最新初中科技课外活动与学生科学探究能力培养的实践研究优秀名师资料

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1、初中科技课外活动与学生科学探究能力培养的实践研究初中科技课外活动与学生科学探究能力培养的实践研究 摘 要 初中阶段是中学教育的开端,初中生心理和生理的飞跃发展决定了初中阶段是 学生科学探究能力培养的关键期,笔者选择上海某中学初二年级为研究对象,正是 因为这个阶段的学生经历了小学自然科学和初中科学课程的学习,已经掌握了 基本的科学探究的方法和要素,在这个基础上笔者带领学生进行主题探究式科技课 外活动,培养学生的科学探究能力。 依据上海市中小学自然科学学习领域课程指导纲要中将科学探究活动的基 本过程和方法分为六个要素:提出问题、作出假设、制定计划、使用工具和收集证 据、处理数据和解释问题、表达与交

2、流。活动中,笔者围绕着这六个方面和综合探 究能力进行培养,实验前,首先测试所有学生的科学探究能力水平,了解总体样本 情况。然后随机抽取 19人组成实验班,另随机抽取28人组成对照班。实验班的 19 个人分成4个小组,各由 4个老师带领,从身边的生活、社会中寻找问题,开展主 题探究式的科技课外活动,让学生经历从提出问题到表达和交流、从制定计划到小 论文写作、课题答辩的完整探究过程。一个学年的科技课外活动后,通过测试实验 班和对照班学生科学探究能力水平,对初中科技课外活动作出有效评价。 研究表明:通过初中科技课外活动培养学生科学探究能力是一种有效的手段, 课外活动打破了课堂时间和空间的限制,给予学

3、生更大的自由进行完整的主题探究 式科技课外活动,不同于课堂教学中的“预设”和“验证性实验”,课外活动中出现 了很多“意外”和“探究性实验”,这要求学生更多的试误和反思,从而取得进步。 同时,科技课外活动对培养学生科学探究能力六个方面的作用存在差异性。在提出 问题和作出假设方面,一个学年的科技课外活动效果并不显著,这两个方面似乎是 人的思维里深层次的能力,需要更长久的培养。而在制定计划,使用工具和收集证 据,分析数据和解释问题,表达和交流等方面,一个学年的科技课外活动对学生能 力的培养有较明显的作用,实验班学生的表现优于对照班学生。关键词:科学探究能力 初级中学 科技课外活动 5Abstract

4、 Junior high school stage is the beginning of middle school education, the students in junior high school have experienced rapid psychological development and physiological development, which has decided junior high school is the important period in the training of students science inquiry ability.

5、The author select grade 8 in a Junior high school in Shanghai as research object, which is because this students in grade 8 have experienced natural science in primary school and science courses in junior high schoolThe students has leaned basic science inquiry elements and method, in this foundatio

6、n the author led students to experience completely science inquiry in extracurricular scientific activities, training students of science inquiry abilityFirstly the author tested the entire level of scientific inquiry ability with all students in grade 8. And then randomly selected 19 students as a

7、experimental class. 19 students are divided into 4 groups, each group is led by 1 teacher, experienced completely science inquiry in extracurricular scientific activities. In the training of scientific inquiry ability, the author taught the students in six elements: asking questions, assumptions, pl

8、anning, using tools and evidence-gathering, analysis of data and problems of interpretation, expression and exchanges and so on. After the experiment the author tested again the entire level of scientific inquiry ability with all students in grade 8The research indicates that: extracurricular scient

9、ific activities in junior high school is an effective means to the training of scientific inquiry ability ,which breaking the classroom time and space constraints, give students greater freedom to experience completely science inquiry. The students in experimental class has made greater progress in

10、flowing elements:plans, using tools and evidence-gathering, analysis of data and problems of interpretation, expression and exchanges Keywords: scientific inquiry ability, junior high school, extracurricular scientific activities6目 录 第一部分 引 言9 一.问题的提出 9 (一)研究背景. 9 (二)研究目标10 (三)研究内容10 (四)研究意义11 二、研究思

11、路和方法12 (一)研究思路12 (二)研究方法13 第二部分 理论综述. 14 一、概念界定14 一 科学探究的涵义. 14 (二)关于科学探究的六个基本要素14 (三)上海市中小学自然科学学习领域课程指导纲要中科学探究要求。16 二.国内外研究现状18 (一)科学探究能力的国内外研究现状. 18 (二)科技课外活动的国内外研究现状. 20 第三部分 实践研究部分. 25 一、实践研究前的准备工作25 (一)被试情况说明 25 (二)学生科学探究能力访谈25 (三)实验前期全样本科学探究能力水平的测试 26 二、科技课外活动培养初中学生科学探究能力的教学实践. 31 (一)科技课外活动培养学

12、生提出问题的能力. 31 (二)在科技课外活动中,培养学生根据已有资料作出假设的能力. 34 (三)在科技课外活动中,培养学生制定计划的能力. 38 (四)在科技课外活动中,培养学生使用工具和收集证据的能力41 (五)在科技课外活动中,培养学生分析数据和解释问题的能力477(六)在科技课外活动中,培养学生表达和交流能力. 51 三、科技课外活动教学实践后对学生探究能力的后测试卷. 57 第四部分 学生科学探究能力的评价与分析 62 一、实验开始前,对初测成绩独立样本 t 检验 62 (一)实验前,总分项平均值的独立样本 t检验. 64 (二)实验前,提出问题项平均值的独立样本 t 检验65 (

