中学生对科学理论与科学定律理解的调查研究
编号:
山 西 师 范 大 学
毕 业 论 文
论文题目:中学生对科学理论与科学定律理解的调 查研究
院 (系): 化学与材料科学学院
专 业:
班 级:学生姓名: 指导教师:
2007年 05 月 25 日
摘要
本文以访谈、问卷方式对中学生理解科学理论、定律的水平进行了调查,对所得信息进行了总体分析和具体分析,了解到中学生在理解理论、定律时存在的一些误区,以及在学习时产生的一些困惑,针对性地提出了若干建议,并利用教学论和心理学的相关原理对如何学好这方面知识做出了详细的阐述。
关键词 理论 定律 理解 调查 对策
Abstract
Based on interviews, questionnaires on the students understand scientific theory, the law of the level of investigation, right information from the overall analysis and specific analysis, the students learned to understand the theory, Existing law of some errors, and the study generated some confusion, set forth a number of recommendations. and the use of teaching theory and the psychology of principle on how to master this knowledge to make a detailed exposition.
Keywords
Theory Law Understand Survey Countermeasures
目录
1 问题的提出································································04
2 文献综述··································································04
3 调查方法··································································04
4 调查项目与评分标准························································04
5 对调查结果的分析··························································05
5.1 总体分析······························································05
5.2 认识状况的比较分析····················································05
5.3 访谈分析举例··························································05
5.4 对于科学理论与定律理解性的具体分析····································07
6 科学理论与科学定律的学习策略··············································07
6.1 概念形成策略··························································07
6.2 概念同化策略··························································08
参考文献····································································10
中学生对科学理论与科学定律理解的调查研究
1 问题的提出
在学习各门学科尤其是在学习理科的时候,免不了要遇到各式各样的科学理论与科学定律,而它们两者之间又有什么区别和联系、我们应该怎样才能学好它们呢?使中学生们对这些理论和定律有一个正确的认识和理解就成为了中学化学教育的一项重要任务。为了了解中学生对于科学理论与科学定律的理解性水平,我们进行了较为深入的调查研究。
2 文献综述
为了更好地进行调查研究,首先参阅了相关知识的文献,了解到科学理论与科学定律的产生方式以及两者之间的区别,关键是要把握对科学本质的正确认识。科学理论:对观察现象或这些现象中的定律的推断性解释,是一类科学假说,通过概念和概念之间的关系来反映事物的本质和规律的。科学定律:对所观察现象之间关系的描述性叙述;且都是经验规律,是在对大量实验材料进行分析和归纳的基础上得出的结论。所以,科学理论与科学定律是不同种类的知识,一个不能变成另一个。本文所参考的文献主要来自于化学教学论、心理学、学习策略中的相关知识。
3 调查方法
本调查采用调查问卷和个别访谈相结合的方法研究学生对科学理论、定律的理解。要求学生解释的问题是开放式的,而且均是学生在日常学习中遇到的问题。调查对象为太原市一所重点中学高一、高二、高三6个班级的学生。发放问卷300份,收回有效问卷283份。调查在2007年4月进行,每班调查30分钟时间。访谈调查在问卷调查基础上进行,调查方式为:随机抽取2-3名学生组成小组,相互协商完成回答。
4 调查项目与评分标准
问卷调查的项目内容:
① 在你们心目中,认为什么是科学理论与科学定律?
② 这些理论与定律的来源是哪里?是通过一个什么样的过程得出的?
③ 请举出一名科学家发现一种科学理论的实例。
④ 在化学学习过程中,哪个科学定律给你印象最深?你是怎样理解它的? ⑤ 在化学学习过程中,哪一类型的理论和定律使你感到很难理解?请举例。 ⑥ 你认为科学理论与科学定律之间有什么区别吗?
⑦ 我们在理解一种化学定律的时候应该注意哪些问题?
⑧ 一个科学理论和定律的正确与否是怎么样验证的?请举实例说明。
⑨ 请你设计一个简单的实验方案,来证明一个科学定律的正确性。
⑩ 你认为我们学习这么多的理论和定律的最终目的是什么?
