高中生科學解釋能力研究

摘 要：本研究使用訪談法，設計一個真實科學情景，讓學生在科學探究過程中做出科學解釋，同時參照KatherineL等人文中的將科學解釋分為“陳述、證據、邏輯”三個因素去研究高一學生科學解釋情況。研究發現，學生的整體解釋水平不高；學生在科學解釋中提出證據存在著一些困難；同時即使在提出證據情況下，所提出的證據在支持其陳述的比例不是很高。

關鍵詞：科學解釋 科學探究 證據

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）05（c）-0184-03

The Study on the Ability of High School students’ Scientific Explanation

Zhou Xiaoyan1，Wu Xian2

（1.School of Physics，Zhanjiang Normal College，Zhanjiang，Guangdong，China 524048；

2.Department of physics，Guangxi Teachers Education University，Nanning Guangxi，China 530001）

Abstract：This research by the use of the interview method.In a real science scene，asking the students to make scientific explanationin。The scientific explanation is divided into “statement”，“evidence”，“logic” three factors to study the high school student scientific explaination.The study founds that students’ overall explanation level is not high；students have some difficulties in providing evidences when they make scientific explainations；In the same way，students proposed evidence in support of their statements proportion is not very high even in produce evidence cases，the students needs to further improve the ability in the choice to support the statement of the evidence.

Key Words：Scientific；Explanation；Scientific；Inquiry；Evidence

1 問題的提出

在我國全日制義務教育科學（7～9年級）課程標準中提到，全面提高每一個學生的科學素養是科學課程的核心理念。科學教育要引導學生初步認識科學本質。在美國的科學探究與國家科學教育標準提到課堂中的科學探究五個特征有四個特征中提到科學解釋[1]。由此研究學生的科學解釋情況對于實施的科學探究教學有著重要的意義。

2 研究的概述

所謂的科學解釋就是把現有的科學知識和來自觀察、試驗或模型的新證據組合成具有內在一致性的、符合邏輯的說明[2]。科學解釋是借助于推理而提出現象或結果產生的原因，并且使得證據和陳述之間有一定科學的邏輯論證。

美國學者Kuhn（1991）在調查成人和兒童發表觀點的能力中發現，成人和兒童在協調陳述和證據之間都存在著困難[3]。Leema Kuhn and Brian Reiser關于學生建構和堅持基于證據的科學解釋研究中發現指導性學習框架可以幫助學生在學習中的現象作出合理解釋的時使用證據。但是在學生的解釋中還是無法清晰地協調證據和推論的關系[4]。鄂超云（2004）的研究中發現當兒童對理論本身進行思考的時候需要具體的證據，需要證據支持他的理論[5]。圖1是他所提及的這種協調過程表現形式。（見圖1）

曾圓紅（2009）以一個運動學結構不良為例研究高中生解釋演變情況。她的研究中得出：被試對于問題的預測，答案的正確率雖然比較高，但被試整體的解釋水平不高[6]。特別是國外學者KatherineL等在前人的基礎上，編制了一個新的關于學生科學解釋的評價量表，將學生科學解釋的框架分為三個組成部分：陳述（關于問題的推論）；證據（支持證據的數據、資料）；邏輯（基于科學原理的判斷，說明為什么證據支持陳述）。

前人的研究表明學生的整體解釋水平不高。特別是面對真實情景時，學生的解釋往往是基于自己的假設和想象去描述，是不經證據證明的，甚至是缺少科學的邏輯關系。本研究參考本研究參照KatherineL等研究制定一個新的科學解釋評價標準。通過設計一個科學探究的情景，采用訪談的方法，研究高一學生的科學解釋水平。

3 研究的方法

3.1 研究對象的選取

研究測試地點選擇在廣東省湛江市某所中學。本人用隨機抽樣的方式在高一年級文理班級按照1∶1的方式抽取了46名被試的樣本。

3.2 研究的工具

本研究所采用的研究工具是撒尿娃娃噴水的實驗，撒尿娃娃為學生呈現了一個很有趣的現象，通過科學的操作，撒尿娃娃可以出現有趣的噴水現象。（見圖2、表1）

3.3 研究的程序

訪談設計的情景如下。

（1）觀察現象階段：研究者演示娃娃噴水現象。

（2）預測階段。

研究者給訪談的學生提供一個新的撒尿娃娃，要求預測如何使手中的撒尿娃娃噴水，并提供預測的理由。

（3）檢驗預測階段。

訪談的學生按著自己預測的方法進行操作，檢驗預測情況。

（4）解釋階段。

研究者要求詳細解釋娃娃噴水的原因，具體提問是：根據你剛才的操作和觀察，能想詳細解釋一下為什么撒尿娃娃噴水？

訪談時，研究者與學生進行溝通并呈現研究工具，提示學生注意觀察實驗的現象，然后按照上述的順序學生進行探究，探究之后，要求學生對探究的過程進行解釋。活動探究過程每位學生所用的時間大概是10分鐘。研究者在訪談過程中做好錄音工作，并在訪談結束后，將訪談的數據整理。