13、三)实验前,作出假设项平均值的独立样本 t 检验65 (四)实验前,制定计划项平均值的独立样本 t 检验65 (五)实验前,使用工具收集证据项平均值的独立样本 t 检验. 66 (六)实验前,处理数据和解释问题项平均值的独立样本 t检验 66 (七)实验前,表达与交流项平均值的独立样本 t检验. 67 二、科技课外活动后,对后测成绩独立样本 t 检验67 (一)科技课外活动结束后,总分项平均值的独立样本 t 检验. 69 (二)科技课外活动结束后,提出问题项平均值的独立样本 t 检验70 (三)科技课外活动结束后,作出假设项平均值的独立样本 t 检验70 (四)科技课外活动结束后,制定计划项平

14、均值的独立样本 t 检验70 (五)科技课外活动结束后,使用工具搜集证据项平均值的独立样本 t 检验. 71 (六)科技课外活动结束后,处理数据和解释问题项平均值的独立样本 t 检验 71 (七)科技课外活动结束后,表达和交流项平均值的独立样本 t检验. 72 三、学生科学探究活动的过程性评价. 72 第五部分 结论与反思 74 一、本研究的基本成果. 74 二、本研究的不足和后续展望. 75 附录. 77 主要参考文献: 90 致谢. 93 8第一部分 引 言 一.问题的提出 (一) 研究背景 1.要提高学生的科学素养必然提高学生的的科学探究能力 世界科学技术的进步日新月异,深刻改变着人类社

15、会生活的各个方面,教育作 为社会生活的一部分,同样又是培养公民科学素养的重要手段之一,各国都在改进 自己的科学教育方式和手段,以提高学生的科学探究能力。 1 调查结果显示,2007年我国公众具备科学素养的比例为2.25% 。而美国公众 的科学素养水平早在2000年时就已经达到17%,1999年的日本,公众的科学素养水平 为3%,加拿大的公众科学素养水平在1989年是4%。以上数据显示,目前我国公众的 科学素养水平与美国、欧盟国家和日本相比,还处于落后地位。现在世界各国都把 促进公众理解科学作为国家科技战略之一。科学素养是公民应具备的基本素质之一, 它关系到个人生活的方方面面,关系到一个国家的前

16、途和命运。而教育是提高公民 科学素养的重要途径之一,培养学生的科学探究能力是提高学生科学素养的重要方 面。 2.“被动学习”的学习方式不能适应新时期的教学要求,以“科学探究”为突 破口的课程改革正在我国展开。 在知识经济时代,人才有了新的标准。“新型人才信息获取能力+分析能力+ 加工处理能力”。新的人才标准要求新的培养方式、新的学习方式。因此,学习方式 的转变是现在和未来课程改革的显著特征。改变原有的单一、被动的学习方式,建 立和形成旨在充分调动、发挥学生主体性的多样化的学习方式,促进学生在教师指 导下主动地、富有个性地学习,自然成为教学改革的核心任务。新的课程理念倡导 从学生和社会发展的需要

17、出发,发挥学科自身的优势,将科学探究作为课程改革的 突破口,激发学生的主动性和创新意识,促使学生积极主动地学习,使获得科学知 识和技能的过程也成为理解知识、进行科学探究、联系社会生活实际和形成科学价 2 值观的过程 。基于以上考虑,本文提出培养学生科学探究能力的理论实践研究。 3.科技课外活动为培养学生的科学探究能力提供了有效途径 课外活动不仅是课堂教学的延续、拓展,是学校教育不可缺少的重要组成部分 93 ,更是由于课外活动为学生提供了更大的空间和时间,为学生的个性发展创造了 比课堂教学更有效的途径。在课外活动中,学生能增长知识,开阔视野,发展智力, 培养创新能力,增强学习能力。 尤其是在初中

18、阶段,学生的课业负担很重,教师也往往更注重于知识点的落实, 在上课期间很难有足够的时间和空间引导学生进行较为完整的科学探究过程,而课 外活动是很多初中学生向往的,在时间和空间上有较大的自由度,在课外活动中, 教师也有足够的空间引导学生对身边的问题展开科学探究。所以,在初中阶段,科 技课外活动是培养学生的科学探究能力的重要途径。 综上,本文提出了这样一个课题:初中科技课外活动培养学生科学探究能力的 实践研究。 (二) 研究目标 本研究旨在通过分析初中学生科学知识水平和科学探究能力的现状,开展主题 探究式科技课外活动,采用有效评价,研究主题探究性科技类课外活动对学生科学 探究能力的培养作用,从而提

19、高初中生的科学素养。 (三) 研究内容 1.科学探究能力的内涵、要素、过程等的理论研究。 在科学探究能力国内外理论研究的基础上,通过亲身教育实践,分析目前初中 科学教育下初中生科学探究能力的水平,进一步丰富对科学探究能力的内涵和要素 研究,尤其是丰富在全过程级的科学探究活动中学生综合科学探究能力的研究。2.初中科学探究能力评价方法的实践研究。 了解国内外科学探究能力评价的理论,将其有效地应用到初中生的科学探究能 力评价的实践中去,分析科学探究能力各个过程的比重,综合运用实验、现场观察、 工作单和纸笔测验等评价方法,分析各种方法在不同方面的优劣性。 3.初中科技类课外活动开展的方法、条件、策略等

