摘 要：結(jié)合高中物理天體運動內(nèi)容，調(diào)查了高中學生對科學研究思想與方法的認識，指出當前學生存在能夠回憶和應(yīng)用相關(guān)公式、規(guī)律，但對相應(yīng)的科學研究思想與方法缺乏深刻認識的問題，并提出了若干針對性的建議。

關(guān)鍵詞：科學研究；思想與方法；調(diào)查；高中生；天體運動

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）4-0070-5

巴洛夫曾說：“重要的是科學方法、科學思想的總結(jié)，認識一個科學家的方法遠比認識他的成果價值更大。”在我國，從“授之以魚不如授之以漁”的古訓，到新一輪課程改革將“過程與方法”作為課程目標的維度之一，體現(xiàn)著教育者對方法教育歷來的重視。那么，在新課改深入開展的今天，高中生對科學研究思想與方法有著怎樣的認識？

檢索相關(guān)文獻發(fā)現(xiàn)，近年來關(guān)于科學思想方法教育的研究成為科學教育研究的熱點之一，在萬方數(shù)據(jù)庫中檢索“科學方法教育”，近3年共檢索到2307篇期刊論文。但已有的研究主要集中論述開展科學方法教育的價值、教學策略、在教科書中的體現(xiàn)等，而極少涉及對科學研究思想與方法認識的測試調(diào)查。筆者擬以高中物理天體運動相關(guān)內(nèi)容為例，嘗試探索與回答上述問題。

1 調(diào)查卷的開發(fā)與施測

關(guān)于天體運動的研究是較具代表性的科學發(fā)展史，其中涉及了各類科學研究思想和方法，而高中《物理》必修2在《萬有引力》這一章中，開篇便是關(guān)于天體運動研究發(fā)展的概覽，因此本研究選取該內(nèi)容作為調(diào)查的主題。

為了更廣泛地收集高中生對科學研究思想與方法的認識，調(diào)查卷擬以簡答題為主，了解學生對不同科學家研究工作的認識情況，進而考查他們對相應(yīng)科學研究思想與方法的認識。另外，為了比較高中生對科學知識及其相應(yīng)科學研究思想與方法的認識是否存在差異，調(diào)查卷擬增設(shè)關(guān)于天體運動相關(guān)知識的記憶與應(yīng)用的考查。

基于上述思考，筆者嘗試開發(fā)了相應(yīng)的高中生對天體運動研究思想與方法認識的調(diào)查卷。在請物理學科專家和物理教育研究專家對調(diào)查卷進行審查后，選取3位高二學生進行了初測，根據(jù)他們對測試題目理解的反饋對題目做了進一步調(diào)整，形成最終的調(diào)查測試卷。

在廣東一所中上層次高中的高二年級選取一個班的全體學生作為調(diào)查測試對象。共計發(fā)放調(diào)查測試卷50份，回收有效調(diào)查測試卷49份。所有調(diào)查卷統(tǒng)一編號，并對其中的簡單題答案進行歸類整理和統(tǒng)計。

2 調(diào)查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

2.1 關(guān)于相關(guān)知識的考查

首先，審視高二學生對知識的記憶情況。調(diào)查卷中設(shè)計了一道填空題，要求學生寫出萬有引力定律的公式。統(tǒng)計顯示，100%的學生都能正確寫出該公式，表明學生對該知識的記憶是很好的。

繼續(xù)考查學生對開普勒三大定律應(yīng)用及其推論的認識情況，要求學生判斷——與遠日點相比，當?shù)厍螂x太陽較近時運動速度是較快、較慢還是不變。該題是開普勒第二定律的推論，測試結(jié)果顯示：87.8%的學生能夠正確回答近日點運動速度較快，可見，大多數(shù)學生對開普勒第二定律的這一推論具有較好的認識。

上述兩題學生有可能憑借記憶做出正確回答，進一步考查學生對天體運動規(guī)律的靈活應(yīng)用情況。調(diào)查卷中詢問學生“月球與地球之間有萬有引力，那么為什么月球不會被地球吸引下來？”

