十三水平台出租

從一份調查反思高中生對科學研究思想與方法的認識

  • 投稿狂丸
  • 更新時間2016-05-12
  • 閱讀量460次
  • 評分4
  • 59
  • 0
  巴洛夫曾說:“重要的是科學方法、科學思想的總結,認識一個科學家的方法遠比認識他的成果價值更大。”在我國,從“授之以魚不如授之以漁”的古訓,到新一輪課程改革將“過程與方法”作為課程目標的維度之一,體現著教育者對方法教育歷來的重視。那么,在新課改深入開展的今天,高中生對科學研究思想與方法有著怎樣的認識? 
  檢索相關文獻發現,近年來關于科學思想方法教育的研究成為科學教育研究的熱點之一,在萬方數據庫中檢索“科學方法教育”,近3年共檢索到2307篇期刊論文。但已有的研究主要集中論述開展科學方法教育的價值、教學策略、在教科書中的體現等,而極少涉及對科學研究思想與方法認識的測試調查。筆者擬以高中物理天體運動相關內容為例,嘗試探索與回答上述問題。 
  1 調查卷的開發與施測 
  關于天體運動的研究是較具代表性的科學發展史,其中涉及了各類科學研究思想和方法,而高中《物理》必修2在《萬有引力》這一章中,開篇便是關于天體運動研究發展的概覽,因此本研究選取該內容作為調查的主題。 
  為了更廣泛地收集高中生對科學研究思想與方法的認識,調查卷擬以簡答題為主,了解學生對不同科學家研究工作的認識情況,進而考查他們對相應科學研究思想與方法的認識。另外,為了比較高中生對科學知識及其相應科學研究思想與方法的認識是否存在差異,調查卷擬增設關于天體運動相關知識的記憶與應用的考查。 
  基于上述思考,筆者嘗試開發了相應的高中生對天體運動研究思想與方法認識的調查卷。在請物理學科專家和物理教育研究專家對調查卷進行審查后,選取3位高二學生進行了初測,根據他們對測試題目理解的反饋對題目做了進一步調整,形成最終的調查測試卷。 
  在廣東一所中上層次高中的高二年級選取一個班的全體學生作為調查測試對象。共計發放調查測試卷50份,回收有效調查測試卷49份。所有調查卷統一編號,并對其中的簡單題答案進行歸類整理和統計。 
  2 調查數據的統計分析 
  2.1 關于相關知識的考查 
  首先,審視高二學生對知識的記憶情況。調查卷中設計了一道填空題,要求學生寫出萬有引力定律的公式。統計顯示,100%的學生都能正確寫出該公式,表明學生對該知識的記憶是很好的。 
  繼續考查學生對開普勒三大定律應用及其推論的認識情況,要求學生判斷——與遠日點相比,當地球離太陽較近時運動速度是較快、較慢還是不變。該題是開普勒第二定律的推論,測試結果顯示:87.8%的學生能夠正確回答近日點運動速度較快,可見,大多數學生對開普勒第二定律的這一推論具有較好的認識。 
  上述兩題學生有可能憑借記憶做出正確回答,進一步考查學生對天體運動規律的靈活應用情況。調查卷中詢問學生“月球與地球之間有萬有引力,那么為什么月球不會被地球吸引下來?” 
