科学探究：永无止境

1. 科学探究：永无止境 北京师范大学物理系 郭玉英 yyguo@bnu.edu.cn

2. 主要内容 • 介绍一项关于教师科学探究观念的国际比较研究 • 本次大赛的简要总结 • 几点建议

3. 科学探究是新世纪国际科学 教育领域关注的重要课题之一 我们常说：“教师的观念影响教学行为” 首先介绍一项关于中学物理教师科学探究观念的国际比较研究

4. 香港、大陆和美国三地物理教师探究教学观念比较研究香港、大陆和美国三地物理教师探究教学观念比较研究 香港大学黄小玲 容显怀 郭玉英 Norman LEDERMAN Judith LEDERMAN

5. 研究背景

6. 美国 采用探究进行科学教学的思想由来已久，大约起于19世纪末(Bybee, 2000) 《美国国家科学教育标准 (NRC, 1996) 》强调了基于探究的教与学的重要性。 《探究与国家科学教育标准 (NRC, 2000, p.29) 》更加详细地描述了课堂探究教学的重要特征与变量。

7. 作为内容的探究 –美国国家科学标准(NRC 1996, p.111)

8. 香港 科学教育受到英国教育制度与政策的影响。 在60-70年代，有着20年以上教龄的教师，在O和A水平纳菲尔德课程中懂得发现学习的方法。 [科学为精英] “发现法”在香港成为教师演示实验或验证性实验的主要方法。 [旨在巩固知识而非探究技能] 在80-90年代，香港经济经历了一次从制造业到服务业剧烈的结构性变化，促使了对中学毕业生和大学生在诸如问题解决和探究技能等良好技能的需求。 1994年，香港地区由2所大学扩大到8所大学。 课程目标已经从帮助学生了解经典科学知识以应付竞争激烈的大学入学考试。扩展到将技能与态度纳入其中。

9. 科学教育(P1 – S3) 2000年起物理/化学/生物 (S4-S5) 2003年起http://www.edb.gov.hk/index.aspx?nodeID=2824&langno=1 从2000年以来，跟随世界趋势，推进科学探究

10. 科学探究是作为“技能与过程“目标中的一部分科学探究是作为“技能与过程“目标中的一部分 注：许多香港教师在他们自己的中学学习中并没有经历过基于探究的科学学习。

11. 大陆 • 80年代以前，受前苏联教育体制的影响 • 强调学术规范 • 从7年级开始由专门学科教师教授独立的科学科目 • 以教师为中心，灌输式 • 以考试为导向 • 1978年，邓小平提出改革开放政策促使了对西方的逐渐关注。

12. 从1986年到2001年大陆课程标准的变化 实验 巩固知识 (多数为验证性实验) 引导探究的一种手段 • Wei & Thomas (2005) IJSE • 更确切的说，实验的作用，已经从作为”巩固知识“的工具，转变为一种引导科学探究的手段。

13. 跟随世界趋势，从2000年开始，关注科学素养的提高跟随世界趋势，从2000年开始，关注科学素养的提高 倡导从灌输式教学转向探究教学 与美国标准类似，科学探究被作为教学内容

14. 科学探究作为提高科学素养的手段之一 • 物理课程标准提出探究教学七个要素： • 提出科学问题 • 猜想与假设 • 制定计划与设计实验 • 进行实验与收集证据 • 分析与论证 • 评估 • 交流与合作

15. 受观念影响的实践 课堂教学实施的程度与方法可能会因教师对探究教与学的观念不同而发生改变。(Brown, Abell, Demir & Schmidt, 2006; Wheeler, 2000)

16. 探究的三个层面(Wheeler, 2000) 第一 : 学生参与 实验操作 第二 : 参与真实的探究 学生提出自己的问题，制定计划并通过与材料（实验）的互动寻找答案。 第三: 内容维度 探究是一种学习内容（真正理解科学探究的本质） 科学探究应该尽量接近良好的科学以呈现关于探究的更准确的情景

17. 研究目的 调查与比较有着不同探究教学经历、来自不同文化背景的香港、中国大陆和美国科学教师的探究教学观念。 香港、北京和芝加哥代表了西方、东方以及中西相融的3类教育体制和文化背景。

18. 研究设计

19. 取样 有目的地选取认可并对探究教学感兴趣的教师样本 香港10名物理教师 北京10名物理教师 芝加哥10名物理教师

20. 研究工具 开发基于录像的调查问卷 选择了大陆不同地区的四节物理课（大赛录像） 比较老教师与年轻物理教师 (关注于对探究教学的认识) 录像的选择旨在包括美国国家科学标准、中国课程标准和香港课程指南中提及的探究教学的尽可能多的特征。 开发问卷以调查教师如何看待这四节课 一个基于美国国家科学标准、中国课程标准和香港课程指南中探究教学特征设计的态度倾向观察量表 伴随定性回答的问卷讨论

