生物科学探究对初中生问题解决能力的影响研究_刘竞男.docx

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1、 学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行研究工作所取得的研究 成果。尽我所知，除文中己经注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含其 他个人或集体己经发表或撰写过的研宄成果，也不包含本人或他人己申请学位或 其他用途使用过的成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 作了明确说明并表示谢意 本学位论文若有不实或者侵犯他人权利的，本人愿意承担一切相关的法律责 任。 学位论文知识产权及使用授权声明书 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关成果，知识产权归属陕西师范大 学。本人完全了觯陕西师范大学有关保存、使用学位论文的规定，允许本论文被 査阅和借阅，学校有权保

2、留学位论文并向国家有关部门或机构送交论文的纸质版 和电子版，有权将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 任何复制手段保存和汇编本论文。本人保证毕业离校后，发表本论文或使用本论 文成果时署名单位仍为陕西师范大学。 保密论文解密后适用本声明。 在知识和信息爆炸的新时代，科技和人才的竞争日趋激烈，国际上教育发达 国家都更加重视培养创新人才，让学生学会学习和思维，己成为全社会关注的焦 点，其中如何促进学生的问题解决能 力的提高是现代教育的核心问题之一。改变 传统 “ 灌输式 ” 教学，大力推广和坚定落实科学探宄学习方式是新时代对学校教 育的要求。而传统教学实践中存在轻能力、轻本质、轻

3、素质的理念和做法，阻碍 了对高素质创新型人才的培养，教师未能深刻理解生物科学探宄，在目前理论研 究中未涉及生物科学探究对初中生问题解决能力有怎样的影响？正是本研究力图 阐明的问题。 本研究将理论研究和实践研究结合，采用文献研究法、课堂观察法和实验研 究法，从学生学习行为出发，用教学研究的实践论证生物科学探究对初中生问题 解决能力的影响，力图解决教学实 践中 “ 轻能力、轻本质、轻素质 ” 问题，促进 学习方式的转变。在理论方面为我国生物科学探究学习的实施提供可参考论据； 在实践方面以提高初中生的问题解决能力作为研究的出发点和落脚点，为生物教 师深刻理解 “ 科学探宂 ” 提供基础研宂。 本研究

4、从三个方面着手 。一 是对生物科学探宄和问题解决能力的国内外文献 研究综述。其中包括相关概念界定，科学探究的思想起源及理论基础、要素及基 本特征、分类，问题解决能力的国内外研究现状及心理学基础；二是生物科学探 宂与问题解决能力的相关性研宄。其中包括分析初中生所需解决的生物学问题， 问题 解决能力的结构组成以及形成条件，从而推出生物科学探究是发展问题解决 能力的基础，并论证生物科学探究过程中问题解决能力的培养。三是生物科学探 宂教学对问题解决能力提高的实证研宂。通过对生物科学探宄和传统教学中教师 的教学行为和学生的学习行为分别进行课堂观察，以及对问题解决能力的策略因 素和非智力因素的量表分析，考

5、察生物科学探究对初中生问题解决能力的影响。 通过以上研究，对问题解决能力的结构组成如智力因素（认知思维）、非智 力因素（动机、情感等）及策略因素（学习策略 ）， 从三个角度进行了探讨，结 果如下： 1. 生物科 学探究能显著提高初中生问题解决的思维能力： (1) 生物科学探宂的教育目标注重思维； (2) 生物科学探究的教育内容基于问题解决并具有丰富的学习活动； (3) 生物科学探究的教学过程全程均以科学家探宄方式进行。 2. 生物科学探宄对初中生在问题解决中掌握学习策略有着显著促进作用 ： (1) 基于问题解决过程，启发、锻炼学生运用学习编码策略； (2) 丰富的学习活动更直观地引导学生的选择

6、性注意策略； (3) 亲历探宄过程，促进学生反思和元认知。 3. 生物科学探宄对初中生学习情绪、兴趣、动机及意志有一定积极影响： (1) 营造民主学习氛围，促进学生产生积极学习情绪； (2) 问题为主线的丰富学习活动，激发学生学习兴趣、探知欲望，增强内部 动机； C3)积极的学习情绪、学习兴趣、学习动机为积极思维创造条件。 综上所述，生物科学探宄教学能显著增强初中生思维能力、学习策略，对学 习情绪和学习兴趣都有积极影响，三者相互影响、相互促进，在初中生解决了问 题的时候问题解决能力随之提高。 关键词：科学探究；生物教学；初中生；问题解决能力 Abstract In the new era of