20、的研究。 结合教育教学实际,了解上海市初中学生主题探究式科技课外活动的实施现状, 探索在课外活动中如何有效地开展全过程级的科学探究活动,包括课题选择、实验 条件、内外部环境、学生激励方法等等方面的研究。 4.初中科技类课外活动对学生科学探究能力培养的作用研究。 什么样的科技课外活动是有效的,怎么样的科技课外活动能够提高学生的科学 10探究能力,全过程级的课外科技探究活动在哪些方面提高了学生的科学探究能力, 是科学探究的要素能力还是综合能力,与同类型的学生相比,经历过全过程级的科 技课外活动的学生在哪些方面有着明显的进步,这些都是研究的重要内容。 (四) 研究意义 最近公布的国家中长期教育改革和

21、发展规划纲要2010-2020年中,关于义 务教育阶段,特别指出:“培养学生学习兴趣和爱好。丰富学生课外及校外活动。” 再一次将课外活动作为减轻学生课业负担、接触社会实践,培养学生的科学探究能 4 力的重要途径 。 上海市中小学自然科学学习领域课程指导纲要明确提出培养学生初步具备 科学探究和解决问题的能力。上海市中小学课程方案的总目标提出:培养学生具 5 有基本的人文素养和科学素养 。科学探究是科学知识形成的核心,科学探究能力 与方法的培养是全面发展学生科学素养的关键。而全过程级的科学探究活动往往利 用科技课外活动来开展。 本研究之所以选择初中生,正是因为初中阶段是中学教育的开端,也是学生科

22、6 学素养培养的关键期 ,初中生的心理和生理的飞跃发展决定了初中阶段是整个中 学教育的一个特殊阶段,从这个角度来看,培养初中学生的科学探究能力就显得尤 7 为重要了 。笔者选择初中八年级学生作为研究对象,正是因为这个阶段的学生经 历了小学自然科学和初中科学课程的学习,已经掌握了科学探究的方法和要素, 在这个基础上进行主题式探究性科技课外活动,具有很强的针对性。 鉴于上述的国内外研究现状,本课题具有下列意义。 1.理论意义: (1)丰富科学探究能力尤其是初中阶段学生科学探究能力的内涵、要素、过程 等的理论研究。进一步丰富科学探究能力的评价研究。(2)研究适合国情的,尤其是上海初中科技课外活动的策

23、略、方法和评价等的 研究。 2.实践意义: (1)丰富初中主题探究式科技课外活动的实践研究,对其在促进学生科学探究 能力培养的作用进行评价,研究科技课外活动提高了学生科学探究能力的哪些方面 以及成效如何,对同类型的教育活动具有一定的实际指导意义。11(2)将科学探究能力的评价手段和方法应用到实际的工作中,丰富科学探究能 力评价的应用研究。 (3)结合我国的基本国情,尤其是上海初中科学教育的现状和初中学生科学探 究能力的水平,探索如何在科技类课外活动中开展有效的全过程级的科学探究活动。 本文是研究义务教育初中阶段学生的科学探究能力,进行这方面的实践研究具 有很强的针对性,通过严格的实验过程和条件

24、控制,取得有价值的数据,从而得出 结论。创新之处在于进行科学探究能力培养方面的实证研究,一方面是对科学探究 能力培养方面理论研究的有益补充,可以填补了初中科学探究能力应用研究的空白。 本课题的另一大特色是可操作性强,实验环境易于控制,积累和丰富初中主题 探究式科技类课外活动的案例、实施方法和策略,并可以加以规范形成校本课程, 有一定的推广性。 本课题的研究成果具有较强的实用性,它是结合我国的基本国情尤其是初中科 学教育的现状,在应试教育的模式没有根本改变之前,在初中科学课堂教学难以实 现全过程级的探究活动的情况下,探索如何在课外活动中开展有效的“研究性学习”, 研究适合国情的初中开展研究性学习

25、的策略、方法和评价等,进而提高学生的科学 探究能力。 希望本文能为在一线工作的科学教师提高一些帮助。 二、研究思路和方法 (一) 研究思路 1.首先进行理论研究,查阅文献,了解科学探究能力的理论基础和评价方法。2.分析初中学生学情和生活社会环境的特点,了解主题探究式科技类课外活动 的实施现状。 3.实验阶段:设立实验班和对照班,实验班开展主题式课外科技活动,然后进 行横向和纵向比较。 实验活动: (1)以笔者从教的中学中选择初二年级为研究对象,测试整个年级科学探究能 力水平,了解总体样本情况。 (2)随机抽取19人组成实验班,其他的为对照班。为实验班的每位同学建立档 案袋,了解实验组每个人的科

