廣州市高中生科學探究能力發展水平的調查分析及教學建議

龔彬

摘? 要：文章對廣州市19所普通高中的3472名高中生進行調查研究后發現，廣州市高中生科學探究能力處于高水平人數占24.8%，大部分處于中等水平?？茖W探究能力的8個方面，高水平學生的占比僅實施實驗能力超過50%。隨著年級的增長，學生反思與評價、表達與交流能力略有提升，但并不顯著。針對以上情況，文章提出了培養學生科學探究能力的5個教學建議。

關鍵詞：科學探究能力；調查研究；教學建議；高中生

一、科學探究能力構成及測試樣本情況說明

查閱文獻發現，研究者普遍認為科學探究能力主要包括８個方面：“提出問題、猜想與假設、制定計劃、實施實驗、收集證據、解釋與結論、反思與評價、表達與交流”。通過教師訪談并結合自身教學實際，筆者認為將科學探究能力分層以上８個維度進行調查研究切實可行。本調查研究根據科學探究能力的８個維度，編制網絡調查問卷和紙質調查問卷。本次測試樣本包括廣東省廣州市１９所普通高中，涵蓋各層次生源的學校，網絡調查問卷有效問卷數３４７２份，其中高一７９８份，高二２４２９份，高三２４５份。紙質調查問卷有效問卷數３５４人，參與人員主要為廣州市鐵一中學越秀校區、番禺校區、清遠校區的鐵英班的學生。

二、廣州市高中生科學探究能力發展水平測試結果

（一）廣州市高中生科學探究能力總體發展水平

基于假設：科學探究能力８個維度同等重要，各維度滿分值相同，每個維度最高分１２．５分，最低分７．５分。８個維度總分１００分，最低分６０分，如表１。

調查顯示廣州市高中生科學探究能力平均分８４．８分。各分數段人數統計見圖１，科學探究發展水平較高的學生占２４．８％，發展水平居中的學生占７４．０％，發展水平較低的學生占１．２％?？梢姼咧猩茖W探究能力提升還存在較大空間。

（二）廣州市高中生科學探究能力８個維度發展水平情況

廣州市高中生科學探究能力８個維度高水平學生占比見圖２。通過圖可見廣州市高中生科學探究能力８個維度處于高水平的人數只有實施實驗能力達到５０．２％，另外７個維度處于高水平人數都不足５０％。本地學生實驗探究能力的８個維度中：提出問題、猜想與假設、制定計劃能力處于高水平的學生占比較低，說明本地學生問題意識較薄弱，大部分學生沒有主動利用科學知識進行科學探究的習慣，同時也說明高中教學培養學生科學探究能力，需在以上幾個方面多下功夫。其中“提出問題”維度設置問題為：Ｔ４． 你能否從日常學習、生活中發現有探究價值的問題？Ｔ５． 實驗過程中，你會對實驗中的“異常現象”質疑嗎？“猜想與假設”維度設置問題為：Ｔ６． 你能否根據已有的證據提出猜想和假設？“制定計劃能力”維度設置為題為：Ｔ７． 你能否根據猜想和假設制定簡單、可行的實驗方案？實施實驗能力處于高水平學生人數較多，可能與本地初、高中化學教學過程中注重開設學生實驗、強調實驗基本操作規范有關。

（三）廣州市高一、高二年級學生科學探究能力發展水平情況

高三年級參與問卷調查學生人數較少，不具有代表性。高一、高二調查結果見圖３，調查顯示高中教學對學生反思與評價、表達與交流能力有顯著提升，其中“反思與評價”維度設置問題為：Ｔ９． 實驗過程中你能否正確、客觀地評價自己或他人的研究成果？Ｔ１０． 你能否對自己的學習過程、學習結果經常反思？

高中教學對學生提出問題的能力略有提高，但對學生實施實驗能力不但沒有提升反而顯著下降。其中“實驗實施能力”維度設置問題為：Ｔ８． 你是否熟悉常用的基本實驗操作（如試管的洗滌、酒精燈使用、滴管使用、氣體的制備與收集）？

整體而言，高二學生實驗探究能力相比高一學生有提高，說明高中的教學活動對學生實驗探究能力提升有一定效果，但并不顯著。導致學生實施實驗能力下降的原因可能與初中化學教學過程中特別強調實驗基本操作，而高中教學注重實驗原理、實驗方案評價，忽略基本操縱技能有關。

（四）挑選部分優秀學生進行紙質問卷調查情況

科學探究能力主要通過發現問題、提出假設、設計方案解決問題的過程表現出來，同時科學探究能力是學生在探究性活動逐步發展起來的，因此調查學生科學探究能力的發展水平離不開探究性活動。對科學探究能力中“提出問題、猜想與假設、制定計劃”可以通過網絡調查問卷的方式對廣州市高中生進行抽樣調查，并收集數據。但科學探究能力中“實施實驗、收集證據、解釋與結論、反思與評價、表達與交流”通過網絡調查問卷的方式進行，效果不一定好，因此通過紙筆測試、學生座談、網絡調查問卷多種方式結合的方式進行。

１． 開放性大、探究過程復雜的活動，需要學生自主地將知識結構化、系統化，更能夠體現出學生科學探究能力水平的高低。因此筆者設計了２個開放性大、探究過程復雜的活動。并組織廣州市鐵一中學教育集團三個高中校區的優秀學生進行問卷調查。調查結果顯示：提出問題能力方面，大部分學生都能夠提出１－２個值得研究的問題，但能夠從多個研究角度全面提出問題的學生只占２１．３％。例如活動１中大部分學生只能夠提出研究問題如：氨水的濃度增大堿性增強，導致氫氧化鋁溶解？氨水濃度增大，氨分子濃度增大導致氫氧化鋁溶解？很少學生從反應熱量變化、ＰＨ值等角度提出探究問題?；顒樱保翰牧弦唬核惯_舒是生活中常見的胃藥，說明書上這樣表述：本品每粒含氫氧化鋁１４０ｍｇ?？捎糜诰徑馕杆幔}酸）過多引起的胃痛、胃燒灼感、反酸，也可以用于慢性胃炎。

