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中學物理教師對科學探究和科學本質的迷思性認識

何靜

科學探究是科學知識產生的復雜過程,它包含過程技能和思維智能。物理課程標準中明確提出科學探究既是學生的學習目標,又是重要的教學方式之一。學生在科學探究活動中,通過經歷與科學工作者進行科學探究時的相似過程,學習物理知識與技能,體驗科學探究的樂趣,學習科學家的科學探究方法,領悟科學的思想和精神。新課程改革帶動了中學物理教師課堂教學方式的變革,教師的教學觀念也發生了積極的變化;但同時,他們在科學探究和科學本質的方面還存在一些迷思性認識。

一、中學物理教師對科學探究的迷思性認識

(一)科學探究是一套有系統的步驟

教科書所陳述的科學方法包括提出問題、假設和猜想、進行實驗、資料分析與結論,但是科學探究并非教科書上“一套有系統的步驟”。這只是科學家用來收集資料、解答科學問題的簡化過程,事實上科學家的問題很多來自于異常資料或者與原先想法不一致的發現,經過深思熟慮后,才提出假設,經由推論提出預測,再設計實驗,檢驗假設的合理性。一旦假設被確認,他們才公開發表結果。同樣科學家在探究過程中的步驟也不是固定不變的,科學研究也并不總是從問題開始,很可能是在收集實驗數據的過程中發現了問題,又開始探究。科學家的整個探究過程是一個動態系統,步驟之間是相互聯系、相互作用的,沒有一套固定的方法。做探究也不一定按照固定不變的步驟進行,科學探究的確使用問題解決的邏輯性,但這并不說明科學探究需要遵照固定化的步驟,如果那樣就不算是探究,而僅是一系列的實驗操作程序。

(二)做中學就是做探究

給學生提供“做中學”的經驗并不意味著他們在“做探究”。Minds of Our Own 錄像中有這樣一個例子,理發師每天在鏡子前工作,但是他對光的反射認識與其他人一樣存在迷思。經驗本身不足以形成對科學概念的理解,傳統食譜式的實驗活動和只有動手操作的經驗,不足以促進學生對概念的理解,不能提升學生的探究能力,也不能實現學生對科學探究的認識。食譜式的實驗活動一般會事先規定好所有的探究過程,給學生逐步的程序,遵循線性模式尋求解決問題的方法;很多科學活動的結構性很強,常常會告訴學生需要回答什么問題、可以使用哪些材料、如何處理和解決問題,甚至提供給學生觀察、測量、記錄數據的圖表,因此,學生在這樣的活動中沒有機會進行探究性的智力活動。科學探究做的部分,指計劃和研究所必需的過程技能和方法,盡管大部分探究活動是動手做,但并不是所有動手做的活動都是探究取向的。

(三)探究無結構、無序

在一些學校,好教師的標志是能夠控制班級紀律,保持課堂安靜。課堂管理技能對探究教學來說十分重要,但是,活躍的、以學生為中心的課堂并不是非結構、無序的教學。當學生動手操作的時候,可以有活躍的氣氛,探究可能表面看來是開放和非結構的,但當學生參與性較強時,教師需要管理課堂的進度。教師使用探究教學策略的時候,需要做更多的準備,并要預測學生比傳統教學中可能出現的更多問題。

此外,科學探究并不是給學生提出很多問題,而是讓學生學會探索問題和解決疑問,以及回答自己的問題;探究不是只適合小學階段,高中階段更需要培養學生高層次的思維技能,比如批判性思維;探究并不專門為高學業成就的學生準備。師生可以通過科學探究來生成知識和技能、理解知識產生的過程,從而建構新知識。

二、中學物理教師對科學本質的迷思性認識

(一)事實的積累可以導致知識的產生

在提及用歸納和演繹兩種方法進行科學研究時,教師認為包括科學家所做的研究在內的所有探究活動中,收集和解釋經驗性證據的過程都運用到了歸納方法。培根(Bacon)在17世紀首先提出了近代歸納法,他批判了亞里士多德三段論式的演繹邏輯,從知識起源于經驗這一原則出發,形成由個別感性經驗上升為普遍必然性認識的歸納法。這種歸納法認為,經驗的積累可以促進知識的產生,其相關過程如圖1所示,該圖也反映了大多數中國教師所持有的對科學本質和科學探究的迷思性認識。歸納法的問題在于既無法保證做出的所有觀察都適合已給的情境,也無法保證所有相關的事實都能具有邏輯地在所有時間內適合已給的情境。在物理學科中,這種問題更為明顯。