  學生的答案大致可分為三大類。第一類(占32.4%)答案是用圓周運動的相關知識做出相應解釋,代表性的答案如“地球與月球間的萬有引力提供月球做圓周運動的向心力”;第二類(占35.3%)回答則將原因錯誤地歸咎于地月距離太遠,代表性回答如“月球與地球相距較遠,萬有引力尚不能將月球吸引下來”;第三類(占32.3%)回答則錯誤地認為月球受力平衡,有的認為“月球與地球間存在斥力”,有的認為“月球除了受到地球的萬有引力之外,同時也受到其他天體的萬有引力”。可見,三分之二的學生對于圓周運動知識還沒有做到靈活應用的程度,無法正確解釋地月間的運動現象。 
  綜合比較本題與前面兩題的正確率可以發現,當前學生能夠記住公式、定律及其推論,但并不意味著學生能夠靈活應用這些公式和定律解決問題。 
  2.2 關于托勒密研究思想與方法的認識考查 
  再來審視學生對科學研究思想與方法的認識情況。測試題1以托勒密地心說的研究為命題背景,如表1所示。 
  統計顯示,65.8%的學生認為托勒密所進行的研究可以稱為科學研究,代表性的理由如:“尊重事實,從事實數據出發假設”,“結合實際觀測到的數據進行分析,提出了較為科學的假說”,“因為根據觀察到的現象作出假設”,但也有個別學生認為“因為他是科學家,他在做他應該做的事”。 
  當問及如果認為是科學研究,體現了哪些科學研究思想與方法時,只有一半的學生予以了回答。盡管學生存在著偷懶的心理,但三言兩語能說明的研究思想與方法卻留以空白,從另一個側面反映了很可能學生并不知曉相應的科學思想與方法。查看填寫了文字的答案,多數都正確提及了觀察與假設,代表性的回答如“觀察提出假說”,“通過科學現象作出猜想與假設”,“結合實際觀測到的數據進行分析提出較為科學的假說”。可見,學生對觀察法與假設法較為熟悉。 
  而44.2%的學生則認為托勒密的研究不能稱為科學研究,代表性的理由主要有兩類。一類認為其沒有實驗數據,如“沒有實驗數據”,“沒有精確的觀測數據可以證明”;另一類理由認為只是假設,沒有理論依據,如“只是對天體進行觀測猜測,沒有科學理論依據”,“他的研究無影無蹤,僅靠一些實驗數據和豐富的想象力,牽強地用本輪來解釋地心說”,“沒有理論來驗證實驗”。可見,這部分學生認為必須有實驗數據和理論基礎才能稱為科學研究,而沒有認識到根據已有事實嘗試作出假設同樣是科學研究的一種范式。 
  2.3 關于哥白尼研究思想與方法的認識考查 
  調查卷中繼續以哥白尼的研究作為考查背景,測試題2見表2。 統計顯示,81.6%的學生認為哥白尼關于日心說的研究可以稱為科學研究,僅有18.4%的人持反對意見,其反對理由多數都認為缺乏實驗,如“因為他只是憑借肉眼觀察到的內容來說明問題,沒有深入太空,沒有實驗來檢驗真理”。可見,學生仍認為只是假說而缺乏實驗的研究,不能納入科學研究的范疇。 
  對于持肯定看法的學生,認為哥白尼所用的科學研究思想與方法主要有兩類:一類認為是觀察法,代表性的如“大量的觀察和研究”,“實驗觀察證明”,“觀察計算”;另一類認為是理論計算與假設法,代表性的回答如“理論計算法和假設法”,“作出假設數據處理分析”,“大膽猜想”。這種認識是正確的,哥白尼進行了一定量的理論計算,所提出的日心說也是一種假設模型。但是,題目中提供的信息“哥白尼拋棄了這些數量眾多的本輪而提出了更為簡單的日心說模型”,沒有一位學生予以關注,沒有一位學生提到“簡單性原則”的物理學研究思想,在一定程度上表明學生對這種研究思想并沒有較好的認識。 
  2.4 關于開普勒研究思想與方法的認識考查 
  測試題3以開普勒的研究作為考查背景,具體見表3。 
  統計表明,只有4位學生認為其研究不能稱為科學研究,查看他們的理由,一位認為“只是進行計算,只能算是理論上的研究,不能算是科學研究”,另外3位則清楚地指出“沒有進行實驗”。可見,個別學生錯誤地認為只有實驗才能算是科學研究,這種認識本身是片面的,需要在教學中予以重視。 
  進一步審視其余學生認為開普勒研究所體現的科學研究思想與方法,多數都提及了計算,如“理論計算”“總結分析數據”等。除此之外,不少學生還認為應用了觀察法和實驗法,表述如“精確觀察”,“多次實驗求普遍性”,“通過多個實驗得出普遍規律而推斷出三大定律”。事實上開普勒自身的視力不太好,主要的研究是立足于第谷留給他的大量天文觀測數據進行理論計算,運用的是數學方法,“理論計算”的表述與數學方法含義基本相近,但不少學生強行加上“觀察法”“實驗法”,實際上是不正確的。由此也反映出學生頭腦中認為只有涉及觀察或實驗才能稱為科學研究的錯誤觀念。 
