中学生科学探究能力结构模型初探，本文主要内容关键词为：中学生论文,模型论文,能力论文,结构论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
现代教育观认为：科学教育除了科学知识的传授和技能的训练外，还应该重视培养学生的探究兴趣、探究能力、良好思维习惯以及创新意识，从强调知识内容获取向理解科学过程转变，从强调单纯知识积累向探索知识转变。科学教育的目标越来越倾向于培养学生的科学探究能力、科学态度和科学精神。近年来，国内外对探究学习和教学进行了广泛的研究，一致认为探究式学习方法能够保持学生在课堂上强烈的好奇心和旺盛的求知欲；通过探究教学，能使学生各方面的能力在其原有的水平上有所发展。我国大多数有关探究学习和探究教学的研究都提到现在的学生缺乏探究能力，通过探究学习可以提高学生的探究能力。但是对在探究教学中处于主体地位的学生所应具有的科学探究能力，相关的研究还不是很多，对学生现有的科学探究能力和水平、科学探究能力的发展以及在探究过程中的薄弱环节等的研究也不多。
了解中学生科学探究能力的发展水平和规律，分析和统计学生在课堂教学中关于科学探究的各种能力要求的情况，可以为开展探究教学设计，采用恰当的探究教学策略，更好地培养学生的科学探究能力，提供必要的依据，也可以为编写适合新课程标准要求的教科书提供确实、详尽的资料，有助于制定科学探究能力的培养目标。为了了解学生的科学探究能力的发展水平和规律，我们试图建构一个中学生科学探究能力的结构模型，并给出科学探究能力的主要指标。在此基础上，建立测量与评价学生科学探究能力的测量表，该测量表操作性强，评价指标简明，方法易行，便于一线教师使用，为在中学进行科学探究教学，培养学生科学探究能力提供一些参考意见与理论依据。
一、科学探究能力的界定
科学探究原是指科学家研究自然界的科学规律时所进行的科学研究活动。在新一轮的教育改革中，把科学探究引入学生的学习过程，因而，在这里科学探究是指学生在物理课程学习中的自主学习方式和学习过程，即能从日常生活、自然现象或实验现象的观察中发现与物理学有关的问题，并且能通过提出问题、调查研究、动手实验、表达与交流等探究性活动，获取知识、技能和方法。科学探究能力是保证学生顺利完成探究性活动的心理特征，它具有以下六个主要特点。
1.科学探究能力表现在学生进行探究性学习的活动中，并在活动中得到发展。学生的科学探究能力的水平将直接影响和决定其进行探究性学习的效率和结果。
2.科学知识和探究技能是有机结合的。科学探究能力离不开科学知识和科学技能，缺乏科学知识，科学探究就无从谈起；缺乏科学技能，也无法进行科学探究。
3.探究活动具有外显性，探究过程中有可以看得见的环节。
4.探究活动的进行具有灵活性和协调性。一般来说，可以把探究过程分为七个要素，但在实际进行探究活动时，不一定按照这七个要素的排列顺序进行，可以交叉进行，也可以将后面的要素提到前面进行，应该根据探究的要求灵活掌握，使探究活动协调进行。
5.科学探究活动具有集体性、合作性和交流性，是一种集体性的协作活动，对于简单的问题可以由学生个人来进行，对于比较复杂的问题，可以通过小组活动甚至全班性活动进行，在学生间进行交流和合作。
6.探究活动具有循序渐进性。学生的科学探究能力的发展是在探究实践中不断积累起来的，学生经历的探究活动应该由简单到复杂，使探究活动的水平循序渐进地提高。
二、科学探究能力的结构模型
根据科学探究能力的定义其特点，参照基尔福特的智力结构图，我们试图建立科学探究能力的结构模型（如图）。