學生的答案大致可分為三大類。第一類（占32.4%）答案是用圓周運動的相關(guān)知識做出相應(yīng)解釋，代表性的答案如“地球與月球間的萬有引力提供月球做圓周運動的向心力”；第二類（占35.3%）回答則將原因錯誤地歸咎于地月距離太遠，代表性回答如“月球與地球相距較遠，萬有引力尚不能將月球吸引下來”；第三類（占32.3%）回答則錯誤地認為月球受力平衡，有的認為“月球與地球間存在斥力”，有的認為“月球除了受到地球的萬有引力之外，同時也受到其他天體的萬有引力”?？梢?，三分之二的學生對于圓周運動知識還沒有做到靈活應(yīng)用的程度，無法正確解釋地月間的運動現(xiàn)象。

綜合比較本題與前面兩題的正確率可以發(fā)現(xiàn)，當前學生能夠記住公式、定律及其推論，但并不意味著學生能夠靈活應(yīng)用這些公式和定律解決問題。

2.2 關(guān)于托勒密研究思想與方法的認識考查

再來審視學生對科學研究思想與方法的認識情況。測試題1以托勒密地心說的研究為命題背景，如表1所示。

統(tǒng)計顯示，65.8%的學生認為托勒密所進行的研究可以稱為科學研究，代表性的理由如：“尊重事實，從事實數(shù)據(jù)出發(fā)假設(shè)”，“結(jié)合實際觀測到的數(shù)據(jù)進行分析，提出了較為科學的假說”，“因為根據(jù)觀察到的現(xiàn)象作出假設(shè)”，但也有個別學生認為“因為他是科學家，他在做他應(yīng)該做的事”。

當問及如果認為是科學研究，體現(xiàn)了哪些科學研究思想與方法時，只有一半的學生予以了回答。盡管學生存在著偷懶的心理，但三言兩語能說明的研究思想與方法卻留以空白，從另一個側(cè)面反映了很可能學生并不知曉相應(yīng)的科學思想與方法。查看填寫了文字的答案，多數(shù)都正確提及了觀察與假設(shè)，代表性的回答如“觀察提出假說”，“通過科學現(xiàn)象作出猜想與假設(shè)”，“結(jié)合實際觀測到的數(shù)據(jù)進行分析提出較為科學的假說”?？梢姡瑢W生對觀察法與假設(shè)法較為熟悉。

而44.2%的學生則認為托勒密的研究不能稱為科學研究，代表性的理由主要有兩類。一類認為其沒有實驗數(shù)據(jù)，如“沒有實驗數(shù)據(jù)”，“沒有精確的觀測數(shù)據(jù)可以證明”；另一類理由認為只是假設(shè)，沒有理論依據(jù)，如“只是對天體進行觀測猜測，沒有科學理論依據(jù)”，“他的研究無影無蹤，僅靠一些實驗數(shù)據(jù)和豐富的想象力，牽強地用本輪來解釋地心說”，“沒有理論來驗證實驗”?？梢?，這部分學生認為必須有實驗數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)才能稱為科學研究，而沒有認識到根據(jù)已有事實嘗試作出假設(shè)同樣是科學研究的一種范式。

2.3 關(guān)于哥白尼研究思想與方法的認識考查

調(diào)查卷中繼續(xù)以哥白尼的研究作為考查背景，測試題2見表2。

統(tǒng)計顯示，81.6%的學生認為哥白尼關(guān)于日心說的研究可以稱為科學研究，僅有18.4%的人持反對意見，其反對理由多數(shù)都認為缺乏實驗，如“因為他只是憑借肉眼觀察到的內(nèi)容來說明問題，沒有深入太空，沒有實驗來檢驗真理”?？梢姡瑢W生仍認為只是假說而缺乏實驗的研究，不能納入科學研究的范疇。