21. 四位探究教学都“受到肯定”且不同风格的教师（每人讲课大约30分钟）四位探究教学都“受到肯定”且不同风格的教师（每人讲课大约30分钟） 引导学生根据老师的计划设计实验方案（洛伦兹定律） 提出许多结构良好的问题，以促进思维;学生有动手活动 （圆周运动） 用问题来引导课堂学习的方向和流程。时间用于动手活动，类似于提出结构良好的指导性问题（小灯泡的伏安特性） 学生设计方案，并进行解释，然后全班同学用同样的仪器进行实验（气体定律）

22. 观看每个录像，并在5点量表中指出各项目在该节课中出现的频率。观看每个录像，并在5点量表中指出各项目在该节课中出现的频率。 ...... 您认为刚才看到的这节课是否为一个很好的探究课堂实例？请在下面详尽叙述您的理由。

23. 研究结果

24. 定量结果 ANOVA 检验表明美国和北京物理教师关于圆周运动一课的看法存在显著性差异。 [这是一节关注知识的课，但是较少学生参与的探究活动]

25. 较低的分值并不意味着对探究理解得较少。但是它暗示了教师期望能看到更大的比例。较低的分值并不意味着对探究理解得较少。但是它暗示了教师期望能看到更大的比例。

26. 定性资料分析结果:不同类别中的差异比较

27. 差异与原因

28. 科学探究作为学习内容 一些美国和北京教师知道将科学探究作为学习内容的课程目标，而香港教师没有提到这一点。 在香港，在《课程与评价指南》 (p. 9-10)中，科学探究是作为学习目标置于”技能与过程“目标之下的，因此，将科学探究作为学习内容可能被忽视。 美国和中国大陆的课程标准文件中，都将科学探究归入内容标准中。在课程标准中也多处指出了认识科学本质的重要性。

29. 北京教师——强调学科知识 不让学生知道答案/基于发现的学习 8位香港教师支持这一观点。一位香港教师说到：”最好的探究就是教师和学生都不知道答案“ 中国大陆的教师更加关注学科知识的掌握程度。多数教师认为科学探究的目的就是让学生参与探究过程，即使他们已经知道答案也不要紧，探究的主要目的是学习知识（正确的答案） 事实上，学生往往在课前已经看过了教材，多数学生在探究前已经知道了答案或结论。

30. 北京—设计探究方案但并不实施学生的方案 香港和北京的老师认为制定探究方案是重要的特征之一，但只有两位教师在条件许可的情况下允许学生根据自己的意愿或方案实施探究。 这一结论实际上与”不让学生知道答案“是一致的。 中国大陆的教师很少愿意改变他们原来的计划，确保计划好的核心概念能够教给学生 另外一个原因，可能是因为能够供学生实施其方案的实验仪器和资源受到限制。

31. 香港—得出结论较差 香港和美国教师在学生通过探究得出结论方面，差异显著。 这一结论与2003年香港8年级学生TIMSS成绩的研究结论(Yung & Wong, 2006）相一致。 香港学生在3方面不同类型的问题上所得的成绩表明，相对西方国家而言，香港学生在得出结论方面普遍较差。 当前的比较研究表明，这与教师对学生在该领域表现的期望较低相关。的确，在实验课末尾全班讨论后，学生抄下教师总结的结论这种现象是比较普遍的。

32. 香港、北京、美国—课堂互动 香港和北京教师都认为生-生和生-师互动是有价值的，而只有3位美国教师认为生-师互动是有价值的。 美国教师高度认可学生导向的教学方式，而只有3位北京教师赞成这种教学方式。 许多北京教师认为探究教学与启发式教学相近甚至等同。启发式教学在中国意味着教师不是直接将知识或答案传输给学生，而是给予学生一些设计好的问题，引导学生一步步的回答，这样师生双方都较深入地参与了教学之中。有时，即使教师认为他们在运用探究式教学，但课堂上看起来仍然是教师为导向的。.

