海南省高中理科學生物理猜想能力評價

廖元錫 許燁

海南省高中理科學生物理猜想能力評價

廖元錫 許燁

猜想與假設是科學探究的重要內容，猜想與假設能力也是學生必須具備的能力。本文對海南省不同層次中學理科學生科學猜想能力進行測評，猜想能力得分偏低，學校之間差異不顯著，與考試成績呈弱相關。本文還分析了海南省中學生猜想與假設存在的問題，并提出了相關的教學建議。

猜想與假設；能力；評價

新一輪課程改革將科學探究作為教學的內容，學習的方式。科學探究的基本環節包含“猜想與假設”。猜想（conjecture）是指個體根據非結論性的證據所作的推測。猜想具有或然性，所得結論有待實踐的檢驗。科學猜想是人們根據已知的事實材料和科學知識，對未知的事實（自然現象）及其規律性提出的一種推測性的看法。假設（hypothesis）一般指根據已有的事實和理論，提出關于未知事實的假定性說明。猜想與假設的實質是一致的，都是在觀察和實驗的基礎上，根據科學事實和科學原理進行理性思維加工以后，對未知的自然現象及其規律所作的假定性判斷；二者的區別主要是猜想針對問題（科學現象）的成因，而假設主要是針對問題解決的方式、可能呈現的實驗結果以及問題的答案。

1 猜想與假設活動

高中物理課程標準對猜想和假設是這樣要求的：對解決問題的方式和問題的答案提出假設，對物理實驗結果進行預測，認識猜測的重要性。初中物理課程標準對猜想和假設能力則是如下要求：嘗試根據經驗和已有知識對問題的成因提出猜想，對探究的方向和可能出現的實驗結果進行推測與假設，認識猜想與假設在科學探究中的重要性。學生在科學探究活動中的猜想指的就是這種科學猜想。將科學探究作為教學內容是突出活動課程、實現過程與方法目標的重要舉措。從思維活動來看，假想思維首先是從原始和自發意義上的觀念開始，當現實經驗中的一部分恰與先前經驗中的一部分相似，就會引起暗示。通過對問題的洞察和理解，已經發生的暗示能夠改正、擴變或擴展成為確定的推測，這就是假設。在物理教學中的猜想和假設表現為：對物理現象提出嘗試性的解釋，對問題提出嘗試性的解決辦法，對物理實驗現象進行預言，對物理規律進行演繹性推測。

2 猜想與假設能力的評價

能力是直接影響活動效率，并使活動順利完成的個性心理特征。能力總是和人完成一定的活動相聯系在一起的，并借助活動表現出它的質量來，使得它的評價成為可能，猜想與假設也是一樣。課標已經界定了猜想與假設的活動要求，評價就是對這些活動質量進行判斷。羅星凱教授在前人研究的基礎上，收集到猜想與假設質量的12項要素，經與科學教育方面的專家間多次交流討論之后，將12項指標合并為三項指標：即預見度、支撐度以及獨創性。預見度是指猜想與假設對事物發展的預判和前瞻，支撐度是指猜想與假設以事實材料和科學知識作為基礎，獨創性是指假設與猜想的多樣性、新穎獨到和富有價值。［1］文慶城、許應華利用要素分析法確定猜想與假設能力的要素為：能接受問題的事實并提出假設，提出假設個數，說出假設的合理理由，假設的質量。［2］李建設基本認同文慶城、許應華的觀點，只是將假設的質量等同于假設的科學性。［3］

筆者認為預見度和支撐度并不完全相互獨立，猜想首先是根據事實然后利用科學知識進行推理，可見有支撐度才會有預見度。而有支撐和預見均基于猜想的合理性，說明合理性是第一要素。在猜想與假設合理性和多樣性的基礎上，有的關乎問題的本質，切中問題的要害，有的則不然。所以筆者認為深刻性是猜想與假設的另一要素。還有作者提出猜想與假設的驗證性，認為凡不能用邏輯或實驗來檢驗的，這樣的假設質量不高。不過，有的猜想和假設雖然一時不能驗證，但恰恰被后人證明是高質量。可見，可驗證性也不能作為評價要素之一。就能接受問題的事實并提出假設屬情感態度范疇而言，因此，筆者贊同將合理性、多樣性和深刻性作為猜想的評價要素，其中合理性是猜想質量的最基本要素。

筆者認為，課標上雖將“猜想與假設”作為科學探究的一個環節，但二者在文字上表述不同，在學習上要么是進行猜想要么是進行假設。從有利于培養猜想與假設能力來看，我們要明晰二者內涵，不能將二者合在一起。