圖1 典型的培根知識產生論

(二)形式化和固定化的探究方法

很多物理教師認為科學探究過程可以用科學方法中若干步驟來闡述,他們傾向于按照圖2步驟探究:①研究者進行觀察;②觀察后產生疑問;③對提出的問題進行思考,提出假設;④設計實驗,對假設進行驗證;⑤由實驗產生結論,這一結果可以用假設進行解釋,從這個結果中,研究者可以發現另一個問題,并導致新的假設和新的實驗;⑥經過大量實驗,研究者可能從實驗得出的結論中概括、綜合出一條自然法則;⑦最后,研究者還有可能構建一個理論。這種科學方法的結構其實不是完全固定的,但是多數教師將此步驟形式化理解,認為是科學探究固定化的步驟。

圖2 假設的科學方法的結構

(三)假設可以成為理論,進而轉變為定律

這一想法認為理論沒有定律的科學性強,實際上,理論和定律是兩種完全不同的知識,它們并非相同結構。理論和定律之間的確有關系,但不是簡單的一個可以成為另一個的關系,不論有多少經驗的積累,理論也不可能成為定律。定律是具有一般概括性的原理或者模型,而理論是對于概括性的解釋。鄧巴(Dunbar,1995)認為定律是“食譜式的科學”,而解釋是“理論的科學”。在復雜的情境下,人們可以使用食譜式科學。

圖3 假設的樹狀圖:多種定義的舉例

(四)假設是一種可以教育的猜想

假設至少有三種,如圖3,預測、概括性的假設和解釋性的假設。概括性的假設可能會成為定律,而解釋性的假設可能會成為理論。教師在實際教學中,需要明確是哪一種類型的假設,假設的內容是什么,不能盲目地都用假設來指代。人們認為猜想是可以教授的假設方法,這種觀點是片面的。學生在實驗活動中所做的假設屬于一種預測,而不是定律或者理論。

(五)實驗是學習科學知識的主要途徑

在學校中,教師鼓勵學生做實驗,不管是技術程序的、探索的,還是活動,所有動手的操作都稱為實驗。真正的實驗需要考慮控制變量和檢驗數據的程序。通常情況下,實驗需要建立一個有關因果關系的基本目標。實驗在科學教學中具有重要的價值,但它并不是學習科學的唯一途徑。很多科學家使用非實驗的技術發明和創造,他們在研究中無法控制變量。天文學中很多基礎性的研究都是基于大量的觀察,而不是實驗,哥白尼和開普勒的日心說都是基于大量的觀察證據得出的。達爾文的進化論的發現方法與社會學中的定性研究方法相似,而不是運用自然學科的實驗,他是通過大量的觀察,并做筆記和注釋。科學知識的獲得有多種方法,包括觀察、分析、預測、文獻研究和實驗。

綜上所述,中學物理教師在科學探究和科學本質的諸多問題上還存在迷思,隨著新課程改革的深入,教師的教學觀念正在發生著深刻的變化,這些迷思性認識也得到不斷反思和澄清,我們在一線教學中發現中學物理教師還有一些概念和操作上的誤區,比如不能區分實驗與探究,很多教師認為實驗就是探究,他們不清楚科學知識的獲得有多種方法,例如觀察、分析、預測、文獻研究和實驗等。多數教師還不能區分發現學習、研究性學習和探究學習,在談到對科學探究的認識時,經常和這些概念混淆,甚至有的教師從未考慮過。一些物理教師不能區分證據、數據與結論的關系,不清楚探究過程都是問題引導,并影響結果,探究始于問題并基于數據和已知,從而解釋問題等科學探究的議題。

注:本文系科技部專項“中小學科學探究學習與創新人才培養實驗研究”(2009IM010300)子課題“基礎理論研究”和2010年首都師范大學教學改革研究一般項目——“中美物理教師職前教育課程的比較研究”的階段性成果。

參考文獻

[1]Llewellyn D. Inquiry within:Implementing inquiry-based science standards. California:Corwin Press,Inc,2002.

[2]AAAS. The Atlas of Science Literacy:Project 2061. AAAS Press,2001.

[3]鄧小麗,方明生,孫可平.研究性學習案例解析[M].上海:上海教育出版社,2003.

(本論文發表于《物理教師》2011年第10期,后被《中國人民大學書報資料中心》收錄,2012年第1期)

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