 |
亞太科學教育論壇，第十一期，第一冊，文章十四(二零一零年六月)
方鹹圍、陳志偉 安徽省中學科學探究過程技能的教學與學習現狀調查分析
|
| |
亞太科學教育論壇，第十一期，第一冊，文章十四(二零一零年六月)
方鹹圍、陳志偉 安徽省中學科學探究過程技能的教學與學習現狀調查分析
|
1 教師對科學實驗教學不夠重視影響學生對科學探究實驗目的的認識
表4 調查問卷統計分析(1)
題目
選項
賦值
百分比（%）
1T：在上科學課時，教材上列出的學生探究實驗都做嗎？
A太簡單，不需動手做
1
2(1.1)
B作為課後自學內容
2
6(3.2)
C 材料不方便，幾乎不做
3
31(16.8)
D 為學生演示
4
87(47.0)
E要求學生進行探究活動
5★4.054
59(31.9)
2S：我們學習科學的目的在於提高自身的科學素養
A完全贊同
4★2.841
319(28.0)
B贊同
3
445(39.1)
C比較贊同
2
249(21.9)
D不贊同
1
126 (11.0)
3S：我們開展科學探究實驗是為了什麼？
A、在科學考試中取得好成績
1
83(7.3)
B、檢驗所學的科學知識是否正確
2
77(6.8)
C、訓練我們的科學探究過程技能
3
154(13.5)
D、培養我們的科學探究能力
4★3.203
825(72.4)
注：T表示教師問卷中的題目，S表示學生問卷中的題目，T與S前面的序號是為了表述的方便。表中“★”左邊的數字表示，調查結果統計顯示等於此值表示比較理想，低於此值表示不太理想（每道題的選項的表述及分值得到專家的認可，具有一定的內容效度）。“★”右邊的數字表示該題實際統計值，下同。
1T中選A、B、C占21.1%，表明不少教師沒有把實驗教學列入實際教學計畫。選擇D占47.0%，表明目前中學科學實驗開設還是以驗證或演示實驗為主。大量證據顯示，單靠“做”實驗，學生無法理解科學過程和掌握探究過程技能。[7]部分教師甚至將 “學生動手”、“學生探究” 改為“教師黑板講演”，思想認識上不到位。此外，不具備實驗條件、缺少實驗經費、現行的評價體系不合理等，也是客觀存在的原因。
2S中調查顯示，89％的學生分別表示不同程度的贊同。表明在新課程改革的過程中，大部分學生對科學學習的目的比較明確。學生不再是單純地為了考試而學習科學。3S中顯示，大部分學生對科學探究實驗的學習目的比較明確，但仍有14.1%學生沒有正確認識其學習目的。這可能與實驗教學方式有關。學生對探究實驗教學目的的認識需要得到理科教師科學的引導。而在1T中，我們瞭解到，教師對實驗教學不夠重視，而且仍以驗證性實驗教學為主。因此，提高教師業務水準尤為重要。
2 實驗教學方法有待進一步改進
表5 調查問卷統計分析(2)
題目
選項
賦值
百分比（%）
1T：如果做實驗，在進入實驗室操作之前，您的要求是？
A先瞭解原理
1
67(36.2)
B先瞭解實驗步驟
2
55(29.7)
C瞭解為什麼這樣操作
3
50(27.0)
D要求設計其他操作方法
4★2.046
13(7.0)
2T：在學生做實驗前，您每次都要求學生設計實驗記錄嗎？
A沒有要求
1
3(1.6)
B很少要求
2
34(18.4)
C經常要求
3
86(46.5)
D每次都要求
4★3.119
62(33.5)
3T：實驗結束後，對於實驗結果
A要求學生記在書上
1
12(6.5)
B形成實驗報告並上交
2
76(40.1)
C組織大家討論
3
87(47.0)
D同學自己交流
4★2.493
10(5.4)
4T：您上課時，對於科學探究過程技能中各技能是如何向學生傳授的（用得最多的是哪一種）?
