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现阶段高中生化学猜想与假设能力的调查研究 姓名：许应华导师：文庆城教授 年级：2 0 0 2 级专业：课程与教学论方向：化学教学论 中文摘要 培养学生的科学探究能力是培养学生科学素养的一个中介性、过程性和形成性目 标。科学探究能力是一种综合性的能力，它包括提出问题、猜想与假设、制定计划、 进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等8 种能力构成。其中， 猜想与假设能力是科学探究能力的核心要素。 猜想与假设能力同样是一种综合能力，我们在参考国内外各种文献和调查初测的 基础上，确定了能接受问题事实愿意提出假设的能力、提出与问题相关多种假设的能 力、说出假设合理理由能力、提出高质量假设的能力作为猜想与假设能力的四项指标。 由于大面积调查学生的猜想与假设能力，因此，我们根据猜想与假设能力指标和要素 评价的基本理论并结合专家和中学师生的意见制定了评价学生化学猜想与假设能力 的p t a 量表。 调查问卷共设置三道试题，前两道试题是用来调查学生猜想与假设能力的，第三 道试题是调查学生处理反例所采用的猜想与假设策略的。通过对前两道题的结构效度 和信度分析表明，试题能有效地反映化学猜想与假设能力及其要素，测试是较真实的、 可靠的。 我们分别调查了城市和农村的重点高中和普通高中各两所，共调查1 3 个班级， 在城市重点高中调查了高中三个年级，而其它高中调查了高一和高二两个年级，调查 学生的人数为8 0 1 人。另外，我们还采用了访谈的方法。通过调查分析和访谈，我们 得出以下结论： 1 当前高中生化学猜想与假设能力普遍较差。主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 、学生在提出与问题相关假设个数的能力、说出假设合理理由的能力、提 出高质量的假设的能力得分均不高，总平均分不超过5 5 分( 满分为1 0 分) 。其中， 说出假设合理理由的能力得分尤其低，平均分不超过0 8 分，( 满分为3 分) 。 ( 2 ) 、大多数学生的猜想与假设能力处在较差和差的水平。 ( 3 ) 、在对“反例”所采取的策略中，绝大多数学生都保持原有的理论，只有 极少数学生能够修改原有理论。说明学生批判性思维能力、创造思维能力缺乏，这也 是学生猜想与假设能力差的重要表现。 2 高中生化学猜想与假设能力从总体上来说与学校的类型无关。重点高中学生 化学猜想与假设能力比普通高中要稍强一点，但差异不显著。 3 在同一学段，学生的化学猜想与假设能力与学生所处的年级无关。 5 从猜想与假设能力的等级分析来看，重点高中猜想与假设能力处在a 等级 ( 强) 和b 等级( 较强) 的百分比比普通高中大，但在不同年级之间并无差异。 6 难于针对问题本质提出假设、认知结构欠合理，猜想与假设的方法欠科学， 对化学反应本质缺乏深刻认识，发散思维能力和批判思维能力的缺乏都是造成学生猜 想与假设能力低的原因。 7 学生的猜想与假设能力不仅与学生的知识经验有关，更与学生所处的学习环 境有关。宽松、自由的学习环境；有针对性的探究教学；开放的、善于质疑的老师都 有利于学生猜想与假设能力的培养。 本论文只是对中学生化学猜想与假设能力进行的一次初步调查研究。针对调查与 分析的结果，结合笔者的教学体会和经验，提出了如下教学建议，为在化学教学中培 养和提高学生的猜想与假设能力提供一些参考。 1 加强教师的探究教学能力培训，转变教师的知识观 2 培养学生对问题作出解释或自我解释的习惯 3 直面前概念，培养学生批判思维能力 4 加强猜想与假设方法的教学 5 加强对学生发散思维的教学 6 加强对化学反应本质的教学 7 加强合作学习 关键词：化学教学猜想与假设高中生能力调查 t h ei n v e s t i g a t i o no nt h es t u d e n t s a b i l i t yo fc h e m i c a lc o n j e c t u r ea n d h y p o t h e s i sf o rs e n i o rh i g hs c h o o la tp r e s e n ts t a g e a b s t r a c t t h ec u l t i v a t i n gs t u d e n t s a b i l i t yo fs c i e n t i f i ci n q u i r yi sam e d i a np r o c e s sa n df o r m a t i v e g o a lo fc u l t i v a t i n gs t u d e n t s s c i e n t i f i cl i t e r a c y t h ea b i l i t y o fs c i e n t i f i ci n q u i r yi sa n c o m p r e h e n s i v ec a p a b i l i t y , i tc o n s i s t so fe i g h tc a p a b i l i t i e sl i k ep r o b l e mp o s i n g ，c o n