鄭柔純 李德安

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院,廣東 廣州 510006)

自《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》將科學(xué)探究作為核心素養(yǎng)的重要組成部分后,國內(nèi)掀起了有關(guān)科學(xué)探究的研究熱潮.基于此,本文整理并總結(jié)了近20年國內(nèi)科學(xué)探究在中學(xué)物理教育的研究現(xiàn)狀,對國內(nèi)科學(xué)探究的路徑建構(gòu)、教學(xué)策略、評價測量等方面的研究進(jìn)行分析探討,以期對后續(xù)研究提供參考與建議.

1 國內(nèi)科學(xué)探究研究成果的統(tǒng)計與分析

1.1 文獻(xiàn)總體趨勢分析

在“中國知網(wǎng)”數(shù)據(jù)庫,以“科學(xué)探究”“物理教學(xué)”為主題進(jìn)行高級檢索,共有6962條結(jié)果.由圖1可知,近20年國內(nèi)關(guān)于科學(xué)探究的研究文獻(xiàn)總體呈增長趨勢,且在2011年與2020年呈現(xiàn)明顯的波峰.分析可知,近20年來有關(guān)“科學(xué)探究”的研究經(jīng)歷了一個從無到有、逐漸發(fā)展、日臻完善的過程,從側(cè)面體現(xiàn)了廣大教育研究者對科學(xué)探究的認(rèn)可度和關(guān)注度逐漸提高.

圖1 近20年發(fā)文量統(tǒng)計

1.2 所選文獻(xiàn)來源及主題分布

經(jīng)過篩選,最終選取了2005～2022年間發(fā)表的11篇學(xué)位論文和31篇期刊論文.本文主要針對這42篇文獻(xiàn)進(jìn)行深入的探討與研究,從而對國內(nèi)科學(xué)探究的研究進(jìn)展有更清晰、全面的認(rèn)識與思考.

對42篇論文的來源分布情況進(jìn)行統(tǒng)計,具體情況如圖2所示.在所選的期刊論文中,共有26篇發(fā)表在核心期刊,研究側(cè)重點主要基于應(yīng)用層面,對科學(xué)探究在教學(xué)中的建構(gòu)路徑、策略分析、評價測量等方面進(jìn)行深入探討.由此可知,有關(guān)科學(xué)探究的研究在數(shù)量、質(zhì)量以及層次方面相對比較可觀.

圖2 期刊文獻(xiàn)來源分布圖

進(jìn)一步對所選文獻(xiàn)研究的主題內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計分析,可以將這些論文分為3大類:科學(xué)探究的內(nèi)容研究、教學(xué)探討、評價測量.表1顯示,關(guān)于科學(xué)探究的模式探索、路徑建構(gòu)、策略分析等教學(xué)研究的文獻(xiàn)占比最多,高達(dá)57.14%.

表1 文獻(xiàn)內(nèi)容分類表

2 國內(nèi)科學(xué)探究研究的主要內(nèi)容

2.1 科學(xué)探究內(nèi)容的研究

目前對科學(xué)探究內(nèi)容的研究主要聚焦在對內(nèi)涵的解讀和對相關(guān)的科學(xué)探究內(nèi)容進(jìn)行整理、概括.

(1) 內(nèi)涵解讀.

通過對文獻(xiàn)的梳理,廣大教育研究者從不同角度出發(fā),對科學(xué)探究的內(nèi)涵解讀進(jìn)行了深層次的探討.例如,鄧陽和王后雄從科學(xué)實踐的角度深入探討了科學(xué)探究的內(nèi)涵,認(rèn)為科學(xué)探究是對特定的科學(xué)現(xiàn)象表達(dá)自身見解,并能有效地進(jìn)行論證的過程,凸顯了解釋與論證的核心地位.[1]王高指出思維活動是科學(xué)探究的靈魂,認(rèn)為在科學(xué)探究中應(yīng)對學(xué)生進(jìn)行充足的思維訓(xùn)練,促進(jìn)思維生長.[2]呂虎依據(jù)新課標(biāo)中科學(xué)探究的4大要素,闡述了教師應(yīng)以這4大要素為核心展開教學(xué),進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究.[3]

總體來說,不管從哪個維度解讀科學(xué)探究的內(nèi)涵,大多數(shù)學(xué)者均認(rèn)同其內(nèi)涵應(yīng)體現(xiàn)以下3大維度內(nèi)容:一是探究中運用控制變量、提問等科學(xué)方法;二是在探究中擁有建構(gòu)物理概念、規(guī)律的能力;三是具備正確的科學(xué)探究本質(zhì)觀.

