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

小結與建議

本次調查結果表明，安徽省中學科學教師對科學探究實驗教學的認知水準普遍不高，對探究實驗教學不夠重視，中學科學實驗開設還是以演示性或驗證性實驗為主。科學探究過程技能的教學仍以講授、討論為主；現行的評價體制影響學生對科學探究過程技能的學習。安徽省中學生的科學探究過程技能水準普遍不高。大多數學生的科學本質觀還處於比較樸素的水準，缺乏批判精神。在14種科學探究過程技能中，“應用數學”、“認知時空關係”、“下操作性定義”、“解釋資料”、“控制變數”相對來說是學生學習最為最難的。基於調查結果以及中學理科實驗教學實際，對安徽省理科教師提出以下建議：

1 改進學生應用數學的能力

數學在科學研究中起著獨特的作用。數學方法為科學研究提供數量分析，對研究對象進行定量的分析，從而精確地把握事物的變化規律和特點，以便描述所研究的問題。應用數學方法是最基本的科學探究過程技能之一。在科學探究的過程中，學生是非常需要掌握這種能力的。因此，教師要有意識地培養學生應用數學的能力，這有助於學生觀察記錄的完整性和對實驗資料進行有效處理。中學理科實驗中常用的數學方法有：數學公式法（如密度=品質/體積）；幾何圖形法（如平面鏡成像、運動的速度曲線、力的合成與分解、利用電力線描述電場）；算術平均法（如測紙張厚度、測金屬絲的直徑、測凸透鏡的焦距）；比例法（如彈簧伸長與外力的關係、溫度計的刻度）；表格法（如電流與電壓的關係實驗）。

2 幫助學生認知時空關係

學生的學習與生活總是與時空相關聯的。我們平常所處的空間是長、寬、高三維所構成的。如果長、寬、高這三個數字都是零的話，即是零空間。如果長、寬、高中有一個數字是零的話，便構成二維空間；如果長、寬、高中有兩個數位是零的話，便構成一維空間。三維的空間與一維的牛頓物理學時間組成了一個四維結構，即為時空。無論是物體的運動、化學反應、生物的生長，還是星球的運動，都處於時空中。因此，理科教師幫助學生瞭解時空的關係以及它們變化的規律，對學生學習科學是非常重要的，科學教師應積極引導學生領悟時空關係。至少要求學生瞭解以下幾點：能瞭解四維空間的含義；能把握週期性的關係；能選擇適當的時間、空間單位；能作坐標系的變換；能將抽象概念轉變成具體概念。

3 提高學生下操作性定義能力

在科學學習和實驗中，對研究對象進行適當的操作性定義，往往要經歷一個逐步發展和提高的過程。從豐富的感性材料入手，通過觀察、實驗和運用各種直觀材料、教具、模型及學生的生活經驗等來獲得一定的感性材料，是下操作性定義和學習理解概念的前提。在學生獲得感性材料的基礎上，教師要培養學生對材料進行比較分析和歸納總結的能力，提高學生就具體現象進行概括、歸納形成一個適當的操作性定義的水準。

4 促進學生解釋資料能力的發展

在科學實驗、調查過程中，所獲得的數值或資料稱為資料。運用數學知識對資料加以整理、分析、歸納，得出結論，形成推論的過程就是解釋資料。解釋資料有助於學生尋求問題的解決，教師要針對性進行指導。在實驗、調查過程中，學生收集了資料、資料資訊後就要對資料分析統計，確定資料範圍、平均值和眾數值，根據資料範圍作圖和尋找異常資料，從中找出規律性的東西。在分析資料過程中，一定要重視數學方法的應用。教師著重于培養學生①把資料進行整理或合成圖表，能用幾句話進行描述；②把資料進行統計，以求取平均數；③資料之間進行比較，或把資料作為種種推論的依據；④把資料與資料、原因與結果的關係加以分析，以發現“規律性”的東西；⑤實驗前常作出假設，根據假設設計一個可行的實驗，以獲得資料，分析此資料與原先的假設有什麼關係；⑥進行歸納，得出結論，能否發現有關自然界的一些規律，或者發現更為重要的法則。

5 提高學生控制變數能力

控制變數的過程是根據實驗目的、運用一定的實驗儀器與設備控制實驗的過程。任何一項科學實驗，都必須根據實驗目的，確保引數可操作，因變數可測量，無關變數可控制。教師要促進學生要清楚地理解這三類變數的含義及其之間的關係。教師普遍認為控制變數既是比較重要的，同時也是較困難的過程技能。現行中學理科教材、練習與考試的實驗設計中都會考查控制變數。但是，控制變數的教學應該與實際操作相結合，否則，效果不理想。控制變數是科學實驗的基礎，更是發展學生科學探究能力所必需的。因此，科學教師應該幫助學生在科學探究過程中，逐步領悟這一科學方法，在探究中理解科學。教師在科學實驗教學中通過科學史上某些經典的科學實驗，能使學生領會控制變數對科學研究的重要性，認識到控制變數是科學實驗的靈魂。此外，要給學生提供實驗探究的機會，引導學生親歷控制變數的過程，逐漸形成控制實驗條件的意識，發展控制變數的能力。

學生探究過程技能的培養是一個循序漸進地形成和發展的過程。不是每個實驗都能培養14種探究過程技能，一種技能可由多個實驗來培養。教師要確定每個實驗要著重培養學生哪些方面的能力。通過科學實驗教學，要使學生瞭解科學實驗的基本程式，幫助學生掌握一些基本的實驗方法。在實際的操作中，教給學生一些基本的實驗方法，有利於學生對探究過程技能的掌握。