问卷评分标准:
在每道问题的解释中,能较全面、正确地认识科学理论、定律的得10分,能部分解释正确但不全面的认识得6-8分,不能正确解释的得0分,每题10分,满分100分。依此标准,60分可视为及格。此分值仅能在一定程度上反映学生对科学理论与定律的理解性水平。 5 对调查结果的分析
5.1 总体分析
表1 及格情况
从表1和表2可以发现,及格人数只占比较小的比例,平均分多在30-40之间。在调查中发现,高一、高二、及格人数和平均分相当,高三的成绩略高于前两者,随着年级的升高,这个成绩总体呈上升趋势。这可能与所学过知识的多少有关,年级越高,学生所学过的科学理论与定律数目越多,接触过的种类也越多。尤其是高三处于全面复习阶段,已经对科学理论与定律有了一个比较深层次的认识,所以他们的理解性水平已经明显高于低年级学生。许多教师并没有意识到对于科学理论与定律的完整性理解的科学价值,教学多停留在学生能够陈述理论与定律的内容,不能有意识地培养学生真正地理解科学理论与定律并以此指导学生的科学探究。
5.2 认识状况的比较分析
此次的问卷调查主要是为了体现以下3个要点:①科学的理论源于实践。②科学理论的正确与否需从实验中验证、在实践中体现。③学习科学理论最终是为了指导实践。学生对于以上3点认识的优劣情况可以由问卷调查的成绩明显地表现出来。
通过分析问卷调查结果可以得知,学生对科学理论与定律3点主要内容的认识情况由好到差依次为:①、②、③。学生对于怎样验证一种科学理论的正确性的认识较差,对于学习理论到底是为了干什么的认识最差。这可能与课程建设和教师的教学有关。在现行中学化学课程中,教材很少对科学理论和定律的理解问题做深入的研究和阐述,因而对此学生只能靠个人的观察能力和悟性去正确理解它们。对科学理论和定律的理解性水平的高低,决定了一个人是否能正确认识并应用一种理论,来指导他们的科学学习以及实践行为。所以在课程建设和教学设计中应给予高度的重视。
5.3 访谈分析举例
在以下的访谈记录中,M 代表主试,S1、S2分别代表被试的两名学生。限于篇幅,以下只节选了部分在高二某班级的访谈记录。
M :你能举一个在化学中你最熟悉的科学定律并把它的内容背出来吗?
S1:我最熟悉质量守恒定律了,就是“在化学反应中,参加化学反应的各物质质量总和与反应后生成的各物质质量总和相等。”
S2:我也是最熟悉这个,结果被他给先说了。
M :完全正确,背的很好啊!那么你们有谁知道这个定律是怎么来的吗?
(两名学生都倒吸了口气,搔了搔头,并长时间思考)
S2:好象是不是一个叫拉瓦锡的化学家发现的了?好象在哪本书上见过那么一下,具体是通过干什么发现的这我就不知道了。
S1:我也不太清楚。
M :既然你们都不知道,那我来告诉你们吧!1756年俄国M.V. 罗蒙诺索夫首先测定化学反应中物质的重量关系,将锡放在密闭容器中燃烧,反应前后重量没有变化,由此得出结论:“参加反应的全部物质的重量,常等于全部反应产物的重量。”1774年法国A.-L. 拉瓦锡重复类似的实验,并得出同样的结论。由于罗蒙诺索夫和拉瓦锡时代所用的天平不够精密,所以后来又有不少科学家用更精确的方法证明这一定律。例如19世纪中叶,比利时分析化学家J.-S. 斯塔用银和碘制备碘化银,所得碘化银的质量与碘和银的总质量只相差.002%。19世纪末,H.H. 兰多尔特用很精密的天平再一次证明这一定律的正确性。
S2:哦,原来如此啊!以前就不知道这些,课本上也不介绍这。
S1:我也不知道。
M :那么由刚才的事例我们可以得出些什么结论呢?我们可以从中知道些什么呢? (两名学生沉默片刻,不停地搔头表示正在努力思考)
S2:我觉得是说明了理论是从多次实验中得出的吧?
