小学科学（心得）之小学科学中长期研究性作业的实验研究

小学科学（心得）之小学科学中长期研究性作业的实验研究

小学科学论文之小学科学中长期研究性作业的实验研究 ‎ 摘 要：本研究对小学科学中长期研究性作业的可行性、有效性进行了初步的探讨，旨在探索符合学生和学校教育教学实际，能有效提高学生创新精神和实践能力的新途径和新方法。本研究提示：小学科学中长期研究性作业对引导学生客观地提出问题，自主运用多种方法，比较科学地分析和解决问题具有非常积极的促进作用，并且有助于提高学生思维的广度和深度。 ‎ 关键词：小学，科学，中长期，研究性学习，研究性作业 ‎ 引 言 ‎ 问题的提出 ‎ 面对我国学生的“高分低能”‎ ‎ 以及公众（18-69岁）基本科学素养的低下（1.4%），有责任感的自然（科学）教师早已大胆地进行了教育改革，努力在课堂教学中就如何提高学生的科学素养等方面努力施以积极的影响。若干实验已经显示，在小学自然课堂教学中采用开放式教学，提供有结构的材料，让学生在教师指导下有目的地进行探究（研究）性学习，对提高学生科学能力成效显著；一些学校组织少数学生开展课外科技兴趣活动，对培养学生的创造力，效果同样令人满意。但关于小学自然（科学）学科中长期研究性学习，特别是以作业形式让学生全员参与，其与发展学生创新精神和实践能力之间的关系却无人予以注意。 ‎ 问题的陈述 ‎ 本研究的目的是探索小学科学中长期研究性作业对提高小学生创新精神和实践能力等方面是否可行、有效。 ‎ ‎１、小学科学中长期研究性作业是否能提高学生对科学学习的兴趣？ ‎ ‎２、小学科学中长期研究性作业是否对学生客观地提出问题，比较科学地分析和解决问题具有积极的促进作用？ ‎ ‎３、小学科学中长期研究性作业是否对科学学科学习、学科学业成绩及其思维品质产生有利的影响？ ‎ 文 献 参 考 ‎ ‎“研究性学习”是上海市教育科学研究院普教所于 1999‎ ‎ 年初提出的概念(指学生在教师指导下，以类似科学研究的方式去获取知识和应用知识的学习方式。广义的理解，泛指学生探究问题的学习。狭义的理解，指学生在教师指导下，从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。义务教育阶段所称的研究性学习是指在教师指导下，由学生以个人或小组为单位，通过提出问题、材料收集、实验比较、解决问题的学习方式。),这一提法在此前的国内外文献资料中尚未见到。类似的提法有美国的布鲁纳(J.S.Bruner)（1961）在《发现的行为》一文中提出了发现学习模式，他在以后的著作中进一步发展了这种学习模式，发现学习模式现已形成了一种发现式教学方法群，并不断发展，不断包容新的方法。由皮亚杰（J.Piaget）的结构的观点发展而来的建构主义理论，认为学习是一个动态的过程，学习过程是通过学习与外部环境相互作用，实现同化和顺应，逐步建构有关外部世界知识的内部图式，从而使自身的认知结构得以转换和发展。奥苏伯尔（D.P.Ausubel）(1978)用有意义学习的观点巧妙地综合了学习过程中的发现与接受。他认为，学习模式中既包括发现模式，也包括接受模式，但即使在接受模式中，学生需要将教师组织好和系统呈现的定论性科学知识内化到主体的认知结构之中，是一个积极探索转化和研究过程。发现学习和接受学习相结合的学习模式，与“研究性学习”观更趋向于一致。 ‎ 第三次全国教育工作会议（1999）确立了素质教育必须以德育为核心、创新精神和实践能力培养为重点。从上海兴起并很快辐射全国的 ‎“研究性学习”顺应了这一形势，目前实施的重点主要在高中段（教育部于2001年4月9日正式印发了《普通高中“研究性学习”实施指南（试行）》的通知），初中和小学部分条件较好的学校作为学生的“自选动作”，有选择性地进行试点，主要以课程方式推进，有机结合学科教学还很少涉及。