26、学探究能力水平。12(3)19个人按照自由组合和老师指派相结合的方式,分成四个小组,各由4个 老师带领,开展课外活动。从身边的生活、社会中寻找问题,开展主题探究式的课 外活动。以学生为主体,老师做好引导和把关。控制好外部条件。 (4)实验样本的跟踪研究,完成档案袋管理。 (5)一个学期结束后,通过测验法、工作单及现场观察法评价实验组和对照组 的科学探究能力水平。 (6)分析数据,利用统计学的方法,比较实验组和对照组学生科学探究能力水 平提高的程度如何,实验是否有效,结果是否可信。 (7)得出结论。4.分析数据,信息处理,得出结论,总结本文研究的结果。 (二) 研究方法 本课题研究所采用的主要方

27、法如下: 1.文献法:通过图书馆、资料室和电子资源等途径,查阅文献,做好理论基础。 2.实验法:组成实验班和对照班,实验班进行主题探究式科技类课外活动,然 后进行横向比较和纵向比较。 3.现场观察法:在真实情境中评价学生的探究过程和结果的方法。 4.工作单评价法:要求学生把探究过程和结果写在工作单上,然后评分者按照 评分标准对工作单进行延时评价。 5.纸笔测验法:通过选择题或问答题等来评价科学探究能力的测验方法。 13第二部分 理论综述 一、概念界定 一 科学探究的涵义 探究是目前教育界尤其是科技教育界非常热门的词,英文的表示是“Inquiry”, 英文词典中的解释为:“The action

28、of seeking, esp. for truth,knowledge, or information concerning something; search,research,investigation, 35 examination” 。在美国国家科学教育标准里也有对探究的解释:“科学探究 指的是科学家们用来研究自然界并基于此种研究所获事实证据做出种种解释的多种 不同途径。科学探究也指的是学生用以获取知识、领悟科学的观念、领悟科学家研 究自然界所用的方法而进行的各种活动。” 从探究的对象上看,人类的探究包括科学探究、社会探究、心理探究、技术探 究、符合探究等多种形式;其中,科学探究是对

29、自然界的探究。从这个意义上理解, 科学探究是一般探究的“子集”。 本论文讲的培养学生的科学探究能力,指的是学生在日常生活中遇到的科学问 题,然后带着问题进行多样化探究的实践活动。 (二)关于科学探究的六个基本要素 科学探究的要素是科学探究所包含的特征元素,它们体现科学探究的基本特征, 并渗透在科学探究的各个环节中。国内外许多研究对此看法不一,一般来说有6要素 论和 8 要素论。6 要素论认为科学探究过程包含提出问题、作出假设、制定计划、 33 使用工具和收集证据、处理数据和解释问题、表达与交流等 6 个要素 。8 要素论 认为科学探究过程包括提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、

30、 结论与解释、反思与评价、交流与讨论。在实际教学中我们主要采用的是6要素论, 但同时也认为科学探究过程中所有的这些要素并不是缺一不可的,其顺序也不是固 定不变的。但为了让学生全面了解科学探究的基本要素,在最初的科学探究活动中 要求学生按照6要素论开展活动,随着学生探究能力的增强及实际问题的需要,对 探究活动的要素并没有刻意要求那么完整,避免过分的程式化,不利于学生个性的 发挥。下面介绍科学探究的六个基本构成要素: 141. 提出问题 科学探究是一种问题解决式的学习,它源于发现和提出问题。孔子云,“疑是 思之始,学之端”。意思是问题既是思维的起点,又是思维的动力。提出问题是一 种深层次的思维活动

31、,在课堂教学中,往往是老师来发问,学生来思考,学生提出 问题的机会不多。 2. 作出假设 在科学研究中,为了让探究继续,我们往往要先做出假设,依据已经找到的资 料和信息,利用科学的思维方式逻辑推理,这就是作出假设。它是人们根据已有知 识经验和客观事实材料,运用一定的科学方法对所探索的问题提出假定性的解释, 然后按照形成的假设理论,去进行实验验证的过程。可以说,几乎所有伟大的自然 36 发现都是经过假设而来的。科学的发展是一个个假设被证实或者被证误的过程 。 3. 制定计划 假设或猜想一旦提出后,就需要通过实践进行假设或猜想的证实或证伪。为使 这一实践能顺利而有效地进行,就必须精心设计探究方案、

32、制定活动计划。制定计 划是学生针对探究的目的,根据现有的条件,选择合适的方案,设计可行的操作步 骤,运用可实现的器材、设备、技术,同时考虑影响探究结果的主要因素,并采用 适当的方法控制实验条件。此外,计划的制定还包括仪器的规格、药品的配比、时 间的安排、环境的选择、人员的分工等等。计划是探究活动的蓝图和规划,是猜想 与假设的具体化和程序化。 4. 使用工具和搜集证据 由假说上升为科学理论,必须利用实践来检验猜想与假设。科学学科特点决定 了科学实验是科学探究中验证假设的重要途径。科学实验不仅为学生验证假说、检 验理论提供科学事实,同时也为学生从事科学研究提供了一种科学方法。这要求学 生要积极参与