7、 knowledge and information explosion, technological competition and talent competition becomes more intense, the world more emphasis on cultivating innovative talents, so that students learn how to learn and think, has become the focus of attention of the community, including how to promote students

8、 problem-solving skills the increase is one of the core problems of modem education.Change the traditional indoctrination teaching, to promote and strengthen the implementation of scientific inquiry learning is a new era for school education requirements.The traditional teaching practices in light o

9、f the ability to light the nature of light quality philosophy and practices exist, hindering the cultivation of high quality talents, the teacher failed to explore a deep understanding of the biological sciences, in the current study did not involve biological theory of scientific inquiry on junior

10、high school students problem-solving ability and what impact? This study sought to clarify precisely the problem. This study will combine theory and practice, the use of literature research, classroom observation and experimental research method, starting from the students* learning behavior, biolog

11、ical science with practical demonstration on the junior high school students to explore the impact of problem-solving ability, trying to solve the teaching practice, light capabilities, light nature, light quality issues, promote the transformation of learning styles.In theory provides a reference a

12、rgument for our bioscience Research Study; junior high school students in practice to improve problem solving skills as the starting point and goal of the study, a deep understanding of biology teachers scientific inquiry to provide practical guidance and reference, provide confidence and security f

13、or the school firmly implement the scientific inquiry learning. The main contents include: First Review of literature on the ability of biological scientific inquiry and problem solving. Including related concepts, ideas and theoretical basis of the origin of scientific inquiry, basic concepts, elem

14、ents and basic characteristics, classification, problem solving, research status and psychological basis of domestic and international capacity; Second, biological scientific inquiry and problem-solving abilities correlation. Including analysis of junior high school students needed to solve biologic

15、al problems, in problem solving structural composition and formation conditions to launch the biological basis for the development of scientific inquiry is the problem-solving abilities and demonstrate the process of scientific inquiry biological problem solving ability. Third, empirical research ca

16、pacity increased biological scientific inquiry teaching problem solving. Through the teaching behavior of biological science inquiry and traditional teaching of teachers and students in the classroom learning behavior were observed, as well as problem-solving strategies factors and non-intellectual

17、factors of scale analysis, scientific inquiry to investigate the biological problem solving junior high school impact. Due to the structure of problem-solving ability of the composition contains intellectual factors (cognitive thinking), non-intellectual factors (motivation, emotion, etc.) and strat

18、egy factors (learning strategies), through these three studies, achieved the following results: 1. Biological scientific inquiry can significantly improve the ability of junior high school students thinking problem solving: (1) Biological science inquiry focused on thinking educational goals; (2 ) E

19、ducational content based on biological science inquiry and problem solving with a wealth of learning activities； (3) Whole process of Bio-scientific inquiry teaching scientists are exploring ways. 2. Biological science inquiry learning strategies for junior high school students have mastered a signi

20、ficant role in promoting problem solving: (1) Based problem-solving process, inspiration, training students to use learning coding strategy; (2) Rich learning activities more intuitive strategy to guide students in selective attention; (3 ) Experience the inquiry process, promote student reflection

21、and metacognition. 3. Biological science inquiry learning for junior high emotions, interests, motivation and will have a positive impact: (1) Create a democratic learning environment to promote student learning positive mood; (2) Problem-based learning activities enrich the line, to stimulate stude

22、nt interest in learning, Discovery desire, enhance internal motivation; (3) Active learning, emotional, learning interest, motivation to create the conditions for positive thinking. In summary, biological science inquiry teaching junior high school students can significantly enhance thinking skills,

23、 learning strategies have a positive impact on learning, emotional and learning interest and mutual influence of the three mutually reinforcing, in junior high school students to solve the problem when the problem-solving ability increases. Keywords: scientific inquiry ; biology teaching ;Junior sch

24、ool students; problem solving skills 目录 m . i Abstract . Ill 第 1 章问题的提出 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.1.1新时代为培养创新型人才对学校教育的要求 . 1 1.1.2教学实践中普遍存在的问题 . 1 1.1.3目前文献研究状况及研究存在的不足 . 2 1.2研宄创新之处及价值 . 3 1.3研究方法 . 3 1.3.1文献研究法 . 3 1.3.2课堂观察法 . 3 1.3.3实验研宂法 . 4 第 2 章生物科学探究的相关理论研究 . 5 2.1相关概念界定 . 5 2.1.1科学探宄 . 5 2.1.2生物科学