對于持肯定看法的學生，認為哥白尼所用的科學研究思想與方法主要有兩類：一類認為是觀察法，代表性的如“大量的觀察和研究”，“實驗觀察證明”，“觀察計算”；另一類認為是理論計算與假設(shè)法，代表性的回答如“理論計算法和假設(shè)法”，“作出假設(shè)數(shù)據(jù)處理分析”，“大膽猜想”。這種認識是正確的，哥白尼進行了一定量的理論計算，所提出的日心說也是一種假設(shè)模型。但是，題目中提供的信息“哥白尼拋棄了這些數(shù)量眾多的本輪而提出了更為簡單的日心說模型”，沒有一位學生予以關(guān)注，沒有一位學生提到“簡單性原則”的物理學研究思想，在一定程度上表明學生對這種研究思想并沒有較好的認識。

2.4 關(guān)于開普勒研究思想與方法的認識考查

測試題3以開普勒的研究作為考查背景，具體見表3。

統(tǒng)計表明，只有4位學生認為其研究不能稱為科學研究，查看他們的理由，一位認為“只是進行計算，只能算是理論上的研究，不能算是科學研究”，另外3位則清楚地指出“沒有進行實驗”。可見，個別學生錯誤地認為只有實驗才能算是科學研究，這種認識本身是片面的，需要在教學中予以重視。

進一步審視其余學生認為開普勒研究所體現(xiàn)的科學研究思想與方法，多數(shù)都提及了計算，如“理論計算”“總結(jié)分析數(shù)據(jù)”等。除此之外，不少學生還認為應(yīng)用了觀察法和實驗法，表述如“精確觀察”，“多次實驗求普遍性”，“通過多個實驗得出普遍規(guī)律而推斷出三大定律”。事實上開普勒自身的視力不太好，主要的研究是立足于第谷留給他的大量天文觀測數(shù)據(jù)進行理論計算，運用的是數(shù)學方法，“理論計算”的表述與數(shù)學方法含義基本相近，但不少學生強行加上“觀察法”“實驗法”，實際上是不正確的。由此也反映出學生頭腦中認為只有涉及觀察或?qū)嶒灢拍芊Q為科學研究的錯誤觀念。

2.5 關(guān)于牛頓研究思想與方法的認識考查

最后一道測試題以牛頓關(guān)于萬有引力的研究為背景（見表4）。

統(tǒng)計結(jié)果出乎筆者的意料，盡管學生們都知道牛頓是物理學家，但仍有高達25.6%的學生認為題目中提及的牛頓的研究不能稱為科學研究，反對理由如“無數(shù)據(jù)”，“只提出假設(shè)而不做實驗來驗證”，“只是普通的由表面現(xiàn)象作出設(shè)想，并未有與之相關(guān)的實驗驗證”?？梢?，學生的反對理由都集中于沒有實驗，再次揭示了不少學生對科學研究認識的局限。

再來審視認為牛頓的上述研究可稱為科學研究的回答，只有15人做出了回答，很可能不少學生對科學方法與思想并沒有相應(yīng)的認識，無從下手。回答的類型主要有3類：第一類回答認為是“類比法”，如“假設(shè)類比”“大膽設(shè)想，合理類比”，只有3位學生能夠認識到牛頓將地球吸引月球的力與地球吸引蘋果的力進行類比，這是值得肯定的，但可惜比例很低；第二類回答只是含糊地認為是“設(shè)想”，這類回答占了53.3%，如“合理設(shè)想”“大膽設(shè)想”“擴散思維，有條理的聯(lián)想”，盡管牛頓的研究中的確涉及了設(shè)想，但設(shè)想的表述很難稱得上是一種研究方法；第三類回答則提及了實驗法，占26.7%，如“作出假設(shè)進行實驗數(shù)據(jù)的處理分析”“實驗觀察”等，實際上在題目提供的信息中并未提及牛頓進行了相關(guān)的實驗，這部分學生的邏輯是：牛頓所做的研究一定是科學研究，而科學研究一定要涉及實驗，因此想當然地認為采用了“實驗法”。全班沒有一位學生指出牛頓采用了理想實驗法，學生所提及的“實驗法”都是指向真實實驗，需要“處理實驗數(shù)據(jù)”、需要“觀察”，再次體現(xiàn)了學生對相關(guān)科學方法的認知缺失。另外，也沒有一位學生提及牛頓將天上運動和地上運動統(tǒng)一起來確立了萬有引力普適性的研究中，體現(xiàn)了“統(tǒng)一性原則”這種同樣重要的物理學研究思想。