33、做科学实验,一方面要顺利完成实验操作,另一方面要在实验过程中 注意观察和思考相结合,通过亲历“做实验”的实践活动,收集所需的事实证据, 而且体会到科学实验中所进行的科学过程和科学方法,训练基本实验操作,获得相 关科学知识,并感受科学实验的乐趣。 科学实验的主要目的之一是得到可靠的实验数据,收集和整理实验数据是科学 探究的关键步骤。收集证据可以利用观察比较,利用各种感觉器官,或借助于仪器 15的延伸感官功能进行观察、测量,收集资料证据,还有学生们还可以通过网络、已 有的生活学习经验,等等方面搜集证据。 5. 处理数据和解释问题 通过实验获取数据后,并不是就有了科学的结论,实验数据是我们收集的证据

34、, 但是这些数据往往是分散的、简单的和原始的。要通过分析数据,利用逻辑思维能 力将数据按照一定的规则进行比较分析,将真实的有价值的数据保留下来,甚至利 用统计学的原理进行处理,才能在数据的分析中得出实验的结论。这对学生来说是 36 个很大的挑战 。有了数据的分析,利用已有的知识,通过逻辑思维,就可以得出 具有普遍意义的科学结论,对当时提出的问题进行解释,同时进行必要的反思,对 实验的结论提出一定的限定,形成严谨的科学态度。 6. 表达与交流 表达与交流是贯穿于整个科学探究学习活动始终的一个重要要素,是提高科学 探究的有效性,确保学习质量的一种主要策略和机制。在探究过程中,学生可以在 教师的指导

35、或同伴的帮助下,对探究问题的表述是否科学,提出的猜想与假设是否 被事实与证据证实,设计的方案和计划是否合理有效,收集的证据是否真实可靠、 给出的结论是否正确等方面进行交流。 在交流过程中学生之间可以相互展示自己的探究过程和结果,通过讨论达成对 问题的解决和理解。学生在科学探究过程中,经过一系列的探究活动,形成的探究 结论或成果,必须通过讨论、展览等方式与教师和同学交流。学生一方面要用精确 的语言向他人展示、介绍自己的研究成果,报告探究活动过程和探究中所采用的方 法,交流自己的探究体会和感受;另一方面要耐心听取别人的意见和建议,分享他 人的成果和体会。 (三) 上海市中小学自然科学学习领域课程指

36、导纲要中科学探究要求。 上海市中小学自然科学学习领域课程指导纲要中对各个学段的科学探究有着非 常具体要求。尤其是对于初中阶段的学生,对于初中阶段的六七年级和八九年级有 着不同的要求。纲要中的要求如下:16基本要素 基本要求 六至七年级 八至九年级 提出问题 能够从自然、生活、社会的特定 能够借助一定的科学思想、方法、知 情境中发现并提出一些与科学 识,从自然现象、日常生活和实践活 有关的问题,通过思考明确问题 动中发现并提出问题、确定探究对象 和探究对象 作出假设 能够根据已有的知识和观察证 能够根据已有的知识和证据,通过一 据,作出假设或预测 定的逻辑推理和想象,作出假设或预 测 制定计划

37、能够拟定以调查与实验为主的 能够拟定具有一定可行性的实验探究 探究计划,确定探究对象和问 计划,确定探究对象和问题、探究方 题、探究方法和步骤以及数据处 法和步骤以及数据处理的方法,如测 理的初步设想 量仪器的选用、数据记录的表格、处 理数据的方法、问题的解释等 使用工具 能够比较规范地使用刻度尺、计 能够比较规范地使用基本测量仪器、 和搜集证 时器、天平、弹簧测力计、量筒 观察工具、化学试剂和试纸等。根据 据 (量杯)、放大镜、显微镜等测 已制定的探究计划,选用实验仪器和 量工具、实验仪器和其他设备; 装置;能够通过较系统的观察、较规 能够通过观察、测量和实验搜集 范的实验搜集证据;学会利用

38、图书、 证据;初步学会利用图书、网络 网络等进行搜集资料。 等进行资料搜集的一些基本技 巧和方法 处理数据 能够用数字、图形、表格来整理 能够对搜集到的证据作出简单的评 和解释问 数据,并结合已有的知识,通过 价;能够合理选用数字、图形、表格 题 比较、分析、归纳,运用简单的 等形式处理数据;能够初步运用控制 逻辑推理对问题进行解释 变量的方法分析、归纳、综合,对问 题作出比较合理的解释,并对探究过 程和结果作出初步评价和反思17表达与交 能够撰写简单的实验报告和探 能够借助简单的计算机应用软件撰写 流 究笔记,初步学会表达探究的过 较完整的探究报告;能够在探究果冻 程和结果,逐步提高书面表达

39、能 中进行分工和合作,用语言,数学关 力;能够在探究活动中,通过协 系,简单图表等多种形式表达和交流, 商进行分工、合作,并就探究活 并通过倾听同伴的意见改进和完善自 动中的一些问题与同伴进行交 己的探究工作 流、讨论 在整合的探究能力方面,课程指导纲要明确提出:初中阶段的科学探究活动要 在小学阶段的基础上,让学生体验完整的科学探究过程,加深对科学探究过程各要 素的认识,发展学生的科学探究能力。 二.国内外研究现状 (一)科学探究能力的国内外研究现状 1.国外研究的现状 目前,国外研究者对科学探究能力的研究主要有以下两种观点。 4 一种是认为科学探究能力是过程技能的集合 。这种观点将科学探究过

