從習題到原始問題：科學教育方式的重要變革

邢紅軍等：從習題到原始問題：科學教育方式的重要變革一、習題與原始問題的比較在科學教育中引入習題的初衷是，鞏固和加深學生學習的知識，考查學生掌握知識的水平，培養(yǎng)學生應用知識解決問題的能力。物理高考命題委員會認為：“做題是非常重要的。我們主張要做題，但并不贊成搞題海戰(zhàn)。因為題海戰(zhàn)盲目追求解題的數(shù)量，不重視解題的質(zhì)量，使學生根本來不及對習題以及與習題有關(guān)的問題進行思考”其實，即使是重視解題質(zhì)量的做題也很難有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力。這是因為，每一道習題都是從原始問題抽象而來，已經(jīng)把原始問題的一些次要細節(jié)、非本質(zhì)的聯(lián)系舍去，沒有科學現(xiàn)象與事實作為背景，甚至完全脫離科學現(xiàn)象，即學生思維的一部分已經(jīng)被習題編制人員“越俎代庖”地完成了。同時，習題教學還存在著模式化傾向，缺乏科學思想的分析，太重視程序與計算、熟練與技巧。因此，在一定意義上說，我國學生創(chuàng)造能力的匱乏是習題教學的直接后果。事實上，科學最重要的部分是與現(xiàn)象有關(guān)的，現(xiàn)象是科學的根源。從這個基本思想出發(fā)。我們認為：解決我國科學教育低效能的重要措施就是要打破傳統(tǒng)習題教學一統(tǒng)天下的局面，通過引進原始問題來逐步使習題教學與原始問題教學相結(jié)合，從而達到提高科學教育效能的目的。所謂原始問題，是指自然界及社會生活、生產(chǎn)中客觀存在、能夠反映科學概念、規(guī)律本質(zhì)且未被加工的典型科學現(xiàn)象和事實。而習題則是把科學現(xiàn)象和事實經(jīng)過一定程度抽象后加工出來的練習作業(yè)。兩者的關(guān)系如圖1所示。由圖1可知，學生解決原始問題需要經(jīng)歷二個相互銜接的過程：第一，問題是針對什么科學現(xiàn)象和事實的，弄清楚原始問題是什么(What)，即認識問題；第二，原始問題怎樣通過分解、簡化、抽象后轉(zhuǎn)化為科學模型(How)，即科學建模；第三，怎樣定性或定量的通過演算和推導解決問題(How)，即解題技巧。確切地說，原始問題的表述形式是對科學現(xiàn)象的描述，它基本上采用文字敘述的方式呈現(xiàn)科學現(xiàn)象，與習題顯著不同的是，沒有習題中常常給定的已知量、未知量，需要學生根據(jù)需要去設置。比如，1995年10月28日，加拿大人科克倫手握長桿走鋼絲跨越長江三峽?？瓶藗惾绾问褂檬种械拈L桿？這樣的問題就稱為原始問題。相反，目前科學教育中廣泛采用的習題卻很難為學生提供這樣的情境。由于歷史的原因，我國傳統(tǒng)的習題教學往往側(cè)重圖1的第二個過程(建模)和第三個過程(技巧)，特別是注重第三個過程(技巧)，而尤其缺少第一個過程(認識)，對科學現(xiàn)象和科學事實把握不夠。因此，致使很多學生只知道根據(jù)已知條件去解題，遇到實際問題則常常束手無策。其實，早在上個世紀，蘇聯(lián)心理學家馬丘什金就將習題與問題情境進行了比較與區(qū)分。他指出：“習題和問題情境是具有‘原則性區(qū)別’的概念，因為它們標志著不同的心理現(xiàn)實?！睉斦f，這是非常重要的見解。在國內(nèi)，趙凱華先生覺察到這個問題。他指出：“在我們的教學中，同一問題，既可以把原始的問題提交給學生，也可以由教師把問題分解或抽象成一定的數(shù)學模型后再提交給學生。習慣于解后一類問題的學生，在遇到前一類問題時，往往會不知所措?！憋@而易見，在科學教育中明確原始問題與習題之間的區(qū)別是有著相當重要的理論與現(xiàn)實意義的。二、原始問題的教育價值隨著教育研究的不斷深人，教育領域出現(xiàn)了一門運用生態(tài)學方法研究教育的科學—教育生態(tài)學。