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小学生科学推理能力及其影响因素研究

左成光  
【摘要】:为迎接21世纪社会发展对人才培养提出的挑战,各国际组织和国家皆对人才培养目标进行了重新定位,提出了发展学生核心素养的教育目标诉求。学科教学是发展学生核心素养的主要途径,其中,科学素养是学生核心素养的重要组成部分,是科学课程的核心目标。科学推理能力作为科学素养的重要内容之一,是公民在面对社会和个人生活中的科学问题时做出明智决策的关键能力。为适应未来生活,学生具备科学推理能力极为重要,国际上对中小学生科学推理能力进行了广泛的研究,而我国的研究相对较少,针对小学生科学推理能力的研究更少,故而本研究将关注两个问题:小学生科学推理能力如何?小学生科学推理能力发展的影响因素有哪些,以及这些因素之间有何关系?对这两个问题的研究将为我国小学生科学推理能力的培养提供参考。根据研究的问题,本研究主要分为三部分,即小学生科学推理能力的表现研究、小学生科学推理能力的调查研究、影响小学生科学推理能力的因素及其相互关系的研究。其中,小学生科学推理能力的表现研究是调查工具研制的依据,调查结果是影响因素结构方程模型中因变量的观测值。需要指出的是,小学生科学推理能力是一种高阶思维能力,并且在我国原先只有3-6年级开设科学课程,故而本研究的对象是3-6年级的小学生。本研究的过程及结论如下:第一部分,小学生科学推理能力的表现研究小学生科学推理能力表现的假设研究。通过对主要国际组织、国家及地区的核心素养框架、小学科学课程标准、教育质量监测项目中对小学生科学推理能力的要求进行分析,结果将小学生科学推理能的表现从“提出问题/假设”“实验设计”“证据评价”“推理、得出及应用结论”“证明”五个方面梳理出16条表现要求,作为小学生科学推理能力表现的假设。小学生科学推理能力表现的修订研究。将小学生科学推理能力表现的假设编成李克特量表,对大学理科教学论专家、小学科学教研员、小学一线科学教师(共256名)进行专家调查,根据调查结果,删除2条表现,最终形成的小学生科学推理能力表现共有14条。第二部分,小学生科学推理能力的调查研究小学生科学推理能力测验项目的研制。依据第一部分确定的小学生科学推理能力表现,在项目反应理论的指导下,通过对精选的TIMSS、澳大利亚NAP-SL测评项目进行改编,并用Reasch模型中常用的BondFoxSteps软件对编制的测试项目进行检验,通过两次的测试及检验表明:修订后最终形成的12道题目,它们的加权拟合值(Infit MnSq)在区间[0.85,1.15]之内,符合Rasch模型的要求,表明这12道测试题能较好的反应小学生科学推理能力的测验要求;试卷的总信度系数α=0.90,说明试卷的信度是非常理想的。此外,本测试卷还经过科学教育专家、小学科学教师及小学生的审读与修订,这使得本测试项目具有较高的效度。小学生科学推理能力的调查结果。本研究选取3-6年级的1167名小学生参与调查,应用SPSS22.0软件对调查结果进行统计分析。研究结果表明:(1)通过对4个年级组被试的科学推理能力测验在年级和性别(4×2)两个因素上的差异进行复方差分析(MANOVA)表明:3-6年级小学生的科学推理能力在性别(Wilks’λ=0.981,F=5.495,p0.001)和年龄(Wilks’λ=0.873,F=13.418,p0.001)上存在显著的差异;但性别和年龄之间不存在显著的交互效应(性别×年龄,Wilks’λ=0.995,F=0.463,p=0.936)。(2)采用单因素方差分析(Oneway-ANOVA)对3-6年级小学生科学推理能力的年龄差异进行分析表明:年龄对科学推理能力各维度及总能力均存在显著性差异,采用多重事后分析(Tukey HSD)及得分随年级增长的变化趋势可知,四年级至五年级是小学科学推理能力的“提出问题”“实验设计”“推理、得出及应用结论”能力发展的关键年龄,四年级至六年级是小学生科学推理能力的“证明”及“总能力”迅速发展的关键年龄。(3)采用独立样本t检验对3-6年级学生科学推理能力的性别差异进行分析表明:四年级和五年级小学生科学推理能力的总能力及各维度均不存在显著的性别差异,三年级学生在总能力、“推理、得出及应用结论”“证明”维度存在显著的性别差异,六年级学生在“证明”维度存在显著的性别差异。其中,在科学推理能力的“总能力”“推理、得出及应用结论”“证明”三个维度,女生的能力高于男生;在“提出问题”维度,除四年级的女生能力高于男生外,其余三个年级的男生能力高于女生;在“实验设计”维度,三年级和六年级的男生能力高于女生,四年级和五年级的女生能力高于男生。第三部分,小学生科学推理能力的影响因素研究小学生科学推理能力的影响因素提取及调查问卷的开发。通过对已有文献的梳理,本研究从教师科学推理能力教学、同伴协作与交流、家庭参与及投资三个维度构建调查问卷。对编制的问卷进行试测,用SPSS22.0进行主成分分析及信度检验,结果表明所构建的影响因素指标具有较高的结构效度,修订后的问卷共涉及32个题目,其总信度系数α=0.912,说明此问卷的信度是理想的。小学生科学推理能力影响因素的结构方程模型检验。将1167份3-6年级小学生科学推理能力影响因素的问卷调查结果用AMOS22.0软件进行结构方程模型检验,结果表明:小学生科学推理能力影响因素的调查结果与理论假设相匹配,不同的影响因素对小学生科学推理能力各维度的作用效果不同。通过模型基本适配度指标、模型外在质量的评估及模型内在质量的检验,结果表明,小学生科学推理能力影响因素的调查结果与理论假设相匹配,即家庭参与及投资、教师教学和同伴协作与交流三个影响因素对小学生科学推理能力具有正向的促进作用;家庭参与及投资对“提出问题”维度的科学推理能力促进作用相对较大,教师科学推理能力教学对“推理、得出及应用结论”维度的科学推理能力促进作用相对较大,同伴交流与协作对“实验设计”维度的科学推理能力促进作用相对较大。根据以上的研究结果,本研究对培养小学生科学推理能力进行了三个方面的讨论:研制科学推理能力的学习进阶,促进小学生科学推理能力的连贯性发展;构建立体式的科学教育环境,促进小学生科学推理能力的发展;加强科学推理能力的测评,促进小学科学的教学重心转移。然而,本研究还存在一些不足:首先,由于精力和财力的限制,本研究的样本主要来自重庆及四川,为提升研究结论的可靠性,还需增加其他省份的样本量;其次,关于学生科学推理能力的研究成果主要集中在国外,国内在这方面的研究较少,这增加了本研究的难度,使得本研究的一些术语、对研究内涵的认识可能还存在一些需要改进的地方;最后,本研究采用纸笔测验,为增强测试情境的真实性,可采用计算机创设情境来进行测试。在今后的研究中,一方面是改进以上不足,同时还将持续对小学生科学推理能力的认知诊断、立体式科学教育环境建设的政策方面进行研究。


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