  2.5 關于牛頓研究思想與方法的認識考查 
  最后一道測試題以牛頓關于萬有引力的研究為背景(見表4)。 
  統計結果出乎筆者的意料,盡管學生們都知道牛頓是物理學家,但仍有高達25.6%的學生認為題目中提及的牛頓的研究不能稱為科學研究,反對理由如“無數據”,“只提出假設而不做實驗來驗證”,“只是普通的由表面現象作出設想,并未有與之相關的實驗驗證”。可見,學生的反對理由都集中于沒有實驗,再次揭示了不少學生對科學研究認識的局限。 
  再來審視認為牛頓的上述研究可稱為科學研究的回答,只有15人做出了回答,很可能不少學生對科學方法與思想并沒有相應的認識,無從下手。回答的類型主要有3類:第一類回答認為是“類比法”,如“假設類比”“大膽設想,合理類比”,只有3位學生能夠認識到牛頓將地球吸引月球的力與地球吸引蘋果的力進行類比,這是值得肯定的,但可惜比例很低;第二類回答只是含糊地認為是“設想”,這類回答占了53.3%,如“合理設想”“大膽設想”“擴散思維,有條理的聯想”,盡管牛頓的研究中的確涉及了設想,但設想的表述很難稱得上是一種研究方法;第三類回答則提及了實驗法,占26.7%,如“作出假設進行實驗數據的處理分析”“實驗觀察”等,實際上在題目提供的信息中并未提及牛頓進行了相關的實驗,這部分學生的邏輯是:牛頓所做的研究一定是科學研究,而科學研究一定要涉及實驗,因此想當然地認為采用了“實驗法”。全班沒有一位學生指出牛頓采用了理想實驗法,學生所提及的“實驗法”都是指向真實實驗,需要“處理實驗數據”、需要“觀察”,再次體現了學生對相關科學方法的認知缺失。另外,也沒有一位學生提及牛頓將天上運動和地上運動統一起來確立了萬有引力普適性的研究中,體現了“統一性原則”這種同樣重要的物理學研究思想。 
  2.6 小結 
  綜上所述,可以看到: 
  (1)對于天體運動涉及的公式、規律及其推論的記憶,參與測試的學生都能較好地完成,但不少學生并不能靈活運用圓周運動的知識闡釋地月間的運動現象。 
  (2)對于具體的科學研究方法,多數學生都能認識到“實驗法”“觀察法”“假設法”這3類科學研究方法,但仍存在著以下問題:其一,基本上所有的學生都不能較好地表述出科學研究方法的名稱,只能說出大致的意思,如“理論計算”“設想”等;其二,多數學生沒有意識到“類比法”“理想實驗法”等科學研究方法;其三,部分學生將“觀察法”“實驗法”等科學研究方法,不加判斷地強加進科學家的理論研究中。 
  (3)對于科學研究思想,一方面,沒有一位學生能認識到“簡單性原則”和“統一性原則”這兩種重要的物理學研究思想;另一方面,不少學生錯誤地認為只有涉及實驗才能稱為科學研究,而沒有認識到,應用邏輯推理和數學工具嘗試對已知的實驗事實進行描述和預測,同樣是一種十分重要的研究思想。 
  3 討論與建議 
  3.1 若干討論 
  討論1:為什么學生能夠回憶和應用相關公式、規律,但對相應的科學研究思想與方法并沒有深刻認識? 
  該問題提及的現象,從上文關于不同內容的調查測試結果的比較中可見一斑。筆者認為,最主要的原因在于,當前學生所學習的各類公式、規律,往往由教師或教科書以較快捷的方式呈現出來,而后便進入了各類習題練習環節。盡管他們也經歷了課程標準提出的“探究過程”,但是,當前引領學生經歷的探究過程,往往是后人經過大量簡化的、失去研究本真的過程,其出發點更側重于如何快捷地傳承知識。因此,學生們并不清楚當年科學家為什么要研究該課題以及他們是如何入手研究該課題的。不得不承認,如此教出的學生,即便能夠高效率地傳承科學研究的成果,卻缺失了對科學研究思想與方法的細致品味與深刻領悟
十三水平台出租 8波手机比分 神龙碎片 espn篮球即时比分 广东快乐十分 体彩排列三开奖走势 股票群 广东36选7开奖公 腾讯炒股大赛 免费卡五星麻将游戏 单机美女斗地主內购破解版 6十1中奖规则奖金黑龙江 球探网足球即时比分app球探体 北京赛车pk10北京赛车微信群 安徽阜阳来来麻将下载 山西11选五走势图一定牛 德州麻将厅下载