科学过程技能及其培养策略

吴银银

(西北师范大学 教育学院,甘肃 兰州 730070)

科学过程技能及其培养策略

吴银银

(西北师范大学 教育学院,甘肃 兰州 730070)

生物学科学探究能力的形成是建立在动作技能、认知技能与探究技能整合的科学过程技能的基础之上。分析科学过程技能及其分类,科学过程技能与能力的关系,探讨培养学生过程技能的策略,使其促进学生学习素养的提高。

科学过程技能;新课程;策略

能力目标是中学生物学新课程三维目标中的一个重要维度。能力的养成是建立在基础教育中所要求掌握的各种过程技能整合的基础之上。中学生物学课程标准中有关“能力”方面的要求,主要是从动作技能、认知技能与探究技能三个方面规定的。其中,科学过程技能是知识转化为能力的中间环节。中学生物学新课程注重在科学过程技能的培养中,发展学生的科学探究能力。

一、科学过程技能及其分类

《教育大辞典》认为,技能是主体在已有知识经验的基础上,经练习形成的执行某种任务的活动方式。[1](P147)把技能定义为活动方式的缺点是未反映知识与技能的关系。看不清知识与技能的联系,教师就无法有效地指导技能的习得。皮连生主张用广义的知识观解释学生习得的技能。他认为,技能就是在练习基础上形成的、按某些规则或操作程序顺利完成某种智慧任务或身体协调任务的能力。技能的本质是规则支配了学习者的行为。[2](P127)从现代信息加工心理学的观点看,技能是广义知识中的一种类型,即程序性知识。技能的习得有两种情况:(1)先知道操作的规则,然后学会用这些规则来支配自己的行为。如,显微镜的使用方法,临时装片的制作方法。这种技能的习得是规则学习在先。学生经反复地运用,当规则支配了他们的行为时,就形成了技能。(2)行为在先,对行为规则的意识在后。这类技能的习得主要是通过模仿和自觉发现进行的。进行探究性实验的学习就是一个典型的例子。通过一系列探究性实验,学生逐渐掌握探究的程序与实质。可见,技能的本质是知识的运用,即程序性知识的运用。[2](P127)

科学过程技能是由一系列技能构成的。根据视角的不同,对技能的分类就有所不同。在SAPA课程中,共列出了 13项科学过程技能,Brotherton和 Preece则列出了18项技能。[3]美国科学促进协会在课程教学研究中,将“科学过程技能”分为两部分共14种技能:基本的过程技能包括:观察、测量、应用数值、分类、应用时空、表达沟通、预测与推论;复杂的综合技能包括:从事适当的定义、形成假说、解释资料、建立模型、控制实验因子与从事实验。[4](P278,P296)由此可见,基本过程技能是综合技能的基础,而综合技能是在基本过程技能的基础上发展起来的。基本过程技能和综合技能始终相互支持与促进,两部分技能的整合构成了中学生物学的科学过程技能。

目前对生物学过程技能目标体系没有清晰的界定,汪忠教授指导的硕士论文在这方面作出了尝试。认为,生物学过程技能是由动作技能、认知技能、科学过程技能以及科学探究技能构成的目标体系 (图1)。[5](P23)本文认同以基本动作技能和基本认知技能为基础,由诸多过程技能构成的以科学探究技能为核心的技能体系。中学生物学动作技能和中学生物学认知技能是中学生物学技能教育的基本内容之一,是从事生物学学习和研究的最核心的技能,也是形成科学探究技能的基础。科学探究技能是中学生物学技能目标体系的核心,因此,不发展学生的科学探究技能,科学探究能力的养成就无从谈起。

图1 生物学技能目标体系

二、科学过程技能与能力的关系

(一)生物学课程标准中的表述

一般说来,学生所学的知识不能直接转化为能力,科学过程技能是生物学知识转化为能力的中间环节。只有学生把生物学知识运用于实践,形成一定的过程技能,才能发展为具备个性心理特征的能力。科学过程技能和能力是既有区别又有内在联系的概念。科学过程技能是完成一定任务的活动方式,能力是个体为顺利完成任务所具备的个性特征。诸如观察、思维、记忆等能力是形成某种技能的前提。可见,能力的作用主要表现在支持和促进学生掌握相应的技能以及对该技能的调节上。此外,科学过程技能的养成又可促进各种能力的发展。从中学生物学课程标准对于学生能力的要求(表1),[6](PP.4-5)[7](P8)可以进一步看出科学过程技能与能力之间密切的关系。生物学课程标准在能力方面强调能力的实用性,突出基础能力的重要性。着眼于生物学知识和相应能力对学生工作和生活的作用与影响。从这些能力目标中可以看出,科学过程技能在能力目标中占据着极其重要的核心地位。