j e c t u r e s a n dh y p o t h e s i s ，p l a nm a k i n g ，e x p e r i m e n t ，p r o o fc o l l e c t i n g ，e x p l a n a t i o na n dc o n c l u s i o n ， r e f l e c t i o na n dt h ea p p r a i s e ，e x p r e s s i o na n dc o m m u n i c a t i o n a m o n gt h e m ，c o n j e c t u r e sa n d h y p o t h e s i si sac o r ef a c t o r t h ea b i l i t yo fc o n j e c t u r e sa n dh y p o t h e s i si sa l s oac o m p r e h e n s i v ec a p a b i l i t y o nt h e b a s i so fc o n s u l t i n gv a r i o u sh o m ea n da b r o a dl i t e r a t u r ea n dp r i m a r yi n v e s t i g a t i o n ，w ef i xo n f o u ri n d i c e sa st h el e v e lo ft h i sa b i l i t yw h i c ha r et h ea b i l i t yo fr e c e i v i n gf a c t sa n dr a i s i n g h y p o t h e s i s ，a d v a n c i n g v a r i o u sh y p o t h e s e sr e l a t e dt ot h eq u e s t i o n ，g i v i n gr e a s o n a b l e e x p l a n a t i o na n dr a i s i n gh i 曲一q u a l i t yh y p o t h e s i s o w i n gt oe x t e n s i v e l yr e s e a r c h ，a c c o r d i n g t ot h e s ei n d i c e sa n db a s i ce v a l u a t i o nt h e o r y , c o m b i n gt h es u g g e s t i o n sf r o me x p e r t sa n dt h e t e a c h e r sa n ds t u d e n t si nm i d d l es c h o o l ，t h ep t ai n v e n t o r yi sd e v e l o p e df o re v a l u a t i n g s t u d e n t s a b i l i t yo f c o n j e c t u r e sa n dh y p o t h e s i si nc h e m i s t r y t h i sq u e s t i o n n a i r ec o n t a i n st h r e ei t e m s ，t h ef o r m e rt w oi st oi n v e s t i g a t i o ns t u d e n t s a b i l i t yo fc o n j e c t u r e sa n dh y p o t h e s i s w h i l et h e t l l i r do n ei st os u r v e yt h es t r a t e g yo f c o n j e c t u r e sa n dh y p o t h e s i sw h e ns t u d e n t s d e a lw i t ht h ec o u n t e r - e x a m p l e t h r o u g h a n a l y z i n gt h ev a l i d i t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h ef o r m e rt w oi t e m s ，i tc a nr e f l e c tt h i sa b i l i t y e f f e c t i v e l ya n di t sf a c t o r ，t h ei n v e s t i g a t i o ni sv a l i da n d r e l i a b l e 8 0 1s t u d e n t sw e r ei n v e s t i g a t e dw h oc o m ef r o mt w ok e ya n dt w oc o m m o ns e n i o rh i g h s c h o o lb o t hi nc i t ya n dc o u n t r y w er e s e a