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谭永平:中学生物学课程中科学思维测评框架的建构     

中学生物学课程中科学思维测评框架的建构

谭永平 人民教育出版社课程教材研究所

 

  科学思维是生物学学科核心素养的重要组成,它以理性思维为核心。在借鉴有关科学思维、科学推理测评研究的基础上,本文提出科学思维的测评应重点关注论证理解、证据、演绎推理和归纳推理,以及评估推理等方面,并创编了测评样题。

关键词 科学思维 测评 中学生物学

 

生物学课程是自然科学领域的一门课程,应该反映自然科学的本质特征。运用科学思维是科学的本质属性之一,生物学课程应该训练学生的科学思维。

1 科学思维的组成部分

虽然我们经常接触科学思维,但是却未必能准确地阐述科学思维的内涵、外延。在《普通高中生物学课程标准(2017年版)》中,明确了科学思维是生物学学科核心素养的四方面之一,将科学思维描述为:尊重事实和证据,崇尚严谨和务实的求知态度,运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。从科学思维的内容来看,包括求知态度、思维习惯和能力;思维习惯或能力,则包括归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等。

如果我们进一步从科学史、科学哲学,以及思维科学方面去寻找关于科学思维的内涵和外延,则可以发现,科学史上似乎没有一个万能的科学思维图谱,要界定究竟什么样的思维是“科学思维”并不是这么简单,科学思维似乎是多样的,其中既有通过观察、实验、调查获取证据,也有数学统计分析,甚至不少时候还有想象参与其中。

一般认为,科学思维的核心是理性思维(rational thinking),此外还有直觉、灵感等。简而言之,科学思维=理性思维+直觉、灵感。直觉、灵感却无法系统训练和检测,教育教学中训练和提升科学思维,主要是指其中的理性思维。理性思维主要是指通过严密的思维,按照一定的规则程序而对各种事物进行逻辑推理。由此,我们可以将科学思维能力简化为科学推理能力。

如果对科学思维做测评,则要将科学推理过程关键组成部分再做进一步细化,变成可操作的具体能力测评点。

2 科学思维测评工具的测评框架分析

关于科学思维技能的组成,已经有不少学者做过探讨;关于科学思维的测评,也已经有一些综合性的测评工具。鉴于对科学思维技能的分析往往与测评框架基本上重合,故此在本文将它与测评工具合并讨论。

赵占良将科学思维定义为:是基于事实证据、运用科学概念、通过科学推理和论证对客观事物的本质、规律及其相互关系作出判断和解释、对事物客观发展变化作出预测的认识方式[]。在这一定义中,简明扼要地阐述了科学思维的组成要素,以及要素之间的关系。汪诘详细列出了科学思维15个明确的要点:能区分事实和观点;了解科学和技术的区别;知道什么是信源;能大致判定信源可靠度;能用统计的眼光看现象;能区分先后关系和因果关系;能区分因果关系和相关性;懂得基本的逻辑规则;知道什么是类比,什么是逻辑推演;了解谁主张、谁举证的基本概念;了解科学共同体是怎么回事;能区分哲学思辨和科学思考;能明白经验不等于规律;知道大样本随机双盲对照实验的含义;能判断一个观点是否具备可证伪性。

Opitz等提出,科学推理技能包括:问题识别、提出问题和假设、建立或重新设计人工品、提出证据、证据评估、得出结论、交流并详细检查[5]

Yanto等人提出,科学理性能力包括:分析、评估和创造。其内涵和指标见表1

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PCAP科学素养测评方案指出,科学推理表现在:能运用他们的科学知识、技能和对科学本质的理解做出明智的、基于证据的决定;能得出结论或与现有的理论或观点进行比较;能识别问题或事件,并寻求解决问题或事件的科学知识。具体表现为:识别模式;形成合理论据;验证结论;判断论据的有效性;依据证据建立有效论证和解释;联系科学观点,建立彼此相关联的整体;根据证据进行推理,为指定问题做出明智决策;使用推理帮助理解科学相关的问题;基于证据提供做出决策的理由;针对某一问题做出决策的依据及局限性;开发和使用模型;表现出对基于证据的知识的尊重和支持;对与科学相关的问题表现出兴趣和察觉意识。

PISA2018科学素养被定义为以下三项能力:科学解释现象:识别、提供和评估一系列自然和技术现象的解释。评估和设计科学探究:描述和评价科学研究,提出科学解决问题的方法。科学地解释数据和证据:分析和评估各种陈述中的数据、主张和论点,并得出适当的科学结论。

Lawson给出的科学推理测评问卷,得到科学教育界广泛认可。其主要涵盖守恒概念、比例推理、控制变量、概率推理、相关性推理与假设演绎等能力维度。该问卷1978年首次使用,2000年又做了修改。

综合上述关于科学思维、科学推理的要点阐述可以看出,科学推理测试的内容一般都包括证据的获取、判别和提供;对事物进行比较、分类;基于证据进行符合逻辑的推理;等等。其中“符合逻辑的推理”其含义极其丰富,涵盖了上述推理技能的大多数。