(二)教科书 (人教版)中的表述

在初、高中生物学课程标准中,基本技能的目标包括操作层面的动作技能和科学思维层面的认知技能。课标要求学生掌握进行科学探究所必需的基本技能,学会进行科学探究的基本方法,以便学生既会实际动手操作,又善于思考。可见,我国生物学新课程顺应国际科学教育改革的趋势,突出了科学过程与科学方法应该具有的地位。在此,对课程标准实验教科书 (人教版)中培养科学过程技能的内容进行统计与分析 (表2)。

表1 生物课程标准对于能力的要求

表2 人教版教科书中科学活动的数量统计

对于初中阶段已经讲述的科学方法在高中阶段不再作为教材的重点介绍,如观察、调查、设计、课外实践等。高中阶段强调模型建构、资料搜集等。“模型建构”目的是让学生领悟和运用建构模型的方法,“资料搜集和分析”旨在培养学生信息搜集和处理能力,“思考与探究、讨论”旨在培养学生思维能力,“实验”能够培养学生操作技能和观察能力。中学生物学课程注重在完整的探究过程中来培养学生的科学方法意识与全面提高科学探究能力。初、高中生物学共有34个探究实验,这是培养学生自己从事完整探究活动能力的重要途径新教材以生物学基础知识为教材的逻辑主线,同时,将生物学科学方法以适当的形式嵌入其中。新教材改变知识呈现的方式,设置了这些科学过程技能栏目,对学生进行多种技能的训练,为学生发展能力提供了基础平台。教材没有对某一项具体的技能做出解释,而是把学生应该掌握的科学探究过程技能融合在具体的生物学知识的学习过程中。科学探究过程技能又作为学生学习生物学知识的一种载体。可见,科学探究技能的养成和生物学知识的习得互为渗透。因此,生物学教师在生物学教学中应该既要重视生物学基础知识,也要突出基本的科学方法。

其中,“技能训练”专栏就科学探究的某一环节创设情境,提出问题,以训练过程技能。表3中列出了技能训练中科学活动。此外,高中生物学几乎每章“自我检测”中都有“技能应用”,旨在进一步训练过程技能。

表3 人教版生物学教科书中技能训练科学活动的数量统计

科学探究活动在中学生学习生物学中具有重要的价值。在科学探究活动中,促进学生把生物学知识同观察、推理和思维的技能整合起来,从而可以使学生能动地获得对生物学的理解。在科学探究活动中,参与计划、决策、讨论与评价的过程来解决问题。学生在这个过程中形成的能力有助于实际问题的解决。

三、科学过程技能的培养策略探寻

(一)注重学生在探究过程中理解科学

科学不仅仅是知识,学习科学应该是一种解决问题的过程。学生只有在解决实际问题的过程中,通过科学研究的方法和程序才能真正理解科学。对于许多学生来说,当他们需要解决一些感兴趣的又与他们的实际能力相适应的问题时,他们便发现需要科学知识,从而产生学习的积极性,并抓住学习的要点。新教材设置了许多适合学生探究的活动。Hodson认为,人们不能直接有效地应用科学家进行科学研究的方法和程序。因为科学家进行研究的方法和程序依赖于他们的经验,所以,这些是不可以直接传授的。唯一有效的途径是通过科学探究,并且要得到有技能、有经验的教师给予支持、批判与建议。[8]在探究过程中,要让学生能够有机会参与到学习共同体的文化情境之中,促进学生更好地进行知识建构。教师在生物学教学中,不可以简单地把探究过程理解为具体的“操作”活动,而应该真正做到促进学生知识建构和科学思维,培养学生的实践能力和实际问题解决能力。

(二)注重从恰当的问题开始探究

在探究中学习生物学是学习生物学的一种有效途径。应该让学生在积极地参与探究的过程中逐渐对生命现象有所认识。对一些实际问题进行力所能及的探究。对于问题意识强的学生来说,一旦发现了问题,就会产生解决问题的需要和内驱力,产生认知不平衡,从而激起强烈的求知欲,唤起内在的需求与兴趣,激励其进行积极自主的思维,直到解决问题。[9]教师应该在学生熟悉的情景与生活经验中提炼出适合于学生探究的问题让学生探究。这种贴近生活的探究符合学生的理解能力。让学生从实际出发,通过手脑并用进行探究活动,体验探究过程的曲折和乐趣,学习科学方法,发展科学探究所需要的基本能力并增进对科学探究的理解。探究的问题能够密切联系学生的生活,且能充分激发起学生探究的欲望,并能够通过他们的努力而加以解决。在这些具体实际问题的解决过程中,学生能够理解科学、体验成功的快乐,也能够提高生物学素养。

