基于解释驱动探究的科学概念学习研究——以中学化学概念学习为例

摘要

针对当前我国中学生学习科学概念时记忆概念定义的现状，以及学生无法解决日常生活问题等学习困难，本研究采用解释驱动探究来解决中学生科学概念学习出现的问题。解释驱动探究的提出基于三个方面：第一，当前国际科学教育研究倡导核心概念的学习与实践相融合，其中解释的活动对于科学概念的学习具有重要作用。第二，认知神经科学的研究成果展示学生概念学习过程中推理方式的特殊性，科学概念学习的实质是假说-演绎推理的过程，解释驱动探究为学生应用假说-演绎推理提供了相应的活动。第三，科学学习心理学强调科学概念学习的有效策略，解释驱动探究被认为是科学概念学习的一种有效策略。
　　本研究通过文献综述梳理了科学概念的内涵和研究者对科学概念学习的基本看法。首先从心理学和逻辑学的视角总结科学概念的内涵，心理学上指出科学概念是学生头脑中的实体，属于定义性概念、结构是包含经验和标准属性融合的图式、是学生进行假说-演绎推理的工具。逻辑学上指出科学概念是科学知识的重要组成部分，是构成科学理论的重要基石、也是对解释自然现象的知识系统，是科学家参与科学探究的工具。借助波普尔“三个世界”的观点从思维过程和思维内容明确了科学概念的内涵，指出本研究的科学概念主要是科学课程中以教科书为载体记录的那些具有精确定义的概念。其次通过内容分析法对近二十年科学概念学习研究的重要文献进行整理，总结了研究者对科学概念学习的实质存在三种看法，分别是：知识结构的建立、概念转变的过程和推理方式的改变。科学概念可以通过学习科学概念的定义以概念同化的方式进行，也可以通过探究的形式以概念形成的方式进行。综述结果显示了越来越多的研究者认为科学概念学习的实质是推理方式的改变，并倡导通过科学探究学习科学概念。
　　在文献综述的基础上确定了本研究的目的为通过实践探索解释驱动探究对学生科学概念学习产生的影响，其中涉及到三个重要问题：一是什么是解释驱动探究，二是解释驱动探究能否促进科学概念的理解，三是解释驱动探究如何促进科学概念学习。这三个问题分别采用理论分析、准实验方法和现象图析学的方法来解决的。
　　首先，通过理论分析阐释了解释驱动探究的涵义。解释驱动探究是一种特殊形式的探究，是科学概念学习的一种有效策略。解释驱动探究以建构解释的实践活动为核心，驱动学生探究活动的展开；解释驱动探究的过程也是学生应用假说-演绎推理的过程；解释驱动探究旨在建立具体问题的因果联系，从理论框架中增强学生对科学概念的理解。另外，总结了解释的五种模型，并且建构了解释驱动探究促进科学概念学习的模型，在此基础上提出了促进解释驱动探究学习的教学策略，指出课堂中学生参与解释驱动探究的活动包括三个基本环节：提出假设、收集证据和得出结论。
　　其次，开发测量工具评价学生的概念理解。要解决解释驱动探究能否促进科学概念理解这一问题，需要开发有效的研究工具来收集数据。本研究基于Rasch模型开发了《电解质概念量表》，经过二轮施测后显示该量表具有较好的心理测量学指标，能够测量不同层次学生概念理解的水平。教学实践后采用该量表测量学生电解质概念的理解水平。再次，结合准实验和现象图析学的方法开展教学实践。根据准实验研究的要求，设置实验组（N=61）和控制组（N=58），让实验组学生采用解释驱动探究学习电解质和氧化还原反应两个概念，控制组学生按照学校正常教学安排进行。学习结束之后，使用本研究开发的《电解质概念量表》和国际发表的《氧化还原概念量表》测量学生的概念理解。研究结果显示实验组学生对电解质和氧化还原反应的理解都要高于控制组。根据现象图析学的方法，从实验组中选择了8名不同层次的学习，访谈他们采用解释驱动探究如何学习科学概念以及对科学概念产生的理解，发现低层次的学生习惯采用词语联想的方式在科学概念的名称和例子之间建立起简单的联系，中间层次的学习采用知识联系的方式通过具体思维在已有知识和新信息之间建立起联系，高层次的学习能够采用概念抽象和概念迁移的方式通过抽象思维概括不同信息之间的本质特征，把握概念的本质属性。同时绘制了解释驱动探究中学生科学概念理解逐级进展的图示，为教师了解学生科学概念学习的情况提供参考。
　　最后，本研究得出以下结论：一是解释驱动探究促进了科学概念理解水平的提高。二是学生采用解释驱动探究学习科学概念的过程表现为四种理解方式，分别是词语联想、知识联系、概念抽象和概念迁移。之后对科学概念教学和探究教学提出了建议，并且从学生学习、教学研究和教师教学三个方面指出今后研究的展望。

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中文摘要

英文摘要

第一章 前 言

一、研究背景

二、研究意义

第二章 文献综述

一、科学概念的涵义

二、科学概念的学习

第三章 研究目的与思路

一、研究目的和问题

二、研究方法

三、研究任务

四、研究思路

第四章 解释驱动探究的理论研究

一、解释驱动探究的涵义

二、解释驱动探究中解释的类型

三、解释驱动探究促进科学概念学习的模型

四、促进解释驱动探究学习的教学策略

第五章 概念量表的开发

一、开发程序

二、概念量表的修正

三、心理测量指标

第六章 解释驱动探究促进科学概念学习的实践研究

一、解释驱动探究促进科学概念理解的研究

二、解释驱动探究中科学概念学习过程的研究

第七章 结论与建议

一、研究结论

二、教学建议

第八章 研究展望

一、学生对解释驱动探究学习策略的掌握

二、探索不同层次学生概念学习过程的差异

三、建构解释驱动探究的教学模式

参考文献

附录

附录1电解质概念量表

附录2 电解质概念的教学设计

附录3 氧化还原反应概念的教学设计

附录4电解质概念解释驱动探究的学案

附录5氧化还原反应概念解释驱动探究的学案

附录6访谈实录

攻读学位期间发表的学术论著

后记