r c h e dt h i r t e e nc l a s s e sw h i c hi ng r a d eo n ea n d g r a d et w o ，e x c e p t i n gk e ys c h o o li nc i t yi n v o l v e sa l lt h r e eg r a d e s i na d d i t i o n ，i n t e r v i e wi s u s e d t h r o u g hi n v e s t i g a t i o na n di n t e r v i e w , i tr e a c h e st h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： 1 a tp r e s e n t ，t h ew h o l el e v e lo fm i d d l es c h o o ls t u d e n t s a b i l i t yo fc o n j e c t u r e sa n d h y p o t h e s i si sw e a k t h em a i n c a u s e sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h es c o r e so ft h ea b i l i t yo fp o s i n gv a r i o u sh y p o t h e s e sr e l a t e dt oq u e s t i o n s ，a n d r a i s i n gh i 曲一q u a l i t yh y p o t h e s i sa n dg i v i n gr e a s o n a b l ee x p l a n a t i o na r en o th i 曲，t h eg e n e r a l a v e r a g es c o r ed o e sn o tp a s s5 5 ( t h ef u l lm a r ki st o ) e s p e c i a l l y , t h es c o r eo fg i v i n g r e a s o n a b l ee x p l a n a t i o nl o w e r , a v e r a g es c o r ei sn om o r et h a n0 8 ( t h ef u l lm a r ki s3 1 ( 2 ) t h em a j o rs t u d e n t s a b i l i t yo fc o n j e c t u r ea n dh y p o t h e s i si sa tt h el o wo rl o w e r l e v e l ( 3 ) w i t ht h es t r a t e g yo f “c o u n t e re x a m p l e ”m o s ts t u d e n t sr e m a i np r i m a r yt h e o r y , j u s to n l yaf e wc a nc h a n g ei t i ts h o w st h a ts t u d e n t sa r el a c ko f t h ea b i l i t yo fc r i t i c a l t h i n k i n ga n dc r e a t i v et h i n k i n g i t i sa l s o i m p o r t a n te v i d e n c et h a ts t u d e n t s a b i l i t yo f c o n j e c t u r ea n dh y p o t h e s i si sw e a k 2 s e e i n gf r o mt h ew h o l es i t u a t i o n ，t h es e n i o rm i d d l es c h o o ls t u d e n t s a b i l i t yi n c h e m i s t r yc o n j e c t u r ea n dh y p o t h e s i sh a sn or e l a t i o nt ot y p eo fs c h 0 0 1 a b i l i t yo fc o n j e c t u r e a n dh y p o t h e s i si nk e ys c h o o li sal i t t l eh i g h e rt h a nt h a ti nc o m n l o ns c h 0 0 1 b u tt h e r ei sn o o b v i o u sd i f f e r e n c eb e t w e e nt h e m 3 i nt h es a m es e m e s t e r ，s t u d e n t s a b i l i t yo fc h e m i s t r yc o n j e c t u r ea n dh y p o t h e s i si