一、問題提出

在經(jīng)合組織（OECD）組織進(jìn)行的2009年國際學(xué)生評(píng)估項(xiàng)目（PISA）測(cè)試中，上海中學(xué)生在閱讀、數(shù)學(xué)和科學(xué)素養(yǎng)三方面均排名全球第一。這個(gè)測(cè)試結(jié)果讓不少人士感到歡欣鼓舞，使備受詬病的我國基礎(chǔ)教育有了信心和更多期待。但也有研究者認(rèn)為PISA測(cè)試的還是知識(shí)，這本來就是我國學(xué)生的強(qiáng)項(xiàng)，這個(gè)測(cè)試結(jié)果不足為奇，不能由此遮蔽我國基礎(chǔ)教育的弊端，尤其是探究能力、創(chuàng)新能力的不足。探究能力是我國基礎(chǔ)教育改革的重要目標(biāo)，然而至今我們還沒有看到系統(tǒng)的測(cè)試報(bào)告，我國一般是在學(xué)科考試中設(shè)置幾道探究試題，這種小題量顯然很難有效反映學(xué)生的探究能力。為便于國際比較，本研究將用一套國際著名的探究能力測(cè)試題進(jìn)行測(cè)試，以了解我國初中生的科學(xué)探究能力現(xiàn)狀及其影響因素，并為改善探究教學(xué)提供科學(xué)依據(jù)。

二、研究方法

1.測(cè)試對(duì)象

在廣西14個(gè)地級(jí)市中，把每市的城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)初中學(xué)校按照重點(diǎn)、一般和薄弱進(jìn)行分類，每類學(xué)校隨機(jī)抽出1所學(xué)校，再從每所學(xué)校隨機(jī)抽出50名九年級(jí)學(xué)生，共4200名。城鄉(xiāng)學(xué)生各2100名，男女生各2187名、2013名。

2.數(shù)據(jù)收集和處理

探究能力采用美國的Burns等人開發(fā)的探究測(cè)試題進(jìn)行測(cè)試，共36道選擇題，分別測(cè)試定義變量、識(shí)別變量、猜想假設(shè)、探究設(shè)計(jì)和分析數(shù)據(jù)等探究能力，信度為0.86，區(qū)分度為0.55?？茖W(xué)興趣、探究程度調(diào)查采用自編問卷進(jìn)行調(diào)查，共15道選擇題、3道開放題，信度為0.76。地理、生物、化學(xué)和物理成績(jī)采用各學(xué)期期考成績(jī)的平均分。使用SPSS18.0工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算均分差異顯著性和相關(guān)系數(shù)。

三、結(jié)果和討論

1.初中生探究能力的表現(xiàn)水平

從表1看到，本次測(cè)試平均得分率是56.5%；而上世紀(jì)80年代伯恩斯等人對(duì)美國九年級(jí)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試，平均得分率54.2%[1]；早幾年又有研究者用這套試題對(duì)美國九年級(jí)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試，平均得分率55.6%[2]。這次測(cè)試結(jié)果表明受測(cè)試的初中生探究能力并不遜色，雖然我國提倡探究教學(xué)不過十年光景，但畢竟有后發(fā)優(yōu)勢(shì)，有很多經(jīng)驗(yàn)可資借鑒，在培養(yǎng)學(xué)生探究能力方面已見成效。

下面再逐一分析學(xué)生在各個(gè)探究要素上的表現(xiàn)水平。

定義變量即把需要操縱的自變量、觀測(cè)的因變量具體化，使之具有可操作性。例子：一組學(xué)生在研究輪子的寬度對(duì)滾動(dòng)難易程度的影響，他們首先把寬輪子和窄輪子安裝在兩輛相同的小車子上，分別讓它們從斜面滾下，并在水平面繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。那么，為了比較輪子滾動(dòng)難易程度，學(xué)生們會(huì)測(cè)量什么呢？A測(cè)量?jī)奢v小車的運(yùn)動(dòng)距離；B測(cè)量斜面的傾斜程度；C測(cè)量?jī)煞N輪子的寬度；D測(cè)量?jī)奢v小車的重力。這道題要求把因變量“輪子滾動(dòng)難易程度”具體化，正確答案為A，得分率為55.3%。定義變量共9道題，平均得分率54.5%，這個(gè)結(jié)果說明學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)和能力較差，或把抽象概念轉(zhuǎn)化為具體概念的能力較差，這與學(xué)生探究經(jīng)歷不足有關(guān)。

