芦玮的硕士学位论文定稿.docx
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芦玮的硕士学位论文定稿
分类号:
密级:
无
UDC:
单位代码:
10118
山西师范大学
研究生硕士学位论文
职前化学教师关于科学模型理解的调查研究
芦玮
指导教师梁永平教授山西师范大学化学与材料科学学院
申请学位级别教育学硕士专业名称化学课程与教学论
论文提交日期2011年4月10日论文答辩日期2011年5月22日
学位授予单位山西师范大学学位授予日期2011年6月4日
答辩委员会主席周青教授
评阅人刘敬华教授张雨强副教授
2011年4月10日
独 创 性 声 明
本人郑重声明:
所呈交的学位论文是本人在山西师范大学攻读学位期间,在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。
据本人所知,论文中除已著名部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体,均已在论文中以明确方式注明并表示谢意。
本声明的法律后果将完全由本人承担。
学位论文作者签名:
日期:
学位论文使用授权书
本人在山西师范大学攻读学位期间,在导师指导下完成的学位论文归山西师范大学所有,其内容不得以其他单位的名义发表。
本人完全了解山西师范大学关于保存、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本,允许论文被查阅和借阅。
本人授权山西师范大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文,本人同意《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容,愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊(光盘版)电子杂志社投稿,希望《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》给予出版,并同意在CNKI系列数据库中使用,同意按章程规定享受相关权益。
(保密的学位论文在解密后适用本授权书)
学位论文作者签名:
指导教师签名:
日 期:
日 期:
学位论文作者毕业后去向:
工作单位:
电话:
通讯地址:
邮编:
论文题目:
职前化学教师关于科学模型理解的调查研究
专业:
课程与教学论(化学)
硕士生:
芦玮签名:
指导教师:
梁永平签名:
摘要
培养学生的科学素养是科学教育的一个永恒目标,帮助学生适当理解科学本质是科学教育的重要目标之一,而教师对科学本质具有精深的理解是实现这一目标的重要条件。
“对科学研究过程和方法的理解”是科学素养的指标之一,通过科学方法进行教育正在逐步受到关注,而其中的模型方法作为一种重要的科学方法,在科学教育中起着重要的作用。
在化学教学中,模型能够帮助学生对抽象的化学概念、理论和现象进行理解和掌握,教师在其中起到的是连接科学和学生的桥梁的作用。
作为教师教育的起点,职前化学教师科学本质观及其教学行为的发展具有重要的实际意义和价值。
因此,本研究主要关注的是职前化学教师对于科学模型的理解以及科学模型教学,目的在于分析职前化学教师所持有的科学本质观念及其教学行为水平。
基于上述研究目的,本研究主要关注了以下两个具体的问题:
(1)职前化学教师对科学模型的理解情况;
(2)职前化学教师对科学模型的理解对其教学行为的影响。
以上述问题为引导,本研究通过文献综述的方法进行理论研究,探讨国内外关于模型、科学本质观及其教学行为、职前教师专业化发展的研究,为本研究奠定基础;通过调查问卷的方式,了解了职前化学教师关于科学模型的理解情况;通过对职前化学教师的教学设计进行分析,了解职前化学教师基于科学本质的科学模型教学行为水平。
通过研究,得出以下主要结论:
(1)职前化学教师对科学模型的本质、科学模型的功能以及对科学模型合理性的评价等方面的理解处于较低水平,进而表明职前化学教师对科学本质的理解处于低水平;
(2)通过对教学设计中的教学目标、教学主题、区别观察与推论、反思性评价活动以及作业设计等五个方面进行分析,职前化学教师基于科学本质的科学模型教学行为处于低水平;(3)职前化学教师对科学模型理解的水平直接制约和影响着其科学模型教学行为水平;(4)职前化学教师对科学模型低水平的理解可能是受到逻辑实证主义、自身学习化学经历的去背景化以及客观实在的哲学思想等的影响。
【关键词】职前化学教师科学模型教学行为
【论文类型】基础应用
Title:
AResearchonthePre-serviceChemistryTeachers’UnderstandingaboutScientificModels
Major:
TheoryofCurriculumandTeaching(chemistry)
Name:
LuWeiSignature:
Supervisor:
LiangYongpingSignature:
Abstract
Thetrainingofstudents’scientificliteracyisaneternalgoalofscienceeducation.Helpingstudentstounderstandnatureofscienceappropriatelyisoneoftheimportanttargetsofscienceeducation.Teachers’profoundunderstandingofnatureofscienceistheimportantfactorofachievingthistarget.“Understandingtheprocessandmethedsofscientificresearch”isregardedasanimportantcontentofscientificliteracy.Educationthroughscientificmethedsreceivesattentiongradually.Asakindofscientificmetheds,modelmethedplaysanimportantrole.Modelscanhelpstudentstounderstandandmastertheabstractchemistryconcepts,theoriesandphenomenasinchemistryinstruction.Teachersplayabridgerolewhichconnectsscienceandstudents.Asastartingpointforteacherseducation,thedevelopmentofpre-serviceteachers’understandingofnatureofscienceandteachingbehaviorisanimportantpracticalsignificanceandvalue.Therefore,thisresearchmainlyconcernsaboutpre-servicechemistryteachers’understandingofscientificmodelsandtheirmodelinstructionandaimstoanalysistheconceptofnatureofsciencewhichpre-servicechemistryteachersholdandtheirteachingbehaviorlevel.