sn o o b v i o u sd i f f e r e n c ea m o n gv a r i o u sg r a d e 4 i na c c o r d a n c ew i t hr a n k i n ga n a l y s i n g ，t h ep e r c e n t a g eo fs t u d e n t s a b i l i t yo f c o n j e c t u r ea n dh y p o t h e s i sr a n k i n ga ( s t r o n g e s t ) a n d ( s t r o n g e r ) i nk e ys c h o o li sh i g h e rt h a n t h a t i nc o n l m o ns c h 0 0 1 b u ti ts h o w sn od i f f e r e n c ea m o n gd i f f e r e n tg r a d ei nt h es a m e s c h 0 0 1 5 s t u d e n t sc a nn o tp o s eh y p o t h e s i st oe s s e n c eo f t h eq u e s t i o n ，i m p r o p e ra n a l o g ya n d k n o w l e d g es t r u c t u r ea n dt h eu n s c i e n t i f i cm e t h o d so fc o n j e c t u r ea n dh y p o t h e s i s ，l a c ko f c o g n i t i o no ne s s e n c eo fc h e m i c a lr e a c t i o n ，l a c ko fd i s p e r s i v et h i n k i n gc a p a b i l i t ya n d c r i t i c a lt h i n k i n gc a p a b i l i t ya r et h er e a s o nt h a tl e a d st ot h e i ra b i l i t ya tal o wl e v e l 6 t h ea b i l i t yo fc o n j e c t u r ea n dh y p o t h e s i si sn o to n l yr e l a t et os t u d e n t s k n o w l e d g e ， b u ta l s ot ot h el e a r n i n ge n v i r o n m e n t e n v i r o n m e n to fl o o s ea n df f e e n e s sa n di n q u i r y t e a c l f i n gw i ms p e c i f i ca i m s 、o p e na n dg o o da to p p u g n i n gt e a c h e ra r ca d v a n t a g ef o r c u l t i v a t i n ga b i l i t yo f c o n j e c t u r ea n dh y p o t h e s i s 。 t h i sp a p e rp r e l i m i n a r i l yi n v e s t i g a t e dt h es t u d e n t s a b i l i t yo fc h e m i s t r yc o n j e c t u r ea n d h y p o t h e s i si n s e n i o rh i g hs c h 0 0 1 w i t ht h i sr e s u l t ，c o m b i n i n gm ye x p e r i e n c e ，t h i s s u g g e s t i o n sa sf o l l o w sa r ep u tu pf o ro f f e r i n gs o m er e f e r e n c e st oc u l t i v a t ea n dt oi m p r o v e t h ea b i l i t yo f c o n j e c t u r ea n dh y p o t h e s i si nc h e m i s t r yt e a c h i n g 1 s t r e n g t h e nt e a c h e r s i n q u i r yt e a c h i n gt r a i n i n g ，c h a n g et e a c h e r s k n o w l e d g ev i e w s 2 f o r mt h eh a b i to f e x p l a n a t i o na n ds e l f - e x p l a n a t i o n 3 f a c i n gf o r m e rc o n c e p t i o n ，f o s t