杜明榮 郭江

摘 要：本文通過(guò)學(xué)者Lawson建立的科學(xué)推理能力測(cè)試體系，研究高中學(xué)生科學(xué)推理能力的發(fā)展現(xiàn)狀，并深入解析學(xué)生在階段性學(xué)習(xí)過(guò)程中，守恒推理、比例推理、控制變量推理、概率推理、相對(duì)性推理和假設(shè)演繹推理六個(gè)維度能力的差異，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并尋求相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：中學(xué)生；科學(xué)推理能力；發(fā)展規(guī)律

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）6-0013-3

1 問(wèn)題的提出

科學(xué)推理能力是運(yùn)用邏輯思維依據(jù)科學(xué)事實(shí)進(jìn)行推理、進(jìn)而作出解釋或得到結(jié)論的能力。2009年《Science》雜志發(fā)表了一篇題為《Learning and Scientific Reasoning》的文章[1]，文章給出了中美大學(xué)新生的科學(xué)推理能力和科學(xué)知識(shí)的測(cè)試比較結(jié)果。結(jié)果顯示，盡管中國(guó)學(xué)生在科學(xué)知識(shí)上的成績(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)美國(guó)學(xué)生，但兩國(guó)學(xué)生的科學(xué)推理能力卻相差無(wú)幾。這一結(jié)果從一個(gè)側(cè)面反映出我國(guó)學(xué)生科學(xué)知識(shí)與推理能力之間發(fā)展的不平衡，引起了國(guó)內(nèi)外科學(xué)教育研究者的普遍關(guān)注。

具備基本的科學(xué)推理能力是進(jìn)行科學(xué)探究的必要條件，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理能力是培養(yǎng)他們科學(xué)探究能力的基礎(chǔ)[2]?？茖W(xué)推理還是需要相對(duì)完善的知識(shí)體系作為支撐，而中學(xué)生從低年級(jí)到高年級(jí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，一方面不斷地接受新知識(shí)，并將其內(nèi)化，儲(chǔ)備到自身的知識(shí)體系中，另一方面他們的思維方式也在發(fā)生著階段性的改變，即從前運(yùn)算階段到具體運(yùn)算階段再到形式運(yùn)算階段。在不同的思維發(fā)展階段，中學(xué)生將運(yùn)用已有的知識(shí)，采取科學(xué)的研究方法，理解和解釋已有的現(xiàn)象和規(guī)律，進(jìn)而不斷認(rèn)識(shí)世界和探索世界，這種認(rèn)識(shí)世界和探索世界的能力就是科學(xué)推理能力。

本文希望通過(guò)研究可以了解普通高中生在獲取科學(xué)知識(shí)的過(guò)程中科學(xué)推理能力的發(fā)展?fàn)顩r；分析對(duì)于普通高中生，科學(xué)推理能力的哪些維度較為薄弱；判斷高一到高三的跨度里他們的科學(xué)推理能力有沒(méi)有得到有效的提升。

2 研究的設(shè)計(jì)

在普通高中的教學(xué)進(jìn)程中，高一學(xué)生的科學(xué)知識(shí)體系才剛開(kāi)始建構(gòu)，科學(xué)知識(shí)的掌握尚不完善，而經(jīng)過(guò)兩年系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，高三階段學(xué)生的知識(shí)體系相對(duì)完備。所以，本研究以高一和高三兩個(gè)年級(jí)的學(xué)生為研究對(duì)象，解析他們的科學(xué)推理能力的發(fā)展現(xiàn)狀，并通過(guò)文獻(xiàn)研究找到適當(dāng)?shù)奶岣卟呗?，解決研究中發(fā)現(xiàn)的學(xué)科性問(wèn)題。

本研究以筆者所在市的一所有代表性的普通高中為例，從高一和高三分別隨機(jī)抽取兩個(gè)班，對(duì)抽中的四個(gè)班學(xué)生進(jìn)行科學(xué)推理能力測(cè)試。在問(wèn)卷調(diào)查環(huán)節(jié)，發(fā)放問(wèn)卷240份，回收213份，有效問(wèn)卷196份。樣本分布情況如表1所示。