Baseonthestudypurposeabove,therearetwospecificquestionsofthepaper:
(1)Toinvestigatethepre-servicechemistryteachers’understandingaboutscientificmodels;
(2)Toanalysethepre-servicechemistryteachers’teachingbehaviorsonscientificmodelsfromtheperspectiveofnatureofscience.
Takingtheabovequestionsastheguidance,thepaperwasconductedbythemethodofliteraturereview,thepaperdiscussedthetheoreticalresearchonmodels,natureofscienceandteachingbehavior,developmentofpre-serviceteachersathomeandabroad;investigatethepre-servicechemistryteachersunderstandingaboutscientificmodelsbyaquestionnaire;knowthepre-servicechemistryteachers’levelsofteachingbehaviorsaboutscientificmodelsbasedonnatureofsciencethroughtheanalysisofinstructionaldesign.
Mainfindingsandconclusionsofthisdissertationare:
(1)Thepre-servicechemistryteachers’understandingaboutscientificmodelsisatalowlevel;
(2)Throughtheanalysisofinstructionalobjectives,instructionaltopic,differencebetweenobservationandinference,reflectiveevaluationandassignmentdesign,thepre-servicechemistryteachers’levelsofteachingbehaviorsaboutscientificmodelsbasedonnatureofscienceareatalowlevel;(3)Pre-servicechemistryteachers’levelofunderstandingaboutscientificmodelsimpactontheleveloftheteachers’teachingbehavioraboutscientificmodelsdirectly;(4).Pre-servicechemistryteachers’levelofunderstandingaboutscientificmodelsmaybeinfluencedbyLogicalpositivism,theirlearningexperiencewithoutbackgroundandobjectiverealityphilosophythought.
【KeyWord】pre-servicechemistryteacher;scientificmodel;teachingbehavior
【TypeofThesis】basal-research
目录
1问题的提出1
1.1研究的背景和意义1
1.2研究的基本问题2
2文献综述3
2.1模型的相关研究3
2.1.1模型的定义3
2.1.2模型的分类4
2.1.3模型的功能5
2.1.4模型教学应用的研究6
2.2理科教师科学本质观及其教学行为的相关研究8
2.2.1教师科学本质观的相关研究8
2.2.2教师科学本质教学行为的相关研究9
2.3关于职前教师专业化发展的研究11
3研究的理论基础13
3.1建构主义理论13
3.2教师专业化发展理论15
4研究的设计与实施17
4.1研究对象17
4.2研究方法17
4.3研究工具17
4.3.1科学模型理解调查问卷17
4.3.2科学模型理解水平参考标准17
4.3.3科学模型教学行为水平评价标准22
4.4数据资料的收集、处理和分析23
4.4.1数据资料的收集23
4.4.2数据资料的处理23
4.4.3数据资料的分析24
5研究的结果与分析25
5.1职前化学教师对科学模型的理解情况25
5.1.1职前化学教师对科学模型本质的理解25
5.1.2职前化学教师对科学模型功能的理解27
5.1.3职前化学教师对科学模型合理性的理解32
5.2职前化学教师科学模型教学行为的情况33
