关于高一学生化学探究能力的调查及思考——高中化学课程探究性学习的方法和途径研究课题初报，本文主要内容关键词为：生化学论文,研究课题论文,途径论文,探究性论文,能力论文，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。
一、问题的提出
当代教育的任务已不仅仅是传授知识，更重要的是让学生掌握学习的方法，培养终身学习的愿望和能力，科学探究则是实现这一目标的重要途径。
在中学化学课程与教学中提倡学生用探究的方式进行学习符合社会发展的要求，符合学生自身发展的要求，符合化学学科专业发展的要求。要使学生真正能够通过探究的方式学习化学，提高科学素养和学习能力，就必须了解学生探究能力现状和探究特点。那么，究竟如何评估学生的探究能力呢？目前尚无完整的科学探究能力评估理论体系。鉴于此，本次研究在分析化学探究能力的要素及基本构成要素的基础之上，系统、全面地调查高中学生化学探究能力的现状，并为分析影响学生探究能力的因素提出高中学生化学探究能力的策略的后续研究提供了充足的事实依据。
二、研究方法
我们在分析并总结了化学探究能力的构成要素与基本能力要求的基础之上（见表1）自编“化学探究学习能力调查问卷”（经小范围预测和专家鉴定，证明该问卷有较高的信度和效度），于2002年11～12月采取随机整群抽样法抽取江苏省内的部分高一学生进行问卷调查，本次调查共发放问卷600份，回收有效问卷557份（采用SPSS11.0进行数据分析及处理）。
表1 化学探究能力要素及基本能力要求
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│要素│基本能力要求 │
├──────────────┼─────────────────────────────┤
││具有问题意识，能从日常生活和化学学习中发现并提出问题 │
│├─────────────────────────────┤
│1.提出问题、形成课题的能力 │能从发现的问题中筛选出适当的课题进行科学探究 │
│├─────────────────────────────┤
││能明晰地表述探究课题 │
├──────────────┼─────────────────────────────┤
││能对问题的答案提出可验证的假设│
│├─────────────────────────────┤
│2.提出假设的能力│能对提出的假设进行质疑│
│├─────────────────────────────┤
││能寻找有关背景知识，恰当地确定课题研究的内容、起点和方向 │
├──────────────┼─────────────────────────────┤
││能提出解决问题的工作思路 │
│├─────────────────────────────┤
││能明确探究目标，提出可操作的探究步骤 │
│3.制定探究方案的能力│ │
│├─────────────────────────────┤
││能描述观察或测量变量的方法│
│├─────────────────────────────┤
││能考虑到影响探究结果的因素│
├──────────────┼─────────────────────────────┤
││认识到科学地收集证据的重要性 │
│├─────────────────────────────┤
││了解收集证据的基本方法，能用合适的方式收集验证假设的证据 │
│4.收集证据的能力│ │
│├─────────────────────────────┤
││知道化学实验在化学探究中的重要作用，能顺利实施实验探究方案│
│├─────────────────────────────┤
││能如实地记录实验事实 │
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││能对收集的证据进行选择、加工和整理│
│├─────────────────────────────┤
│5.分析证据、形成结论的能力 │能对实验事实或数据进行描述、解释并形成结论│
│├─────────────────────────────┤
││能应用有关的科学知识解释结论 │
├──────────────┼─────────────────────────────┤
││能注意假设与探究结果间的差异 │
│├─────────────────────────────┤
││能发现探究过程中未解决的问题，发现新的问题│
│6.评价反思能力 │ │
│├─────────────────────────────┤
││能对探究活动进行质疑、调整和完善 │
│├─────────────────────────────┤
││能对自己和他人的探究成果进行客观的评价│
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││能将探究的成果用书面或口头等形式比较准确地表达和交流 │
│├─────────────────────────────┤
│7.合作与交流的能力 │能够在探究活动中与他人很好地合作 │
│├─────────────────────────────┤
││能乐于与他人分享资料、探究成果等 │
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三、结果与分析
1.探究能力各要素与化学探究能力的关系