该模型由三个维度组成，分别是科学探究内容（z轴）、科学探究的过程（y轴）和科学探究能力的品质（x轴）。每个维度有不同的因子，科学探究内容的因子有4个，即科学现象、科学概念、科学规律、科学问题；科学探究过程的因子有6个，即提出问题、猜想与假设、制定计划和设计实验、进行实验和收集数据、分析与论证、评估交流与合作；科学探究能力的品质因子有5个，即深刻性、灵活性、敏捷性、批判性、独创性。考虑到这15个因子的不同组合，可以形成120种不同的元素，每一个元素代表一个基本的探究能力单元，例如在科学现象的探究方面，学生也要经过提出问题、猜想与假设、制定计划和设计实验、进行实验和收集数据、分析与论证、评估交流与合作等几个过程，即使在科学现象探究的提出问题的过程中，也有不同的品质表现。因此，在中学物理的探究式教学中，要培养学生的科学探究能力，就是要在学生的大脑中不断塑造和完善基本科学探究能力的元素的集合，逐步形成完整而合理的结构。
三、科学探究能力结构模型的特点
科学探究能力的结构模型具有以下三个特点。
第一，整体性。该结构模型指出了中学生科学探究能力是由科学探究能力的品质、科学探究的内容和科学探究的过程有规则、有秩序地构成的一个相互作用、相互制约、相互促进、共同发展的有机整体。因此，测量学生的科学探究能力时必须同时考虑这三个方面的因素。
第二，静态性与动态性的统一。该结构模型在某一特定时期或阶段是相对稳定的，但也随着科学知识的丰富、智能品质的提高、探究能力的发展以及非智力等外界因素的影响而按一定的规律发展变化。在变化过程中，整个结构的形式保持不变，变化和发展的只是具体内容。
第三，自调性。该结构模型内各成分为达到平衡，能产生依靠其内部规律而进行的自我调节。
四、科学探究能力的主要指标
从科学探究能力的结构模型，我们得到如下的启示：第一，中学生的科学探究能力是由科学内容、探究过程、能力品质构成的一个有机整体，对该能力的测量必须同时考虑这三方面的因素；第二，科学探究能力的培养必须贯穿在科学内容的教学与探究过程中，并且将能力品质的训练作为培养科学探究能力的突破口；第三，中学生科学探究能力的形成和发展过程是该模型的形成和改组的过程，每一个阶段有一种相对稳定的结构，教学设计与教学策略要适应这种结构，并最大限度地促进其发展。
在探究性学习中，科学探究能力品质与科学探究的内容和过程发生相互作用和相互渗透，使其具有外显表现。根据中学生科学探究能力的结构模型，为了研究的方便及能够建立操作性强、评价指标简明、方法易行的测量表，我们以品质维度为主要的维度，把科学探究的内容和过程合为一个维度，由此我们可以认为，在科学探究能力的各品质中学生应该达到的主要指标如表所示。
中学生科学探究能力的表现
┌────┬──────────────────────┐
│
能力 ││
│
表现 │中学生科学探究能力 │
│品质││
├────┼──────────────────────┤
││1.能从日常生活、自然现象或实验现象的│
││观察中发现与物理学有关的问题，并能书面或│
││口头表述这些问题。 │
││2.根据已有的知识和经验对问题的成因提│
││出猜想。│
││3.能在明确探究目的和已知条件的情况 │
││下，制定计划。 │
││4.能根据制定的计划，设计出合理的实验│
│
深
│方案。 │
││5.能通过调查研究、动手实验等手段进行│
│
刻
│探究。 │
││6.能通过观察和实验，正确记录实验数据。 │
│
性
│7.能初步描述实验数据或有关信息，分析│
││实验数据或对收集的数据进行简单的比较。 │
││8.能通过公共信息资源（如图书馆、阅览│
││室、科技馆、博物馆、展览馆、广播、电视和互联│
││网等）收集资料。│
││9.能对探究过程和探究结果进行简单的评│
││估，写出探究报告。 │
││10.能与同学进行交流，准确表述自己的观
│
││点。│
├────┼──────────────────────┤
││1.对日常生活、自然现象或实验现象，能多 │
││角度发现与物理学有关的问题。│
││2.对于同一个问题，能提出多个探究方向， │