如东北师范大学附属小学开设了以“走进自然”为主题的研究性学习课程，第一阶段“南湖的学习”以“自然体验、文化体验、人间体验、社会体验”等四个方面展开；杭州市求是小学则以小课题研究为主，等等。 ‎ ‎80年代以来，全国各地在小学自然学科方面先后自发地开展了一些科学探究式教学的尝试，特别是美国兰•本达教授所倡导的“探究—研讨”教学法传入中国以后，掀起了一股探究式教学热潮。2001年颁布的小学《科学（3-6）年级课程标准》（实验稿），将《自然》更名为《科学》，内容较以前的大纲缩减13%,并且将课程性质定位于“以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程”，《标准》提出“科学学习要以探究（研究性学习）为核心”。 ‎ 假 设 ‎ 本研究制定如下假设： ‎ ‎１、小学科学中长期研究性作业能提高学生对科学学习的兴趣； ‎ ‎２、小学科学中长期研究性作业对学生客观地提出问题，比较科学地分析和解决问题具有积极的促进作用； ‎ ‎３、小学科学中长期研究性作业对科学学科学习、学科学业成绩及其思维品质将产生有利的影响。 ‎ 假设的理论基础 ‎ 皮亚杰（J.Piaget）的建构主义理论认为学习是一个动态的过程，是通过学习与外部环境相互作用，实现同化和顺应，来逐步建构有关外部世界知识的内部图式，从而使自身的认知结构得以转换和发展。（D.P.Ausubel）奥苏伯尔用有意义学习的观点巧妙地综合了学习过程中的发现与接受，认为学习是一个积极探索转化和研究的过程。研究性学习的问题解决模式建立在上述认知心理学理论的基础上，强调学习过程是一个主动地接受信息和创造性的思维过程，“学生是主动的信息加工者，问题解决是对问题空间的搜索”（Simon，1959）。在问题解决过程中，研究性学习完成指向目的状态的认知操作，获得对问题的解决，在最高层面上，创造性的解决问题并使知识结构、智慧技能水平和人格获得全面的发展。 ‎ 研究表明：人的理智因素和情感因素是人心理结构中不可分割的两个方面，这两个方面的有机结合所产生的效果通常比单个过程的效应高出5—‎ ‎10倍。另据研究，小学生的兴趣主要是在学习活动中发生和发展起来的，实践活动是兴趣产生的源泉。专家认为，3—8岁是儿童认知及推理能力快速发展的时期，最容易对科技萌发兴趣，而小学阶段是对学生进行科学教育的关键时期，特别是科学兴趣的培养。国外近年来特别注重小学三年级至初中年级学生（9—14岁）的科学教育。 ‎ 基于上述理论，可以推断小学科学布置中长期研究性作业，能提高学生对科学学习的兴趣；对学生客观地提出问题，比较科学地分析和解决问题具有积极的促进作用；对科学学科学习、学科学业成绩及其思维品质产生有利的影响。 ‎ 变量的操作定义 ‎ 研究性作业是指学生以研究性学习方式所完成的学习任务。具体地说就是指由学生个人或他人提出的，学生感兴趣的问题或项目，通过学生个人或小组为单位，经过提出问题、材料收集、信息处理、实验比较、解决问题等一系列研究过程所完成的作业。 ‎ ‎      根据小学生的年龄和心理特点，小学科学学科的研究性作业依据时间的长短，一般可分四类：二三天以内能完成的为短期研究性作业；半个月以内能完成的为中期研究性作业；一个学期以内能完成的为长期研究性作业；一个学期以上的为超长期研究性作业。依据内容的不同，分为二种：单一实验的研究性作业，多个实验组成的研究性作业。 ‎ 本研究侧重于学生中长期研究性作业的探讨，尤其是中期研究性作业的可行性、实效性探讨。 ‎ 研 究 意 义 ‎ ‎1、理论意义：通过实验研究，旨在探索一条能有效提高学生创新精神和实践能力的新途径和新方法。在理论上为研究性学习提供实证支持。 ‎ ‎2、实践意义：通过实验研究，进一步激发学生对探究科学问题的兴趣，掌握适用的科学研究方法，并形成一定的研究能力，提高他们主动获取知识和发现新事物、解决新问题的能力。 ‎ 研 究 方 法 ‎ ‎（一）、研究对象：小学五年级学生。采用整群随机抽样方法，从2001年秋季五年级中随机确定一个班为实验组，二个班为对照组。 ‎ ‎（二）、研究时间：总时间 2001年11月—2002年7月。 ‎ 分三个阶段： ‎ ‎1、准备阶段：2001年11—12月，查阅文献，制定研究方案，课题论证。 ‎ ‎2、实施阶段：2001年12月—2002年7月，根据课题实验方案组织具体实施。 ‎ ‎3、总结阶段：2002年7—8月，整理实验材料，撰写课题研究报告。 ‎ ‎（三）、实验设计： ‎ 采用准实验设计，单盲法。为防止实验前测可能造成学生的警觉，当再予以实验处理时可能出现学生自己意识到是在参与实验，从而激发起不同的行为动机，对实验造成不必要的无关变量的干扰。因此，本研究具体采用扩大的对比实验设计。其程式为： ‎ 实验组 前测 施加实验因子 后测 ‎ 控制组A 前测A 常规教学 后测A ‎ 控制组B 施加实验因子 后测B ‎ 其中，实验组和控制组A实施前测，实验组和控制组B都施加实验因子， 实验组和两个控制组均实施后测。最后通过比较三组的后测差异，来了解实验变量的作用。 ‎ ‎（四）、实验变量： ‎ ‎1、自变量 ‎ 中期、长期研究性作业，更侧重于中期研究性作业。一学期每个学生至少主持或参与2-3个研究性学习项目。具体为： ‎ 首先教师提供样例，作必要的方法辅导，然后学生自主提出或确定研究问题，对自主有困难的学生也可从教师、家长或社会其他人士提供的参考题中选题。再对选题初步论证，确认有一定价值的，由问题提出人或项目主持人，以个人或自由组合组成研究性学习小组（建议每组3-7人为宜）等方式，开展专题研究，期间接受教师、家长或社会其他人士的指导。 ‎ 操作流程： ‎ ‎①选题；②论证；③制定可行性研究计划；④按计划实施；记载研究大事记或日记；（期间接受不定期检查研究进展情况）⑤归纳总结，撰写研究报告。 ‎ ‎2、因变量 ‎ ‎（1）、因变量类别 ‎ ‎① 学生对科学和科学研究兴趣的变化状况； ‎ ‎② 学生提出科学问题和设计实验研究等能力的发展状况； ‎ ‎③ 对自然（科学）学科学习、学业成绩及其思维发展的影响状况。 ‎ ‎（2）、因变量的测量和评价 ‎ ‎①、学生对科学兴趣科学学习的变化状况,通过问卷等方法来测量； ‎ ‎②‎ ‎、对学生提出科学问题、设计实验研究等能力的测量，采用让学生选择自己提出的或教师提供的问题，进行实验方案设计，看其设计的科学性、新颖性和可操作性，同时，结合平时的研究性作业的质量予以综合评价；对学生思维发展的影响则设计开放性试题，检测其创造性思维的流畅性、变通性和独特性； ‎ ‎③、对科学学习、学业成绩的影响，主要通过期末考查等成绩的差异状况来测量。 ‎ ‎④、查阅研究性作业进展记录,考察其研究性学习能力的水平。 ‎ ‎3、控制变量 ‎ ‎①、实验信息干扰。对课题组以外的无关人员进行保密，如学生、其他教师等； ‎ ‎②、教学差异因素。实验组与控制组由同一教师执教，教学时间相同，周课时相同，平时作业量相同； ‎ ‎③、前测警觉控制。采取扩大的实验设计，增加一个对照组加以控制； ‎ ‎④、另外的变量，如被试选择、成熟、统计回归等通过随机化得到控制。 ‎ 数 据 分 析 ‎ 关于比较SS对能否提高学生对科学学习兴趣的第一个假设采用2×2χ2来检验其显著性；能否提高学生客观地提出问题，自主运用多种方法，比较科学地分析和解决问题具有积极的促进作用的第二个假设，采用独立大样本的Z检验进行统计分析；第三个假设采用Z检验，再辅以说明。 ‎ 研 究 结 果 ‎ ‎１、小学科学中长期研究性作业对提高学生科学学习兴趣的作用有限。 ‎ 实验前后的调查显示：学生对购买科学方面的书籍、是否喜欢看科学文章以及对科学文章喜爱程度的主观排位，实验组与二个对照组之间均无显著性差异。（表1、表2） ‎ 中长期研究性作业与学生科学学习兴趣比较（实验前）表1 ‎ 科学学习兴趣较浓 科学学习兴趣较淡 总 计　 ‎ 实 验 组 １４９ ４２ １９１ ‎ 对照组A １３６ ４９ １８５ ‎ 总 计 ２８５ ９１ ３７６ ‎ χ2＝0.81, df=1, P>0.30 ‎ 中长期研究性作业与学生科学学习兴趣比较（实验后）表2 ‎ 科学学习兴趣较浓 科学学习兴趣较淡 总 计　 ‎ 实 验 组 １４６ ４５ １９１ ‎ 对照组A １５７ ４９ ２０６ ‎ 对照组B １３７ ５５ １９２ ‎ 实验组与对照组A： χ2＝0.21, df=1, P>0.70 ‎ 实验组与对照组B： χ2＝1.03, df=1, P>0.30 ‎ 对照组A与对照组B：χ2＝0.98, df=1, P>0.30 ‎ 实验还显示，中长期研究性作业对学生开展科学问题研究的兴趣（对未知问题努力想办法并用实际行动试图去解决它），实验组与对照组之间也无显著性差异。（表3、表4） ‎ 中长期研究性作业与学生科学问题研究兴趣的比较（实验前）表3 ‎ 科学问题研究 ‎ 兴趣较浓 科学问题研究 ‎ 兴趣较淡 总 计 ‎ 实 验 组 １５８ ３４ １９２ ‎ 对照组A １５７ ３５ １９２ ‎ 总 计 ３１５ ６９ ３８４ ‎ χ2＝0.00, df=1, P>0.99 ‎ 中长期研究性作业与学生科学问题研究兴趣的比较（实验后）表4 ‎ 科学问题研究 ‎ 兴趣较浓 科学问题研究 ‎ 兴趣较淡 总 计 ‎ 实 验 组 １０７ ２０ １２７ ‎ 对照组A ９１ ２１ １１２ ‎ 对照组B ９５ ３３ １２８ ‎ 实验组与对照组A： χ2＝0.20, df=1, P>0.90 ‎ 实验组与对照组B： χ2＝3.31, df=1, P>0.05 ‎ 实验组A与对照组B：χ2＝1.31, df=1, P>0.20 ‎ ‎２、小学科学中长期研究性作业对学生客观地提出问题，自主运用多种方法，比较科学地分析和解决问题，具有非常积极的促进作用。 ‎ 学生在提出未知问题的数量、对未知问题表示有能力自主设计实验并进行研究的数量、对自己感兴趣的未知问题自主设计实验方案的科学性与可行性、对给予问题进行实验设计的科学性与可行性等方面，实验组与对照组B之间、对照组A与对照组B之间在实验前均无显著性差异，而在实验后却都具有显著或非常显著性差异。（表5） ‎ ‎        ‎ 中长期研究性作业与学生问题意识、调查研究能力的比较 表5 ‎ ‎------------------------------------------------------------------ ‎ 项目　　　 组别　　　　　 前测　　　　　　　　　后测 ‎ ‎　　　　　　　　　　　 ‎ ‎　　　　　　　　　　 N X S N X S ‎ ‎　　 实验组 64 3.78 1.81 62 3.55 1.99 ‎ 提出未知 对照组A 65 4.01 1.10 63 2.86 1.71 ‎ 问题的数量　 对照组B 65 3.47 1.42 ‎ Z=.88 P>.05 实与对A: Z=2.04 P.05 实与对A: Z=2.04 P.05 实与对A: Z=6.49 P.05 实与对A: Z=6.33 P.05）。 ‎ ‎３、小学科学中长期研究性作业对科学学科学习、学科学业成绩影响不大，但有助于提高学生思维的品质。 ‎ 中长期研究性作业对学生科学（自然）学习态度的影响甚小，实验前后实验组与对照组之间均无显著性差异（Z=.31,.23,.32,P>.05）；对科学（自然）学科的学业成绩也影响不大。（表6 ） ‎ 中长期研究性作业对学生科学（自然）学业成绩的影响 表6 ‎ ‎------------------------------------------------------------------ ‎ 项目　　　 组别　　　 上学期（实验前）　　　 本学期（实验后） ‎ ‎　　　　　　　　　　 N X S N X S ‎ ‎　　 实验组 64 3.688 .62 64 3.891 .36 ‎ 期末考试 对照组A 64 3.641 .73 64 3.813 .49 ‎ ‎　 　　　　对照组B 65 3.692 .66 65 3.938 .73 ‎ 实与对A: Z=.39 P>.05 实与对A: Z=1.03 P>.05 ‎ 对A与对B:Z=.42 P>.05 对A与对B:Z=1.14 P>.05 ‎ ‎------------------------------------------------------------------ ‎ 中长期研究性作业对学生思维品质的发展有较大影响，对问题思考的深度、广度以及逻辑的严密性方面；对事物功能的扩展和抽象图形的创造性联想方面，其流畅性、变通性、独特性均有较快发展。实验前后，实验组与对照组之间、对照组A与对照组B之间均有显著性差异。（表7、表8 ） ‎ 中长期研究性作业对学生扩展事物功能影响的比较 表7 ‎ ‎---------------------------------------------------------------- ‎ 项目　　　 组别　　　 前 测　　　 后 测 ‎ ‎----------- ---------- ‎ ‎　　　　　　　　　　 N X S N X S ‎ 扩展事物 实验组 64 7.94 2.19 62 2.94 1.14 ‎ 功能的数 对照组A 65 8.00 3.37 63 2.37 1.33 ‎ 量与质量　 对照组B 65 3.21 1.46 ‎ 实与对A: Z=.12 P>.05 实与对A: Z=1.99 P.05 实与对A: Z=3.16 P        值得注意的是，学生开展中长期研究性作业的问题研究，花在调查、实验及其查阅资料方面的时间大量增加，这势必挤占学科学习的时间，这与以学业考试分数论英雄的人才选拔之间还存在着不谐调。另外，教师的工作量也加重不少。这诸多的矛盾有待今后进一步的研究。 ‎ 致谢：本研究前期文献阅读、资料收集阶段，承蒙任唤兰老师的大力帮助，特致谢。 ‎ 主要参考文献： ‎ ‎1、科学〔3～6年级〕课程标准〔实验稿〕.北京师范大学出版社.2001 ‎ ‎2、尹后庆:上海开展“研究性学习”的实践与认识. 纸鹤之家,http://jxzhzcf.top263.net.上海教育科研2000(1). ‎ ‎3、教育部关于印发《普通高中“研究性学习”实施指南（试行）》的通知.（2001年4月9日）.教基[2001]6号 ‎ ‎4、尹后庆:关于“研究性学习”若干问题的思考.上海教育.2000(17) ‎ ‎5、易凌峰:研究性学习的心理学基础.惟存教育网，探究学习 ‎ ‎6、邬焕庆：2001年我国公众科学素养调查结果公布. 新华网.2001.10.23 ‎ ‎7、吴汉淮:指导学生自行探求知识要突出“五性”. 福建教育.2000,1-2:77～78      ‎