S1:我认为是说明了正确的科学理论是经得住考验的。
M :很好,你们说得很对,这正是说明了科学的理论源于实践,科学理论的正确与否需要经过多次的实验来验证它。刚才这个事例恰好说明了这一点。你们能说出一些科学家发现某个科学理论或定律的例子吗?
S2:这个我知道,牛顿看见苹果落地,由此得到启发发现了万有引力定律。
S1:我也知道瓦特由水开时茶壶盖被顶起得到启示而发明了蒸汽机。
M :对,你们说的这些都是。一个科学理论的得出都是通过科学家从现实生活中或者实验中得到启示以后进而引出的。这都充分说明了刚才提到的理论源于实践。那么你们能不能根据自己的理解对科学理论或定律下一个定义呢?
S1:科学理论就是科学家从现实生活中发现并以科学的实验方法证明的一些事物的一般性规律。
S2:我想的和他差不多,他把我要说的话都说了,呵呵!
M :好,总结得不错。差不多就是这个意思,你们的理解很正确。那么,我们已经学了这么多的理论与定律,它们都有什么用处呢?最终我们要用它们来干什么呢?
S2:知道了科学定律解题就快了,比如做化学反应的计算题时有质量守恒定律做基础就好做多了。
S1:我觉得是知道了科学理论就能正确地认识一种事物或者这个事物的相关规律了吧? M :你们说的都有一定的道理,但是你们想一下做对了题、正确认识了事物以后我们就能怎么样了呢?是不是就能利用正确的理论来指导我们的实践行为了呢?
S1:就是就是。
S2:我刚才其实也想到了,结果给忘记说出来了,呵呵!
M :好,只要你们能意识到这一点就好。
……
[访谈评析]
在三个年级的访谈调查中发现,学生在陈述中能罗列出许多相关概念并且做一些解释,而且高三年级的要解释得更为具体、全面一些,但是学生对科学理论的认识问题上只是停留在学校学习方面,很少联系实际当中的生产生活方面。这又与多年来的应试教育根深蒂固有很大的关系,学生认为学习理论就是为了做会题目,为了考试能考好成绩,从这里也说明了
素质教育的全面实施任重而道远。
5.4 对于科学理论与定律理解性的具体分析
科学理论与定律的学习和进一步理解在整个化学学习中都起到了至关重要的作用,这两者都可以归结为化学理论性知识的学习。
化学理论性知识是指反映物质及其变化的本质属性和内在规律的化学基本概念和基本原理。其中,概念是原理的前提和基础,而原理是对概念的进一步发展,二者相辅相成,共同构成了化学理论性知识。
许多学生在学习化学理论性知识时,只是去背诵、记忆概念和原理的定义,虽然下了很大的功夫,但是在解决实际问题时却不知道如何运用;有些学生则反映化学理论性知识抽象、难懂,不如元素化合物知识好学,等等。那么,应该如何学习化学理论性知识呢?