(2) 內(nèi)容的整理與概括.

目前的研究成果主要是以中學(xué)物理的內(nèi)容為立足點,對教學(xué)中涉及的科學(xué)探究內(nèi)容進(jìn)行整理與概括.例如,有學(xué)者從宏觀角度對高中新教材中的科學(xué)探究內(nèi)容進(jìn)行了整體的梳理、分析與統(tǒng)計.[4]又如有學(xué)者從內(nèi)容主題出發(fā),以“拋體運動”主題為例,整理了該章節(jié)中涉及的與科學(xué)探究相關(guān)的內(nèi)容.[5]通過對相關(guān)內(nèi)容的整理與概括,有利于深入進(jìn)行教材分析、優(yōu)化教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力.

2.2 科學(xué)探究建構(gòu)的教學(xué)探討

2.2.1 科學(xué)探究建構(gòu)的路徑

為了達(dá)到有效地建構(gòu)科學(xué)探究的目的,教師首先要引導(dǎo)學(xué)生在探究過程中逐步建構(gòu)、理解、掌握新知識.在探究新知識的同時,教師需要加強科學(xué)方法的教育,積極主動地將重要的物理思想滲透在教學(xué)中,以期逐步發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力.

在注重知識建構(gòu)、方法學(xué)習(xí)、思想滲透的教學(xué)的基礎(chǔ)上,廣大教育研究者提出了相應(yīng)的建構(gòu)路徑.例如吳志明在教學(xué)中利用論證式教學(xué)構(gòu)建科學(xué)探究,其基本環(huán)節(jié)如圖3所示.[6]董光順,李志堅將科學(xué)探究回歸到科學(xué)實踐本質(zhì)的視域下進(jìn)行理解,并構(gòu)建了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的4個關(guān)鍵活動,如圖4所示.[7]王文清、郭玉英和賈永通過對物理學(xué)科及學(xué)生學(xué)習(xí)物理的認(rèn)知心理的分析,提出了促進(jìn)科學(xué)認(rèn)知發(fā)展的探究教學(xué)路徑,如圖5所示.[8]肖化等人以STEM 教育為載體,構(gòu)建了“創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實問題情境—情境為主線的科學(xué)探究—教師補充—優(yōu)化解決方案進(jìn)行工程制作”為教學(xué)流程的探究教學(xué)模式.[9]

圖3 論證式教學(xué)的基本環(huán)節(jié)

圖4 物理科學(xué)探究中的4個關(guān)鍵活動

圖5 促進(jìn)科學(xué)認(rèn)知發(fā)展的探究教學(xué)路徑

總體來說,目前對科學(xué)探究的建構(gòu)路徑探討的研究,數(shù)量上略顯單薄,且大多是對具體案例的碎片化小結(jié),更傾向于經(jīng)驗型的建議,而缺乏整體性與可遷移性.

2.2.2 教材分析

當(dāng)前研究成果中關(guān)于教材分析的研究方向主要包括不同版本教材梳理比較、新教材深入解讀、教材使用情況與建議3方面.例如,李永忠探討了不同版本教材中科學(xué)探究的呈現(xiàn)方式、內(nèi)容特點、要素體現(xiàn)等方面進(jìn)行比較,在研究中領(lǐng)會教材的編寫意圖,有利于教材優(yōu)化以及幫助教師利用教材落實科學(xué)探究培養(yǎng).[10]吳霞從教材解讀的角度切入,對科學(xué)探究在教學(xué)中的滲透,以及對教材內(nèi)容能否體現(xiàn)科學(xué)探究的培養(yǎng)進(jìn)行了深入研究,為教師探索更好的科學(xué)探究教學(xué)策略提供有效的幫助.[11]胡惠琪在教材編寫上提出了獨到的見解,例如教材應(yīng)提高實驗的開放水平、優(yōu)化科學(xué)探究的過程.[5]總之,現(xiàn)階段有關(guān)教材分析的研究文獻(xiàn)不僅有利于優(yōu)化教材中相關(guān)內(nèi)容的表述方式、邏輯編寫、素材運用等方面,而且對教師改善教學(xué)起著重要的作用.