研究采用美國(guó)Lawson教授修訂的“Lawson科學(xué)推理能力測(cè)試量表”[3]，量表共有24道題目，全部為選擇題，每道題1分，共計(jì)24分。測(cè)試量表所設(shè)計(jì)的推理背景都是現(xiàn)實(shí)情境或?qū)嶒?yàn)情境，要求學(xué)生運(yùn)用科學(xué)推理得出結(jié)論或作出解釋。為了檢驗(yàn)量表對(duì)所選樣本的適用性和測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行信度分析，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，得到量表的Cronbach Alpha[4]值都較接近0.8，因此可以認(rèn)為本問(wèn)卷的信度是比較好的。量表測(cè)試的推理類型可分為6個(gè)維度，每個(gè)維度對(duì)應(yīng)的測(cè)試題目編號(hào)如表2所示。

3 數(shù)據(jù)的分析

3.1 科學(xué)推理能力的整體分布

利用Lawson科學(xué)推理能力測(cè)試量表對(duì)樣本進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示高一學(xué)生平均得分為13.66分，標(biāo)準(zhǔn)差為4.3分，高三學(xué)生平均得分為13.89分，標(biāo)準(zhǔn)差為4.65分，在集中趨勢(shì)和差異趨勢(shì)上沒(méi)有較大差異，兩者的分布態(tài)勢(shì)也比較接近，如圖1所示。針對(duì)兩個(gè)班級(jí)樣本的非參數(shù)獨(dú)立樣本K-S檢驗(yàn)結(jié)果Sig值0.785>0.10，表明高一學(xué)生和高三學(xué)生的科學(xué)推理能力在一定程度上沒(méi)有顯著性差異。值得關(guān)注的是高三學(xué)生的科學(xué)推理能力平均得分為13.89分，與中國(guó)大學(xué)生平均值17分之間存在著明顯的差距[5]，表明高中階段的學(xué)生在科學(xué)推理能力上依然存在較大的發(fā)展空間。

3.2 科學(xué)推理能力各維度的分析

通過(guò)獨(dú)立樣本的T檢驗(yàn)，對(duì)高一和高三學(xué)生科學(xué)推理能力各維度的顯著性差異進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。

高一和高三兩個(gè)班級(jí)學(xué)生的科學(xué)推理能力中，守恒推理T檢驗(yàn)的雙側(cè)Sig值[6]0.974>0.10，即在0.10的顯著性水平上，高一和高三學(xué)生的守恒推理能力沒(méi)有明顯差異。比例推理和相關(guān)性推理能力也沒(méi)有顯著性的差異。在0.10的顯著性水平上，兩個(gè)年級(jí)學(xué)生的控制變量推理能力有些許差異，并且高三學(xué)生強(qiáng)于高一學(xué)生。高一和高三學(xué)生的概率推理能力和假設(shè)演繹推理能力都有明顯差異。統(tǒng)計(jì)圖2表明，高一的概率推理成績(jī)要優(yōu)于高三，高三的假設(shè)演繹推理成績(jī)要優(yōu)于高一?？梢?jiàn)，高一學(xué)生經(jīng)過(guò)三年的學(xué)習(xí)，在控制變量推理、假設(shè)演繹推理和相關(guān)性推理等方面的能力都有了一定的提高。由此我們推測(cè)，高中階段的教學(xué)對(duì)學(xué)生控制變量推理和假設(shè)演繹推理以及相關(guān)性推理方面的訓(xùn)練成效顯著，而在概率推理方面的訓(xùn)練有所欠缺。

表4展示了被試在各個(gè)維度上的得分率，可見(jiàn)，在兩個(gè)年級(jí)中守恒推理和比例推理的成績(jī)較高，盡管相關(guān)性推理在高一到高三的階段性學(xué)習(xí)中有了很大的提升，但是其正確率依然處于較低的狀態(tài)。另外，概率推理的正確率也比較低，原因可能是高一學(xué)生還沒(méi)有開(kāi)設(shè)相關(guān)概率問(wèn)題的課程，但生活中的一些實(shí)例給了他們很大的啟發(fā)，比如擲篩子、拋硬幣，高三學(xué)生雖然經(jīng)過(guò)了一系列系統(tǒng)的概率類的學(xué)習(xí)，但是量表的題目是擲篩子這類與生活密切相關(guān)的問(wèn)題，所以高一學(xué)生概率推理維度的得分率反而比高三學(xué)生的要高一些[7]。