25、 探究 . 5 2.1.3问题解决能力 . 6 2.2科学探究的目前研宄概况 . 7 2.2.1科学探宄的思想起源及理论基础 . 7 2.2.2科学探宄的要素及基本特征 . 8 2.2.3科学探究的分类 . 9 2.3国内外关于问题解决能力的研究概况 . 11 2.3.1国外关于问题解决能力的研宂概况 . 11 2.3.2国内关于问题解决能力的研究概况 . 13 2.3.3问题解决能力的心理学理论基础 . 13 第 3 章生物科学探究与问题解决能力相关性研究 . 17 3.1初中生所需解决的生物学问题 . 17 3.2问题解决能力的结构组成 . 18 3.3问题解决能力的形成条件 . 19 3

26、.4生物科学探宂是发展问题解决能力的基础 . 20 3.4.1生物科学探宂的教育目标侧重思维发展 . 21 3.4.2生物科学探宂的教育内容具有综合性 . 22 3.4.3生物科学探究的教育过程具有全程性 . 23 3.5生物科学探究过程中问题解决能力的培养 . 24 第 4 章生物科学探究教学对问题解决能力提高的实证研究 . 29 4.1研宄目的 . 29 4.2研宄方法 . 29 4.2.1被试对象 . 29 4.2.2实验设计及假设 . 29 4.2.3实验材料 . 30 4.2.4实证研究过程 . 31 4.3实证研究结果 . 32 4.3.1生物科学探究能显著提高初中生问题解决的思维

27、能力 . 32 4.3.2生物科学探究显著促进初中生问题解决能力的策略因素 . 42 4.3.3生物科学探宄能积极影响初中生问题解决能力的非智力因素 . 45 4.3.4生物科学探究教学对问题解决能力提高的实证结果讨论 . 48 第 5 章结论与建议 . 51 5.1 雜 . 51 5.2提高初中生问题解决能力的教学建议 . 51 5.2.1对学校的建议 . 51 5.2.2对生物教师的建议 . 52 53 参考文献 . 55 59 Sc m . 62 攻读硕士学位期间科研成果 . 65 第 1 章问题的提出 1.1 研究背景 1.1.1 新时代为培养创新型人才对学校教育的要求 在知识和信息爆

28、炸的新时代，科技的竞争和人才的竞争日趋激烈，国际教育 发达国家都更加重视培养创新型人才，高水平的认知功能、迅速获得信息的能力、 更快地适应多变的工作环境的能力、判断及创新地解决问题的能力，己成为每一 个人能够生存、发展和有所作为的必要条件，也对学校教育提出了更高的要求。 让学生学会学习和思维，己成为全社会关注的焦点，其中如何促进学生的问题解 决能力的提高是现代教育的核心问题之一。面对时代的要求，许多国家都提出了 教育政策。例如， 1980年美国数学教师协会在关于行动的议程中提出 “ 在解 决问题方面做出的成绩如何，将是衡量数学教育成败的有效标准 ” 后，英、日、 美、加等国家均把提高学生问题解

29、决能力看做当前教育的主流及中心任务 1;美国 教育部国家教育目标在 1991年就提出，到 2000 年要大力改善大学生的问题解决 能力。而我国的国家中长期教育改革和发展规划纲要 （ 2010 2020年）中也 强调了培养创新人才要注重学思结合，倡导探宄学习，帮助学生 学会学习 2。因此， 为培养创新型人才，大力推广和坚定落实科学探究学习方式是新时代对学校教育 的要求。 施瓦布 （ (Klaus Schwab)在杜威 （ John Dewey)科学教育理论的启蒙下，首 次提出了科学探究的概念 341。新世纪，科学探究和提高学生的问题解决能力都是 我国新课程改革和新课标所提倡的。义务教育生物学课程

30、标准（以下简称课 标）倡导探宄性学习，力图促进学生学习方式的变革，引导学生主动参与探究过 程、勤于动手和动脑，逐步培养学生分析与解决问题的能力，重在培养创新精神 和实践能力 4。而生命科学是一门实验学科，具有很强的严谨性和实践探索性，它 所特有的生命性、广泛性、实验性、时代性等特点决定了更高的能力要求。生物 科学探宄是学生学习生物课程、认识生命大千世界的一种有效学习方式。因此， 学习生物学，科学探宂学习理应是学生最乐于采用的。 1.1.2 教学实践中普遍存在的问题 然而在教学实践中普遍存在的问题是 重 知识，轻能力 。传统 “ 灌输式 ” 教 学使学生长期处于被动地位，缺乏学习上的主动性，缺乏