5.2.1教学目标33
5.2.2教学主题35
5.2.3区别观察与推论36
5.2.4反思性评价活动38
5.2.5作业设计39
6结论与反思43
6.1结论43
6.2反思43
7关于进一步研究的建议45
致谢47
参考文献49
附录53
1问题的提出
1.1研究的背景和意义
科学素质是公民素质的重要组成部分。
公民应当具备的基本科学素质主要包括了解必要的科学技术知识,掌握基本的科学方法,树立科学思想,崇尚科学精神,并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。
1985年起,美国科学促进会制订了面向未来,致力于提高全体美国人科学素质的“2061计划”,目标是到2061年美国公民人人具有科学素质。
我国在2006年制定的《全民科学素质行动计划纲要(2006-2010-2020年)》提出重点提高未成年人、农民、城镇劳动人口、领导干部和公务员的科学素质,从而带动全民科学素质的整体提高。
由此看来,世界各个国家已经将提高公民的科学素质作为提升本国综合国力的战略共识。
而其中提高学生的科学素质是提高公民科学素质的重中之重。
培养学生的科学素养是科学教育的一个永恒目标。
对科学本质的适当理解是科学素养的核心成分之一。
帮助学生发展适当的科学本质观是“表述最普遍的科学教育目标之一”。
最近,科学本质观在世界范围内的国家科学教育改革中再次得到强调。
美国的科学促进会和国家科学教师协会目前特别强调科学教育要促进学生具备良好的科学本质观。
《全民科学素质行动计划纲要(2006-2010-2020年)》提到,未成年人科学素质行动的主要任务是“初步认识科学的本质”。
在我国新颁布的科学课程标准中的《普通高中化学课程标准(实验)》中也提到:
“高中化学课程应有利于学生体验科学探究的过程,学习科学研究的基本方法,加深对科学本质的认识,增强创新精神和实践能力”,将“加深对科学本质的认识”作为化学教育的目标之一。
作为基础科学教育重要组成部分的中学化学教育,在提高学生的科学素养、促进学生全面发展等方面有着无可替代的作用。
我国新一轮基础教育改革颁布的《普通高中化学课程标准(实验)》中将“认识化学科学”作为一个重要的内容主题,其中的一个重要目标就是“学习重要的化学概念,形成基本的化学观念和科学探究能力,认识化学对人类生活和社会发展的重要作用及其相互影响,进一步提高学生的科学素养”。
所以提高学生科学素养的一个重要方面就是要深入理解化学科学,而实现这一目标的重要条件就是要求教师具有精深的科学认识水平以及化学学科观念理解水平。
职前教师作为教师教育的起点,对其科学、学科观念的理解水平以及学科知识的管理水平的提高显得尤为重要。
因此职前教师对科学本质的理解水平以及相应的教学行为就成为一个值得研究的问题。
科学模型是科学的产物,而模型方法是科学研究中的重要方法之一,同样也是科学素养的主要内容。
科学模型作为科学学习的重要工具之一,能够帮助学生对抽象的科学概念、理论和现象进行理解和掌握。
教师对于科学模型的理解和应用与学生对其理解和认识有着密切的关系。
教师对科学模型的理解影响着其科学模型教学行为,进而影响着学生对科学模型的理解,更进一步地影响着学生的科学素养的培养。
教师不可能教他们不理解的东西,要发展学生对科学模型的理解,首要条件是教师必须对科学模型具有精深的认识论理解,并内化科学本质教学的重要性,成为认识论者。
近年来,关于教师科学本质观及其教学行为的研究已经成为教师教育研究的一个焦点。
因此,我们有必要从职前化学教师对科学模型理解和认识的角度,探究职前化学教师的科学模型观念及其教学行为,进而了解职前化学教师对科学本质的理解水平以及相应的教学行为水平,来促进学生知识和方法的发展。
1.2研究的基本问题
理科教师对科学模型具有精深的理解,并且能够自觉地将其作为科学教育的目标在课堂教学中加以很好的体现,才能够有效地发展学生对科学模型的理解,进而培养学生的科学素养。
因此,本研究主要关注的是职前化学教师对于科学模型的理解以及科学模型教学行为,目的在于分析职前化学教师所持有的科学本质观念及其教学行为水平。
基于上述研究目的,本研究主要讨论以下具体问题:
(1)职前化学教师对科学模型的理解情况;
(2)职前化学教师的科学模型理解对其教学行为的影响。
2文献综述
2.1模型的相关研究
科学方法从不同的角度可以有多种的分类方式,而作为重要科学方法之一的模型方法在古代已经有了应用。
实物模型曾经广泛应用于造船、建筑等领域;实物铜人模型在宋代已经应用于中国医学;思想模型作为科学思维的工具也出现在天文学的研究当中;模型方法在近代科学的产生和发展中曾经发挥了非常重要的作用;在化学学科的研究中,思想模型得到越来越广泛的应用,而且这些经过巧妙构建的模型有力地促进了化学理论的发展。
因此,模型方法是化学中一种非常重要的科学认识方法。
但是,什么是模型,模型在科学教育中是如何使用的呢?
