学生的科学探究能力：国外的研究及启示(1)(2)

在20世纪70年代末和80年代初，英国的学生成绩评价机构（APU）采用了这种模型对学生的科学探究能力进行了大范围的评估，控制变量类型的实验探究也纳入了英国的国家科学课程之中。然而，有不少研究者对APU和英国国家课程中的科学探究提出了批评，认为科学探究的含义是广泛的，这种模型将学生的科学探究限定为控制变量的实验，缩小了科学探究的范围，影响了对科学探究包含的其他要素的关注。

（三）摆脱固定模式：问题解决模型

上述两种模型存在的共同问题是将科学探究描述成一种相对固定的模式。认为存在一种程序性的“科学方法”，而不是灵活可变的探究过程。其中隐含着一种经验主义的观点，认为理论观念（变量之间的相互联系）产生于情境，而不是受探究者原有认识的影响。

针对上述问题，一些从认知科学角度出发的研究者把科学探究看做问题解决的一种形式。在开展探究时，探究者从自己的“工具箱”里选择“工具”。对任何一个给定的探究任务，并非需要所有的工具，其技巧就在于正确地挑选并知道如何去使用所需的工具。米勒将科学探究能力包含的成分分为三类：一般的认知技能（例如观察、分类等等）、实践的技能（例如，知道怎样使用不同的测量工具）和探究的策略（例如，知道用重复测量来提高测量的可靠性）。他认为第一种技能是不需要教的，它是所有孩子都拥有的认知的一般特性，而其他的两种技能是需要教的，但如何选择这些技能并把它们联系起来处理给定的探究任务，并没有“一系列规则”可以遵循。

在此基础上，英国约克大学的PACKS项目组提出了一种模型，并在大量实证研究的基础上对模型进行了细化。如图1所示。^[1]

这种模型将科学探究的主体和探究过程作为一个整体进行研究，具体描述了学生原有的认识和技能对科学探究过程中各环节的影响，摆脱了前两种模型的机械决定论和经验主义的科学观，深化了对科学探究能力的结构和功能的认识，对于研究和发展学生与科学探究相关的理解和能力有一定的指导作用。从本体论角度看，这种模型在一定程度上揭示了影响学生科学探究能力的内在因素，包含四类相关的认识、知识和技能，如图1左侧的四个框图所示；同时描述了科学探究能力的外部特征，如图1右侧的流程所示。研究者用这种模型解释了学生在七项探究任务中的表现，证明了该模型的有效性。

这种模型提供了一个可以进行深入研究和教学实践的框架，可以在指导学生开展科学探究的过程中发展他们相关的理解和技能，同时也可以对学生存在的问题做出诊断，开展有针对性的教学。

该模型存在的问题是从一个给定的任务开始分析，忽略了学生发现和确定探究问题的过程，我们可以对此模型进行修正，补上这一环节。

三、几点启示

（一）科学探究能力的培养不能简单化和程式化

上文表明，在国外科学教育领域对科学探究能力的研究和认识经历了一个漫长的过程，虽然积累了许多经验和教训，但至今仍在探索之中。有关研究表明：科学探究是一个复杂的过程，涉及理论和实践领域中多方面的问题，绝对不能将其简单化和程式化，否则，不仅不利于学生科学探究能力的发展，而且会造成学生对科学探究的错误理解。在目前我国的有关理论研究中，尚未对科学探究涉及的理论问题展开深入探讨，没有建立在研究基础上的适合我国国情的明确的科学探究模型，结果导致科学课程改革实践中产生了两种误解：一种认为科学探究存在固定模式，将课程标准中提出的科学探究要素作为程序性知识教给学生，或者抽出其中的要素进行独立训练，这使许多课堂探究走向程式化和表面化；另一种则对科学探究的理解过于宽泛，认为只要将学生放开，让他们自己去动手动脑，就是科学探究，而忽略了对科学探究本质特征的把握和对学生科学探究能力的有目的的培养，不能使科学探究能力的培养落到实处。这些问题需要引起科学教育研究者和广大教师的重视。

（二）科学探究能力是一种具有复杂结构的高层次能力

国外的研究表明，科学探究能力是一种具有复杂结构的高层次能力。它建立在多方面的知识和技能基础之上，但又并非这些知识技能的简单集合，采用还原论的方法将科学探究能力肢解为要素进行分别培养的做法是行不通的。各种相关技能的训练和发展是发展科学探究能力的必要条件，但不是充分条件。我国的传统教学重视基础知识和基本技能，这些构成了科学探究能力发展的基础。例如，如果学生不具备最基本的电路知识和使用电学仪器的技能，就不可能去探索电学的新知识领域，更不可能解决任何电学领域的实际问题；但具备了这些知识和技能就一定会探索新知识、解决实际问题吗？答案也是否定的，因为还需要更高层次的能力，这就是科学探究能力。新课程注重科学探究，并不是忽视基础知识和基本技能，而是要在此基础上发展学生更高层次的能力，使学生能真正会探索新知识、解决新问题。这是对新世纪人才培养提出的更高要求。

（三）要用科学的态度和方法开展对科学探究能力的研究

科学探究已经成为我国课程改革中的热点问题，但国内的研究工作才刚刚起步。我们的研究不能从零开始，需要借鉴国外的有关理论、研究过程和结果，采用科学的方法开展研究。首先要有先进理论的指导，关于科学探究能力的研究涉及当代科学哲学、科学史和认知心理学等有关理论，我们要认真学习和借鉴这些理论，不能束缚于经验主义之中；其次，由于我们对科学探究缺乏深入认识，应当在借鉴有关研究的基础上，建立适当的可以用来指导研究过程和教学实践的模型，根据模型来设计教学实验、收集证据，不断修正和完善模型，使我们对科学探究能力的认识不断深化。

参考文献：

［1］Robin Millar.Students' Understanding of the Procedures of Scientific Enquiry.ICPE:book.Connecting Physics Education Research with Teacher Education,1998.

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