2.2.3 教學(xué)策略

通過對文獻(xiàn)的梳理,許多教育研究者對“如何在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力”這一問題十分關(guān)注,目前研究中涉及到的教學(xué)策略主要有以下4大方面.

(1) 注重實驗教學(xué),提供培養(yǎng)科學(xué)探究的重要路徑.

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力方面具有獨特的教育價值.很多學(xué)者針對實驗教學(xué)提出相關(guān)的教學(xué)策略.例如,韓志強結(jié)合具體教學(xué)案例提出創(chuàng)新設(shè)計教材實驗,突出學(xué)生主體性的教學(xué)策略;[12]張國平深入闡述了分組實驗各環(huán)節(jié)的教學(xué)策略,設(shè)計了“規(guī)范格式—書寫檢查—展示交流—你問我答—改進(jìn)提升—電子存檔”的實驗報告書寫流程,促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)探究能力螺旋式上升;[13]顏輝提出利用DIS實驗器改變當(dāng)前套路化的探究過程的教學(xué)策略,進(jìn)而優(yōu)化與延伸科學(xué)探究功能與過程.[14]

(2) 滲透物理學(xué)史,夯實科學(xué)探究的根基.

物理學(xué)史是科學(xué)知識的發(fā)展史,蘊含著豐富的教育資源.目前學(xué)者提出的有關(guān)運用物理學(xué)史的教學(xué)策略有以下幾方面.其一,創(chuàng)設(shè)歷史情境,引導(dǎo)學(xué)生了解當(dāng)時科技水平及科學(xué)家的知識背景;其二,再現(xiàn)科學(xué)的探究過程,幫助學(xué)生構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò);其三,展示歷史上科學(xué)家進(jìn)行探究時運用的科學(xué)方法,促使學(xué)生從知識習(xí)得轉(zhuǎn)向能力進(jìn)階;其四,凸顯科學(xué)家探究過程中的科學(xué)精神,引導(dǎo)學(xué)生樹立對科學(xué)的使命感與崇敬感.[15-17]

(3) 建構(gòu)概念規(guī)律,凸顯科學(xué)探究4大要素.

物理概念、規(guī)律的建構(gòu)首先要讓學(xué)生獲得豐富的感性材料,再通過理性加工、抽象概括等方式,促使學(xué)生從表象認(rèn)識過渡至本質(zhì)理解,實現(xiàn)知識的升華.目前學(xué)者們研究較多的策略有以下幾點:其一,利用實驗、實物、模型、動畫模擬等創(chuàng)設(shè)物理情境,激發(fā)學(xué)生的問題意識;其二,通過引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗方案,動手操作實驗,觀察實驗現(xiàn)象,記錄并處理實驗數(shù)據(jù),鞏固學(xué)生的證據(jù)意識;其三,引導(dǎo)學(xué)生描述、解釋實驗結(jié)果,分析實驗誤差產(chǎn)生的原因,發(fā)展學(xué)生的解釋意識;其四,引導(dǎo)學(xué)生在探究活動中積極主動地與他人合作交流,培養(yǎng)交流合作意識.[18]

(4) 融入PBL、STEM教育,促進(jìn)科學(xué)探究的落地.

PBL教學(xué)法注重以問題為導(dǎo)向,STEM教學(xué)法強調(diào)科學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用.這兩種教學(xué)法的應(yīng)用均有利于提升科學(xué)探究.有學(xué)者通過分析PBL教學(xué)法與科學(xué)探究要素間的聯(lián)系,結(jié)合具體實例提出“連接問題—設(shè)立框架初探問題—再探問題—成果或活動—評價表現(xiàn)和問題”這5個環(huán)節(jié)的教學(xué)策略.[19]也有學(xué)者提出了基于STEM教學(xué)理念的高中物理教學(xué)流程,初步闡述了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的教學(xué)策略.[20]

此外,也有學(xué)者從科學(xué)探究過程的基本步驟出發(fā),著重探討了各步驟的教學(xué)策略.總體來說,從文獻(xiàn)上看,盡管目前很多研究成果提出了豐富的教學(xué)方法與策略,但大多是從理論層面給出,相關(guān)的實證研究略顯貧瘠,還有很大的研究空間.