2.1.1模型的定义
模型(Model)一词来源于拉丁文的“Modulus”,意思是尺度、样本、标准。
研究者关于模型的定义是多种多样的。
贺建勋通过对系统模型建构和数学模型的研究,提出八种模型的定义,并且总结得出,模型是对一个真实系统或实践活动的简单描述,在模型中略去了所研究问题的非本质特性,并且指出模型的四个基本组成部分:
系统、要素、关联以及约束条件。
查有梁认为模型是在一定的抽象、简化、假设的条件下,再现原型的某种本质特征,从而解决特定的问题;模型作为中介,能够更好地认识和改造原型,构建新型客体的一种重要的科学操作与科学思维方法。
孙小礼等对科学模型的定义为科学家按照特定的科学研究目的,提出了一定的假设,对原型的某种本质特征利用物质或思维形式进行的再现。
Harrison对模型有如下定义:
科学模型,是对一个系统的抽象和简化,使系统的中心特征显性和可视,并且允许科学家、教师或者学习者可以对现象的本质进行说明、生成解释或者预测,这样的模型是科学模型建构实践的结果,是通过建构、使用、评价和修正模型来实现的。
有些学者认为,科学研究的目的在于了解自然界的各部分如何运行,因此,对模型有如下定义,科学家们通过观察确定了一些理论,然后发展或验证用于这些理论的解释,科学家们就称这些解释为模型。
另外,也有一些国外的学者并没有给科学模型一个准确的定义,而是试着确定了一些适用于所有科学模型的共性:
(1)模型总是与对象相联系,可以通过模型来呈现这个对象,这里所提及的对象可以是一个系统、一个物体、一种现象、一个过程;
(2)有时候有关对象的一些信息不能由观察或测量直接获得,模型可以作为一种获取这些信息的工具,因此比例模型不能称为科学模型;(3)模型并不能直接再现对象,因此,照片不是模型;(4)模型是对象的特定类比,所以研究者能够验证从模型中所得出的假设,验证假设的过程可以得到新的信息;(5)在某些方面模型是不同于对象的,模型总是尽量简化,为了研究的需要,在模型化的时候会排除对象的某些方面;(6)在模型设计中,类似和差异之间需要一种平衡,使得研究者可以进行明确的选择;(7)模型的建构是通过资料或者数据进行修正以及不断验证的反复的过程。
通过查阅关于模型定义的文献,我们得知,国内外的研究者对模型有着不同的定义,而且不同国家的研究者也有着不同的关于模型的含义。
但是我们可以从这些对模型的定义中找出相同之处:
模型是对于系统的一种抽象和简化的描述;模型关注的是系统的关键特征;模型可以用来解释和预测科学现象。
查阅到的参考文献中,研究者对化学模型含义的观点都各不相同。
有研究者认为在化学中,化学模型就是物质模型,可以帮助学生对繁杂的化学物质的结构进行快速的理解;也有研究者认为,建立在化学知识之间相互联系的网络也是模型,有利于学生将前后的知识相联系,加深对内容的理解;还有人认为概念、定律、反应类型、假设体系或数学公式等思想模型能够能使学生突破感官和时空的局限,充分发挥他们的想象、抽象和推理能力。
2.1.2模型的分类
模型的种类繁多,对模型进行一定分类才能使我们更为方便地使用模型。
如同上述对模型的定义一样,关于模型的分类标准也是多种多样的。
张琼等认为模型分为广义模型和狭义模型:
(1)广义模型指的是原型的复制品或样本,例如船模、建筑模型等比例模型,还指与原型相似的系统,包括物质形态的实物相似模型和观念形态的抽象相似模型;
(2)狭义模型是指与原型具有一定相似性的系统。
模型还可以被分为内在模型和外部模型:
(1)内在模型指的是个人对于特定自然现象的主观解释性构架以及预测性方式和规律的理解,例如,关于物质概念的理解,是将其作为空间中存在很多移动的微粒;
(2)外部模型可以被认为是对内在模型的外部表达,例如,在解释特定物质相位变化的发生时,可以用球型和棍棒的原子和分子的图示,或者使用移动的点做成物质的动画,以此表示出运动中的微粒,构建一个关于物质的外部表达。
在自然科学中,模型被科学家广泛地发展、使用和修正。
除了根据模型外形的不同进行分类,还有研究者按照模型的功能进行分类,将模型分为说明性、解释性和预测性的模型。
模型的分类用来强调科学模型之间的不同。
在化学模型的分类方面,王彤等根据模型的对象和反映方式的差异,将化学教学中的模型分为三种类型:
(1)通过加工、抽象、简化进行模拟,制成实物的物质模型,如化工生产模型等;
(2)在思想中反映出的对原型抽象或者通过加工、简化制成直观教具和图像的想象模型,如电子云、原子轨道、分子轨道、化合价、氧化态、分子结构、晶体结构模型等;(3)使用特定的化学符号,按照一定的组合方式代替原型,用来揭示原型的组成、结构、性质和变化规律的符号模型,如元素符号、化学式、化学方程式、离子方程式、轨道式等。
雷范军将化学研究中的模型分成了两种类型:
(1)物质模型是根据研究目的,利用天然存在的或者人工地制造一种相似的实物,作为对原型的实际模拟,用其获取原型的某种规律性知识,所以又称为物理模型,如晶体模型、化工设备模型等;
(2)思想模型是根据研究目的,借助语言、图像、符号等将原型的本质特征表现出来,是客观事物在人的头脑中的非物质形态、观念形态的抽象
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