初中物理教师科学探究实施能力的比较研究

初中物理教师科学探究实施能力的比较研究

科学教育经历了从“科学知识”到“科学过程”再到“科学探索”的发展过程。现在，美国国家科学教育标准和中国物理课程标准将“科学研究”作为科学教育的中心理念。发展学生在物理教室中的科学知识，提高对科学的理解，是不同国家物理课程的目标。因此，教师开展科学调查的能力必然是影响物理教育效果的重要因素。然而，国内相关研究表明，教师在科学调查中的参与是不够的。高等学校的教师教育承担着未来基础教育理科教师的培养和培训的任务,所以调查物理教师课堂探究教学水平,了解物理教师科学探究实施的能力现状,是高等院校改进物理教师培养和培训的重要依据。本文主要针对课堂探究教学中教师实施探究能力进行研究,以期改进高等师范院校物理教师的培养和培训。一对学后进行教师自行评定等级根据课堂探究的基本特征,我们设计出针对课堂探究基本特征的不同层次的课堂等级,然后在职前教师和在职教师“自由落体运动”教学后进行教师自行评定等级,从而研究职前教师和在职教师的科学探究实施能力现状。因为科学探究实施能力难以进行具体评定,所以本研究采用针对教师的课堂探究特征进行教师自行等级评定的方法,再针对教师评定的等级进行部分访谈和查阅教师撰写的该课例的教学设计。研究对象是2009届滁州学院物理教育专业的毕业班21名学生(称为职前教师)和滁州市的19名具备三年以上教龄的在职教师。二探究特征分类国际科学教育对“探究水平”的进行了系统的研究,但是基本都是根据师生地位来界定探究的水平,例如,Herron(1971)参考并发展了施瓦布的探究水平分类体系,提出的四个探究水平的分类体系;Callison在Herron分类基础上提出了由控制性探究(ControlledInquiry)、引导性探究(GuidedInquiry)、模拟性探究(ModeledInquiry)及自主性探究(FreeInquiry)组成的科学探究水平分类体系。但是这些探究水平分类体系都没有结合课堂探究的基本特征来分类,所以即使课堂处于高层次的探究水平,课堂也许没有显示出探究的特征,也就很难说高层次探究水平的课堂就是科学探究性的课堂。因为真正的探究也可以在教师的控制下显示出来。根据探究的基本特征对探究性教学设计的课堂进行分类的有Forbes,他对职前教师的教学设计进行了等级评分。另外美国国家研究理事会(NRC)对课堂探究的基本特征的阐述(见表1):现在根据美国《国家科学教育标准》对科学探究的定义以及美国国家研究理事会(NRC)课堂探究的基本特征的阐述,结合Forbes科学探究教学设计评价分类评定体系,我们设计发展出中学物理课堂探究教学的自行评价体系(见表2)。我们将上述物理课堂探究教学的评价体系进行等级分类(见表3),然后在“自由落体运动”的教学后进行探究特征分类等级教师自行评定。(职前教师和在职教师在自己“自由落体运动”教学后,在表3中对应的特征等级括号内打“√”。注:职前教师实习属于教学法课程内容的一部分,由物理教学法教师统一安排为“自由落体运动”教学。)三教师在科学研究中的成就评估(一)科研问题的转化课堂设计和安排能够使得学生围绕的是科学性问题进行探究,也就是科学研究的问题,而不是停留在实际问题层面。科学研究问题和实际问题是有区别的,科学研究问题是需要回答“是”与“否”的问题,而实际问题是以“为什么”开头的。例如“为什么重的物体先落地”就是一个实际问题,所以课程设计能够使得学生和教师将实际问题转化为科学研究问题。例如自由落体运动教学的科学性问题有“物体下落的快慢与物体的重量有关吗”和“自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动吗”。而且提出的科学问题要融入与其相关内容的背景之中,教师在引导学生提出该科学问题的时候,要提供背景材料或者实验演示,使得学生在具体情景中提出科学问题并进行探究。研究发现职前教师和在职教师自行评定的“课堂在使得学生探究科学问题”这个特征上经过χ2检验没有显著性差异,但是他们认为自己这个过程的设计能力还是存在一定的问题,自行评定最高等级3分的教师较少(20%),处于中等偏下的较多,所以教师认为尽管在设计和引导学生提出科学问题和围绕科学问题上进行探究进行了安排,但是效果不高(见表4)。访谈和查阅教学设计发现的问题是教师不能提供脚手架,教师不能引导学生在具体的背景或实验中顺利地提出自由落体运动的后一个科学问题,即“自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动吗?”。经χ2检验,无显著差异(χ2=3.026,χ20.05=7.81,3.026<7.81)。(二)重、轻的物品同时落地课堂设计要能够使得学生进行证据的收集、组织和分析,例如在进行探究“自由落体运动的物体的下落快慢与重量有关吗”这个科学问题的时候,可以引导学生进行下面的实验,实验一:先让一张硬纸片和一张薄纸片同时从同一高度下落。(观察结果:重的物体下落得快)。实验二:把薄纸片揉成纸团再和硬纸片同时从同一高度下落。(观察结果:轻的物体有时也下落得快)实验三:把体积相同的塑料球和铁球同时从同一高度下落到水平桌面。(让同学用耳朵听声音,结果:只有一个声音,说明轻重不同的物体同时落地。)。