首先我们来谈谈化学理论性知识的特点。化学理论性知识是中学化学教育内容的精髓,它体现了化学学科的基本观念,在化学教材中起着统领和制约全局的作用。首先,化学理论性知识是对物质及其变化本质和规律的反映,它具有高度的概括性,直接影响着学生对化学事实、现象的观察和理解。学生掌握了一定的化学理论性知识,就可以使他们对事实性知识的学习不只停留在描述性的水平上,而能比较深入地认识到这些化学现象的本质,从而预见某些元素化合物的性质和发生化学反应的趋势,解释产生某些事实和现象的原因。这样就使学生对化学知识的学习不仅知其然,而且能知其所以然,提高化学学习质量。
其次,化学理论性知识的学习有助于培养学生的思维能力。理论是在丰富具体的事实材料中抽象概括出来的,理论性知识的学习绝不是简单的记忆,而是要通过积极的思维活动去理解物质变化的本质,理论性知识学习的过程就是学生积极思维的过程,自然会促进学生思维能力的发展。另一方面,在运用化学基本概念和原理去解释化学现象、解决化学问题的过程中,学生对物质的结构、性质和变化的认识也深入到了事物的本质,学生的抽象思维能力也得到了提高。
另外,化学理论性知识的形成过程体现着丰富的科学观念、科学方法和科学态度,是对学生进行科学方法训练和情感教育的良好素材。因此,对理论性知识的学习,不仅要注重结论的获得,让学生体验过的结论的过程也是同样重要的。
6 科学理论与科学定律(即化学理论性知识)的学习策略
心理学研究表明,理论性知识的学习过程是学生通过积极的思维活动,对各种各样的具体事例进行分析、概括,从而把握同类事物的共同关键特征的过程。这是一个有意义的学习过程,在这一过程中,对具体事例的选择和分析、对概念关键特征的突出以及学生已有的知识经验是影响概念学习的重要因素。
根据以上分析,结合化学学科特点,我们认为化学理论性知识的学习可采用以下策略。
6.1 概念形成策略
概念形成策略是指学习者从大量的具体例证中,以比较、辨别、抽象等形式自己概括得出事物关键特征的一种学习策略。这种学习策略强调学生主动参与知识的获得过程。
运用概念形成策略一般要经历3个阶段:
首先,收集足够多的与要形成的化学概念有关的具体例证,这是获得感性认识阶段。具体例证的获得有多种方式,可以直接从教科书或教师那里获得,可以亲自动手实验,也可以查阅资料,只要能通过自己努力获得的要尽可能自己动手。化学实验是获得例证常用的方式,学生需要根据具体情况设计并实施实验,通过观察并记录实验数据获得有关例证。
第二阶段是自觉地对获得的具体例证进行分析、比较、辨别,提取其共同的特征信息,
逐步舍弃干扰信息,然后将特征信息进一步抽象和概括。这是一个由感性认识上升到理性认识的过程,需要去伪存真,去粗取精,应当强调,这是形成化学概念的关键。
第三阶段将获得的结论与同伴展开交流,在交流中使正确的观点进一步得到明确,并在练习应用中加深对化学概念的理解。
运用概念形成策略时,概念的具体例证越丰富,关键特征越明显,越有利于概念的学习和理解。概念学习不仅要求学生掌握一类事物的共同本质特征,而且要求它能排除非本质特征。因此,在学习中应重视通过变式与比较的方式,使学生对概念的理解更清晰、更准确。
[相关资料]
变式与比较
变式是从材料方面促进理解,比较则是从方法方面来促进理解。一切包含概念关键特征的事物都是概念的正例,变式就是指概念正例的变化。例如,铁与氧气反应、硫与氧气反应、氢气与氧气反应等,这些反应事实就是“化合反应”这一概念的正例。在这些正例中,“反应的产物只有一种”是概念的关键特征,而这些反应在反应物和生成物的种类、颜色、状态、反应现象等方面的特征则属于无关特征,这些无关特征往往会干扰学生对概念关键特征的把握。在学习中通过对不同的变式进行比较,突出概念正例的关键特征,舍弃其无关特征,可以使获得的概念更精确、稳定和易于迁移。
[案例1]
概念形成策略示例
质量守恒定律作为化学反应必须遵循的基本规律,是书写化学方程式、解释某些化学现象和进行有关化学计算的理论依据。学生能否理解质量守恒定律的实质,掌握质量守恒定律的应用条件,是质量守恒定律学习的关键。在教学中,可以指导学生采取“概念形成”的策略学习质量守恒定律。
引入:在复习已学过的化学反应的基础上,提出问题“物质参加化学反应前后,质量会有什么变化?”,在问题的驱动下,学生积极思考并提出各种假设。