2.6 小結(jié)

綜上所述，可以看到：

（1）對于天體運動涉及的公式、規(guī)律及其推論的記憶，參與測試的學生都能較好地完成，但不少學生并不能靈活運用圓周運動的知識闡釋地月間的運動現(xiàn)象。

（2）對于具體的科學研究方法，多數(shù)學生都能認識到“實驗法”“觀察法”“假設(shè)法”這3類科學研究方法，但仍存在著以下問題：其一，基本上所有的學生都不能較好地表述出科學研究方法的名稱，只能說出大致的意思，如“理論計算”“設(shè)想”等；其二，多數(shù)學生沒有意識到“類比法”“理想實驗法”等科學研究方法；其三，部分學生將“觀察法”“實驗法”等科學研究方法，不加判斷地強加進科學家的理論研究中。

（3）對于科學研究思想，一方面，沒有一位學生能認識到“簡單性原則”和“統(tǒng)一性原則”這兩種重要的物理學研究思想；另一方面，不少學生錯誤地認為只有涉及實驗才能稱為科學研究，而沒有認識到，應(yīng)用邏輯推理和數(shù)學工具嘗試對已知的實驗事實進行描述和預測，同樣是一種十分重要的研究思想。

3 討論與建議

3.1 若干討論

討論1：為什么學生能夠回憶和應(yīng)用相關(guān)公式、規(guī)律，但對相應(yīng)的科學研究思想與方法并沒有深刻認識？

該問題提及的現(xiàn)象，從上文關(guān)于不同內(nèi)容的調(diào)查測試結(jié)果的比較中可見一斑。筆者認為，最主要的原因在于，當前學生所學習的各類公式、規(guī)律，往往由教師或教科書以較快捷的方式呈現(xiàn)出來，而后便進入了各類習題練習環(huán)節(jié)。盡管他們也經(jīng)歷了課程標準提出的“探究過程”，但是，當前引領(lǐng)學生經(jīng)歷的探究過程，往往是后人經(jīng)過大量簡化的、失去研究本真的過程，其出發(fā)點更側(cè)重于如何快捷地傳承知識。因此，學生們并不清楚當年科學家為什么要研究該課題以及他們是如何入手研究該課題的。不得不承認，如此教出的學生，即便能夠高效率地傳承科學研究的成果，卻缺失了對科學研究思想與方法的細致品味與深刻領(lǐng)悟。

討論2：為什么不少學生會認為沒有實驗就不能算是科學研究？

上文的調(diào)查統(tǒng)計，多次揭示了學生認為沒有實驗就不能算是科學研究的錯誤認識。究其原因，主要在于當前教師、教科書以及考試評價都過于強調(diào)實驗探究而產(chǎn)生的定勢思維。重視理科實驗探究是本輪課改提出的重要理念，但當前存在過于強化這種理念的傾向——教科書中的重要規(guī)律，基本上都是通過某個具體的探究實驗得出的；公開課中也都會出現(xiàn)學生小組合作探究實驗的情景；考試中凡是問及涉及了什么研究方法，答案基本都是學生從初中開始就熟悉的“控制變量法”。正是在這樣的教學氛圍下，作為較少接觸其他科學研究思想與方法的學生，自然會無形中將實驗的功能擴大化，進而對科學研究形成歪曲的、片面的認識。

