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  摘要:探究性学习能促进学生更好地理解,物理教师探究性教学的课堂变量特征研究具有重要意义。本研究选取21节课堂教学录像,从问题和课堂对话这两个课堂变量分析实际的物理教学课堂,研究不同探究水平的物理课堂上这些变量的差异性。研究表明,探究水平是衡量教师探究性教学的基本指标,与反映探究性教学特征的课堂变量之间密切相关。

 

  一、问题的提出

 

  美国科学教育标准(1999)和2061计划(1989)指出:科学教育应该符合科学探究的特点,科学探究是科学学习中基本的、起支配作用的原则。2001年我国颁布的《基础教育课程改革纲要》明确指出科学学习要以探究为核心。随着新课程的实施,教师对科学探究理念的重要性有了一定的认识,但是,“时至今日,探究教学所面临的挑战仍然很明显,从传统的讲授向探究转变的步伐仍十分缓慢”(徐学福,2001)。

 

  探究教学建立在建构主义观点之上。从建构主义观点来看,科学不是寻找真理的过程,而是帮助理解世界的过程。教授科学变得更像科学家做的科学──是一个主动地理解经验、动手和动脑经验的社交性过程Lorsbach and Tobin 1992。显然,这一过程明显区别于传统的讲授教学。问题和对话是两个极为重要的探究性教学课堂变量。教师提问在促进学生学习中扮演着重要的角色(Roth1996p731)。教师提出关键性的问题可以促进学生对讨论中的话题进行深入的思考,教师能够通过看出学生提出的问题的意义以及为什么议题是中心或外围议题而拓展学生的学习(Segal and Cosgrove1995)。基于建构教师合理的创设问题情境能够促进探究教学的顺利开展,问题情境设置的好坏是决定能否成功开展探究的关键(J Richard Suchman,1962)。教师输入学生的知识建构是学生思维发展的关键影响教学最终是否成功及其深度的因素是教师与学生互动的质量。库恩(1993)认为,有前途的科学教育观念必须促进思维。她认为科学实际上是辩论,“一种社交性活动...衔接彼此的观点、质疑、澄清、辩护、详细阐释确实极为重要”。

 

  因此,本研究拟从实证研究的角度探讨教师和学生构成的探究性课堂具有怎样的特征。具体来讲,本研究试图回答如下问题:

 

  1.不同探究水平下教师和学生提出问题的数量和认知水平各有何特点?是否存在差异?

 

  2.不同探究水平下课堂对话各有何特点?它们之间是否存在差异?

 

  3.教师和学生提出的问题、课堂对话与探究水平之间的关联程度如何?

 

  二、研究方法

 

  1.特征变量的操作定义

 

  问题 课堂中的问题包括教师向学生提出的问题和学生在探究过程中向教师和其他同学提出的问题,这两类问题是引导学生开展探究活动的线索。考查问题变量时,主要考查学生提出问题与教师提出问题的比率和问题的认知水平。学生提出问题反映了学生自主建构知识的情况,教师提出问题反映了教师对探究的引导性,两者的比率则反映了探究课堂的主动与指导两个侧面运行的情况。问题的认知水平是探究活动中认知建构深度的指标。按照布卢姆的认知目标分类,我们可以将问题的认知水平分为记忆、理解、应用、分析、综合、评价6个水平。

 

  课堂对话 课堂对话显示了课堂互动的情况,课堂互动包括互动的取向和互动的形式,互动取向常见的有聚焦于步骤或程序的互动和聚焦于概念的互动。课堂对话的形式是指教师和学生之间以及学生与学生之间对话的方式,通常的形式是教师提问──学生回答──教师评价;学生陈述──师生质疑──学生解释等。

 

  探究水平 将探究活动作为一个整体考虑,可以区分出课堂上各种探究水平的活动。按照探究的阶段探究活动可以分为以下7个水平PJGermann, SHaskins et al 1996

 

  水平0:没有使得学生积极参与6个探究阶段中的任何一个;

 

  水平1:要求学生使用结论作出新的预测或假设,解释一些常见现象,提出新问题;

 

  水平2:学生分析数据得出结论,提供证据,做出推断,给出可能解释,评估精确度或误差;

 

  水平3:学生自己提出步骤与搜集数据的方法;

 

  水平4:对水平3的方案进行操作;

 

  水平5:学生鉴定与探究相关的变量并给出变量的操作定义;

 

  水平6:学生提出自己的问题和假设,然后经过所有的该水平以下的过程。

 