識(shí)別變量即找出自變量、控制變量和因變量。例子：小華很想知道地球和海洋是不是被太陽同等地加熱，于是她用兩個(gè)相同的桶分別裝上相同體積的土壤和水，然后讓它們接收同樣多的太陽光照射。從上午8點(diǎn)到下午6點(diǎn)，小華每隔一小時(shí)就測(cè)一次土壤和水的溫度。該研究的自變量是什么？A放在桶里的水的種類；B水和土壤的溫度；C放在桶里的材料的種類；D每個(gè)桶在太陽中照射的時(shí)間。這道題答案為A，得分率22.3%。識(shí)別變量共9道題，平均得分率23.6%，得分率之低也許令人驚訝，但在筆者的意料之中，因?yàn)閲鴥?nèi)現(xiàn)行各個(gè)版本的初中理科教材無一出現(xiàn)自變量、因變量和控制變量這些概念，而大部分教師擔(dān)心增加學(xué)生負(fù)擔(dān)，也沒有在教學(xué)中涉及這些概念，以致大部分學(xué)生答題時(shí)憑猜測(cè)來揣摩這些概念的意思，接近1/4的得分率也恰好符合猜測(cè)規(guī)律。

猜想假設(shè)即運(yùn)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)問題進(jìn)行試探性解釋或解決。例子：小剛在研究豆類植物的食物含量，他測(cè)量了淀粉含量，以此當(dāng)作豆類植物中的食物含量；他還能改變植物所接收的光量、二氧化碳量和水量。那么，在這個(gè)研究中，小剛要檢驗(yàn)的假設(shè)是什么呢？A豆類植物得到的二氧化碳越多，它產(chǎn)生的淀粉就越多；B豆類植物產(chǎn)生的淀粉越多，它需要的光量就越多；C豆類植物得到的水越多，它需要的二氧化碳就越多；D豆類植物得到的光量越多，它產(chǎn)生的二氧化碳就越多。這道題答案為A，得分率52.3%，答錯(cuò)者多數(shù)選了B，因?yàn)锽是對(duì)一些豆類植物成立的書本知識(shí)，這些答錯(cuò)者就把書本知識(shí)當(dāng)作正確的猜想假設(shè)，以為猜想假設(shè)總應(yīng)該與知識(shí)吻合，但本題考查的并非知識(shí)，而是能否把欲探究的因果關(guān)系找出來，錯(cuò)選B表明潛在的“唯師唯上唯書”思想在作祟，還未建立開放的探究意識(shí)，未能區(qū)分探究和知識(shí)的關(guān)系。猜想假設(shè)共9道題，平均得分率63.7%，丟分的原因基本與以上類似。

探究設(shè)計(jì)即從操作角度把猜想假設(shè)具體化、程序化。例子：小明認(rèn)為籃球內(nèi)的氣壓越高，它的彈跳就會(huì)越高。為了檢驗(yàn)這個(gè)假設(shè)，他用幾個(gè)籃球和一個(gè)能充氣的氣泵來進(jìn)行探究。小明會(huì)怎樣檢驗(yàn)他的假設(shè)呢？A用不同的力把籃球從相同高度丟下；B讓內(nèi)氣壓不同的籃球從相同高度自由落下；C把內(nèi)氣壓相同的籃球從不同角度丟下；D讓內(nèi)氣壓相同的籃球從不同高度自由落下。這道題答案為B，得分率為85.3%。探究設(shè)計(jì)共3道題，平均得分率83.4%。這3道題考查的都是能否運(yùn)用控制變量法判斷探究設(shè)計(jì)的合理性，說明學(xué)生對(duì)控制變量這個(gè)方法掌握較好。

分析數(shù)據(jù)即分析變量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，歸納出結(jié)論。例子：一個(gè)研究人員在研究植物生長(zhǎng)需要多少水量時(shí)，給5塊相同的小塊土地施了不同的水量。兩個(gè)月后，他測(cè)量了植物的高度，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在圖中，從圖中可看出植物生長(zhǎng)與水量有什么關(guān)系？A增加水量會(huì)增加植物的高度；B增加植物的高度會(huì)增加水量；C減少水量會(huì)增加植物的高度；D降低植物的高度會(huì)減少水量。這道題答案為A，得分率為82.3%。分析數(shù)據(jù)共6道題，或者給出圖形，要求判斷變量之間的關(guān)系，或者給出兩個(gè)變量的數(shù)據(jù)表，要求判斷哪個(gè)圖正確描繪變量之間的關(guān)系。這6道題的平均得分率85.2%，說明學(xué)生能較好地利用已有數(shù)據(jù)或圖形進(jìn)行推理分析、歸納出結(jié)論。