2.3 科學(xué)探究的評價測量研究

通過科學(xué)探究的測量評價,不僅能從宏觀上把握當(dāng)前中學(xué)生的科學(xué)探究現(xiàn)狀,還能為教學(xué)策略上的優(yōu)化提供有效的反饋與指導(dǎo).現(xiàn)階段,對科學(xué)探究評價測量的研究主要圍繞“評價水平劃分”“評價的內(nèi)容、方式及指標(biāo)”“中學(xué)生科學(xué)探究能力現(xiàn)狀測查分析”3方面展開.

2.3.1 科學(xué)探究的評價水平劃分

新課標(biāo)將科學(xué)探究劃分為5個水平.有學(xué)者以此為依據(jù),比較分析了不同版本新教材相關(guān)案例的科學(xué)探究的水平層次.[5]也有學(xué)者認(rèn)為新課標(biāo)的劃分水平相對比較抽象,因而進(jìn)一步細(xì)分了科學(xué)探究的水平層次,增強了實際評價過程中的可操作性.例如邱文婷根據(jù)教師(教材)與學(xué)生在探究活動環(huán)節(jié)的參與程度,構(gòu)建了物理教材科學(xué)探究水平分析框架.[21]張國平設(shè)計出問題、證據(jù)、解釋、交流這4大要素的水平表現(xiàn)表及評價細(xì)則,制訂出科學(xué)探究的水平評定量化表.[22]

2.3.2 科學(xué)探究的評價內(nèi)容、方式及指標(biāo)

在評價內(nèi)容上,分析文獻(xiàn)可知,起初很多學(xué)者將科學(xué)探究作為核心素養(yǎng)的某個組成部分進(jìn)行評價.然而這種求大、求全的研究很難系統(tǒng)、全面地對科學(xué)探究進(jìn)行評價.因此,不少學(xué)者開始單獨對科學(xué)探究水平的測量評價展開深入探索與實踐.例如陳華生基于STEM教育對高中生科學(xué)探究現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查研究.[23]與此同時,也有學(xué)者開始嘗試圍繞科學(xué)探究的某一要素進(jìn)行細(xì)致的、更為翔實的評價,例如黃寬寬著重探討與評價了科學(xué)探究中的猜想與假設(shè)能力.[24]

在評價方式上,很多研究者傾向于以問卷調(diào)查、試卷測評等紙筆測驗為主,訪談、書面評語、課堂問答等方法為輔,對中學(xué)生科學(xué)探究進(jìn)行評價.在開發(fā)相關(guān)測試卷的過程中,不少學(xué)者參照新課標(biāo)提出的科學(xué)探究的能力層次水平,制訂出多個維度的評價量表.例如金芝以Rasch模型為基礎(chǔ),編制出一套物理科學(xué)探究測試量表;[25]徐瑞璟和李春密在新課標(biāo)的指導(dǎo)下,制訂了中學(xué)生物理科學(xué)探究能力的PTA評價量表.[26]同時,有學(xué)者設(shè)計出操作性較強的科學(xué)探究水平劃分框架進(jìn)行評價,并利用具體試題探討了紙筆測驗中探究性試題的規(guī)律特點與編制策略.[27]此外,也有學(xué)者通過設(shè)計表現(xiàn)性任務(wù)進(jìn)行指向性評價.例如周瑩通過觀察學(xué)生在探究小燈泡的伏安特性曲線的分組實驗中各環(huán)節(jié)的行為表現(xiàn)進(jìn)而評價科學(xué)探究的水平.[28]

在評價指標(biāo)上,目前的研究成果大多數(shù)圍繞科學(xué)探究的要素及關(guān)鍵步驟編制評價指標(biāo),確保了評價方向的正確性.有些學(xué)者將新課標(biāo)提出的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平細(xì)分為評價指標(biāo).[29,30]也有學(xué)者從多元智能的角度出發(fā),構(gòu)建出新的科學(xué)探究的評價指標(biāo).[31]