A講授
1
40(21.6)
B討論
2
97(52.4)
C演示
3
34(18.4)
D學生模仿操作
4
6(3.2)
E學生自由操作
5★2.159
8(4.3)
1T中調查顯示，選A、B項占65.9%。表明在中學理科實驗教學中，還是以驗證性實驗為主。大部分教師都知道探究性實驗對學生的發展有利，但在實施過程中，按照驗證性實驗來進行。先將實驗原理、操作步驟、實驗現象、實驗結論在黑板上詳細列出，然後要求學生按黑板上寫的去做。這不利於提高學生發現問題與解決問題的能力，也不利於提高學生的科學素養。2T中調查顯示，選C、D項占80.0%。表明教師已經注重培養學生自覺地養成記錄實驗資料的習慣。準確地記錄實驗資料，是提高學生分析、處理資料以及處理圖表並進行歸納、得出結論諸能力的重要基礎。3T中調查顯示，選C、D項占52.4%。表明教師比較重視組織學生對實驗結果進行交流和討論，這也是科學探究性學習的重要一環。表達交流就是學生把自己通過觀察、測量獲得的資料資訊，準確、清晰地加以表達。4T中調查顯示，選B項占52.4%。表明目前科學探究過程技能的教學以“討論”為主。在科學教學中，基於新課程理念對“講授法”的局限性有所認識。超過半數的教師開始注重調動學生積極性、引導學生實際操作。但是，針對科學探究過程技能的教學，停留在學生“討論”的層面是遠遠不夠的，應該盡可能多地創造條件鼓勵學生動手操作。
3 學生對科學本質的認識和理解有待進一步深入
表6 調查問卷統計分析(3)
題目
選項
賦值
百分比（%）
1S：科學定律是不能改變的
A完全贊同
1
82(7.2)
B贊同
2
140 (12.3)
C比較贊同
3
192(16.7)
D不贊同
4★3.371
725(63.8)
2S：世界是可認識的
A完全贊同
4★2.036
145(12.7)
B贊同
3
215 (18.9)
C比較贊同
2
315 (27.7)
D不贊同
1
464 (40.7)
1S中調查結果表明，36.2%的學生在一定程度上贊同“科學定律是不能改變的”，對“科學知識的相對性”，“科學知識和科學思想是不斷發展變化的”還不甚瞭解。這很容易導致學生對科學的迷信和對科學認識過程的簡單化理解。最終在科學知識的探索和接受過程中傷失批判精神，使科學學習變成被動地接受。2S中調查結果表明，40.7%的學生不認同“世界是可認識的”。以上資料顯示，中學生對科學本質的理解並不樂觀。很多學生對科學的本質缺乏認識，甚至持有錯誤的認識。學生普遍認為科學知識是確定的和絕對的。學生的科學本質觀處於比較樸素的水準。
4 多數學生能尊重事實、不盲目迷信現有科學證據
表7 調查問卷統計分析(4)
題目
選項
賦值
百分比（%）
1S：科學包括（ ）等維度。
ヾ科學知識 ゝ科學方法
ゞ科學態度 々科學精神A、ヾ
1
25(2.2)
B、ヾゝ
2
37(3.2)
C、ヾゝゞ
3
54 (4.7)
D、ヾゝゞ々
4★3.819
1023(89.8)
2S：我們不應該懷疑科學家所下的結論，特別是著名科學家，如牛頓、愛因斯坦
A完全贊同
1
37(3.2)
B贊同
2
99(8.7)
C比較贊同
3
216(18.9)
D不贊同
4★3.537
787(69.1)
3S：如果你做完實驗後發現自己得到的結果與課本或其他同學的資料明顯不同時，你會怎麼辦？
A找老師問這是怎麼回事
250(21.9)
B修改自己的資料，得出和別人一致的資料
62(5.4)
C相信自己是正確的，不作修改
724 (63.6)
D自己重新做實驗，再有問題向老師求教
47(4.1)
E其他因素
56(4.9)
4S：如果你收到一條短消息，“……你把這條短信發給10位親友，你就一定會交好運，否則就會災星來到”，你會怎麼辦？