教育生態(tài)學強調(diào)在真實、自然情境中研究教育規(guī)律以及學生的心理活動規(guī)律，強調(diào)提高教育活動的可應用性和普遍適用性，建立合理的教育生態(tài)環(huán)境，提高教育的效益，促進人才迅速成長和發(fā)展。生態(tài)學是19世紀末在生物科學中成長起來的一門科學，它的研究對象是生物個體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)。其研究任務是探索有機體與環(huán)境之間相互作用的規(guī)律及機理，研究生物的生存條件以及生物與其生存環(huán)境之間的相互關(guān)系。在研究方法上，生態(tài)學家一般采用描述性分析方法，即先對現(xiàn)象進行描述，而后再做分析。在科學教育中強調(diào)生態(tài)性，乃是源于習題教學固有的局限性。我們知道，習題教學具有許多優(yōu)點。然而，隨著科學教育研究的深人，習題固有的缺陷—即人為性也日益暴露出來。由于習題情境是人為設置且條件控制嚴格，因而使科學教育情境的真實性受到破壞，使學生解答習題的認知心理及行為表現(xiàn)與解決原始問題的認知心理及行為表現(xiàn)相去甚遠。這樣，就削弱了科學教育特有的教育價值。我們知道，在真實的情境中，科學教育活動受到多種因素影響，這些因素又是相互作用、相互影響的，是一個完整的過程，科學教育活動是該系統(tǒng)中各因素相互作用的綜合結(jié)果。然而，習題教學卻將這些因素孤立開來，僅局限于特定情境中某些特定因素對科學教育活動的影響，因而就難以揭示真實、自然條件下的科學教育規(guī)律。通過借鑒教育生態(tài)學的有關(guān)思想，我們提出了科學教育生態(tài)化的基本觀點：1.科學教育活動不是孤立的，而是與科學現(xiàn)象有機地聯(lián)系在一起的，處于一個復雜的關(guān)系之中；2.科學教育活動既受到自身內(nèi)部因素的影響，又受到外部因素的影響；3.科學教育活動應當在科學生態(tài)環(huán)境與社會生態(tài)環(huán)境中進行，以揭示真實、自然條件下學生的心理活動規(guī)律與科學教育規(guī)律；4.科學教育活動應注重研究學生與其所處環(huán)境之間的相互作用；5.科學教育活動應注重研究學生在與其所處環(huán)境相互作用過程中的主動性。柄靜動在科場學教泊育中包，原業(yè)始問圍題教雙學并票不局醫(yī)限于狀教育裹生態(tài)碎學強嫩調(diào)的飼情境與，而巖是以利生態(tài)讓學思蔬想為恥指導膚，把賽科學亦知識奧融人聾科學顧現(xiàn)象事之中只并以音原始筍問題預的形怪式呈功現(xiàn)，恥主張鴨把習恢題固練有的俘嚴格豐性移答植到材自然揚、真籠實的往科學駱環(huán)境下中，慎并在愉其中抄揭示罪科學商教育節(jié)活動吹的因差果關(guān)鐘系。偷因此朗，原慨始問晃題教犯學所允采用證的方臘法，醉具有浸既不秋同于督習題粥教學材強調(diào)墳推導呈、演鐮算而冰忽視好學生蘭能力鄙培養(yǎng)宵的特裕點。悄又不尿同于菜研究券性學質(zhì)習為奇探究捕而犧茄牲知纏識傳漫授效弦率的港特點隱。它陵強調(diào)香給定陽的情己境雖林然是魔原始依的，坊但問抗題本陳身又頓必須步是嚴逐格的把。也努就是炊說，優(yōu)它要磚求提截高科除學教屆育的狠外部乎效度補，而北又毋翁需以舒降低其內(nèi)部遣效度犁為代名價。政因此眨，原策始問殃題教即學就荷具有忠以下泰教育棚價值找。朝首先份，它焦有助意于解桌決目第前科蟻學教螺育內(nèi)扇部效予度和從外部職效度作不能稼同時城得到職滿足段的矛誼盾。猴我們誼知道尺，習值題教龜學雖暈然內(nèi)遮部效條度較液高，艘但缺腦乏外跪部效夢度。胞一般魄認為搞，內(nèi)蒜部效富度是香外部琴效度背的必飾要條售件，維但不碑是充觀分條縫件。欄內(nèi)部丙效度淋低的虜教育梨結(jié)果秧就談賴不上榴對其抵他情評境的病普遍工意義紛；然悅而內(nèi)擊部效記度高奸的教悼育結(jié)灑果卻伴不一霉定能因夠一英般化眼到現(xiàn)敞實中炒去。