2.3.3 中學(xué)生科學(xué)探究能力現(xiàn)狀測查分析

很多學(xué)者曾利用紙筆測驗對中學(xué)生的科學(xué)探究現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查分析,總體研究結(jié)果如下:大部分中學(xué)生的科學(xué)探究已達(dá)到一定層次水平,但總體發(fā)展程度不高,各要素間的發(fā)展不均衡,尤其在提出問題、設(shè)計實驗、反思評價等能力方面比較欠缺.不少學(xué)者對現(xiàn)狀成因進(jìn)行由外而內(nèi)的深度剖析,總體來說,這種現(xiàn)狀主要受學(xué)校、教師以及學(xué)生自身3方面的影響.其一,迫于應(yīng)試教育、高考的壓力,學(xué)校對科學(xué)探究的培養(yǎng)力度不強,相關(guān)課程資源提供不足;其二,教師對科學(xué)探究內(nèi)涵理解不深,未能在課堂上有效地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究;[32]其三,學(xué)生深受應(yīng)試教育影響,科學(xué)探究意識相對比較薄弱.[33]因此,如何改善中學(xué)生科學(xué)探究發(fā)展程度不高、發(fā)展不平衡的現(xiàn)狀,是廣大教育研究者需要進(jìn)一步思考與探索的問題.

3 思考與展望

隨著新課程改革的推進(jìn),有關(guān)科學(xué)探究的研究持續(xù)被廣大物理教育研究者關(guān)注.因此,筆者依據(jù)以往的文獻(xiàn)研究,從科學(xué)探究的建構(gòu)和評價兩個維度,提出以下幾點思考.

3.1 科學(xué)探究的建構(gòu)

(1) 細(xì)化新課標(biāo)對科學(xué)探究要素的具體要求,促使教材編寫與教師教學(xué)有據(jù)可依.通過對文獻(xiàn)的梳理,發(fā)現(xiàn)目前研究者對新課標(biāo)中關(guān)于科學(xué)探究各要素的分階段要求關(guān)注較少.因此,建議在后續(xù)對新課標(biāo)的研究中,能進(jìn)一步對其中概念規(guī)律的建構(gòu)、實驗教學(xué)等方面中有關(guān)科學(xué)探究的要素提出更細(xì)致、更完善的建議和要求,從而為教材的編寫與審定、教師的實際教學(xué)提供指導(dǎo)方向.

(2) 推進(jìn)探究教學(xué)理論研究與實踐檢驗融合發(fā)展,提高探究教學(xué)的科學(xué)性.目前研究成果中提出的相關(guān)建構(gòu)路徑、教學(xué)策略等大多數(shù)從理論層面出發(fā),結(jié)合具體案例進(jìn)行分析,在實證研究方面比較薄弱,并未能很好地指導(dǎo)實際教學(xué).因此,建議學(xué)者們在提出相關(guān)路徑、策略后,最好通過實證研究進(jìn)一步檢驗理論假設(shè)的可行性,以確保教學(xué)的科學(xué)性與適切性.

(3) 拓寬教材分析的研究內(nèi)容,促進(jìn)教材二次開發(fā)及教學(xué)優(yōu)化.目前關(guān)于教材分析的研究成果較為豐富,但大多數(shù)研究將關(guān)注點聚焦在教材各個欄目、實驗內(nèi)容中科學(xué)探究的對比分析上,對于考查科學(xué)探究層次水平的教材習(xí)題研究較少,且很多文獻(xiàn)中互相借鑒、重復(fù)研究的多,取得實質(zhì)性創(chuàng)新作品的少.因此,建議著重關(guān)注教材中習(xí)題的研究、教師對教材的使用問題,以及拓寬不同版本教材的縱橫對比,從而為教學(xué)改進(jìn)和教材再次開發(fā)提供寶貴建議.

3.2 科學(xué)探究的評價

(1) 注重評價方式多元化,促進(jìn)定性評價與定量評價相結(jié)合.目前評價方式大多局限于紙筆測驗,模式單一,忽略了學(xué)生間的差異及個性發(fā)展,其科學(xué)性與合理性有待提高.因此,建議豐富評價方式,且評價中應(yīng)具備質(zhì)性評語與具體分值,定性與定量評價雙管齊下,致力于促進(jìn)學(xué)生更好地發(fā)展.

(2) 探索科學(xué)、高效的評價指標(biāo)體系,凸顯評價的導(dǎo)向作用.目前學(xué)者們對科學(xué)探究的評價指標(biāo)研究方面相對比較欠缺,且現(xiàn)有的評價指標(biāo)體系實質(zhì)性創(chuàng)新不足,評價的信度與效度系數(shù)還有待考證.因此,基于新課標(biāo)構(gòu)建一套科學(xué)、高效、操作性強的評價指標(biāo)體系,應(yīng)是評價改革深入探討的關(guān)鍵所在.