阶段1:为验证假设,教师可提供多个实验方案让学生选择,或者是学生自己设计实验,通过对实验的操作、观察和记录,学生获得有关化学反应前后物质质量变化的例证。不同的合作小组相互交流各自的实验结果,从而使获得的例证更充分。
阶段2:对不同的实验例证进行分析,找出共同的特征——参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成物的质量总和,从而概括出质量守恒定律。然后,从化学反应的微观角度分析讨论质量守恒定律的原因,明确质量守恒定律的实质。
阶段3:运用质量守恒定律解释有关的实验或生活现象,通过师生、生生间相互交流和讨论,学生掌握质量守恒定律的应用条件,进一步加深对质量守恒定律的理解。
在上述学习过程中,学生需要自己动手做实验收集具体例证,需要全面记录实验数据,并对数据进行分析。这个过程不仅需要亲自动手实践,而且需要学习者积极动脑思考,亲身参与和体验了质量守恒定律的获得过程,这样,对概念的理解会更深入,而且这一活动本身就是一个科学方法和科学态度的养成过程。
6.2 概念同化策略
认知心理学家奥苏贝尔(Ausubel D P)认为,概念和原理学习的实质是新概念与学生认知结构中原有的概念通过相互作用,建立其内在的逻辑联系。新旧概念的相互作用,就是新旧意义的同化,其结果是新概念纳入原有的认知结构中,原有的认知结构得以丰富和扩大。所谓概念同化策略就是指学习者利用原有认知结构中适当的概念来学习新概念的一种方法。在概念同化学习中,学习者认识结构中原有的概念起着决定作用。
[相关资料]
认知结构
认知结构简单地讲就是一个人在某一知识领域的全部内容及其组织。从内容上看,认知结构就是头脑中的知识结构;从组织上看,认知结构是指知识程度的层次性,人们能否习得新信息决定与其头脑中已有的认知结构的层次。有利于新知识获得的良好认知结构应具备概括性、稳定性和清晰性3个基本特征。
运用概念同化策略,一般经历3个环节:
首先,寻找并激活认知结构中与新概念学习相关的已有概念,这是概念同化的前提,通过将新概念与已有概念建立联系,初步理解新概念的涵义。
其次,将新概念与原有概念进行精确类比。这个过程包含了对新旧概念的各方面之间的比较,既要找出二者的相同之处,又要认识到其差异,毕竟它们不完全相同。这是在新旧概念之间建立联系的过程,是概念同化策略的关键。
最后,将相关的概念融会贯通,使新概念以适当的方式纳入认知结构之中,形成系统的概念网络体系,便于记忆和运用。
概念同化策略能够较精确地将新旧概念联系起来,使学习者运用已有的概念去掌握新概念。在概念同化过程中,学习者是否具有与新概念学习相关的适当概念,以及这些概念的清晰性和稳定性是影响概念同化的重要因素。
[案例2]
概念同化策略示例
按照高中教材内容的编排,学生在学习“电离平衡”概念之前,已经学习了“化学平衡”的有关知识。因此,对“电离平衡”的学习就不必先让学生去观察有关的实验现象或收集有关的事实,而是可以采取“概念同化”的策略进行学习。
首先,回忆以前学习过的“化学平衡”的知识,将电离平衡与化学平衡建立起联系,初步理解电离平衡的涵义。
然后,将电离平衡与化学平衡进行精确类比,找出二者之间的关联点(即异同点)。它们的相同点在于都具有“平衡”的一般特征(动、定、变、等),平衡移动原理对二者都适用等;二者的区别在于建立平衡的本质不同(电离平衡是由弱电解质的部分电离所引起的),影响平衡的外部因素不完全相同等。通过这样一个比较过程,能够促进对新旧概念关键特征的把握,有利于准确应用概念。
最后,在明确了二者的异同点之后,通过对化学平衡和电离平衡的分析,将相关的概念从不同侧面联系起来,形成概念的整体结构,使“平衡”的概念体系进一步扩大。
以上我们主要讨论了化学概念的学习策略,这些策略对科学理论及定律的学习也同样是适用的。但化学理论与定律有其特殊性,它是指物质在组成、结构上的基本规律,以及物质在化学反应过程中所遵循的规律。就是说,化学理论与定律是包容着有意义的、彼此相关的若干概念的组合,它规定着这些概念间的组合关系,阐述着化学变化中的一些规律。可见,化学概念的学习是化学理论与定律学习的前提和基础,而理论与定律是对概念的演绎和发展,二者相辅相成。在学习有关的化学理论与定律时,其前提条件是学生必须理解和掌握构成理论与定律的那些基本概念,否则学生就不可能真正理解有关的规律,只能死记硬背给出的定义和结论。
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