40、程分解 5 为一系列独立的成分,如观察、测量、分类、推理 等,相应的也将科学探究能力 分解为一些独立的技能,如观察技能、测量技能、分类技能、推理技能等,这些技 能就叫过程技能(process skill),科学探究能力是这些过程技能的集合。研究者 6 认为,这些要素能力或过程技能可以被测量出来 ,通过训练学生的这些要素能力, 学生的科学探究能力可以得到发展。学科教学领域的研究者多持这种观点。 后来的研究又进一步将过程技能分为两类:基本过程技能和综合过程技能,综 7 合过程技能被认为是对基本过程技能的综合运用。美国科学促进会推出的SAPA (Science -A Process Approach

41、) 课程列出13 项科学过程技能,这13 项技能又 分成两大类:基本科学过程技能,包括观察、分类、应用时空关系、传达、应用数 字、测量、推理、预测等技能;综合科学过程技能,包括下操作性定义、控制变量、 形成假设、实验、解释资料等。在评价方式上,这种观点多采用纸笔测量法。 另一种观点认为科学探究能力是一种科学思维和科学推理能力。这种观点认为, 由于科学探究的本质是科学思维和科学推理,所以科学探究能力也就是一种科学思 维和科学推理能力。这是一种心理学的研究视角。而这种观点由于关注的重点不同 18又有两种方向,一是强调个体的实验设计能力,认为科学探究能力反映在实验设计 水平中。受皮亚杰的影响,研究者

42、将被试能否使用控制变量策略,即CVS (control variable strategy) 策略,作为科学探究能力的一个重要特征。二是认为证据评 价的能力是科学探究能力的核心。给被试提供一些现成的证据让其完成推论任务, 8 通过考察被试推论时使用的策略和推论结果的正确性来评价其科学探究能力 。 这种观点在评价方式上,采用动手的探究任务评价学生的科学探究能力。更关 注整合的探究能力,研究多采用动手的探究任务,通过口语报告、访谈、查阅学生 9 的实验记录卡 等方式获得被试的探究过程资料,从而深入探讨学生在真实情境中 发生的复杂的探究行为,以对其科学探究能力作出评价。 以上两种观点和评价方式各有侧

43、重,前者将科学探究能力视作过程技能,实际 上是把科学探究能力简化为一组要素能力,并分别进行测量。其实,科学探究能力 不同于观察能力、测量能力、分类能力、推理能力等基本过程技能,它是具有复杂 结构的高层次的能力,建立在多方面的知识技能基础之上,而不是一些要素能力的 简单集合。后者将科学探究能力也简单地等同于实验设计能力或证据评价能力,无 论是实验设计能力还是证据评价能力,都只是科学探究能力的一个成分。因此,任 何单一的方法都不能准确衡量学生科学探究能力的水平,不能解释科学探究能力的 10 特点,在研究借鉴中可将两者结合起来使用 。 2.国内研究的现状 我国实施新课程改革后,科学教育已改变过去重知

44、识传授、轻能力培养的局面, 11 科学探究的要素技能已全面渗透到中小学的科学教材中 。如,教科版的小学科 学教材中,三、四年级注重培养学生的观察、测量、比较、交流、绘制图表、记 录等基本技能,五年级注重对学生实验设计、控制变量等综合技能的培养。 对科学探究能力的要求也明确进入了国家及各个省市的中小学课程方案中,笔 者所在的上海市对科学探究能力有较明确的界定。上海市中小学自然科学学习领 域课程指导纲要中对科学探究的基本思路提出了六个要素,即提出问题、作出假 设、制定计划、使用工具和搜集证据、处理数据和解释问题、表达与交流。科学探 究能力具体体现在这六个要素中,包括观察、实验能力、思维能力、想象能

45、力、运 12 用科学方法的能力、判断决策的能力、表达、交流、合作的能力等 。 科学探究己经成为我国课程改革中的热点问题,上述科学探究的教育实践也将 19科学探究能力的培养提到了相当高的高度,但国内的研究工作很不成熟,对于科学 13 探究尚缺乏深入的认识 。很多对学生科学探究能力培养的文献,主要集中在以下 几方面:从理论上论证科学探究在教育教学中的作用和价值;在关于课堂上如何对 学生的科学探究能力进行培养的文章中,经常是一般教师的主观体验,大部分还是 44 经验的感悟,几乎没有进行科学的研究和通过实践得到的科学数据 ;在一些对科 学探究能力的实证研究中,也仅仅涉及到学生能力的现状,没能对学生能力

46、发展进 行纵深研究,对能力现状的考察也主要依靠调查问卷完成。 科学探究活动是综合的复杂的活动,涉及理论和实践领域中多方面的问题,不 能将其简单处理成一个个程序,不能将其机械的分解,否则不仅让学生无法完整地 认识到科学探究这一整体的探究活动,还会造成一定的误解。在目前我国的有关理 论研究中,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式,结果导 致了科学探究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,这使许多探究走向程式化和表现化;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,