討論3：為什么當前學生較缺乏關(guān)于科學研究思想與方法的教育？

討論1和討論2所揭示的現(xiàn)象都反映了同一問題：當前學生較缺乏關(guān)于科學研究思想與方法的教育。應(yīng)當看到，多數(shù)教師都認同科學研究思想與方法教育的重要性，但是，一方面經(jīng)歷同樣缺失科學研究思想與方法的教育而成長起來的教師群體，本身就對科學研究思想與方法的認識并不深刻，也缺乏主動補充相關(guān)內(nèi)容進行教學的意識。而教科書、教學輔導書以及教師培訓中也較少提及如何開展相關(guān)教學。另一方面，部分教師認為，在教學中有意識地滲透科學研究思想與方法費時費力，而對考試評價又無法提供直接的幫助。

3.2 若干建議

針對上述調(diào)查結(jié)果和討論，筆者給出以下建議。

建議1：教師應(yīng)有意識地選取部分較能體現(xiàn)科學研究思想與方法的課程內(nèi)容，結(jié)合具體知識引領(lǐng)學生討論其中滲透的科學研究思想與方法。

科學研究思想與方法相對抽象，因此不能剝離具體的知識內(nèi)容進行專題講授，而應(yīng)當將知識、研究過程、研究方法和研究思想作為統(tǒng)一的整體?？紤]到教學時間與教師精力所限，建議選取較有代表性的課程內(nèi)容作為開展科學研究思想與方法教育的著力點，嘗試引入部分學生能夠理解的科學史，引領(lǐng)他們了解科學家研究的過程，并著重討論下列3個問題：這其中應(yīng)用了什么科學研究方法？體現(xiàn)了怎樣的科學研究思想？這些科學研究的方法與思想在學習其他什么內(nèi)容時也有所體現(xiàn)？知識是外顯的，而科學研究思想與方法則內(nèi)隱于知識的探索與研究過程之中，教師需要有意識地組織討論上述3個問題，才能幫助學生更好地認識和理解相應(yīng)的科學研究思想與方法。

建議2：教師培訓中應(yīng)增設(shè)關(guān)于如何在教學中滲透科學研究思想與方法的內(nèi)容，并以文本或視頻的形式，提供相關(guān)教學參考案例。

初高中理科課程各章節(jié)內(nèi)容中，各體現(xiàn)了哪些科學研究思想與方法，應(yīng)當以怎樣的形式組織開展相應(yīng)的科學研究思想與方法教學？這是廣大教師應(yīng)當了解、掌握與應(yīng)用的教學知識，但單靠廣大教師自身摸索可能較為困難，需要借助教師培訓的力量，幫助教師提升該方面的素養(yǎng)。另外，可以組織編寫相應(yīng)的教學設(shè)計案例集，錄制具有示范性的開展科學研究思想與方法教學的課例視頻，為教師提供更有針對性的指導。

建議3：在考試評價中以合適的方式引進關(guān)于科學研究思想與方法的考查。

考試評價是指引教與學方向的指南針，科學研究思想與方法能否納入考查？澳大利亞南威爾士洲將“物理學史”作為考試大綱中的第一個條目，并明確提出考查重點是評價科學和技術(shù)發(fā)展對科學思維取向及其本質(zhì)改變所帶來的影響，而在其每年的高考題中，都有一定的分值專門針對物理學史中體現(xiàn)的科學思想與方法進行考查。本文設(shè)計的各道調(diào)查測試題，也可以視為對學生科學思想與方法的考查形式。盡管主觀題會涉及評分者信度高低的問題，對科學思想與方法的考查也可能會引發(fā)變相的題海訓練，但筆者相信，只要命題合理，評價標準設(shè)計得當，對學生綜合素養(yǎng)的促進效果將是更為積極的。試想，一個從中學階段就能引領(lǐng)學生初步體悟和應(yīng)用科學研究思想與方法的民族，相對于在中學階段只會識記和應(yīng)用各種公式解題的民族而言，在未來將具有怎樣更加強大的競爭力。

參考文獻：

[1]許桂清，張軍朋. 澳大利亞HSC考試對物理學史的考查及啟示[J]. 物理教學， 2013，35（3）：74—81.

（欄目編輯 鄧 磊）