3 物理猜想能力評價設計

3.1 問題設計

任何評價均要借助一定的心智活動或操作活動來完成，猜想和假設能力的評價也不例外，當然設計這些活動的依據是普通高中物理課程標準中所規定的與科學探究有關的猜想與假設的學習內容和要求，所設計的問題應能評價合理性、多樣性和深刻性等要素。本研究選編3道試題，其中題1為“如圖1所示，當白熾燈泡的燈絲剛好微紅時，會發現一個非常明顯的現象：隨著通電時間的增加，燈絲正上方玻璃的溫度越來越高（幾秒鐘后就能明顯地感受出來），而其他地方玻璃的溫度幾乎沒有變化。而且無論怎么轉動燈泡，都會產生這個現象，即燈泡正上方的玻璃溫度明顯升高，而其他地方的玻璃溫度和室溫差不多，幾乎不改變。請你猜想一下出現這種現象的原因是什么？并說出你的理由”。此題考察學生利用合理猜想，對現象給出正確解釋的能力。熱現象包含熱傳導、熱輻射和對流等，因此，此題還可以考查學生能否抓住問題的本質，思維的深刻性這一要素。由于篇幅，其他2題省略。

3.2 評分辦法

根據對學生答卷情況的初步了解，采用3點記分辦法評分。評分細則如表1所示。

3.3 測試對象

圖1

筆者對海南省6所學校高三年級12個班664名學生進行了上述3題的測試。測試對象采用分層抽樣的方法，即先選學校類型，再在學校中簡單隨機抽樣選取一個重點班和一個普通班。從學校層次來看，學校類型有省重點、市重點、縣重點和一般學校，從地理位置分布來看，有東部、中部、西部，還有漢族地區和少數民族地區學校，測試對象分布、班級如表2所示。

表1 猜想能力試題評分細則

表2 猜想能力測試對象分布

4 測試結果及分析

4.1 總體結果

測試結果如表3所示。判斷各學校平均分與總平均分的差異時采用單總體t檢驗。

按照3點計分，三道題滿分6分，總平均分只有1.57，說明學生的猜想思維水平不高。總體與各學校得分用t檢驗，除最高分和最低分學校有顯著差異外，其他均無差異，而且猜想得分與平時考試成績相關系數為0.23，呈弱相關。

4.2 各學校平均分數差異比較

判斷學校之間平均數的差異采用雙總體z檢驗，結果如表4所示。

以上學校可以分為四個層次：省重點中學為第一層次，市重點中學為第二層次，縣重點中學為第三層次，少數民族地區縣中學為第四層次。結果顯示，民族地區縣中學和縣重點中學（1）（本次測驗成績最好）猜想成績與其他學校相比均有顯著差異，其他學校之間的平均成績無差異。這些結論與總成績與各學校成績之間相比較一致。

4.3 結果分析

1）從試題內容來看：試題1的解答需要學生理解、掌握熱傳遞三種方式中的對流。該知識點屬于初中階段的教學內容，在小學階段的科學課中也有初步的學習，是熱學的基本知識點，也是生活中常見的物理現象。在該題的解答中暴露了學生不能抓住關鍵要素、正確選用知識進行合理推理。試題2中的案例是初中教材中的一個經典問題的變形，經典案例中試管中的水可以達到沸點但不能沸騰。在回答經典問題時，教師們給出的標準答案是，沸騰的兩個條件一個是溫度達到沸點，另一個是持續從外界吸熱。有少部分學生生搬硬套這樣的標準答案，反映了學生受思維定勢影響和批判精神的缺失。大部分學生都從熱量損失的角度分析此現象，包括試管吸熱、水沸騰吸熱、空氣的熱傳導等，但其他的猜想幾乎沒有學生涉及，猜想缺乏多樣性。試題3中涉及了浮力的知識，從學生的答案中可以看出學生分析問題不全面、不夠深刻，導致提出的猜想也不全面，缺乏深刻性。猜想正確且解釋合理的學生只占19.1%，從這部分學生的解答中可以看出其具有良好的知識結構以及嚴密的邏輯推理能力。

2）從物理教學的要求來看：物理教學是基于生活現象和實驗現象經過科學思維、探究，形成概念、應用規律，內化活化知識。也就是說任何物理知識（事實性知識、程序性知識和范疇性知識）均是基于學生已有的經驗、運用一定的思想方法，經過一定的過程、消耗一定的時間和能量，自主建構的。當下倡導探究式教學正是物理教學的本來要求，是發展學生邏輯推理能力的要求。但從現實來看，探究式教學流于形式，既沒有兼顧知識的系統學習，也沒有發展好學生的探究能力。調查結果所反映出的海南高中學生猜想與假設能力較差的事實，與海南物理高考成績不理想的情況存在必然的聯系。如何整合、創新教學方法，在追求升學的同時，關注對學生整體素質的培養是一項艱巨的任務。