  2.分析材料

 

  本研究的物理课堂分析的录像来自于第四届和第五届全国物理教学创新大赛录像以及平时教学的课堂录像,从中剔除一些完全讲授式而不涉及到与材料互动的物理授课后,进入本研究的物理课有21(注:由于全国创新大赛的评奖中探究性教学只是评奖的其中一项指标,因此,在分析的过程中,每一节课的探究水平并不与评奖的名次直接关联。本研究选出的课只是因为它们有学生或教师的与材料的互动或者该课题适合探究性教学,不是完全讲授式的授课,并仅仅从探究性教学的课堂特征出发考虑每一节课的课堂变量

 

  3.研究程序

 

  1)将选出来的21节物理课的每一节课转换成文字实录下来;

 

  (2)按照探究水平定义将21节课划分到不同的探究水平中去;

 

  (3)对每一节课的问题变量和课堂对话变量进行定性和定量的分析;

 

  (4)统计定量分析的数据。

 

  三、结果与分析

 

  1.不同探究水平下的课堂问题变量的比较

 

  A.不同探究水平下的问题数量比较

 

  从表1可以看出,探究水平越高的课堂中,学生提出问题的数量越多,教师提出问题的数量反而减少,学生提出的问题数量和教师提出的问题数量的比率在增加。但总体来看,相对于教师的问题数量来说,学生提出问题的数量整体偏低。在探究水平6上,学生和教师提出的问题都偏低。我们通过再次反复观看录像,发现在探究水平6的课堂中,小组互动的时间比较多,教师主要采取小组合作的形式,学生的问题没有多少时间在全班提出来。这可能是学生问题和教师问题都偏低的原因。结果还显示,随着探究水平的升高,平均每节课学生提出问题的数量与教师提出问题的数量之比随着增大。

 

1 不同探究水平下的问题数量比较

探究水平

平均每节课学生问

题数量(个)

平均每节课教师

问题数量(个)

平均每节课学生与教师的问题数量之比

1

/

4225

/

2

220

3620

11645

3

425

2925

1688

4

525

2725

1519

5

833

2433

1292

6

950

1650

1174

 

  B.不同探究水平下的问题认知水平比较

 

  问题的认知水平是学生在回答问题时候所需要的认知要求,不同认知水平的问题对学生的探究活动的发展的促进作用不同。我们对每一节课中的教师提出的问题和学生提出的问题进行了认知水平上的分析,按照布卢姆的认知目标分类体系对这些问题进行分类本文认同布卢姆1956年进行认知目标分类时候的论说:“教育目标分类学编制遇到两个困难:1、目标是用于学生经验背景的问题。也就是说,表面上有相同行为表现的两个学生可以意味着不同的事情,可以是机械的再现,也可以是在解决新问题,这依赖于他们的经验背景……”(布卢姆,1986)。因此,本研究在课堂实录中的问题进行认知水平的划分时,该问题的实际背景情况是划分问题认知水平的重要依据。),示例如下:

 

  教师提出的问题

 

  [记忆水平]通过前面几节课的学习,下面我们来思考2个问题(投影屏幕上展示问题):什么是物体运动状态的改变?标志是什么?那回忆一下运动状态的改变包括哪几种情况?

 

  [理解水平]同学们,前面我们学习了单摆。大家看这些装置中哪些可看作单摆?(教师设置的模型有4个:一根悬挂的很长的线连一个小球;一根悬挂的短线连一个小球;一根悬挂的长线连一个大球;一根悬挂的长线连一个小球)

 

  [应用水平]R1是电阻率为ρ厚度为D表面是边长为a的正方形导体的电阻;R2同样材料、同样厚度但表面边长远大于为a的正方形导体的电阻。R1R2的电阻与表面正方形边长有无关系?你认为这对于电子器件的微型化有什么意义?

 

  [分析水平]在碰撞的时候两个小球既受到水平方向的力,又受到竖直方向的力。那我们应该研究哪个方面的受力呢?

 

  [综合水平]如果把我们今天实验里面,那不是一个平面镜吗,如果把那个平面镜换成一杯水或者一个棱镜的话,那么今天的实验又会是一个什么样的结论?

 

  [评价水平]他们这组作的实验非常好,大胆的想了,是一个差值(a = αFβm),然后通过验证,我想问,通过验证,你觉得第一组和第二组同学提出的猜想怎么样?

 

  学生提出的问题

 

  [理解/澄清水平]我想问一个小问题。你们在用力传感器时候是用手来拉的吧?