4 結(jié)論與啟示

本研究表明，高一和高三階段學(xué)生的科學(xué)推理能力呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：其一，高一到高三這樣一個(gè)階段性的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生的科學(xué)推理能力總體上沒(méi)有得到很顯著的提升，表明本研究中被試所在區(qū)域的教學(xué)對(duì)高中生科學(xué)推理能力的培養(yǎng)有待提升。其二，高中學(xué)生由于其守恒推理能力和比例推理能力在初中階段有了較好的基礎(chǔ)，已經(jīng)得到充分的發(fā)展，測(cè)試中表現(xiàn)為兩個(gè)年級(jí)中成績(jī)跨度不明顯。高三學(xué)生在控制變量推理、相關(guān)性推理和假設(shè)演繹推理方面的能力有較大程度的提升，但是相關(guān)性推理能力依然處于較低層次。另外，概率推理能力表現(xiàn)為有所降低，表明本研究中被試所在區(qū)域的教學(xué)對(duì)高中生科學(xué)推理能力的培養(yǎng)，側(cè)重于學(xué)生的控制變量推理和假設(shè)演繹推理能力的訓(xùn)練，并且有了較突出的效果，但在概率推理和相關(guān)性推理能力的培養(yǎng)上略顯不足。

因此，提升高中學(xué)生的概率推理能力和相關(guān)性推理能力成為亟待解決的問(wèn)題。科學(xué)推理能力是科學(xué)探究活動(dòng)中極為重要的能力之一，它滲透在科學(xué)探究活動(dòng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)之中，學(xué)生需要依靠這種能力體驗(yàn)科學(xué)探究的具體過(guò)程，感受科學(xué)探究中隱含的科學(xué)奧秘。提高學(xué)生的科學(xué)推理能力需要學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，真正地切身參與到科學(xué)探究活動(dòng)中，遵守科學(xué)探究的一般步驟，逐步透過(guò)現(xiàn)象來(lái)理解科學(xué)的本質(zhì)。

量表中測(cè)試概率推理能力的題目表達(dá)方式與生活中擲篩子的問(wèn)題極為相似，高一學(xué)生能夠依據(jù)基本的生活常識(shí)去解決量表里的問(wèn)題，而高三學(xué)生同樣也擁有這樣的生活常識(shí)，但其接受的系統(tǒng)化的概率知識(shí)卻成為了解決生活問(wèn)題的障礙，得分反而低于高一學(xué)生。學(xué)生缺乏概率意識(shí)，不能客觀地理解概率問(wèn)題的本質(zhì)，認(rèn)為概率是不可預(yù)測(cè)的。因此，教師需要引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的概率推理意識(shí)，從源頭上幫助學(xué)生提高概率推理能力。

其次，高中課程學(xué)習(xí)中存在模式化訓(xùn)練的現(xiàn)象，使得學(xué)生難以花時(shí)間認(rèn)真解讀問(wèn)題，久而久之造成了學(xué)生的思維惰性，對(duì)付類似的概率問(wèn)題善于使用固定的公式計(jì)算，不能進(jìn)一步地分析思考問(wèn)題，容易造成簡(jiǎn)單問(wèn)題復(fù)雜化，不利于問(wèn)題的解決[8]。在這樣的情況下，教師需要在課堂上去講解概率推理的科學(xué)步驟，要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)自主分析類似問(wèn)題，能夠輕松自如地運(yùn)用概率推理來(lái)解決遇到的常識(shí)性問(wèn)題和復(fù)雜類問(wèn)題。

在相關(guān)性推理能力的培養(yǎng)中，教師首先要幫助學(xué)生克服思維定勢(shì)。在日常的題海訓(xùn)練中，學(xué)生很容易陷入思維定勢(shì)，加重了思維的惰性，導(dǎo)致學(xué)生遇到問(wèn)題時(shí)急于得到結(jié)果，尋找相關(guān)的捷徑，從而使學(xué)生忽略了問(wèn)題之間的本質(zhì)聯(lián)系[9]。教師要在學(xué)生原有的基礎(chǔ)上適當(dāng)引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與探究式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生真正理解日常生活中蘊(yùn)含的科學(xué)原理，學(xué)會(huì)觀察事物整體與局部之間的關(guān)聯(lián)，透過(guò)事物的表面現(xiàn)象深入理解問(wèn)題的本質(zhì)，并且能夠有意識(shí)地應(yīng)用于解決實(shí)際的問(wèn)題之中。

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（欄目編輯 趙保鋼）