47、让他们动手动脑,就是科学探究,而忽略了对科学探究 本质的把握和对学生探究能力的有目的的培养,不能使科学探究对能力的培养落到 44 实处 。 科学探究能力的评价研究同样处于初级阶段,评价的理论研究上只有罗国忠的 博士论文初中生科学探究能力评价方式的比较研究,但科学探究能力评价的应用 研究十分匾乏,尤其是操作方面缺乏科学性、客观性、系统性的设计方法与评分系 统,这与新课程大力倡导科学探究是极不相称的。 (二)科技课外活动的国内外研究现状 1.科技课外活动的国外研究现状 首先,什么是课外活动?课外活动是课程结构的重要组成部分,是促进学生全 17 面发展的重要途径 。美国的克拉克和斯塔尔指出:“课程是

48、学校打算让学生获得的 全部经验。课程并不局限于各种学科;课外活动和辅助工作,诸如指导和保健也都 是课程的一部分。” “课外活动是不包括在学生正规课程之内的那一部分课程。18” 很显然,他们二人把课外活动看成课程的重要组成部分。 现在,国际教育界已把与“课外活动”相对应的英文词语由原来的 2018 extracurricular activities 。 课 程 之 外 的 活 动 改为 extra-class activities课堂之外的活动。这一词语变化表明,国际教育界已把课外活动看作 是课程的一部分,而不是把它看作独立于课程之外的与课程相对立的活动。 国外主张,为了使课外活动能满足不同兴

49、趣、爱好的学生的需要,使学生受到 多方面的锻炼,个性得到和谐发展,课外活动的形式要尽可能多样化。其活动形式 主要有:学科小组活动、科学技术活动、课外阅读、学科竞赛、生产劳动或公益劳 动、讲座和讲演、文体活动等等。而这里的学科小组活动和科学技术活动,往往采 用主题探究式的学习方式。 关于主题探究式的学习方式,是国外培养学生科学探究能力的重要方式,它不 仅局限于课外活动,而是渗透到全部的课程中。1983年,“美国教育优异委员会”发 表了题为国家在危急中:教育改革势在必行的调查报告。这份报告重新确立了 美国中小学新的基础科目,规定四年制高中毕业生要必修4年英语、3年数学、3年自 然科学、3年社会研究

50、和半年计算机课程。其中,社会研究采取的基本活动方式就是 主题探究式的,着重培养学生的探究活动能力,将其列为必修课程意味着对培养学 生探究能力的高度重视。 20世纪90年代以来,运用研究性学习重构整个课程体系成为世界课程改革的潮 流。在各国开展的课程改革中,尽管使用的名称各不相同,但对探究性学习给予了 特别关注。如,美国为培养学生进一步学习的能力,提高其对社会的适应性,各州 的课程框架中都设计了不同类型的研究性学习的实践形式。法国开展的研究性学习 则着眼于打破学科专业分化的单一倾向,会聚多种知识和能力,如沟通能力和批判 能力等。法国国民教育部规定了各学段以学生研究为主旨的课程形态:高中设置“框

51、架性个人研究课程”(Travaux personnels encadres,简称TPE),初中设置“发现之 旅”,小学则参照法国科学院倡导的“动手做”试验,改革小学理科教育。日本教育 课程审议会为有效发挥学校的创造性,培养学生具有主动适应社会变化的素质和能 力,在新课程体系中专设“综合学习时间”,给予学生“跨学科的、综合性学习”的 时空。此外,我国台湾从实现课程统整的目的出发,开辟“综合活动”领域,发展 学生的“主动探索和研究精神”以及“解决问题的能力”。香港特别行政区对培养学 生高层次的思考能力、沟通能力、合作能力以及自学态度等的需要,将“专题演习” 19 (project learning

52、)作为课程改革的关键项目 。 212.科技课外活动的国内研究现状 在国内,作为教育学概念的课外活动,同样是指学校有目的、有组织、有计划地 在不受教学计划、教学大纲、教科书限制的条件下利用课余的时间和空间在学生中 开展的多种多样的教育活动。例如学科活动、科技活动、阅读活动、文艺活动、体 20 育活动等 。 课外活动是学生课余生活的良好组织形式。课外活动是课堂教学的延伸和补充, 21 是教学独特的形式和组成部分 ,它具有内容广泛、形式多样、比较灵活,开放性、 实践性、趣味性以及学生自主性较强等特点。课外活动不但可以丰富学生的课外生 活,而且可以配合课堂教学,实行因材施教,使学生扩大知识面、经受实践

53、锻炼和 22 发展智能,培养他们对科学的兴趣,有利于他们发展特长和全面发展 。 而关于探究式学习,相对于西方发达国家和地区,探究式学习在我国开展得稍微 晚些,但推进的速度很快。基础教育课程改革纲要(试行)中课程结构中规定: 从小学到高中,设置综合实践活动课并作为必修课,其主要内容包括:信息技术教 23 育、研究性学习、社区服务与社会实践以及劳动技术教育 。其中“研究性学习” 作为“综合实践活动课”这一必修课的组成部分被正式提出。上海市普通中小学课 程方案中,明确提出了普通中小学课程体系由基础性课程、拓展型课程和研究性 课程组成,在九年义务教育阶段,研究型课程称为探究型课程。 我国有些学者提出探