A不但自己不信，還叫別人也不信這一套
491 (43.1)
B按短信說的做
38 (3.3)
C相信短信內容，但覺得麻煩，不照辦
27 (2.4)
D認為這是迷信活動，一笑了之
583 (51.2)
1S中調查顯示，89.8％的學生認為科學包括科學知識、科學方法、科學態度、科學精神等維度。這一結果表明，絕大部分學生對科學的內涵比較瞭解。2S中調查顯示，69.1％的學生不贊同“不應該懷疑科學家所下的結論”，其餘學生分別表示不同程度的贊同。這表明，仍有相當一部分學生迷信權威，缺乏應有的批判意識。這與中國人的文化心理結構、教師在課堂中的統治地位以及教師的科學態度、科學精神是密不可分的。
調查結果表明，大多數的學生有正確的科學觀，在探究過程中有責任感、尊重事實，在發現問題時能獨立尋找問題所在。這是新課程改革的成果之一，反映了學生在科學態度、科學精神方面的良好素養。但是，3S中顯示，有5.7%的學生會相信該短資訊的內容，其中3.3%的學生還會照辦。這些學生觀點的形成很可能與從小生活的環境或家庭教育有關。長期的應試教育，也使這部分學生忙於死記硬背應付各種知識性考試。對於考試以外的事物不甚瞭解，分不清科學與偽科學。
5 大部分學生具有較好的交流意識和合作精神
表8 調查問卷統計分析(5)
題目
選項
賦值
百分比（%）
1S：科學探究主要靠自己，不需要同學間的交流討論、團結合作
A完全贊同
1
22 (1.9)
B贊同
2
45 (3.9)
C比較贊同
3
77(6.8)
D不贊同
4★3.797
995(87.4)
2S：在做實驗時，你希望怎麼辦
A自己獨立完成
302(26.5)
B與同學合作完成
246 (21.6)
C在老師的指導下獨立完成
375(32.9)
D在老師和同學的幫助下完成
216(19.0)
1S中調查顯示，大部分學生具有合作意識，而希望自己獨立完成難題的學生可能個性比較獨立，或者合作意識淡薄。在當今這個飛速發展的社會，個人的力量總是有限的，教師應該鼓勵學生在超出自己能力範圍的時候，多向他人請教，逐步養成合作的精神。2S中調查顯示，有近50%的學生希望得到教師的指導。這和目前中學的實驗教學現狀有關，以指導性的實驗為主，很少進行探究實驗。香港的中學實驗曾經主要是一些高度指導性的活動，未能提供機會讓學生進行科學探究，這種方式的實驗受到了批評。專業人士為此開展了系列研究，其中包括“促進探究技巧的理解與掌握”計畫。[8]這就給我們中學的科學實驗教學一個啟示：注重探究實驗，讓學生在探究中養成交流意識和合作精神。
6 現行評價體制影響學生科學探究過程技能的認識與學習
表9 調查問卷統計分析(6)
題目
選項
百分比（%）
1T：目前在中學科學教學中，學生掌握科學探究過程技能的主要限制因素是什麼？
A 學校投入不夠（如設備，材料，網路等）
38(20.5)
B 教師自身對科學探究過程技能不熟悉
4(2.2)
C 現行評價機制，只重視知識考查，不重視科學探究過程技能的考查
121(65.4)
D 教師知道學生掌握這些技能的重要性，但不知道如何指導學生
12(6.5)
E其他因素
10(5.4)
1S：下列觀點中，你贊同的是？
A 科學探究不是科學學習的核心，學習科學的重心環節不是探究。
55 (4.8)
B科學探究就是提出問題、建立假設、進行實驗、解釋資料、表達與交流。
139(12.2)
C科學探究的結果是可以重複的。
880 (77.3)
D科學探究過程中，針對不同的問題可以用相同的探究方法。
65(5.7)