33. 本届大赛简要总结

34. 本届大赛主题：科学探究 • 中国教育学会物理教学专业委员会连续举办了三届以科学探究为主题的教学改革创新大赛，对探究教学的认识和实践正在深入发展。 • 从实践层面看，课堂探究教学的发展经历了不同阶段： • 程式化：按课标提出的探究要素展开 • 自由化：放手让学生探究 • 追求真正的探究：过程与结果统一

35. 本届大赛取得了圆满成功 • 从总体上看，参赛教师展示出良好的素质和精神风貌 • 录像课基本摆脱了程式化的教学模式，每节录像课都有亮点，体现了教师对科学探究教学的思考和实践探索 • 出现了能展示出学生真实思维发展过程的优秀录像课 • 更好地利用多种教学资源和现代信息技术

36. 反映出一线教师对物理课程中的科学探究逐渐达成以下共识反映出一线教师对物理课程中的科学探究逐渐达成以下共识 • 课程标准中提出的是过程要素而不是教学程序 • 科学探究是教学目标、教学内容与教学方式的统一 • 科学探究不是程序性知识，不能通过传授方式学习，探究教学不能模式化 • 科学探究的思想应贯穿于整个物理课程之中，一节课不一定突出7个要素

37. 本次大赛展示出来的进步 • 内容的选择： • 从选择课题到选择探究点 • 选择重点、难点知识作为探究的内容，利用学生自主探究突出重点、突破难点

38. 本次大赛展示出来的进步 • 探究要素的深入： • 创设情境，让学生自己发现问题 • 猜想与假设，学生不仅提出更多的猜想，而且能说出猜想的依据 • 设计实验，学生能提出多种实验方案，通过比较改进和选择最佳方案 • 收集和处理数据，注意到了实验误差和精确性 • 评估与交流方式的多样化

39. 本次大赛展示出来的进步 • 课堂中师生的表现更加自然、真实 • 生成性有更多的体现，学生在探究过程中自然产生出非预设的问题

40. 需要继续深入研究的问题 • 如何引导学生真正发现和提出问题 • 我们仍然看到许多录像课存在形式化倾向，整个过程都是教师预设和导演的，学生的操作和回答都是我们所希望的。 • 真实的探究过程有大量的曲折与艰辛，学生会遇到很多困难，产生很多问题。 • 需要营造师生共同探究的课堂氛围。

41. 需要继续深入研究的问题 • 如何更好地发挥学生的主动性，让教学过程按照学生的思路自然展开，而不是完全按照教师的要求进行 • 要研究和了解学生的认知过程 • 在学生真正存在思维障碍的地方设计探究活动

42. 需要继续深入研究的问题 • 如何引导学生深层次的思维活动 • 表面化的现象仍然存在，有些课学生实验和动手活动很多，但学生思维并没有真正调动起来

43. 几点建议

44. 物理课堂上的探究教学应体现科学探究的本质特征物理课堂上的探究教学应体现科学探究的本质特征

45. 关于科学探究本质的认识 • 科学探究是人们描述和解释自然界的一种基本方式，它源于人类的好奇心和探索欲望，具有创造性和建构性，观察和提出问题、形成假设、检验求证、得出和解释结论等构成了科学探究的全过程。 • 概括目前学术领域关于科学探究的研究成果，主要包括以下几方面基本特征：

46. ●科学探究的动力 • 科学的发展并非完全来自于外部的社会需求，科学探究的基本驱动力是人们对外在世界的好奇心。 • ●科学探究的过程 • 观察和提出问题、形成假设、检验求证、得出和解释结论、交流和应用等共同构成了科学探究的全过程，但并不存在标准的或固定的研究步骤或程序。 • ●证据的重要性 • 科学必须建立在真实的证据基础上，根据证据可以推翻权威。科学实验是获取证据和验证假说的最主要方法之一，一个实验的结果不能有效地证明一个科学论断，科学实验必须是可重复的。

47. ●研究方法的多样性 • 科学方法具有多样性，而且同一个问题也可用不同的方法来解决，最终可以得到同样的结果。 • ●创造性 • 科学探究不仅涉及逻辑推理和实验活动，同时还是一个充满创造性思维的过程。 • ●建构性 • 科学探究是一种主体建构活动，具有一定的主观性，科学研究会受到的探究者知识背景、信念和经历等主观因素的影响，要尽量避免偏见与误差。

48. 除了探究过程要素之外还要重视以下方面 • 探究的动力是学生的好奇心和求知欲，而不仅仅是教师的要求 • 要注重研究方法的多样性，注重证据 • 要充分发挥学生的创造性

49. 要展示真实的教学过程片段 • 科学探究是求真的，我们的教学录像首先要求真，要展示真实的探究教学过程 • 学生的错误观念是最宝贵的教学资源，一定要让它暴露出来，物理教学过程是一个概念转变过程 • 录像片段要更多地展示学生的思维和活动，而不是教师的表演

50. 大赛圆满成功来自大家的共同努力 向承办本次大赛的呼和浩特市教研室和付出了辛勤劳动的工作人员表示衷心感谢！ 向为本次大赛提供了良好条件和服务的呼和浩特二中表示衷心感谢！ 向辛苦工作的专家和评委表示衷心感谢！ 向所有参加大赛和支持大赛的朋友们表示衷心感谢！