材料二：人教版教材中表述：氫氧化鋁在酸或強堿溶液里都能溶解，這說明它既能與酸反應又能與強堿反應。

材料三：實驗驗證：分別向約０．４ｇ Ａｌ（ＯＨ）３沉淀中加入５ｍＬ 蒸餾水、５ｍＬ １ｍｏｌ／Ｌ 氨水、５ｍＬ 分析純氨水（質量分數３０％），觀察比較實驗現象發現：蒸餾水和５ｍＬ １ｍｏｌ／Ｌ 氨水中氫氧化鋁沒有溶解，而分析純氨水中氫氧化鋁溶解。

（１）針對以上材料，請盡可能多地提出你想研究的問題？

（２）根據你提出的問題，你有哪些猜想和假設？

（３）根據你的猜想和假設，請設計實驗方案（包括實驗操作步驟、儀器、試劑等）？

（４）你認為出現何種現象能夠證明假設的正誤？

（５）與同學交流討論后，同學是否認同你實驗方案？是否需要對原有方案進行修訂？如何修訂？

（６）通過本探究活動，你最大的收獲是什么？

２． 對優秀的高中生而言，發現問題后，提出相應猜想和假設基本沒有問題。例如活動２中學生基本都能從溶液酸堿性強弱的角度或者不同種類金屬氧化物溶解的pＨ值不同等角度提出假設和猜想?；顒樱玻呵榫常合蚴⒂校保埃埃恚田柡停危龋矗茫烊芤旱臒屑尤肷倭浚疲澹玻希常胖冒雮€月后（或沸水?。保玻柙偌尤耄危龋矗茫旃腆w直至不再溶解），滴入ＫＳＣＮ溶液皆無明顯現象。將以上實驗中的Ｆｅ２Ｏ３換成ＭｇＯ，其他條件不變，發現白色固體減少。

（１）針對以上實驗事實，請盡可能多地提出你想研究的問題？

（２）根據你提出的問題，提出你的猜想和假設？

（３）根據你的猜想和假設，設計實驗方案？

（４）你認為出現何種現象能夠證明你假設的正誤？

（５）與同學交流討論后，同學是否認同你實驗方案的合理性？你是否對原有方案進行修訂？如何修訂？

（６）通過本探究活動，你最大的收獲是什么？

３． 設計實驗方案、預期現象及結論方面，高三學生明顯優于高一學生，說明高中教學對學生實驗方案設計提升效果明顯。

４． 通過同學之間交流討論，大部分學生能夠發現更多探究問題的角度，也能發現自己設計實驗方案考慮不周全的方面并不斷完善，可見培養學生科學探究能力，給學生創造交流討論的機會很有必要。

三、研究結論與教學建議

（一）培養學生的問題意識是提升科學探究能力的基礎

沒有問題，也就不存在探究，調查顯示善于發現并提出問題的高中生占比不足２０％，可見培養高中生的問題意識已迫在眉睫。大部分高中生面對升學壓力、繁重的學習任務，往往沒有時間、精力，更沒有意識去發現“問題”。這就需要高中教師有意識地在教學活動中設計能夠培養學生發現問題的教學活動、教學情境。

（二）注重復雜科學探究活動的設計

筆者認為科學探究能力在復雜的探究活動中表現出來，同時也能通過復雜的探究活動得到提升。而如何有效利用教材的科學探究欄目，以及利用學生學習、生活過程中值得探究的問題情境，不斷培養學生科學探究能力還有待進一步細化、分類、設計、研究。

（三）避免讓探究教學流于形式

目前教學過程中，部分教師不清楚科學探究能力包含哪些方面，不知道如何通過教學提升學生科學探究能力。教學中，往往戴著一個培養學生“科學探究”的頭銜，實則希望學生按照教師預設的“流程”完成探究過程，并沒有給學生真正自主思維的時間和空間。

（四）探究活動離不開真實的情景、開放性的探究任務

真實的背景往往具有復雜性、陌生性等特點，有利于學生從多角度發現值得探索的問題，并自主設計探究思路和方案。任務驅動有利于激發學生探究的內驅力，而開放性地探究任務更有利于培養學生的自主性。

（五）探究能力的提升為學習者全面、終生發展提供條件

“證據推理與模型認知”素養是需要學習者具備證據意識，學會根據證據對物質的組成、結構及其變化提出具有可能性的假設，經過分析推理進行證明或推翻其假設，以及建立觀點、推論和證據之間的邏輯聯系等，讓學習者學習尋找證據的方式和方法，能夠根據物質及其變化的信息建立并架構解決疑難化學問題的思維框架。這一系列素質教育的推行都強調了我國的教育改革督促了教育者積極研究和探索新的教學手段以更好地促進學習者的科學探究能力和化學核心素質的培養。而核心素養的提升為學習者全面、終生發展奠定了基礎。

參考文獻：

［１］李俊山． 高中化學教學中學生科學探究能力的培養策略［Ｊ］． 名師在線，２０１９（３６）：１７－１８．

［２］謝峰． 淺談生態化學課堂中科學探究的重要性——以“探究氨的性質”為例［Ｊ］． 化學教與學，２０１８（１０）：３３－３５＋２４．

［３］劉東方． 中學生科學探究能力表現及現狀測查［Ｊ］． 東北師大學報（哲學社會科學版），２０１８（０５）：１７８－１８４．

（責任編輯：汪旦旦）