1T中調查顯示，選C項的占65.4％。表明影響課堂探究實驗教學的因素首先是現行評價體制。學校關注中考、高考成績，這就導致學校和教師為了提高學生的應試能力，不得不放棄對學生探究能力的培養。其次，受到現有實驗條件的制約。由於各個地區經濟發展水準的不均衡、對教育認識不同，從而對教育的投入也有所不同。這些也是限制學生科學探究過程技能水準的因素。此外，還受教師自身業務素質的制約。1S中調查顯示，有77.3％的學生不贊同“科學探究的結果是不可以重複的”的觀點，也就是說還有22.7％的學生對科學探究的一般認識還存在不足。這與現行的評價機制、教師的要求以及學生沒有系統地進行過科學探究活動，學生失去獨立操作的機會有關。
7 師生對過程技能的認知影響學生科學探究過程技能的掌握
圖1 師生對過程技能的認識與在教、學中比較困難的過程技能
調查顯示，在這14種過程技能中，師生比較瞭解的同時教與學困難較小的有模型、觀察、分類。（考慮到初中學生，尤其是初一、初二學生可能會不清楚調查表中提到的14種過程技能，如“下操作性定義”、“認知時空關係”等，選項作了相應的調整，用詞淺顯，讓學生明白易懂。否則會影響調查結果的信度。）師生不太瞭解的同時教與學較困難的有認知時空關係、下操作性定義。師生比較瞭解的同時教與學較困難的有控制變數、實驗。此外，學生很不瞭解的有下操作性定義、認知時空關係、應用數學等3種。這可能與教師教學重點有關。模型、控制變數、實驗等在中學教材中都有明確要求，學生比較瞭解，像下操作性定義、認知時空關係、應用數學這些教材中沒有明確要求的技能，學生不太瞭解。調查統計顯示教師認為應用數學、認知時空關係、下操作性定義、解釋資料、控制變數等過程技能的教學存在困難。調查表明，師生認為比較困難的技能與師生對這些過程技能的認知程度有關。教師認為教材中涉及比較多的、自己比較熟悉的過程技能比較重要，而自己不太熟悉的、教材中又沒提及的過程技能相對不重要。因此，教師的正確引導會對學生認為比較困難的技能的掌握起到一定的促進作用。
8 不同年級學生的科學探究過程技能水準存在差異
表10 學生科學探究過程技能總體得分情況
總分
最高分
最低分
平均分
標準差
偏度（sk）
100
68
8
31.82
12.17
0.14
表11 各年級學生總體科學探究過程技能的描述統計
年級
初一
初二
初三
高一
高二
高三
人數
198
205
186
190
201
159
最大值
56
60
61
55
67
59
最小值
9
7
8
9
12
10
平均分
29.67
31.53
30.49
33.54
35.18
37.57
表12 各年級學生總體科學探究過程技能的平均分差異檢驗（Dunnett’t）
(I)年級 （J）年級
差異性
（I-J）標準差
95 ％置信區間
下界
上界
初一 初二
初三
高一
高二
高三-1.7566
-0.7467
-3.8972
-5.4814＊
-7.8857＊1.3047
1.30223
1.5187
1.4465
1.4804-5.6305
-4.2488
-7.9624
-10.0993
-11.88532.1172
2.7554
0.1677
-0.8634
-3.8864初二 初一
初三
高一
高二
高三1.7566
1.0097
-2.1407
-3.7249
-6.1291＊1.3049
1.4042
1.6071
1.5386
1.5710-2.1172
-3.0276
-6.6752
-8.7613
-10.60475.6305
5.0478
2.3941
1.3115
-1.6533初三 初一
初二
高一
高二
高三0.7467
-1.0097
-3.1507
-4.7346
-7.1391＊1.3023
1.4041
1.6050
1.5367
1.5686-2.7554