31、探宄能力、思考能力和创 造能力，尤其是缺乏问题解决能力，学生在 学习过程中力求记住一些现成结论、原 理、公式，知其然而不知其所以然 。 重形式，轻本质 。部分教师为响应新课改 要求，为探究而探究，出现严重的形式化现象，而没有深刻理解科学探究学习方 式的本质，认识层面只停留在知道 “ 科学探究学习能培养学生能力 ” ，但并没有 理解透彻 。 重成绩，轻素质 。多数教师和学生将学习成绩好等同于学习能力强， 认为提高了成绩便是提高了学习能力，达成了人才培养的目的，这使得 “ 素质教 育 ” 成为了口号。 轻能力、轻本质、轻素质的理念和做法都不利于科学探宄学习真正地落实， 阻碍了对高素质创新型人才的培

32、养。 1.1.3目前文献研究状况及研究存在的不足 针对这些问题笔者通过在中国知网查阅 2000-2014 年国内外相关文献，发现 以 “ 科学探究 ” 为篇名共检索到 3326篇，其中以 “ 科学探宄 ” 和 “ 生物 ” 为篇名 检索到 83篇文章，而以 “ 问题解决能力 ” 为关键词的 110 篇，而对 “ 科学探宄 ” 和 “ 问题解决能力 ” 为篇名和关键词的检索则没有，不难发现鲜有科学探究学习 对问题解决能力的影响研究。通过文献研究，发现国内科学探宄的研宄主要集中 在科学探究的本质、现状和实施策略，遍布小学教育、中学教育和大学 教育领域。 国外研究则多关注作为教学内容的科学探究和着眼

33、于科学素养的科学探究理论研 究，在 springer 数据库的认识论与哲学领域中检索2004-2014年 “problem solving ability” ， 发现有 1462篇，主要集中在心理学范畴但在教学领域中少有。 1960 年 后，认知心理学重新被高度关注，问题解决从此就是认知心理学家的研究重点。 目前，美、英、加、日、法等国家的课程标准中均有提出要培养学生的问题解决 能力，在教材的文本形式中都涉及问题解决原则和问题解决主题等内容 5。国内研 究自 20世纪 90年代开展以来，该领域研究有四个特点：其一，研宄内容主要集 中在问题解决的内涵、教学理论的构建及其模式、心理机制、相应策略、

34、结构不 良问题解决等方面，其二，大多在数学学科领域展开探讨，生物学科数量极少； 其三，教学研究较多集中在中小学，较少涉及高等教育阶段；其四，研究问题解 决能力的认知过程和方法较多，忽略对非智力因素和策略因素的影响分析 6。 目前研究存在的不足有： 专著多为理论研究且相对空泛，在实践方面对教 学指导操作意义不明显； 期刊多为教学策略，以中学教师的教学经验为基础， 仅停留 在经验层面且没有显现实践结果，缺乏运用较为成熟的心理学理论研究指 导； 一线教师多从经验层面思考，专家多从理论层面研宄，缺乏具备理论指导 实践的操作研宄，广大生物教师并未深入领悟科学探究学习； 问题解决能力的 研究较少与生物学科

35、研究相结合，也忽略对非智力因素和策略因素的影响分析。 1.2 研究创新之处及价值 本研宄的创新之处有两点，一是在理论研宂方面提出生物科学探宂对问题解 决能力的影响模型，二是设计编制并应用合理的课堂观察量表和调查量表，在实 践教学中获取学生学习行为等实验数据并进行科学分析。 本研宄将理论研宄和实践研宂结合，从学生学习行为出发，用实践论证生物 科学探究对初中生问题解决能力的影响，力图解决教学实践中 “ 轻能力、轻本质、 轻素质 ” 问题，促进学习方式的转变，以弥补目前研究的不足。 在理论方面为 我国生物科学探宄学习的实施提供可参考论据； 在实践方面以提高初中生的问 题解决能力作为研究的出发点和落脚