e r i n gt h ec r i t i c a lt h i n k i n ga b i l i t y 4 r e i n f o r c et h et e a c h i n gu s e dt h em e t h o do f c o n j e c t u r ea n dh y p o t h e s i s 5 s t r e n g t h e nd i s p e r s i v et h i n k i n g t e a c h i n g 6 r e i n f o r c et h et e a c h i n go ne s s e n c eo f c h e m i c a lr e a c t i o n 7 r e i n f o r c ec o o p e r a t i v el e a n i n g k e yw o r d s ：c h e m i s t r yt e a c h i n g ，c o n j e c t u r ea n dh y p o t h e s i s ，s t u d e n t si ns e n i o rh j l g hs c h o o l a b i l i t y , i n v e s t i g a t i o n 1 问题的提出 培养学生的科学素养是化学课程改革的根本性目标。化学课程标准( 实验稿) ( 以 下简称标准) 明确指出：“义务教育阶段的化学课程以提高学生的科学素养为主旨”，1 这也是义务教育的总目标。这个总目标又分为“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度 与价值观”三个维度的目标。我国高中的化学课程标准进一步提出了“要着眼于提高2 l 世纪公民的科学素养，构建“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”的课程 目标体系。”2 要完成这三个纬度的目标，达到促进学生科学素养发展的目的，就必须通过 一定的载体或活动来体现，其中最有效的载体就是科学探究活动。 科学探究既是重要的学习方式，也是化学课程的重要内容。美国国家科学教育标准 对科学探究的表述为：科学探究指的是科学家用来研究自然界并根据研究所获事实证据做 出解释的方式。科学探究也指的是学生建构知识、形成科学观点、领悟科学研究方法的各 种活动。科学探究的形式是多种多样的，其要素有：提出问题、猜想与假设、制定计划、 进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流，其探究过程可以涉及所有 要素，也可以涉及部分要素。虽然科学探究有一定的方法和步骤，但也不能为了科学探究 而科学探究，科学探究的开展一定要结合具体的化学知识与技能的教学来进行，而培养科 学探究能力是化学教学中开展科学探究活动的重要内容之一，也是提高学生的科学素养的 关键所在。因此说，发展科学探究能力是一个中介性、过程性和形成性目标3 。 科学探究能力是一种复杂的综合性能力。李春密等人认为科学探究能力包含1 2 0 种不 同的要素，每一种要素代表一个基本的探究能力单元4 。从科学探究的步骤来看，我们认 为中学生科学探究能力是由提出问题能力、猜想与假设能力、制定计划、进行实验、收集 证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等8 种能力构成，其中每种能力又包含着若 干要素。要评价学生的科学探究能力，了解学生科学探究能力的现状，发展学生的科学探 究能力，就必须对科学探究能力的构成要素进行精细化的研究。 提出假设并设计实验加以检验是科学探究的核心环节。猜想与假设在科学探究中起承 上启下的作用，它既是对研究的问题所进行的一种科学预见的活动，同时又为下一环节的 制定计划起导向作用。f 如罗星凯教授提出：要实施真正的探究式学习，就不能省掉假说 这一环节以及催生假说而精心设计的活动5 。假说在科学探究中的核心地位决定了猜想与 假设能力是科学探究能力的核一1 1 , 要素。自然科学的发展就是沿着假说一理论一新假说一新 理论的途径，不断地向前发展，可以说，一部科学发展史就是一部假说和理论不断更迭 的历史。从心理学角度来看，假设检验是解决任何复杂问题的重要工具，无论是发明创造、 诊断病情、侦破案件、改革创新，还是学生解答难题等实践活动，都需要借助于假设检验 思维来达到目标。对当前高中学生的猜想与假设能力进行研究无疑对当前开展探究教学有 重要的理论和实际意义。 任何科学的发展都是随时间推移不断地继承和扬弃的过程，科学知识绝对不是一成不 变的绝对真理，而是相对真理。当某种科学理论不能解释新的现象时，这样“反例”就出 现了，可以说科学的发展就是科研人员对“反例”不断地进行假设和检验假设的过程。历 来科学哲学家、科学史家都非常强调“反例”的重要性。科学史家库恩在其“范式论”中 认为，6 科学知识的增长模式是：前科学一常规科学一科学革命一新常规科学。其中，前 科学是指各种科学理论长期争论，没有形成学科范式的科学。常规科学是指科学理论成熟 并且统一，形成了学科范式，科学工作者都要受范式的支配。科学危机是指科学家对旧的 范式提出质疑，其原因是旧的范式不能解释出现的反常现象，当反常现象积累到一定程度， 科学危机就出现了。