学生的化学探究能力是其科学探究能力在化学探究活动中的具体体现。在通常情况下，科学探究能力可以认为是学习者或研究主体在科学探究过程中逐步形成和发展起来的，是对探究活动进程及方式起稳定调节作用的个性心理特征。学生的探究学习过程从本质上说和科学家认识和研究事物的过程是一致的，有一定的活动程序或途径。由于具体探究问题的不同，探究问题的方式、途径和手段会存在差异，但是无论哪种类型的科学探究，都大体包含以下要素：提出问题并形成课题、猜想与假设、制定探究方案、收集证据、分析证据并形成结论、评价与反思、合作与交流。正是上述这些要素构成了被统称为“探究”的活动进程，同时它们也成为判断某种活动是否是科学探究活动的重要依据。
在参照初中各科课程标准（实验稿）及美国《国家科学教育标准》中对探究能力的有关描述的基础之上，结合高中学生的实际情况和化学探究学习的特点，我们分析、总结了化学探究能力的要素与基本能力要求，以此作为科学探究能力的操作性定义和本次调查研究的理论依据（见表1）。其间，我们还征求了十多位著名学科课程专家的建议，不断对该评估体系做出调整，使之更富有科学性并便于操作。从调查结果看，就全体调查对象而言，探究能力各要素均与学生的化学探究能力存在极其显著的正相关性。由Pearson积矩相关统计得出相关系数r依次为0.503、0.425、0.599、0.309、0.483、0.392、0.340（P小于0.001），这说明了我们对化学探究能力要素的分析是基本正确的。
2.学生化学探究能力的整体特点
为了清楚地了解学生的化学探究能力现状，我们对探究能力及其各要素进行了描述性统计。结果发现高一学生化学探究能力普遍偏低，探究能力各要素发展不平衡。从表2的统计结果来看，探究能力及各要素得分的偏度（sk）均小于1，符合正态分布。化学探究能力的平均得分为53.16，分数主要集中在41～65段（见图1），普遍偏低。从平均分这一统计指标可以大致看出，学生探究能力各要素的发展现状不太平衡；各要素的发展现状都不容乐观，其中要素3和要素7，即制定探究方案的能力、合作与交流的能力显得尤为突出，平均得分率仅为33.20％和48.79％。
图1 探究能力得分分布图
表2 探究能力各要素得分情况
┌─────┬────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬──────┐
│ │总分│最高分│最低分│平均分│正确率│标准差│偏差│
├─────┼────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼──────┤
│总能力│53 │70│26│53.16 │53.16 │7.93 │-0.50
│
├─────┼────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼──────┤
│1 │22 │19│3 │12.74 │57.91 │3.05 │-0.70
│
├─────┼────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼──────┤
│2 │12 │12│0 │6.75 │56.25 │2.24 │-0.14
│
├─────┼────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼──────┤
│3 │15 │13│0 │4.98 │33.20 │2.43 │0.19│
├─────┼────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼──────┤
│4 │12 │12│1 │5.71 │47.58 │1.77 │-0.15
│
├─────┼────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼──────┤
│5 │16 │15│0 │10.32 │64.50 │1.95 │-1.40
│
├─────┼────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼──────┤
│6 │9
│9 │0 │5.74 │63.78 │2.33 │-0.33
│
├─────┼────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼──────┤
│7 │14 │14│0 │6.83 │48.79 │2.27 │-0.68
│
└─────┴────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┴──────┘
从以上分析中可以大致看出目前高中学生的探究能力及各能力要素的发展现状。下面将就具体调查问题对化学探究能力各要素发展现状进行逐一分析。
（1）提出问题、形成课题的能力
统计结果显示高中学生普遍具有较强的问题意识，但提出问题、形成课题能力则较为欠缺。如对“能经常发现并提出问题，对化学学习很有帮助”这一观点，98.5％的同学完全赞同或比较赞同，有93.0％的学生认为自己对不懂的问题很感兴趣或比较感兴趣，但仅有21.0％的同学认为自己能经常从日常生活中、生产和学习过程等方面发现不懂的问题。另外，在给定的一段有关“钢铁”的阅读材料中隐含了诸如“钢铁锈蚀的原因”“钢铁锈蚀造成的危害”“如何防止钢铁的锈蚀”“废旧钢铁造成的环境问题”“废旧钢铁的回收和利用”“钢铁的成分和冶炼工艺”“特种性能钢材的开发”“合金钢的研究和利用”8个研究课题中，提出4个以上课题的同学仅占了22.1％（见图2），很多同学拿到这样的问题根本无从下手或答非所问。
图2 提出课题的人数