 

  [应用水平]怎样在比赛中使秋千荡得又快又高?

 

  [分析水平]老师,我有一个疑问。** 说的是浮在水面的物体。那么在水中下沉的物体呢?比如说石块,它有没有受到浮力呢?

 

  [综合水平]我想问一下碰撞前后动能为什么不守恒?

 

  [评价水平]单摆的摆长应该远远大于球的直径。但是如果摆长很短的话,它还算是一个单摆吗?也就是说周期公式还适用吗?

 

  从表2可以看出,探究水平越高的课堂中,学生提出的低认知水平问题和教师提出的低认知水平问题的数量在减少,而学生提出的高认知水平问题数量和教师提出的高认知水平问题的数量在增加,并且学生提出的高认知水平问题数量和教师提出的高认知水平问题的数量占总问题数量的百分比也在增加。

 

2 不同探究水平下的问题认知水平比较

 

探究水平

平均每节课学生提出的问题(个)

 

平均每节课教师提出的问题(个)

 

低认知水平问题数量

高认知水平问题数量

高认知水平占总问题的百分比

低认知水平问题数量

高认知水平问题数量

高认知水平占总问题的百分比

 

1

/

/

/

 

3650

575

1361%

 

 

2

180

040

1818%

 

2540

1080

2983%

 

 

3

175

250

5882%

 

1325

1600

5470%

 

 

4

100

425

80%

 

675

2050

7523%

 

 

5

067

767

9208%

 

267

2167

8907%

 

 

6

050

900

9474%

 

100

1550

9394%

 

           

 

  2.不同探究水平下的课堂对话变量的比较

 

  A.不同探究水平下的课堂对话取向比较

 

  从对课堂录像的分析来看,探究性教学的课堂对话主要有如下两种互动取向:聚焦于过程的课堂对话和聚焦于概念的课堂对话。聚焦于过程的课堂对话中师生双方为了解决实验操作技术上的问题而展开;聚焦于概念的课堂对话中师生双方为了解决物理概念而展开。这两种课堂对话取向反映了教学是以学生动手完成操作还是以学生动脑解决问题和建构知识为中心。

 

  聚焦于过程的课堂对话

 

  师(0537):那么我们今天呢就用通过实验来研究在这种条件下碰撞之后的运动规律。那么,我们要研究的问题就是,两个物体相互作用前后的有什么规律?是刚才猜想的速度?还是动能?还是动量有关系?到底会有什么样的关系?那实验的条件是什么呀?系统不受外力或所受外力之和为零。好,那我们怎么能够实现这样一个实验条件呢?用,气电导轨。好,那我们要研究速度、动能、动量关系的时候,我们应该测量哪些物理量?速度、质量,对吗?好,大家有什么办法测量速度?好

 

  生1:我认为可以用光电门,用挡光片的宽度除以过光电门的时间得到的就是该物体通过光电门的速度。

 

  师:很好,我们用过了,是吧,光电门可以测速度。还有什么办法?

 

  生2:还可用打点计时器。某段时间平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度。

 

  师:很好,请坐。还有别的想法吗?

 

  生3:还有位移传感器,它可以跟踪运动物体,输出位移、时间图象,图象的斜率就是物体运动的速度。

 

  聚焦于概念的课堂对话

 

  师(0254):大家觉得哪些因素会影响到单摆的周期呢?

 

  生C:我认为应该跟摆角有关,因为摆角越大,它走过的路程也就越长,所以周期也就越大。

 

  生D:我不同意这个观点。因为单摆摆角在10度以下,根据回复力的公式T= mgs sinθ = mgx / l摆角变大就相当于最大位移变大。因此我认为与摆角无关。

 

  在各个探究水平上的每一堂课的课堂对话中,将用于聚焦于过程的课堂对话的时间和用于聚焦于概念的课堂对话的时间分别统计出来[1],结果见表3

 

3 不同探究水平的课堂对话取向比较

 

探究水平

平均每节课聚焦于过程的课堂对话时间(分钟)

平均每节课聚焦于概念的课堂对话时间(分钟)

 

 

1

9min

17min

 

 

2

10

21

 

 

3

8

19

 

 

4

5

17

 

 

5

3

22

 

 

6

4

19

 

 

  从表3可以看出,总体上来讲,探究水平越高的课堂中,在课堂对话中,用于聚焦于过程的时间相对有所减少,而课堂对话中用于聚焦于概念时间变化相对不是很大。

 

  B.不同探究水平下的对话方式比较

 

  从对课堂录像的分析来看,探究性教学的课堂对话主要有如下几种对话方式:教师提问──学生回答──教师评价、学生提问──学生回答──教师评价、学生陈述──学生补充或质疑──教师评价、学生陈述──教师质疑──学生解释。

 

  教师提问──学生回答──教师评价

 

  师(0108):从牛顿第一定律得知,运动时不需要力来维持,但人们不难发现:重力可使物体下落得越来越快,水平面上滑动的物体逐渐停下来时摩擦力作用的结果。这些实例说明了什么?