表3 各學校平均分及與總平均分的比較

表4 各學校平均分之間的差異比較

3）從評價要求來看：知識和能力并重是我國高考的目標。20世紀末，我國高考物理學科委員會科研組的研究結果已經顯示：考生對一些重要物理概念和規律似懂非懂、理解不清、表達觀點不清楚、推導問題邏輯不清，在表達能力、論述能力等一些很重要的能力方面比較薄弱，說明在教學過程中不注重培養學生的表達、論證推理能力。課題組盡管認為在高考物理中考查學生的表達能力、論證能力等較高層次能力勢在必行，但是直到現在這一愿望依然未能實現。原因之一就是高考題型還沒有文字語言表達和論證題，課堂教學難免重視不夠。包雷（BaoLi）曾用美國的FCI、MPEX和科學推理能力測試題對中美學生進行測試，結果發現我國學生在FCI、MPEX的得分明顯高于美國學生，但在科學推理能力測試上的得分卻又明顯低于美國學生。［4］在美國，高中生只有1/3的學生選學一年的物理，而我國高中理科學生學習3年物理，文科學生也學習1年半到2年的物理課程，而科學推理能力卻遠不及人家，值得我們深思。

4.4 教學建議

猜想與假設的過程可以看作學生對積累的知識經驗運用輸出、再創造的過程，反映了物理課堂教學的效果。討論提高學生的猜想與假設的能力，不能僅僅著眼于猜想與假設本身，必須從整個課堂出發，整體和局部協同發展，教師和學生共同努力。

1）學生的學

學生作為教學的主體，是影響猜想與假設最重要的因素。在調查中，筆者選取了部分學生進行個人訪談，發現學生在回答問卷時，普遍抱著尋找答案的心態，沒有探究的意識，對題目呈現的問題也不感興趣；也有學生表示教師很少給自己猜想與假設的機會，也沒有過成功的探究體驗。分析學生的這些想法，發現在沒有探究氛圍的環境中進行探究必然不能取得好的效果，不能形成良好的內部動機。如何讓學生提出高質量的猜想與假設，最重要的是讓學生認識到科學探究對自己認知水平發展的意義，懂得探究學習對知識理解、知識記憶等的突出作用以及猜想與假設在科學探究中所占的重要地位，猜想與假設的意義，掌握猜想與假設的方法，獲得良好的體驗等，從而激發學生的內部動機。

2）教師的教

教師應該幫助學生經歷認知結構建構過程，借鑒和利用支架式教學、發現學習法等，使教學既兼顧知識的學習也兼顧能力的發展，在探究中學習，在學習中探究。其次，調查也反應出學生沒有掌握科學的猜想與假設的方法，這些方法包括比較法、分類法、類比法、歸納法、演繹法、想象法、直覺法等，這需要經歷從教師指導示范到學生自主的培養過程。此外，猜想與假設不是一個獨立的過程，應該貫穿于整個探究式教學及其他教學過程之中。學生的猜想與假設不應該是一次性的，很多研究表明，在探究過程中，隨著現象的增加，學生容易調整出更合理的猜想與假設。因此，教師在教學過程中不能簡單粗暴地否定學生的假設，需要通過外在的實驗現象或正確的理論指導，誘導學生發現自己的錯誤，做出更科學的猜想與假設。

[1]羅筑華，羅星凱.中學生科學假設質量評價標準的制定[J].教育科學，2008(3)：42-44.

[2]文慶城，許應華.學生化學猜想與假設能力的評價初探[J].教師論壇，2005（1-2）：83-87.

[3]李建設.用等級量表評價學生的猜想與假設能力[J].現代教育科學,2001(1)：96-98.

[4]LeiBao,TianFenCai,Kathy,K.etal.Learning and scientific Reason?ing[J].Science,Vol 323(1)：586-587.

The Assessment of the Ability of Physics Conjecture of High School Students in Hainan Province

LIAO Yuanxi and XU Ye

Conjecture and hypothesis is not only the key content of scientific inquiry but also the student’s requisite ability.This essay has assessed the scientific conjecture ability of high school students who are in different levels of middle schools in Hainan province.The results show that the score of conjecture capacity is still low.There is no remarkable difference between the different level schools.And it is weak related to the pen-paper exam results.This paper also analyzes the problems of conjecture and hypothesis of middle school students in Hainan,and puts forward some advice.

Conjecture and Hypothesis;Ability;Assessment

G405

B

1005-8427(2012)08-0023-5

海南師范大學