（2）提出假设的能力
在问卷中我们提供给学生如下信息：“根据已有的经验我们知道树木在阳光照射下发生光合作用，树木扎根于泥土中，从土壤中吸收矿物质和水分”，要求学生对“树木的组成元素”提出自己的假设，并说明提出假设的依据。调查结果显示，19.7％的同学能作出完全正确的假设，即“树木的组成元素有碳、氢、氧、少量金属元素等”，57.1％的同学能猜测出树木的组成元素有“碳、氢、氧”，仅有3.5％的同学提不出假设或提出的假设基本不正确。但是，统计结果同时也显示只有13.8％的同学能清楚地从树木的生长过程及其影响因素说出自己提出假设的依据。为什么绝大部分的同学都能提出较为正确的假设，却只有少部分同学能说出依据呢？我们分析，个别同学对该知识点可能比较熟悉，但他们提出的假设却仅仅是一种知识的简单重现，和所提供的依据无较大关联，在严格意义上不能称之为假设；有些同学的假设虽是根据所提供的信息而提出，未给出依据可能是由于不认真的态度所致。由此不难看出，大部分学生还是不太善于围绕所要解决的问题，根据新获得的事实材料对探究问题做出猜测和假设。
（3）制定探究方案的能力
制定探究方案或计划是探究过程中的重要环节，也是探究进程中最能体现学生自主学习程度的关键所在。从调查结果中，我们发现该能力要素同时也是学生化学探究能力7要素中最为欠缺的一项。例如调查中要求学生对“竹节内是真空吗？如果竹节内不是真空，其中的气体与空气的成分相同吗？”的问题以“竹节内气体成分的测定”为课题制定探究方案时，仅有3.5％的学生能写出较为切实、可行的探究方案，绝大多数同学的探究方案则显得思路紊乱，考虑不周全研究条件和可能遇到的问题，探究步骤杂乱无序。事实上，对于“竹节内是否为真空”这一问题，根据物理学上有关压强的知识，学生可以想到将竹节放置火上烤，看是否爆裂或钻孔浸入水中观察有无气泡等多种方法来制定探究方案；氧气、二氧化碳等气体的检验方法学生在初中皆已掌握，所以对“竹节内的气体成分是否与空气的成分相同”这一问题也无任何知识上的障碍，但统计结果却大大出人意料。为什么高一学生制定探究计划的能力如此欠缺呢？我们分析这可能与学生平常缺少这方面的锻炼机会有关。在以接受式学习为主的学习中，学生已习惯于被管理、被支配，缺少探究学习的机会，缺乏自主学习的意识和能力，广大教师今后开展探究教学必须有意识地培养学生制定探究方案的能力。
（4）分析证据、形成结论的能力
调查结果表明，这一探究能力要素是各探究能力要素中相对较强的。53.7％的同学可以根据所提供的有关“水”的信息归纳出4条以上的用途；在另一道给定信息的辨析题中，78.1％的同学能够找出错误信息并分析理由。学生在平时的化学学习中能接触大量的信息给予题，这类题的分析、解答过程与分析证据、形成证据的过程极为相似，即将收集的信息、证据、实验数据等与已有的知识联系起来，用科学的方法对事实依据进行概括总结，形成超越已有知识的新的理解。但是，探究能力的发展应是全方面的，仅凭这一要素来研究和衡量探究能力是不全面的。
（5）收集证据的能力、评价与反思的能力及合作与交流能力
学生的探究行为习惯表现在日常生活中的各种活动中，比较分散，这给评估带来较大的困难。众多评价方法中，比较理想的应是真实性评估，即在探究实际过程中对学生的探究能力作出判断。应当承认，问卷调查在评估学生收集证据、评价与反思及合作与交流等能力上效果并不十分理想，但是，本次研究由于需要在较短时间内获得第一手资料，故采用了问卷调查的形式。
在评估学生收集证据能力时，我们假设同学们打算写篇题为“甲烷在能源领域的应用”的小论文，要求他们列出所能考虑到的所有可能用来收集资料和信息的途径。当今社会，从网上寻找信息已成为普遍受欢迎的一种较为便捷的手段，本次调查中85％的同学都能考虑上网这一途径。调查中我们还欣喜地发现不少同学的思维十分开阔，有32.4％的同学能考虑到4条以上的获取资料的途径。例如某同学就想到了“上网查询”“向专家咨询”“请教老师”“和同学讨论”“去图书馆查阅资料”“通过电视、广播等媒体”“访问有关部门”“调查居民天然气、沼气的使用情况”8种途径。但另外也有33.8％的同学只能想到一至两种途径甚至想不出恰当的途径来获取资料。
图3 提出途径的人数
本次调查还初步考查了学生评价与反思的能力。如对于“在解决化学问题过程中，我们要经常检查解决问题的过程是否有错误”的观点，96.1％的同学完全赞同或比较赞同；74.3％的同学认为自己在解决化学问题（或习题）时，能“边解决问题，边检查思考解决问题的过程，完全解决问题后，有时还会再全面检查一遍”。虽然调查结果尚令人满意，但应注意到这一项的问卷出题本身就有不尽合理之处，而且仅凭2道封闭题似乎很难看出在探究活动中学生评价与反思的真实情况，这有待于大家进一步研究和分析。
调查还发现，尽管大多数学生能够认识到合作、交流的重要性，但合作与交流的意识仍普遍缺乏。尽管95.8％的同学认为学习需要同学间的交流讨论、团结合作，77.9％学生认为自己在化学学习过程中，能与同学共同探讨化学问题，交流学习心得并共享学习资料，但是仅有4.6％的同学在制定探究方案时能考虑到与同学的交流与合作。
四、结论
通过本次研究，可以初步形成以下结论：
（1）提出问题并形成课题的能力、提出假设的能力、制定探究方案的能力、收集证据的能力、分析证据并形成结论的能力、评价与反思的能力、合作与交流的能力是构成科学探究的必不可少的要素。
（2）高一学生化学探究能力普遍偏低，探究能力各要素发展不平衡，其中，制定探究方案的能力及合作与交流的能力最为欠缺。
（3）虽然调查法能够在一定程度上对学生的科学探究能力做出正确评估，但在条件允许的情况下，科学探究能力的考察应尽量在实际活动中进行。