 

  生:这些实例说明了力是改变物体运动状态的原因,不是维持物体运动状态的原因。

 

  师:很好!坐下。

 

  学生陈述──学生补充或质疑──教师评价

 

  G组(1611):我们组研究的课题是单摆的周期与重力加速度的关系。首先我们测量摆长是502厘米,在不加磁场的时候振动30次所用的时间大概是431秒,但是我们加上2U型磁铁,刚开始摆动的时候它就在那儿转,有点像圆锥摆,我们觉得可能磁场不均匀吧,所以我们加了一个面积比较大的,磁场比较均匀的磁条,测量30次全振动所用的时间是428秒,比原来少了03秒,然后我们加了一个很多磁铁组成的磁铁组,摆动30次所用的时间是425秒,也是差了06秒,所以,我们也不知道是怎么回事,可能是误差或者什么样的。

 

  生1:我认为实验仪器不精密,那零点几秒很可能是由误差引起的。所以我认为周期与重力加速度无关。

 

  生2:只要加磁场的话,它的周期就会变化的。如果是由误差引起的,它不会由大到小。所以我认为g越大的话它的周期就越小。

 

  G组:我们产生了2种观点,具体是什么样的请老师帮我们。

 

  师:大家同意哪个观点呢?我想G同学的经历至少给了我们2个启示:其一,每一个科学发现都不是一帆风顺的,法拉第发现电磁感应现象就经历了十多年的反复探索;其二,要尊重事实,大胆推断,开普勒竟然能以8’之差为天空立法,我们要学习他的敏锐和魄力。最后,建议G组同学把小球和磁场靠得再近一点,再做几次实验,实验就更有说服力了。那么有疑义的同学可以参与到他们的研究。

 

  学生陈述──教师质疑──学生解释

 

  生(2014):……第一个是说的摩擦的问题怎么考虑。我们想了想,如果你将导轨调到足够的特别水平的话,它有摩擦,摩擦本身就产生速度,就影响我们实验数据的测量,所以我们调整的时候故意将一端调整到高一点,使它往一个方向运动的时候重力提供的分力下滑力正好和摩擦阻力是平衡的。

 

  师:我有一个问题,我刚才听到一个减速度,什么概念哪?

 

  生:减速度就是因为摩擦力,咱们不是谈到加速度的概念吗?摩擦阻碍会使它的速度减小,我就给他加了一个字变成减速度。

 

  学生提问──教师反馈

 

  生:(电阻定律)这个电路中的电压表没有偏转,电流表有偏转,怎么回事呢?

 

  师:是没有偏转,还是偏转太小。检查电路了吗?

 

  生:检查了,没有问题。

 

  师:是不是电压表量程太大,有偏转但不明显。

 

  从表4可以看出,在探究水平较低的课堂中,课堂对话的主要形式是教师提问──学生回答──教师评价,其他形式的对话很少发生;而在探究水平较高的课堂中,课堂对话的形式教为多样化,包括学生提问──学生回答──教师评价、学生陈述──学生补充或质疑──教师评价和学生陈述──教师质疑──学生解释等对话形式。

 

4 不同探究水平的课堂对话方式比较

 

探究水平

平均每节课上的各种课堂对话形式的次数

教师提问—学生回答—教师评价

学生提问—教师反馈

学生陈述—学生补充或质疑—教师评价

学生陈述—教师质疑—学生解释

1

3725

/

/

/

2

3320

/

220

/

3

2425

125

425

/

4

1625

325

725

125

5

733

633

1133

333

6

250

850

1350

450

 

  3.问题变量、课堂对话变量与探究水平之间的关联

 

  从前面对各个探究水平上的问题变量和课堂对话变量的分别考查中,我们知道,问题变量和课堂对话变量与探究水平之间存在某种趋势,为了较为清楚地显示这种趋势,我们计算了这22节物理课堂中的变量之间的相关系数,如表5所示。