記研究染性學獸習雖翻然具虜有較亂高的條外部境效度套，但枕卻難搖以保自證科舍學教泊育的蝴內(nèi)部磚效度北；原興始問絕題由皺于將糧習題暖的嚴寸格控頁制應甜用于發(fā)科學托現(xiàn)象趴之中循，并文且經(jīng)沸過抽曬象之哀后可甩以成開為習禽題，往就使刻得它咬在一她定程高度上弄具備測高效甘完成呆間接摘經(jīng)驗賴知識海內(nèi)化蓋的功揉能，好從而添將內(nèi)陳部效納度和修外部西效度典較好吉地統(tǒng)飽一起渡來。失謠帥其次貓，在互原始抗問題占教學略中，醉學生學的認箏知心絲理與鬼行為露表現(xiàn)浴都比孫較真下實，驅(qū)因此壩，能陶夠較臥好地躁揭示則科學舟教育極中學僻生的眨心理吉規(guī)律散和學飄習規(guī)頃律。博為了泥驗證路這一罪觀點尺，我詠們運量用原待始物斜理問舊題和存由其裹改編妻而成陰的習胖題對診高中帆學生握進行另了測澤試，艇結(jié)果閥表明鉤：原扣始物糊理問溜題卷持的平叛均分洋為慧39竹.裕5稠，而騎習題義卷的愛平均遺分為嶼70始，差忘異顯宗著，過且前率者得華分呈研正態(tài)德分布六，后賊者呈婚偏態(tài)俘分布誠。這飲說明倘，原溉始問記題雖椅然也手有一預定程友度的貼控制旁，但技沒有餓像習厘題那連樣幾致乎完糧全排育除環(huán)黑境的谷影響景，從盞而保風證了瞇學生員的心饅理及努行為類變化踐仍然躁是現(xiàn)朋實中田各種竟因素爺綜合油作用享的結(jié)封果。零形撓摔教育漫心理滋學的銅研究陵指出慕，教習育與拋實際棵情境裙的相兆似性拆是教于育效舅果的竊關(guān)鍵渴因素歪。而斃這種句相似靜性越雞高，禾教育俊結(jié)果敲的可吼應用斤性也扔越高蠢。甚膏至教震學所牢采用僑的方罩式，炒也應自該盡悲可能導接近胞教育炎結(jié)果賞所要辣應用盡的實比際情飯況，茄這樣桑才能海在更納大程樹度上啞提高密教育舊的效呆能。膀靠鑄第三鍬，可或以根褲據(jù)教廟學的刑需要遍選擇潔數(shù)量聯(lián)合適霸的原房始問沫題供禮學生飛練習臉，以狠保證臥掌握勸知識喂和培活養(yǎng)能非力的找需要烈。事疼實上池，科拔學概甘念和秀規(guī)律急只有籃在原煩始問蓄題中龍才有艷生命哨力，味才能類顯示福出其角內(nèi)涵農(nóng)、色克彩、直格調(diào)掠，才丸能顯痕示出網(wǎng)其內(nèi)秋在的挖理由忌、作靠用和塊功能糟，學不生學大習過養(yǎng)的概淚念和冷規(guī)律碑才能滲真正冤活起紋來，左這樣榆才能歪提高夕學習剛效率怠。通晌過一耍定數(shù)車量的盼原始艷問題烏訓練童，當恢學生盟解決候?qū)嶋H暖問題敘時，端各種蹈各樣所的策擇略才迫能夠持迅速家檢索夕而無狼須搜后腸刮扔肚地膚對照魔做過臨的題勢型，豐才有提可能麥在處妖理前簽一個來步驟失時就咽在大痛腦中腦預感槍下一宰個步煙驟，毛根本席無須黃暗暗星回憶襪各種賴題型扮再思翻量其英意義竄。即可使學趁生進慈行創(chuàng)兔造性拳活動號，也良能憑宴直覺毯而非芹經(jīng)驗輔去探碎索正多確的艷解決甩途徑惱。所季以，朱正是辯在這鏟個意眾義上某，我巡們認怠為原單始問畝題教困學不呢僅可兇以使銳學生桶有效木地學鼠習科熊學知援識，鄭而且孟也能特很好旱地培威養(yǎng)學宣生的蜓能力惠。絡鄙銳從相扛互作殿用心桿理學初的視森野來腹審視豈，我控們更貓能體進察出煮原始施問題火教學洞與習奏題教最學的德本質(zhì)明不同芳。譯20冒世紀囑70回年代誦以來拜，心肢理學口研究傾中逐機漸形宮成一枯種較切新的貧思路李，其樸基本忍思想員集中帖于行榮為發(fā)常生過傭程中傷人與寸環(huán)境控的多損向性濫交互河作用縱，并驢且認墻為，截在這豐種交轎互作估用中幣，人串與情拒境是雖相互悟依存麗而非轎單方澤面所絮決定癢。其意基本態(tài)觀點隸有四要個方謝面：滲1.懸個體跪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