││对可能出现的结果提出多种假设。 │
││3.善于对不同的问题，选择不同的科学探│
││究方法及所需要的器材。 │
││4.能从不同的角度思考和分析所观察的现│
│
灵
│象，并且能够观察现象的动态特征。│
││5.在进行实验的过程中，能根据已用过的仪 │
│
活
│器的特点和性能灵活地进行装配、调试、操作。 │
││6.善于对实验进行合理的组合和安排，对│
│
性
│所用仪器进行恰当的布局，使之便于操作。 │
││7.能采用不同的方法（如图表、曲线、数字 │
││或物理模型等）对收集到的信息进行比较分析， │
││对探究结果进行描述和解释。 │
││8.能从不同的角度对探究过程和结果进行│
││评估。 │
││9.能根据不同的实验方案写出不同形式的│
││探究报告。 │
└────┴──────────────────────┘
┌───┬───────────────────────┐
│ │1.对常见的现象，能迅速地发现其与物理 │
│ │学相关的问题。│
│ │2.在猜想与假设过程中，思维要具有逻辑 │
│ │性、连贯性，能迅速把问题与已有知识联系起来。 │
│ │3.能根据探究目的和已知条件，及时制定 │
│ 敏 │适合的计划和实验方案。│
│ │4.在探究过程中，能根据具体的情况和条 │
│ 捷 │件及时调节实验方案。 │
│ │5.能熟练操作基本的实验仪器和工具。│
│ 性 │6.能对偶然现象做出反应，熟练、正确地观│
│ │察现象和记录数据，迅速捕获重要信息。 │
│ │7.能够及时、正确地进行数据处理或分析 │
│ │收集的信息。 │
│ │8.及时与小组的其他成员进行交流，写出 │
│ │报告。│
├───┼───────────────────────┤
│ │1.善于发现日常生活、自然现象、实验现象│
│ │中的异常现象，并能书面或口头描述其与物理 │
│ │学有关的问题。│
│ │2.善于对各种可能的猜想和假设进行比较 │
│ │和分析，找出它们之间的共同点和差异。 │
│ │3.能考虑到实验的关键因素，排除干扰因 │
│ │素，具有控制变量的初步意识。 │
│ │4.具有评估有关信息科学性的意识和初步 │
│ │能力。│
│ 批 │5.在实验过程中能集中注意力，并保持质 │
│ │疑，及时地检查、评价、调节实验过程。 │
│ 判 │6.能排除常见故障，使实验顺利进行。│
│ │7.具有为了得到可靠的数据，有必要进行 │
│ 性 │重复实验和测量的意识。│
│ │8.能对不同的观测结果提出简单解释，保 │
│ │持质疑心理。 │
│ │9.具有寻找出现不符合数据原因的能力， │
│ │重视反思和总结，进行简单的因果推理。 │
│ │10.能够注意到假设与探究结果之间的差异。
│
│ │11.能注意到探究过程中未解决的矛盾，发 │
│ │现新的问题，将结果与科学结论相比较。 │
│ │12.善于思考别人的意见，发现自己的不
│
│ │足，改进探究方案。│
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│ │1.善于从一些司空见惯的日常生活、自然 │
│ │现象和实验现象中，发现隐蔽的、复杂的、具有│
│ │探索性的问题。│
│ 独 │ │
│ │2.善于在科学概念、科学规律与科学事实 │
│ │之间产生联想。│
│ 创 │ │
│ │3.能根据实际情况进行创造性思维，提出 │
│ │不同于其他同学的独特的、新颖的猜想和假设。│
│ 性 │ │
│ │4.善于运用分析、综合、抽象、概括等方法， │
│ │迅速洞察科学研究对象的本质属性和相互联│
│ │系，发现其中的关键因素。 │
└───┴───────────────────────┘
┌────┬──────────────────────┐