 

5 问题变量、课堂对话变量与探究水平的相关

 

学生问题数量

教师问题数量

学生问题认知水平

教师问题认知水平

聚焦于概念的对话时间

聚焦于过程的对话时间

“生陈述──师生质疑(或补充)──生解释”对话次数

“师提问──生回答──师评价”对话次数

R

5337*

-4923*

6791**

5637**

0781

-4317*

6571**

-8643**

Sig

2-tailed

0162

0191

0072

0097

4092

0435

0084

0067

注: *表示p <05 **表示p <01

 

  结果显示,学生问题认知水平、“学生陈述-师生质疑(或补充)──学生解释”对话次数与探究水平正相关非常显著。学生问题数量、教师问题认知水平、“学生陈述──师生质疑(或补充)──学生解释”对话次数与探究水平呈现正相关;教师问题数量、“教师提问──学生回答──教师评价”对话次数、聚焦于过程的对话时间与探究水平呈现负相关;聚焦于概念的对话时间与探究水平相关不显著。

 

  四、小结

 

  本研究从问题和课堂对话这两个课堂变量来考察实际的物理教学课堂,研究不同探究水平的物理课堂上这些变量的差异性。对探究性教学的课堂进行的统计分析和个案分析的结果总体表明:探究水平是衡量教师探究性教学的基本指标,与反映探究性教学特征的课堂变量之间密切相关。在探究水平越高的课堂中,学生进行知识建构的自主性越大,教师提供的探究情境越能够促进学生探究,并且教师提供给学生的讲授性指导越少。具体结果如下:

 

  (1)对不同探究水平的课堂教学的问题变量的分析表明,教师和学生提出问题的数量及问题的认知水平与探究水平有关。探究水平越高的课堂,学生提出问题的数量越多,学生和教师提出问题的认知水平越高,教师提出的问题数量反而不是太多。学生提出问题的数量及其认知水平与探究水平呈现正相关;教师提出问题的数量与探究水平呈现负相关。

 

  (2)对不同探究水平的课堂教学的对话取向的分析表明,探究水平越高的课堂中,在课堂对话中,用于聚焦于过程的时间相对有所减少,而课堂对话中用于聚焦于概念的时间变化相对不是很大。概念教学仍然是物理教学的重点,只是在探究水平较高的课堂中,教师减少了聚焦于实验操作的对话互动的时间,让学生自己动手实践。

 

  (3)分析不同探究水平的课堂教学的对话方式发现,探究水平较低的课堂中,课堂对话的主要形式是教师提问──学生回答──教师评价,其他形式的对话很少发生;而在探究水平较高的课堂中, “学生提问──学生回答──教师评价”、“学生陈述──学生补充或质疑──教师评价”和“学生陈述──教师质疑──学生解释”课堂对话形式多样化。进一步的相关分析表明,“教师提问──学生回答──教师评价”对话次数与探究水平呈现负相关;“学生陈述──师生质疑(或补充)──学生解释”对话次数与探究水平显著正相关。

 

  参考文献:                      

 

  [1][美]国家研究理事会.美国国家科学教育标准.北京:科学技术文献出版社,1999

 

  [2]American Association for the Advancement of Science Project 2061 Science for all Americans Author Washington, DC 1989

 

  [3]中华人民共和国教育部.科学(7-9年级)课程标准(实验稿).北京:北京师范大学出版社.2003

 

  [4]布卢姆等著,罗黎辉等译.教学目标分类──第一分册认知领域.1986年,第一版。

 

  [5]徐学福,“研究性学习”之我见,课程.教材.教法,20016

 

  Kuhn D.  Science as argument implications for teaching and learning scientific thing Science Education 199377

 

  Lorsbach, A and K Tobin "coustructivism as a referent for science teaching" NARST news 199230

 

  Roth,WMTeacher questioning in an open-inquiry learning environment interactions of context,content,and student responses Journal of research in science teaching199633

 

  Segal G & Cosgrove M Promoting loud thinking about lignt in elementary school science NARST, San Francisco, CA, April 1995

 

  Suchman,JR The elementary school training program in scientific inquiry US office of education, Project Title VII, Project 216 Urbana university of illinois1962



[1]注:课堂中除了用于这两部分的时间外,还有一些用于课堂组织和学生动手操作的时间。因此,这两部分之和并不等于一节课的时间。另参加全国创新比赛的物理课在3040分钟之间,没有满45分钟。

    
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