科学危机的出现，往往预示着科学理论将发生重大的飞跃，这样就出 现了科学的革命。经历了科学革命后，又将进入新的常规科学时期。学生面对“反例”采 用什么样的猜想与假设策略是评价学生批判性思维和创造能力的重要标准，也是衡量学生 猜想与假设能力的重要因素。因此，对当前高中学生在处理“反例”时采用的猜想与假设 策略进行调查是对学生猜想与假设能力的调查的有机成分，两者相互印证、相互补充的。 从目前研究现状来看，对科学探究能力及其子能力的评价还没有一个可以操作的标 准；对当前中学生的猜想与假设的能力和水平的研究也不多；在国内，对高中学生在处理 “反例”时采用猜想与假设策略的情况的研究更少。本研究试图弥补当前研究的一些空白， 对当前高中生的猜想与假设能力现状做以下几个方面的研究： ( 1 ) 猜想与假设能力的评价量表的制定。 ( 2 ) 当前广西高中生猜想与假设能力的现状。 ( 3 ) 城市和农村各种类型的高中猜想与假设能力比较，高一与高二之间的比较。 ( 4 ) 城市和农村各类型的高中猜想与假设能力的各项子能力的比较，高一与高二之 间的比较。 ( 5 ) 城市和农村各类型的高中的各个年级在处理“反例”时采用的策略的比较 2 科学探究能力相关研究综述 2 1 科学探究能力的调查研究 4 2 1 1 高一学生化学探究能力的调查 姚蕾、吴星等在关于高一学生化学探究能力的调查及思考一文中认为7 ：高一学 生化学探究能力普遍偏低，探究能力各要素发展不平衡。在调查学生提出假设的能力时， 只用了一个题目：根据已有的经验我们知道树木在阳光照射下发生光合作用，树扎根于泥 土，从土壤里吸收矿物质和水分，要求学生对“树木的组成元素提出自己的假设，并说明 提出假设的依据。调查结果为：绝大部分同学能够提出较为正确的假设，却只有少部分同 学能够说出假设的依据。得出结论为：大部分学生还是不太善于围绕所要解决的问题，根 据新获得的事实材料对探究的问题做出猜想与假设。 2 1 2 理科学生探究能力的调查 华南师范大学张军鹏教授在理科学生科学探究能力现状的调查与思考中用了两个 物理题目对城市重点高中和普通高中的高三各一个班学生的科学探究能力进行了调查8 。 张教授得出以下结论：我国大部分学生具有一定的推理论证能力，但缺乏提出问题、设计 实验、反思、批判等能力，学生探究能力强弱与平时物理学习成绩、学校类型无关。 2 2 假设检验能力的心理学研究 2 2 1 科学假设检验思维发展的研究 皮亚杰在其认知发展阶段论中，把儿童的认知发展分为四个阶段：感觉运动期、前运 算期、具体运算期、形式运算期。l n h e l d e r 和p i a g e t l 9 5 5 和1 9 5 8 年的研究结果发现，儿 童要到形式运算期才能形成对科学现象的假设检验能力。皮亚杰认为：形式操作思维是以 一系列假设的形成而开始的，而具体操作思维基本上还停留在经验现实水平上，只能进行 有限几步可能的转换操作，因此，其假设不过是“可能的事物”，是对经验情景的简单、 很小的一点延伸而已。严格来说，具体操作期的儿童不能提出任何假设，他是通过具体的 操作开始的，尽管他在操作的过程中也在试图对所获得的记录结果进行认知上的协调，但 他仍然是在所操作的事物上面建构现实的结果。如果读者反对，认为这些认知结构事实也 是假设的话，那么，我们只能说，它充其量只能算是可能进行的操作的计划大纲，因为这 一假设没有包括“如果假设条件得到满足，那么真实情景将会怎么样”这样的预言。在形 式操作思维中，给定的事实( 即假设) 被看着一系列必要发生的转变的部分领域。因为， 它们既不被解释，甚至也不被看着事实，直到被试实施检验程序。换句话说，形式操作思 维本质上是假设演绎的，通过形式操作思维，推理不再直接涉及观察事实，而是涉及假设 的陈述”。 h o o v e r esm 和f e l d h u s e njf 对9 年级天赋的科学假设形成能力进行了研究”。研究 结果表明：学生假设的质量与数量之间存在正相关，男女生之间差异并不显著，假设形成 能力独立于智力。 2 2 2 科学假设检验思维策略发展的研究 我国西南师范大学张庆林教授( 1 9 9 8 ) 运用“炮打飞机”计算机游戏程序，“研究了 小学生、中学生和大学生解决问题过程中的形成假设、设计实验、实验检验三个阶段上的 假设检验思维策略，该研究将被试提出的假设按假设的数量、假设的类型、假设的质量三 个维度来统计；将被试使用的实验设计策略按聚焦于自己的假设( 又分为具体化、聚焦于 单个假设、面向多个假设三类) 、反聚焦、试误三类策略来统计：将被试使用的实验检验 策略按完全照搬实验设计、丢弃原先设计、部分修改设计但无充分理由、有充分理由部分 修改设计四类策略来进行统计。统计结果发现小学生的假设检验能力较低，中学生的能力 有明显发展，中学阶段是培养学生科学假设检验能力的关键时期。 张庆林( 2 0 0 1 ) 用自创的固定样例程序”( 呈现给所有被试的肯定或否定的样例是完 全一致的) 来进一步深入考察小学儿章假设检验策略的发展。在本次研究中，张庆林把儿 童的使用的假设策略由低级到高级分为四类。策略i ，猜测策略：个体胡乱猜测，不能依 据题目中的信息进行判断。策略i i ，特征策略：个体根据某一个具体样例的个别特征作出 判断。策略i ，单维肯定策略：个体不仅能看到具体样例的具体特征，而且能上升到维度 高度来考虑问题。