调查问卷的方式对广州市高中生进行抽样调查，并收集数据。但科学探究能力中“实施实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流”通过网络调查问卷的方式进行，效果不一定好，因此通过纸笔测试、学生座谈、网络调查问卷多种方式结合的方式进行。

１． 开放性大、探究过程复杂的活动，需要学生自主地将知识结构化、系统化，更能够体现出学生科学探究能力水平的高低。因此笔者设计了２个开放性大、探究过程复杂的活动。并组织广州市铁一中学教育集团三个高中校区的优秀学生进行问卷调查。调查结果显示：提出问题能力方面，大部分学生都能够提出１－２个值得研究的问题，但能够从多个研究角度全面提出问题的学生只占２１．３％。例如活动１中大部分学生只能够提出研究问题如：氨水的浓度增大碱性增强，导致氢氧化铝溶解？氨水浓度增大，氨分子浓度增大导致氢氧化铝溶解？很少学生从反应热量变化、ＰＨ值等角度提出探究问题。活动１：材料一：斯达舒是生活中常见的胃药，说明书上这样表述：本品每粒含氢氧化铝１４０ｍｇ。可用于缓解胃酸（盐酸）过多引起的胃痛、胃烧灼感、反酸，也可以用于慢性胃炎。

材料二：人教版教材中表述：氢氧化铝在酸或强碱溶液里都能溶解，这说明它既能与酸反应又能与强碱反应。

材料三：实验验证：分别向约０．４ｇ Ａｌ（ＯＨ）３沉淀中加入５ｍＬ 蒸馏水、５ｍＬ １ｍｏｌ／Ｌ 氨水、５ｍＬ 分析纯氨水（质量分数３０％），观察比较实验现象发现：蒸馏水和５ｍＬ １ｍｏｌ／Ｌ 氨水中氢氧化铝没有溶解，而分析纯氨水中氢氧化铝溶解。

（１）针对以上材料，请尽可能多地提出你想研究的问题？

（２）根据你提出的问题，你有哪些猜想和假设？

（３）根据你的猜想和假设，请设计实验方案（包括实验操作步骤、仪器、试剂等）？

（４）你认为出现何种现象能够证明假设的正误？

（５）与同学交流讨论后，同学是否认同你实验方案？是否需要对原有方案进行修订？如何修订？

（６）通过本探究活动，你最大的收获是什么？

２． 对优秀的高中生而言，发现问题后，提出相应猜想和假设基本没有问题。例如活动２中学生基本都能从溶液酸碱性强弱的角度或者不同种类金属氧化物溶解的pＨ值不同等角度提出假设和猜想。活动２：情境：向盛有１００ｍＬ饱和ＮＨ４Ｃｌ溶液的烧杯中加入少量Ｆｅ２Ｏ３，放置半个月后（或沸水浴１２ｈ再加入ＮＨ４Ｃｌ固体直至不再溶解），滴入ＫＳＣＮ溶液皆无明显现象。将以上实验中的Ｆｅ２Ｏ３换成ＭｇＯ，其他条件不变，发现白色固体减少。

（１）针对以上实验事实，请尽可能多地提出你想研究的问题？

（２）根据你提出的问题，提出你的猜想和假设？

（３）根据你的猜想和假设，设计实验方案？

（４）你认为出现何种现象能够证明你假设的正误？

（５）与同学交流讨论后，同学是否认同你实验方案的合理性？你是否对原有方案进行修订？如何修订？

（６）通过本探究活动，你最大的收获是什么？

３． 设计实验方案、预期现象及结论方面，高三学生明显优于高一学生，说明高中教学对学生实验方案设计提升效果明显。

４． 通过同学之间交流讨论，大部分学生能够发现更多探究问题的角度，也能发现自己设计实验方案考虑不周全的方面并不断完善，可见培养学生科学探究能力，给学生创造交流讨论的机会很有必要。

三、研究结论与教学建议

（一）培养学生的问题意识是提升科学探究能力的基础

没有问题，也就不存在探究，调查显示善于发现并提出问题的高中生占比不足２０％，可见培养高中生的问题意识已迫在眉睫。大部分高中生面对升学压力、繁重的学习任务，往往没有时间、精力，更没有意识去发现“问题”。这就需要高中教师有意识地在教学活动中设计能够培养学生发现问题的教学活动、教学情境。

（二）注重复杂科学探究活动的设计

笔者认为科学探究能力在复杂的探究活动中表现出来，同时也能通过复杂的探究活动得到提升。而如何有效利用教材的科学探究栏目，以及利用学生学习、生活过程中值得探究的问题情境，不断培养学生科学探究能力还有待进一步细化、分类、设计、研究。

（三）避免让探究教学流于形式

目前教学过程中，部分教师不清楚科学探究能力包含哪些方面，不知道如何通过教学提升学生科学探究能力。教学中，往往戴着一个培养学生“科学探究”的头衔，实则希望学生按照教师预设的“流程”完成探究过程，并没有给学生真正自主思维的时间和空间。

（四）探究活动离不开真实的情景、开放性的探究任务

真实的背景往往具有复杂性、陌生性等特点，有利于学生从多角度发现值得探索的问题，并自主设计探究思路和方案。任务驱动有利于激发学生探究的内驱力，而开放性地探究任务更有利于培养学生的自主性。

（五）探究能力的提升为学习者全面、终生发展提供条件

“证据推理与模型认知”素养是需要学习者具备证据意识，学会根据证据对物质的组成、结构及其变化提出具有可能性的假设，经过分析推理进行证明或推翻其假设，以及建立观点、推论和证据之间的逻辑联系等，让学习者学习寻找证据的方式和方法，能够根据物质及其变化的信息建立并架构解决疑难化学问题的思维框架。这一系列素质教育的推行都强调了我国的教育改革督促了教育者积极研究和探索新的教学手段以更好地促进学习者的科学探究能力和化学核心素质的培养。而核心素养的提升为学习者全面、终生发展奠定了基础。

参考文献：

［１］李俊山． 高中化学教学中学生科学探究能力的培养策略［Ｊ］． 名师在线，２０１９（３６）：１７－１８．

［２］谢峰． 浅谈生态化学课堂中科学探究的重要性——以“探究氨的性质”为例［Ｊ］． 化学教与学，２０１８（１０）：３３－３５＋２４．

［３］刘东方． 中学生科学探究能力表现及现状测查［Ｊ］． 东北师大学报（哲学社会科学版），２０１８（０５）：１７８－１８４．

（责任编辑：汪旦旦）