2.不同學(xué)生群體的探究能力差異

對(duì)于性別差異，表2表明男生總體稍強(qiáng)于女生，但差異不顯著。在這方面，國內(nèi)外不同研究者的結(jié)論差異較大，有的發(fā)現(xiàn)男生比女生強(qiáng)，有的發(fā)現(xiàn)男女生相當(dāng)[2]。在本研究中男女生表現(xiàn)相當(dāng)，是因?yàn)殡S著我國社會(huì)不斷進(jìn)步，教育條件不斷得到改善，男女生有了同等教育機(jī)會(huì)，提高女生學(xué)習(xí)質(zhì)量的研究和關(guān)照日趨加強(qiáng)，影響性別差異的一些因素逐步消失。但總體表現(xiàn)也許難以反映男女生的探究特點(diǎn)，深入到各探究要素會(huì)有助于了解男女生的不同探究特點(diǎn)。從表2看到，在定義變量方面男生更強(qiáng)些，因?yàn)槟猩矚g動(dòng)手探究，有更豐富的探究經(jīng)歷，這些特點(diǎn)有助于男生把抽象變量轉(zhuǎn)換為可操作的具體方法；而在探究設(shè)計(jì)方面女生更強(qiáng)些，這與男女生的平時(shí)探究表現(xiàn)很一致，男生膽子更大，好奇心和動(dòng)手操作欲望更強(qiáng)，急于動(dòng)手操作，往往在動(dòng)手和嘗試中調(diào)整設(shè)計(jì)；而女生膽子小些，在動(dòng)手操作之前更謹(jǐn)慎、細(xì)心些，往往是先設(shè)計(jì)后動(dòng)手，因此女生形成了良好的探究設(shè)計(jì)習(xí)慣和行為。至于在識(shí)別變量、猜想假設(shè)和分析數(shù)據(jù)方面，男女生稍有差異，但不顯著。

對(duì)于城鄉(xiāng)差異，表2表明城市學(xué)生總體強(qiáng)于鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)生，差異極其顯著；在定義變量和探究設(shè)計(jì)方面，也是城市學(xué)生強(qiáng)于鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)生，差異顯著。這些發(fā)現(xiàn)與一些國外研究發(fā)現(xiàn)不同，這顯然是國情不同造成的。我國城鄉(xiāng)教師素質(zhì)、硬件配備等教育資源差異很大，鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)生很少經(jīng)歷完整探究過程，實(shí)驗(yàn)探究往往變成“理論探究”，即在嘴上講探究，在黑板上畫探究，在作業(yè)本上練探究。紙上談兵對(duì)陳述性知識(shí)是奏效的，但對(duì)程序性知識(shí)卻很難奏效，后者需要在具體情境中多次實(shí)踐，才能內(nèi)化為一般能力并遷移到復(fù)雜情境中去。在識(shí)別變量、分析數(shù)據(jù)方面，城市學(xué)生稍強(qiáng)于鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)生，但差異不顯著，這是因?yàn)檫@兩個(gè)要素的理論色彩更濃，需要運(yùn)用邏輯推理分析，即使城市學(xué)生有更豐富的探究經(jīng)歷，其優(yōu)勢(shì)也無法體現(xiàn)。但是，在猜想假設(shè)方面，卻是鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)生強(qiáng)于城市學(xué)生，差異顯著，這是因?yàn)椴孪爰僭O(shè)既要用到學(xué)科知識(shí)也要用到生活經(jīng)驗(yàn)，而本套試題所需的學(xué)科知識(shí)很淺顯，城市學(xué)生的學(xué)科知識(shí)優(yōu)勢(shì)發(fā)揮不出來，但是在生活經(jīng)驗(yàn)方面鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)生顯然對(duì)大自然有更多的接觸認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)使其在猜想假設(shè)方面略勝一籌。