│能力││
│表现│中学生科学探究能力 │
│││
│品质││
├────┼──────────────────────┤
││5.根据探究目的和已知条件，独立制定计│
││划和设计实验方案。 │
││6.能独立选择合适的探究方案和实验器材。 │
││7.能够独立组装实验并进行操作，善于探│
│
独
│索发现新颖的、独特的操作技巧和方法。│
││8.善于选择新颖、独特、有效的方法收集数 │
││据和信息。 │
│
创
││
││9.在教师的启发下，能自己发现数据间的│
││规律。 │
│
性
│10.能根据问题对所得到的数据独立进行 │
││分析。 │
││11.具有检查和评价探究结果和探究过程 │
││的意识，提出自己的观点，独立思考探究过程中 │
││的优缺点。 │
└────┴──────────────────────┘
中学生科学探究能力品质的得分为各主要指标得分的平均值。这样我们就可以通过考查学生科学探究能力的各主要指标，得出学生科学探究能力的分数，通过他们的得分可以判断中学生科学探究能力的高低，测量与评价学生的科学探究能力。
五、结构模型中应注意的问题
我们构建了中学生科学探究能力的结构模型，并在考虑能力品质与科学探究的内容和过程的相互作用的基础上，提出了中学生科学探究能力的表现，在考虑科学探究能力的结构时，还应注意以下七个方面。
1.科学探究能力具有它自己的特点，不同于观察能力、实验能力和思维能力，也不同于创造能力。我们认为中学生的科学探究能力体现在探究活动的各个环节中，即科学探究能力在提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、分析与论证、评估、交流与合作等环节中都有体现。
2.科学探究能力是一种能力，它的组成要素中不应该包括非智力因素，但非智力因素对科学探究能力的影响是不可忽视的，同时，科学探究能力的培养也有助于非智力因素的培养。
3.科学探究能力与智力是个体心理的两个不同的方面，它们相互联系、相互区分、相互作用、共同发展，从本质上说它们都具有深刻性、灵活性、敏捷性、批判性、独创性等品质，只是为了研究问题的方便才加以区分的。在学生进行科学探究的整个过程中，科学探究能力、智力、非智力等因素共同发挥作用，使得学生的科学探究过程可以顺利进行。
4.科学探究能力以科学知识和探究技能为基础，科学探究能力与知识不同，但是科学探究能力离不开知识，与知识有着密切的联系，知识的掌握能促进科学探究能力的提高，反之，科学探究能力的发展又为知识的掌握提供手段，有助于掌握和理解知识。
5.科学探究能力的结构是静态结构和动态结构的统一，在分析科学探究能力的组成要素时，可以将科学探究能力的结构看成是静态的。在研究其发展及其内在联系时，可以把结构视为动态的。动态性是科学探究能力的精髓，首先，动态性表现为科学探究能力的结构是主体与客体交互作用的结果；其次，动态性表现为科学探究能力结构是主体在对科学现象、科学概念、科学规律和科学问题等的探究学习中逐步形成、发展和完善的。因此，科学探究能力主要表现在科学探究内容的几个方面，即科学现象、科学概念、科学规律和科学问题。
6.科学探究能力的结构应反映科学探究能力的主要方面，应该具有可操作性，可以用来指导科学探究能力的测量，发展研究和培养。
7.科学探究能力的结构还应该反映科学探究的过程，此过程包括提出问题、猜想与假设、制定计划和设计实验、进行实验与收集数据，然后进行分析、论证、评估和交流，以达到掌握知识、理解知识的目的。
根据构建的中学生科学探究能力的结构模型及其模型中应注意的问题，以及在此基础上提出的中学生科学探究能力的指标，我们可以制定中学生科学探究能力的测量表，了解中学生科学探究能力的发展水平和规律，对中学物理的探究教学提出建议，以更好地培养中学生的科学探究能力。