(三)注重学生语言技能提高

科学知识的学习与认知活动有关,涉及认知的过程,如猜想、分类、区分原因和结果、推论和总结等,这些都涉及语言技能。收集和处理信息、交流与合作也需要语言技能。[10]其实,在学生学习科学知识之前,他们已经形成了对自然现象的一些自我理解,但是,这些理解是使用日常语言来表达的,其中有相当的一部分就是学习生物学知识的前概念。这种自我式的理解和表达既可成为学生学习的基础,也有可能对学生的学习造成干扰。因此,在学生进行生物学的学习和交流过程中,生物学教师要促进学生解决好日常语言与科学语言的关系。

面对日益丰富的信息资源,获取信息的渠道也就逐渐增多。在这种现实下,新课程的教学空间要更加开放,这样学生就可以通过多种信息渠道获取信息。其中,学生获取信息、知识的一条重要的途径就是阅读,阅读技能也是一种基本的语言技能。在探究能力中,交流技能是其中重要的能力之一。有效表述是交流的基本前提,这就要求学生能够用科学语言把自己的观点精确地表达出来,只有把自己的观点表述清楚了,才能让别人了解自己的观点。因此,表达能力欠缺就会造成交流与沟通的障碍。这就要求生物学教师在日常教学中要有意识促进学生科学语言技能的发展。

综上所述,中学生物学新课程注重对中学生科学过程技能的养成,提高中学生的生物学探究能力是中学生物学中重要的目标。随着学生了解有关生命现象,以及对一些基本技能的掌握,他们就能够进行系统的调查活动与进行一些实际探究。科学探究能力的提高要与具体的生物学知识结合,围绕探究、设计、交流技能把观察、测量、绘图、实验等具体的科学探究过程技能蕴含于其中。应该将科学方法、思想渗透在学习生物学知识之中,其实,将科学方法、思想当知识来教,这样过于显性化的方式是低效甚至无效。在学习生物学知识的过程中,要让学生在解决问题的过程中,掌握科学过程技能,理解科学的本质,达到提高学生的生物学素养的目的。

[1] 顾明远.教育大辞典 (第1卷)[K].上海:上海教育出版社,1990.

[2] 皮连生.教育心理学 (第3版)[M].上海:上海教育出版社,2004.

[3] 王健,刘恩山.生物学教育中的科学过程技能[J].生物学通报,2007,42(1):33-34.

[4] 陈志伟,陈秉初.中学科学教学论 [M].杭州:浙江教育出版社,2007.

[5] 程晴华.高中生物教科书中技能目标的比较和研究[D].南京:南京师范大学,2007.

[6] 中华人民共和国教育部.全日制义务教育生物课程标准 (实验稿)[S].北京:北京师范大学出版社,2001.

[7] 中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准[S].北京:人民教育出版社,2003.

[8] Randy L . Bell , et al. J ust Do It ? Impact of a Science App renticeship Program on High School Student s' Understandings of the Nature of Science and Scientific Inquiry [J]. Journal of Research in Science Teaching , 2003 , (5) : 488.

[9] 郅庭瑾.为思维而教 [J].教育研究,2007,(10):47.

[10] 陈庆朋.语言技能与科学课程学习 [J].课程·教材·教法,2007,(1):62-65.

Scientific Process Skills and the Strategies for Developing the Skills

WU Yin-yin
(School of Education,Northwest Normal University,Lanzhou,Gansu,730070,PRC)

The formation of scientific inquiring ability in the science of biology is based on the integration of motor skills,cognitive skills and inquiring skills.This article first analyzes the meaning and the classification ofscientific process skills,and the relationship between scientific process skills and competence as well.Then,it discusses the strategies that can be used to develop students'scientific process skills.

scientific process skill;new curriculum;strategy

G 633.91;G 632.4

A

1674-5779(2011)02-0101-04

(责任编辑陈育/校对云月)

2011-02-17

吴银银 (1978—),女,浙江台州人,西北师范大学教育学原理专业博士研究生,主要从事科学教育、教师教育研究