策略，单维转换策略：个体不仅能从某个维度的高度来思考问题，而 且在思考某个维度之后，能够转换一个维度再思考，能够考虑到问题的不同维度。研究结 果表明，成功组在猜测策略和特征策略的使用频率上明显低于不成功组，但在单维肯定和 单维转换策略的使用频率上成功组则明显高于不成功组。随着年级的增长，特征策略呈现 迅速上升趋势，但猜测策略下降缓慢，也就是说，儿童使用不成功策略的人数随年级的增 高而逐步减少，成功策略使用率则显著上升。儿童的策略水平既受年级影响，也受试题影 响。 综合上述文献所述我们可知，在教育学对科学探究能力的调查中，对学生假设能力的 研究过于笼统，往往很多研究都相互矛盾。如姚蕾、吴星等人的研究认为高一学生的假设 能力较差，而张军鹏则认为高中学生的推理能力较强。他们的研究都没有一个评价学生假 设能力的标准。在心理学研究方面，基本上是对学生在假设过程中所采用的策略进行研究。 本文将在前人研究的基础上，对当前高中学生的假设能力的现状做个初步研究，并对假设 6 能力的评价作个探讨。 2 3 反例理论的相关研究综述 2 3 1 儿童对“反例”猜想与假设策略的研究 所谓的“反例”是指科学理论不能解释的、说明的例子、事实。本研究中的“反例” 是指学生用所学的理论不能解释的现象和事实。 当儿童或青少年面对他们已有的理论不能解释的“反例”现象时，他们是采用何种策 略的，又是如何进行猜想和假设的? 很多研究者也在这方面进行了大量的研究。如c h i n n 和b r e w e r ( 1 9 9 3 ) 1 对学习科学的青少年进行了研究，指出当青少年面对“反例”时，一般 采用如下策略：忽略反例；将反例排除在理论之外；以无效的方式持有这些反例：重新解 释反例而保留原来的理论；重新解释反例，对原来的理论作外围的改变；接受反例，改变 原有理论。又如卡米洛夫一史密斯和英海尔得对研究儿童如何面对反例也有所揭示。“他们 做了这样一个实验，要求4 - 9 岁的儿童在一个狭窄的金属支撑物上平衡一系列不同的积木。 一些积木的重量是均匀分布的，可以在它们的几何中心得到平衡；一些积木看起来和第一 种积木一样，但是在一端用铅填充，显然它们在几何中心不能得到平衡；还有一些积木有 一个重物可见地粘在表面的一端，当然它们在几何中心也不能得到平衡。结果表明：4 至 5 岁的儿童很容易完成这个任务；6 至7 岁的儿童只能平衡重量均匀分布的积木；8 - 9 岁的 儿童也能平衡所以种类的积木。这个研究揭示了6 至7 岁的儿童没有因为有反例就立即改 变自己的“几何中心平衡理论”，而是在理论以外去寻找“反例”的原因，当他们找不到 原因时他们就把这些当作异常，不予理睬。可以看出，卡米洛夫一史密斯和英海尔得研究 中的儿童在面对“反例”时，采用了“忽略”的策略。又如，k l a h r “让学生指出，在称做 b ig t r a c k 的程控玩具车上r p t 按钮能够做些什么。学生可以在控制板上以任何顺序按下按 钮，于是可以观察到车的运行情况。大多数儿童仅仅考虑到一个理论，而忽视与之相冲突 的结果，并且只是不断地重复检验同样的理论。在一个计算机模拟生物实验中”，大多数 学生怀有一个理论开始实验，并做实验意图证实这个理论( 即通常所说的证实偏见) 。当结 果数据与他们的理论相冲突时，大多数学生倾向于忽视这些结果，继续试图证实他们的理 论。这些理论都证实了学生在产生理论和解释数据方面存在相当困难，必须加强训练。 2 3 2 罗基奇( r o k e a c h ) 的教条主义量表 美国密歇根大学心理学教授罗基奇( r o k e a c h ) ”所设的教条主义量表主要作用是测量 人的信念系统的开放性和封闭性的差异。一个信念系统之关闭与否应该视该人是都能接 7 受、评价、并处理与问题有关的材料而定。一个人若是强烈地拒绝所有他所不相信的，不 愿接受客观事实而修正其信念，那么他的信念系统是封闭的，反之，信念系统就是开放的。 封闭性的人有强烈的不安全感，会用各种方法来保卫其系统。封闭系统和开放系统并不是 两个互相排斥的极端个性，两者之间有一定的连续性。罗基奇首先逐项解释了开放与封闭 的各项特征，然后根据每一特征的定义用演绎法设计测量每一特征的试题。罗基奇称，信 念系统越封闭的人，其创造能力越弱，反之，就越强。 结合上述对“反例”的研究，我们认为学生对“反例”所采用的各种策略是其信念系 统决定的。忽略反例：将反例排除在理论之外；以无效的方式持有这些反例；重新解释反 例而保留原来的理论；重新解释反例，对原来的理论作外围的改变；接受反例，改变原有 理论，上述策略是学生信念系统从封闭性到开放性的过程。 3 猜想与假设能力的相关理论 3 1 猜想与假设、假说的含义 猜想是在观察和实验的基础上，根据已有的科学知识和经验事实对未知的事实进行理 性思维作用而做出的猜测性推断。猜想中具有很多超逻辑因素，但只有在充分逻辑思维作 用下，才能导致思维的复现、想象、直觉，从而做出猜想。猜想用准确的科学语言，逻辑 形式表达出来就成为具体假设”。而假设是根据已有的科学事实和科学原理，对所研究的 自然现象及其规律性提出的一种假定性的推测和说明，是自然科学思维的一种重要的形 式。从以上定义可以看出，猜想比假设更广泛，表达的言语更自由。对中学生来说，猜想 和假设在实际探究活动中往往不断反复，彼此交融，相互融合。本研究对两者不做严格区 分。