-5.0475
-7.3720
-9.4911
-11.29744.2487
3.0276
1.0711
2.154E-02
-2.9805高一 初一
初二
初三
高一
高三3.8974
2.1405
3.1506
-1.5843
-3.98821.5187
1.6072
1.6048
1.7243
1.7526-0.1676
-2.3943
-1.0711
-6.7695
-8.63127.9624
6.6755
7.3720
3.6011
0.6543高二 初一
初二
初三
高一
高三5.4815＊
3.7247
4.7348
1.5843
-2.40421.4466
1.5387
1.5365
1.7242
1.69050.8636
-1.3113
-2.1541E-02
-3.6012
-7.538310.0994
8.7611
9.4913
6.7648
2.7294高三 初一
初二
初三
高一
高二7.8858＊
6.1290＊
7.1390＊
3.9885
2.40431.4805
1.5708
1.5687
1.7527
1.69043.8864
1.6533
2.9805
-0.6546
-2.729511.8852
10.6048
11.2972
8.6311
7.5382注：＊表示差異顯著
為了清楚地瞭解學生的科學探究過程技能水準現狀，我們對調查結果進行了賦值統計。從表10統計結果來看，學生的科學探究過程技能得分的偏度小於1，符合正態分佈。學生過程技能的平均得分為31.82分，分數相對集中在15∼45分段，普遍偏低，表明中學生科學探究過程技能總體水準不高。表11統計結果顯示，隨年級的升高科學探究過程技能總體平均分大致由低到高。表12是進一步用Dunnett’t檢驗差異性的結果：ヾ高三、高二、高一的學生之間過程技能水準差異不顯著，初三、初二、初一學生之間過程技能差異亦不顯著，即高中生的科學探究過程技能水準相當，初中生的科學探究過程技能水準也相當；ゝ初三學生與高一、高二學生過程技能水準差異不顯著，但與高三學生水準差異顯著；初二學生與高一學生過程技能水準差異不顯著，但與高三、高二學生技能差異顯著；初一學生與高一學生技能水準差異不顯著，與高三、高二學生技能水準差異顯著。
總體來說，高中生科學探究過程技能水準要高於初中生。表明學生知識的獲得和能力的培養需要一定生活經驗的支撐，年齡稍大的學生知識、經驗也相對豐富，掌握科學過程技能就相對容易。在科學教學過程中，教師應充分發揮學生已有的知識、經驗在提高科學探究過程技能水準中的作用。
9 性別、學校性質對學生科學探究過程技能水準的影響
表13 學生科學探究過程技能平均分差異檢驗
比較項目
人數
平均分
標準差
T值
性別
男
590
32.26
12.57
0.86
女
549
32.41
11.86
學校性質
省市重點
402
34.92
12.15
0.00＊＊
一般學校
737
30.35
11.89
注：＊＊表示差異顯著
在理科教育上，教師、家長普遍認為，女生學習理科比男生困難。但是本次調查的結果顯示，女生科學過程技能的總平均分略高於男生，進行t-test檢驗，男女生在科學過程技能水準上未達到0.05水準上的顯著差異，即性別的差異與科學探究過程技能水準沒有顯著的差異，支持臺灣學者的研究結果。[9]但科學過程技能的總分難以反映男女生認知及非認知特點，深入到各過程技能有待進一步研究。
一般而言，重點學校學生的學業成就水準普遍高於一般學校的學生。調查結果顯示，重點學校學生的科學過程技能水準也顯著高於一般學校的學生。但是，究竟是教學環境、教學投入、教師因素、學生因素、還是家庭背景造成了此差異，需要做進一步的研究。