54、究学习“是从学科领域或现实社会生活中选择和确立研究主 题,创设一种类似于科学研究的情境,通过学生自主、独立地发现问题、实验、操 作、调查、信息搜集与处理、表达与交流等探索活动,获得知识、技能、情感和态 24 度的发展,特别是探索精神和创新能力发展的学习方式和学习过程” 。 很显然,有些国内的学者,往往把探究性学习等同于主题探究性学习,这实际上 25 是存在误区的。这里,有必要对科学探究过程的四个级别 及国内的实施情况用表 格做一描述如下:22科学探究的级别 描述 实施现状 1、具体方法级的探 培养学生观察方法、测量方法、 主要在小学和低年级进行,已 究 控制变量、归纳、模型、分类、 渗透到课堂

55、教学中。 演绎等具体的科学方法 2、要素级的探究 科学探究的要素包括:提出问 要素级的科学教育在 6、7 年 题、作出假设、制定计划、使用 级的科学课程的课堂教学 工具和搜集证据、处理数据和解 中,重点强化。 释问题、表达与交流。 3、阶段级的探究 一般将科学探究分成三个阶段: 低年级的课堂教学中涉及不 “科学理论发现”、“科学理论 多,主要以课外活动进行的 的检验、评价”和“科学解释和 预测” 4、全过程级的探究 以问题为先导,综合运用各种科 即是主题式探究性学习,基本 学方法,经历各个探究过程和要 以课外活动的形式开展。 素,具有复杂结构的综合性的高 层次探究活动 基于我国的基本国情,尤其

56、是我国现行的基本教育制度,还没有从根本上脱离应 试教育的模式,而且,受课堂教学的时间、空间和效率的局限。目前,主题式探究 性学习也就是全过程级的探究学习,在具体的实施中,多以课外活动的形式展开。 例如笔者所在的上海市,作为教育热点的“研究性学习”,在具体实施时,很多学校 实际上就是依靠课外科技活动,其中较有影响的有上海市西中学的“高中自研式活 动课”、华东师大一附中的“跨学科研究活动辅导”、华东师大二附中的“小课题研 究”、七宝中学的“人与自然”系列研究、进才中学的“学生科学院”、上海市二中 32 的“研究型课程”等 。 这种以小课题研究为主要形式的研究性学习,就是主题探究式科技课外活动, 它

57、模拟了科学研究的情境和过程,强调学习过程的参与和体验,对传统的重在知识 104.305.6加与减（二）2 P57-60传授的教学模式是一个突破。 近几年来,国内学者对课外活动包括科技类课外活动的理论、经验的研究和总 2331 结,取得了实质性的进展 ,但从总体上看,这些分析和论述尚不够全面、深入。 即;在科技类的课外活动中普遍存在低效的问题,反映出活动策略、活动管理、活动实 32 施等方面的诸多问题 。尤其是如何评价科技类课外活动的效果,它是否在事实上 真正提高了学生的科学探究能力,提高了学生的科学素养,怎样的科技类课外活动 才是有效的?这些方面的实践研究还是相当匮乏的。 24第三部分 实践研

58、究部分 在文献研究和理论研究的基础上,本研究在 2010年9月初进入实验研究阶段。 实验研究包括三个阶段:第一,研究前的准备工作:了解上海市初中学生课外活动 若a0，则当x时，y随x的增大而减小。的现状,选择实验样本,做好课程的设置和计划,做好实验样本科学探究能力的前 1、第二单元“观察物体”。学生将通过观察身边的简单物体，初步体会从不同角度观察物体所看到的形状可能是不同的发展空间观念。期测试。第二,在科技课外活动中,开展小课题研究,培养学生科学探究能力阶段; 第三,课程活动结束后,评价科技课外活动培养学生科学探究能力的效果。实践研 究流程图如下: 研究前准 选 择 实 验 样 实 践 研究

59、评价科备: 了 解上 本, 做好 课程 阶段 : 开 展小 技课外活 点在圆内 dr;海市初中 的 设 置 和 计 课题研 究 , 培 动培养学 圆由两个条件唯一确定：一是圆心（即定点），二是半径（即定长）。学生课外 划, 实验 样本 养 学 生 科 学 生科学探 125.145.20加与减（三）4 P68-74活动的 现 科 学 探 究 能 探 究 能 力 阶 究能力的状 力 的 前 期 测 段 效果。 试 一、实践研究前的准备工作 (一) 被试情况说明 2、加强家校联系，共同教育。被试对象的全样本为笔者执教的上海市某普通中学初二年级的同学,年级共 83 人,随机选择 19 人作为实验对象,

60、为了以后进行独立样本的 T 检验,另随机选择 推论1 经过圆心且垂直于切线的直线必经过切点.28 人为对照组,实验组的 19 位学生组成课外活动小组,围绕着生活中的问题,选 择合适课题,分成四个课题小组,分别由四位老师指导(两位一线教师,两位课外 活动辅导老师,学历都在本科以上,有超过 6 年的教龄),进行全过程级的科学探 究活动。 结合本初中的实际情况,教学时间固定在每周二的下午 2 点半至下午5点,同 5.方位角：从某点的指北方向按顺时针转到目标方向的水平角，叫做方位角。如图3，OA、OB、OC的方位角分别为45、135、225。时,根据课题的实际工作,实验时间可以随时根据需要进行补充。 (二)学生科学