同样假设和假说也是有区别的，假设是认识的初级阶段，它没有构成系统的陈述；而 科学的假说是认识的高级阶段，它已具备了科学理论的形式和内容”。本论文重要是研究 学生的假设能力。 3 2 猜想与假设的特点 上述我们详细讨论了猜想与假设的含义，从中我们可以看出一条完整的假设过程应该 具备以下几个过程要素：事实基础、背景理论( 包括推理规则) 、对现象本质的猜测、推 出的预言和预见”。猜想与假设的含义及其构成要素决定了猜想与假设具有以下几个特点。 科学性猜想与假设是在科学事实和知识的土壤里生长的，不是胡乱猜测。这里我 们需要指出的是，假设的科学性并不排斥假设的可错性，假设的可错性是指提出的假设必 须是在科学基础上的，但是其预言和预见却可能是错误的。 易变性既然假设是指对问题的一种试探性和推测性的说明或在证明之前的断言， 那么假设的相对性和不确定性的不可避免的“，也就是说假设具有易变性。假设的易变性 有两层含义：一是指学生对材料吸收的信息不同，看问题的角度不同，认知结构不同，使 用的方法不同可以提出多种不同的假设；另一种含义是指假设会随着实际过程的变化而变 化。假设的易变性并不排斥假设的科学性，虽然对同一现象能提出多种不同的假设，但是 它们都必须有一定的科学根据。 猜测性猜想与假设往往是在科学资料不够充足，知识经验不够成熟的条件下提出 的，带有假定性成分，因而它具有猜测性。正如瓦托夫斯基说：在科学中没有一个术语比 假设具有更大的模糊性”。假设的猜测性决定了假设的多样性和易变性，既然是猜测也就 存在多种可能性，也就存在可错性。 可检验性假设的可检验性主要是通过从假设中推出新的预言或预见而表现出来的。 如果一个假设除了解释它由以提出的事实之外，不能作出任何新的预言，那实际上就不具 备可检验性。另外，假设的可检验性也是指提出的假设用现有知识可以检验的。假设的可 检验性是衡量假设质量的重要因素。 3 3 猜想与假设能力的界定 能力是在活动中形成和发展起来的，是人们顺利完成某种活动的个性心理特征”。假 设活动是学生面对要解决的问题，搜索与问题相关的信息，并利用已经掌握的这些信息和 对问题的理解方式，对问题的结果进行猜测，提出假设，以确定解决问题的大致框架。这 个过程表面看似简单，实际它是一个集认知、理解、回忆、分析、推理、直觉等过程为一 体的复杂的心理历程，是一个重要的收集和整理信息的过程”。相应地，猜想与假设能力 是顺利完成猜想与假设活动的复杂的心理历程所具备的个性心理特征。从另一个角度来 看，假设是科学工作者在经验不足的情况下进行的一种理论虚构，而思维创造的一个十分 显著的特征是科学家的理论虚构”，从这个意义上来说，假设能力也是一种重要创造能力。 猜想与假设能力同时也是青少年的一种重要科学思维能力。科学思维的品质和方法是 青少年科学思维能力的重要组成部分“。同样，猜想与假设品质和方法是青少年猜想与假 设能力的重要组成部分。由于猜想与假设能力是一种重要的创造能力，因此，猜想与假设 的品质和方法也必须具备创造性思维的品质和方法的特点。猜想与假设品质是指人们在进 行猜想与假设活动过程中逐渐形成和发展的， 效益的个体智力特征，包括深刻性、灵活性、 并在这个过程中表现出来的，直接影响工作 批判性、敏捷性和独创性。猜想与假设的方 法是人们根据猜想与假设的特点，在猜想与假设活动中运用的思维方法。假设的思维形式 可以是逻辑的概念、范畴、判断、论判、推断、推理和证明，也可以是非逻辑的直觉、灵 感、想象、移植、猜测等创造性思维。”掌握定的猜想与假设方法，具有一定的猜想与 假设品质是解决猜想与假设活动的必要条件。 从上述角度来界定猜想与假设能力，至少有三个好处。第一，我们可以认为衡量学生 的猜想与假设能力就是衡量学生创造能力，第二，猜想与假设能力总是在猜想与假设活动 中得到体现和发展，第三，提供了评价学生猜想与假设能力的两大基本指标，即完成猜想 与假设活动的质量和时间。 4 研究过程 4 1 研究对象的选取 按照皮亚杰研究结果，儿童要进行科学假设检验思维必须要达到形式运算期，大约为 1 1 岁。本研究调查的对象是现阶段的高中生，应该来说他们都超过了i i 岁，也就是说他 们都具备假设检验思维能力。为了最大范围地调查当前高中生化学猜想与假设能力现状， 我们分别在同一时期对城市和农村高中进行调查。其中，调查的城市重点中学为广西师大 一附中的高一、高二、高三。城市普通高中为桂林十七中的高二，桂林四中高一。调查的 农村重点高中为桂林兴安中学的高一、高二，农村普通高中为灵川潭下中学的高一，高二。 这样大范围的调查保证了样本的最大代表性。本次调查共发放问卷8 1 4 份，回收8 0 1 份。 由于在调查过程中个别班级任课老师不配合，学生答题极不认真，因此个别班级没有进行 统计，这样有效问卷约为6 9 2 份。另外，由于调查试题有三道，每道题回答的学生数目有 细微差别，也就是说各题都有废卷。具体各题的有效问卷数见表4 1 表4 1 ，各类型的学校的在各题的有效问卷数 区域学校类型年级试题l试题2试题3 局一 5 15 15 1 重点高二 5 85 8 5 8 城市 而= 6 06 06 0 局一 9 89 86 6 普通 高二 5 9 5 85 9 农村高一 9 59 4 9 3 重点 高二 5 95 95 9 1 0 高一 1 1 41 1 39 3 普通 高二9 89 88 9 总计 6