在对比和控制变量的实验中收集组织和分析数据,而且收集、组织和分析数据要与研究问题相关联,访谈和查阅教学设计发现有些教师的课堂导致学生进行的是和研究问题关联性不高的探究,而且学生进行的收集、组织和分析数据的过程不能有助于问题的解释,例如,课堂没有设计引导出学生进行体积相同的两个重量不同的物体同时下落的实验三。停留在实验一和实验二的设计和探究,这样学生在课堂上就没有体验到严格的控制变量实验来探究体积的影响,最后教师直接提供没有空气阻力的牛顿管实验,给出“重的物体和轻的物体下落一样快”的结论。总的来说职前教师和在职教师在该过程的自行评定上,没有最低等级特征的水平出现,高等级特征水平的教师还是比较多。尽管职前教师自行评定等级3分的是占职前教师的19%,而等级3分在职教师占自身的36.8%,但是总体上职前教师和在职教师在该探究特征上自评经过χ2检验,没有显著性差异(见表5)。经χ2检验,无显著差异(χ2=2.648,χ20.050.052=7.81,2.648<7.81)。(三)职前教师与非职前教师一般情况下的反思实施能力课堂被设计为引导学生从数据中找到△S与T2的关系,也就是基于证据形成回答科学探究问题的解释(回答自由落体运动是不是初速度为0的匀加速运动),这个课堂是教师能否引导学生从收集的数据中形成对研究问题的解释,而不是直接告诉△S与T2的关系。这个过程教师自行评定结果显示在职教师比职前教师所体现的实施能力强,而且经过χ2检验存在显著性的差异(见表6),证明职前教师认为在该环节上不能很好地引导学生进行基于证据形成科学问题的解释。经χ2检验,显著差异(χ2=9.445,χ20.050.052=7.81,9.445>7.81)。例如访谈中发现大部分职前教师对这个过程的处理是直接告诉结果,对学生说:“我们这节课由于仪器原因,误差太大,实验无法达到我们想要的结果。大家要记住,自由落体运动其实是一种匀加速运动,加速度约是9.8m/s2,我们以后讨论自由落体运动,就要把它当作初速度为零的匀加速直线运动。”而大部分在职教师认为能够在该过程环节上能够引导学生进行的解释、形成的观点与收集整理的数据相一致,从而自然地基于数据分析得出结论。(四)创造可能形成符合科学解释的结论这个过程其实是评价自己从证据到解释的推理过程是否符合逻辑,是否存在有某些缺陷和偏见,这就需要学生检查自己提出的结论和课本上、教师提供的或者其他同学的是否一致,以达到与目前科学知识界广泛被接受的解释一致。课堂能够使得学生根据“物体的重量与物体下落的快慢有关还是无关”这个两个选择性的解释进行自己的判断,从而形成符合科学的解释,根据原来的猜想,在证据的基础上形成结论与课本或者教师提供的结论一致。例如学生是否对自己探究出的纸带上△S与T2之间关系与课本提供的结论进行比较评价等等。这个过程职前教师认为实施能力比较薄弱,而在职教师认为相对较好,经χ2检验,两者存在极显著性差异(见表7)。也许在职教师比职前教师更能理解最后与科学知识一致的结论是重要的,所以重视提供给学生评价解释与科学知识相联系的机会。经χ2检验,极显著差异(χ2=14.387,χ20.010.012=11.34,14.387>11.34)。(五)教师自行评定等级分及其应用该过程是一个学生公布发表自己的解释,接受其他同学进行质疑审查的过程,找到逻辑错误的过程,与前一个探究特征比,不同的是在公布结论后,接受其他人的审查和重复验证,而不是自己评价。在这个过程特征教师自行评定中,在职教师等级1分和0分各占63.2%和21.1%,显示出大部分在职教师认为自己“课堂使得学生有参与交流和证实他们的解释的机会”实施能力较差,而职前教师自行评定等级分相对较好,职前教师和在职教师该过程特征自行评定等级分存在极显著性差异(见表8),说明在职教师在引导学生探究出符合科学知识的解释后,就终止了课程的教学,没有提供给学生交流验证审查他们解释的机会。经χ2检验,极显著差异(χ2=20.205,χ20.010.012=11.34,20.205>11.34)。四基于研究的建议(一)开展科学问题研究和教学研究发现职前教师和在职教师认为在引导学生进行探究科学性问题上不能合理地提供实验和情景,导致学生不能明确地探究科学问题,教师也不能很好地提供脚手架支持学生理解科学问题和探究科学问题。这可能与教师对科学的本质观认识不够,没有理解科学研究的特征。例如一项科学教师科学素养调查研究显示:“教师在科学知识和科学方法上存在很多缺陷,在对科学性质的认识方面问题尤其严重。”所以我们高等师范院校需要在进行教师培养和培训中加强科学本质观的教学。使这些中学物理教师或未来的物理教师真正理解科学、理解科学探究,这样才能更好地实施科学探究。(二)课堂实施能力培养方面,强调职前教师的学习研究发现职前教师认为对“引导学生从事实和数据中得出解释的探究”实施能力不够,职前教师认为不能从实验中逻辑一致地引导学生形成解释,并进行自我评价解释,相反地,在职教师认为这个过程实施能力较好,大部分在职教师认为能够使得学生从实验中逻辑一致地由数据和事实得到解释并进行自我评价解释。但是研究发现职前教师在“课堂使得学生有参与交流和证实他们的解释的机会”特征环节过程中自行评定比在职教师实施能力强,也就是职前教师大部分能够提供给学生发表和公布解释的机会,使得学生有机会接受别人的审查和验证自己的结论,这是科学知识得到公认必须要经过的环节,但是在职教师在引导学生得到符