3.影響初中生探究能力的若干因素

對(duì)于探究要素、探究總體與各學(xué)科的相關(guān)系數(shù)，從低到高依次是地理、生物、化學(xué)和物理，但只有與物理的相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著水平，這個(gè)結(jié)果與其他研究者的發(fā)現(xiàn)有異同之處。美國的Lawrenz等人認(rèn)為，任何科學(xué)探究都會(huì)涉及一定的學(xué)科知識(shí)，能否完成每個(gè)探究步驟不僅取決于相關(guān)的學(xué)科知識(shí)和技能，還取決于先前步驟的完成質(zhì)量，因此探究能力與學(xué)科知識(shí)有關(guān)系[2]。但是，以色列Tamir等人認(rèn)為，雖然科學(xué)探究或多或少會(huì)涉及學(xué)科知識(shí)，但它畢竟與學(xué)科知識(shí)不同，它是一種類似于想象能力、推理能力的獨(dú)特認(rèn)知能力[3]。那么，在測(cè)試探究能力時(shí)，如何把嵌入的學(xué)科知識(shí)分離或剔除呢？Burns的做法是把所需的學(xué)科知識(shí)難度降到最低程度，使幾乎所有學(xué)生都具備這些知識(shí)，這樣測(cè)試結(jié)果即能代表探究能力水平。本套試題涉及到了地理、生物、化學(xué)和物理學(xué)科，測(cè)試結(jié)果與物理的相關(guān)系數(shù)最高，進(jìn)一步證實(shí)了探究能力是一種獨(dú)特的高水平認(rèn)知能力，因?yàn)檫@些學(xué)科的知識(shí)容量、知識(shí)難度和科學(xué)探究不一樣，相對(duì)而言物理知識(shí)容量最多、難度最大、探究時(shí)間和機(jī)會(huì)最多，即需要更高的認(rèn)知水平。

測(cè)試結(jié)果與科學(xué)興趣、課內(nèi)探究程度和課外探究程度等因素極其顯著相關(guān)，這些因素比學(xué)科知識(shí)更影響探究能力。表明學(xué)生對(duì)科學(xué)具有興趣，其投入科學(xué)和探究的精力會(huì)更多、牽涉的認(rèn)知水平會(huì)更高；也表明不管是課內(nèi)還是課外，只要增加探究活動(dòng)程度，會(huì)顯著提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。值得注意的是，測(cè)試結(jié)果與課外探究程度的相關(guān)系數(shù)最高。毫無疑問，提高課內(nèi)探究程度使學(xué)生有更多的探究機(jī)會(huì)，同時(shí)能得到教師的更多指導(dǎo)，但課內(nèi)探究畢竟是自上而下的外在要求，并非完全是學(xué)生的內(nèi)在需求。而課外探究不同，主要是發(fā)自內(nèi)在興趣，興趣驅(qū)使學(xué)生把探究遷移到課外，這些興趣和活動(dòng)是提高探究能力的可持續(xù)原動(dòng)力。

盡管測(cè)試范圍僅為廣西，但也能窺斑見豹，可以得出初步結(jié)論：在可比范圍內(nèi)我國初中生探究能力總體并不遜色于美國初中生，但總體仍屬于一般，而且各要素水平不平衡，在與實(shí)踐相關(guān)較大的定義變量和識(shí)別變量方面較差，在與邏輯推理相關(guān)較大的猜想假設(shè)、探究設(shè)計(jì)和分析數(shù)據(jù)方面較強(qiáng)；男女生總體相當(dāng)，但男生在與實(shí)踐相關(guān)較大的定義變量方面較強(qiáng)，女生在需要耐心細(xì)致的探究設(shè)計(jì)方面較強(qiáng)；城市學(xué)生總體強(qiáng)于鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)生，城市學(xué)生主要在需要豐富探究經(jīng)歷的定義變量和探究設(shè)計(jì)方面較強(qiáng)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)生主要在需要生活經(jīng)驗(yàn)的猜想假設(shè)方面較強(qiáng)；科學(xué)探究能力與地理、生物和化學(xué)知識(shí)基本不相關(guān)，但與需要較高認(rèn)知水平的物理知識(shí)相關(guān)，尤其與科學(xué)興趣、課內(nèi)探究程度和課外探究程度相關(guān)。

參考文獻(xiàn)

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[2] Lawrenz F，Huffman D，Welch W. The Science Achievement of Various Subgroups on Alternative Assessment Formats. Science Education，2001，85（3）.

[3] Tamir P，Doran R L，Kojima S，et al. Procedures Used in Practical Skills Testing in Science. Studies in Educational Evuluation，1992，19（3）.

（責(zé)任編輯 楊 子）