此外,在GRE考试、国内的公务员资格考试里,也有推理能力测试的有关内容。这些关于科学思维的测评,适合于整个科学领域或者适合于做思维能力的测评。如果要聚焦于生物学课程中的科学思维的测评,我们可以借鉴但又不能简单移植。

3 中学生物学课程中科学思维测评的框架

借鉴上述关于科学思维测评根据和的分析框架,参考国内有关考试中的推理测试卷,并结合生物学课程内容的特点,以及目前中学生物学教学的实际情况,笔者提出以下测评框架。

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该测评框架的设计聚焦于科学推理能力,略去其他科学思维测评关注的概念检测。原因是,关于概念检测,目前各类生物学测试都予以了足够的重视,因此本文不再强调。

4 中学生物学课程中科学思维测评试题创编示例

笔者根据上述测评框架,设计了覆盖上述维度的科学思维测评试题。试题经过小范围测试后,根据测试情况做了修改完善。以下为测评框架中部分测试题。

识别论证案例:

1 科学论证至少有两部分组成,其中一个是结论,另一个则是支持结论的理由。以下4个论述中,不属于论证的是:(D

A 水分子中的18O出现在产物氧气中,因此光合作用产生的氧气来自水

B 显微镜下观察细菌看不见核膜结构,因此可以认为细菌没有成形的细胞核

C 有些同卵双胞胎的身高不同,所以性状并不是完全由基因决定的

D 通过比较三种兰科植物遗传物质的差异大小,可以判断他们亲缘关系远近

辨识假设案例:

2 要采取更有力的措施保护东北豹。不属于这一观点成立必要前提的是:(C

A 存在东北豹这一物种

B 东北豹已经处于濒危状态

C 东北豹种群数量还在下降

D 以往的保护措施还不够有力

3 在探索光合作用原理的过程中有这样一段历史。卡尔文发现,CO2固定后首先形成C3(一种三碳化合物)。那么,哪类物质与CO2结合形成C3?卡尔文设计新的实验进行探索。他用14CO2标记的小球藻做了这样的实验:突然停止供应CO2,小球藻内含量大为增加的是一种五碳化合物。他据此推测,这种五碳化合物可能是与CO2结合的化合物。卡尔文的实验设计、实验结论有一个关键的前提假设是:(B

A 14C参与的物质在小球藻细胞内与C参与的物质化学性质相同

B CO2结合的物质不需要CO2诱导且在反应时可源源不断提供

C 小球藻细胞内进行的光合作用与高等植物的光合作用机制相同

D CO2固定后形成的三碳化合物既不抑制也不促进该物质的供应

归纳推理案例:

归纳推理应该是科学思维水平检测的重点。以往的实验结果分析题,有些就属于归纳推理。归纳推理的检测,应该包括归纳概括、归因归纳两大方面。其中,归纳概括相对简单,以往的教学中,如根据集中氨基酸结构式归纳出氨基酸结构通式,就属于归纳概括。本文不再就此问题展开。以下主要探讨归因归纳能力的检测。

4 某研究小组分析了20124月一201310月在某医院接受诊治的263例宫颈癌癌前病变患者,结果发现患者中感染高危型HPV(人乳头状瘤病毒)患者185例,阳性率为70.34%,且病毒载量随着宫颈癌癌前病变严重程度的增加而增加。更早一些的研究表明,在1169例某宫颈癌患者样本中,902例被单一HPV基因型感染(占77.16%),170例样本存在HPV基因型的多重感染(占14.54%)。有人由此得出结论,是HPV感染导致了宫颈癌。以下支持这一结论的是:(B

A 育龄妇女感染HPV的比例非常高,但是宫颈癌的发生率并不高

B 25岁之前接种HPV疫苗的女性罹患宫颈癌的比例远低于其他女性

C 宫颈癌发病率高的地区经济水平普遍较低,营养卫生条件也较差

D 从归因归纳的方法来看,上述研究结论是基于求同归纳得出的

评估推理有效性案例:

分析论证的结构,找出假设并评估假设的良好程度,能反驳或支持论证。

9历史上,某地的医生会有意将脓液等污秽物品放在受伤的伤口上以促进伤口痊愈。因为他们观察到伤口痊愈前一般都会化脓。

1)这一做法的依据,是归因归纳里的求同(求同/求异)。

2)以下可以有效质疑这一做法的是:(D

A 这简直是一种弱智的做法

B 伤口化脓后也有难以痊愈的

C 不敷设脓液的伤口也会化脓

D 未感染的伤口一般痊愈更快

 

 

本文已在中国知网学术期刊网络首发平台发布,网址:

https://navi.cnki.net/KNavi/JournalDetail?pcode=CJFD&pykm=SWJX

引用本文:

[1]谭永平.中学生物学课程中科学思维测评框架的建构[J/OL].生物学教学:1-3[2021-07-26].http://kns.cnki.net/kcms/detail/31.1009.G4.20210706.1612.008.html.

 

 0  已被阅读了859次  楼主 2021-07-26 14:43:18
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