3.4 科學解釋評價標準

研究者根據學生對撒尿娃娃噴水的科學解釋，參照KatherineL等人研究，制定科學解釋分類標準如下。（見表2）

3.5 數據分析

根據以上的分類標準，將學生在“撒尿娃娃”活動中的解釋水平狀況統計如下：（見表3）

根據以上的圖表，可知，高水平解釋的數量和比例不是很多，并且被試整體的解釋水平并不高。這與曾圓紅的研究結果一致，在曾圓紅（2009）以一個運動學結構不良為例研究高中生解釋演變情況研究中得出被試對于問題的預測，答案的正確率雖然比較高，但被試整體的解釋水平不高。

推測被試解釋水平整體不高的可能原因是要求被試解釋的是一個情景，學生平時利用所學的知識大多都是解決試卷上的問題，缺少解決真實的情景問題經歷。同時，該情景又是一個黑箱情景，盡管被試已經學習了熱學、氣壓的相關知識，但要把這個復雜性問題解釋清楚，除了需要被試將學過的知識靈活而準確的提取、加工并應用于真是的情境外，還要結合個人的經驗加以判斷，從而作出科學的解釋，這對被試來說有一定的難度。

學生的整體解釋水平不高，那么學生在解釋中提出證據、提出證據與陳述是否有邏輯關系情況又是如何呢？本研究分析了學生在解釋中提出證據、提出證據與陳述是否匹配的關系進行分析。（見表4）

由以上的表4和表5中可以看出，學生在科學解釋中提出證據存在著一些困難，同時在即使提出證據情況下，所提出的證據在支持其陳述上的比例不是很高。可見學生在選擇能支持陳述的證據的能力有待于進一步提高。這就與相關的研究有著相一致，該研究顯示學生們在使用適當地科學證據和提供充分地科學證據支持他們的陳述中存在著困難。

推測被試科學解釋中使用證據支持他們的陳述和判斷他們證據對陳述的支持性中存在著困難的原因可能是，一般學生被要求去做科學解釋的時候只注重相關的科學原理的陳述，缺少提供證據支持陳述的這樣的經歷，所以學生缺少了提出證據和協調證據和陳述的能力。

4 結論與建議

本研究設計一個真實科學情景，讓學生在科學探究過程中作出科學解釋，同時參照KatherineL等人文中的將科學解釋分為“陳述、證據、邏輯”三個因素去研究高一學生科學解釋水平。研究發現：

（1）學生的整體解釋水平不高。在42個被試當中，高水平的科學解釋人數只占被試人數的21.4%，中水平的科學解釋人數占40%，低水平的占35.5%。

（2）學生在科學解釋中提出證據存在著一些困難，同時在即使提出證據情況下，所提出的證據在支持其陳述的比例不是很高，在選擇能支持陳述的證據的能力有待于進一步提高。

根據以上研究結論，筆者認為可以為科學探究教學的設計與實踐提供一點建議，以供參考。

（1）提供探究性的科學情景，激發學生探究的欲望。

教師盡量采用真實的情景讓學生進行探究的問題，鼓勵學生多地提出問題，積極思考，積極地建構科學解釋。

（2）培養學生的科學方法，明確證據在科學解釋中的重要作用。

理論是一種解釋，科學家因為有證據的支持對這種解釋有著大量的信心。可見證據在科學解釋中的重要性。建議教師在讓學生作出科學解釋的過程中，能指導學生在表達其陳述的過程中加入證據的支持。

（3）培養學生協調證據和理論的能力來提高科學探究的思維。

教師要讓學生了解科學家作出科學需要是需要證據的支持，同時科學性的解釋中的理論和證據是相協調的。同時教師在教學過程中要逐漸培養學生協調證據和理論的這種能力。教師在要求學生作出科學解釋的時候，可以通過適當的反問，提供足夠的時間讓學生之間相互交流方式來提高這方面的能力。

參考文獻

[1] （美）國家研究理事會.科學探究與國家科學教育標準—— 教與學的指南[M].羅星凱，譯.北京：科學普及出版社，2004：23-24.

[2] （美）國家研究理事會，著.美國國家科學教育標準[M].戢守志，譯.北京：科學技術文獻出版社，1999：141.

[3] KatherineL.McNeill，Joseph Krajcik Scientic.Explanations：Characterizing and Evaluating the Effects of Teachers Instructional Practiceson Student Learnin[M].2007.

[4] Leema Kuhn and Brian Reiser.Students constructing and defending evidence-based scientific explaintions[M].2004.

[5] 鄂超云.樸素物理理論與兒童科學教育[D].華東師范大學，2004.

[6] 曾圓紅.探究中高中學生解釋的演變—— 以一個運動學結構問題不良為例[D].桂林：廣西師范大學，2009.

[7] 米歇爾·本特利，著.科學的探索者——小學與中學科學教育新取向[M].洪秀敏，譯.北京師范大學出版社集團，2008：15.