36、点，为生物教师深刻理解 “ 科学探究 ” 提供 实践指导和参考，为学校坚定落实科学探究学习提供信心和保障， &图为实践研 究増添理论基础。 # 1.3 研 究方法 1.3.1 文献研究法 文献研宄法主要指搜集、鉴别、整理文献，并通过对文献的研 f 形成对事实 的科学认识的方法。本研究通过查阅大量国内外的生物科学探宄及问题解决能力 的书籍、期刊等相关资料，对有关文献进行分析整力或重新分类研究，试图探索 生物科学探宂对初中生问题解决能力的影响，为本研究提供可借鉴的理论支撑。 1.3.2 课堂观察法 课堂观察是指教育观察者对课堂进行全面或有侧重点的记录与分析，并依据 资料做相应研宄的一种教育科研方法

37、。课堂观察量表作为记录工具，可从学生学 习、教师教学、课程性质、课堂文化四个维度进行观察，对课堂的分析更加全面 , 效率更高 71。 本研究按照课堂观察的原则，结合国内研究者的相关研宄（宋秋前， 2004; 邵怀领， 2009;崔允瀞， 2010)制订了对生物传统课堂和探宄课堂观察的量表， 从学生学习维度的准备、互动、达成三个视角出发，依据生物科学探究的特征和 问题解决能力的结构组成进行设计可观察、可记录、可解释的观察点 8。 （ 见附录 3 一）选择同一学校的两个不同校区的初中学生作为观察对象，其中一个校区的学 生有较多的生物科学探究的机会，另一个校区的教学为传统授受式，通过对不同 课堂活动

38、中师生的行为进行观察、记录，并且结合问题解决能力的策略因素和非 智力因素的问卷调查的结果，以学生的学习情况为依据进行分析，寻求学生行为 是否具有差异，若有进一步分析差异产生的原因并依据结论提出提高初中生问题 解决能力的有效策略。 1.3.3 实验研究法 教育实验研究法是按照研究目的，研究者合理地控制或创设一定的条件，人 为地变革研究对象，从而验证假设，探讨教育现象因果关系的一种研究方法。本 研宄通过对采用不同学习方式（科学探究式、 传统授受式 ） 的初中生物课堂进行 学习行为观察，以及对初中生问题解决能力的策略因素和非智力因素展开问卷调 查，然后分析其问题解决能力的认知思维、策略因素和非智力因

39、素是否存在差异， 与学生不同学习方式各个教学环节有怎样的相应变化，运用 spssn.o 软件进行 r 检验和方差分析，从而探索生物科学探究与学生的问题解决能力间因果关系。 第 2 章生物科学探究的相关理论研究 2.1相关概念界定 2.1.1 科学探究 “ 科学探宄 ” 一词最初是由英文 “Scientific Inquiry Learning” 翻译而来。 1961 年，施瓦布以 “ 作为探究的理科教学 ”（ The teaching of science as enquiry)为题， 阐述了基于科学之上的理科教学论，提出了探究学习的概念，主张学生要用探究 学习方式来开展学习。他这样定义的探究

40、学习：学生通过主动参与获得新知的过 程，掌握研究生命世界所必要的探究能力；同时，形成相应的科学概念；进一步 养成探索未知的积极态度。该界定包含了三层意思：一是探究学习要求学生经历 知识产生的过程并在探宄中学习研究自然的方法和技能；二是探宄学习要求形成 科学知识和科学概念；三是探宄学习希望学生形成乐于继续对未知世界进行探宄 的科学态度。实质上展现了探宄学习的目的，就是要落实当今所倡导的科学素质 教育，但是该定义并没有明确揭示探宄学习的内涵。探宄研宂文献中学者们对探 究提出各种不同的看法，大致可分为两大类：一是把它看做科学家们所做的事情； 二是把它看做教或学的过程。美国国家科学教育标准实际上认可了

41、这种划分 : “ 探宄科学探宄指的是科学家们用以研究自然界并基于此种研宂获得的证据提出 种种解释的多种不同途径。科学探究也指的是学生们用以获取知识、领悟科学的 思想 观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动 923。 ” 后一句 的探究指的是教学中的探究。 根据思考科学探究学习的目的和内涵两个维度，现提出如下界定：科学探究 学习是指学生围绕一定的问题或材料，在教师的指导下，调动已有知识、经验和 技能，运用科学方法解决问题，自主建构科学概念或信息，理解科学本质的学习 方式。 2.1.2 生物科学探究 作为自然科学，生物学与物理、化学等学科相似，都是以自然界为研究对象， 组成生物科学的内容是生物科学知识，但不同的是生物学研宄自然界中有生命的 部分，因此存在诸多