科学过程技能(精)
2.3 小学生科学学习过程技能特征与常见问题
主题三：小学生科学学习过程技能特征 与常见问题 一、小学生科学学习过程技能特征
如何获得与发展科学学习过程技能？
⑴小学生的科学学习过程技能是可以通过学 习习得的。 在学习时有一个循序渐进的过程，高一阶段 的过程技能的习得需要之前的低一层次习得的基 础。科学学习过程技能是从事科学性探究活动时 必须经历的过程。
主题三：小学生科学学习过程技能特征 与常见问题
2、交流“暗盒里有什么”
师：请将你们的记录纸贴到前面来。刚才每一大组都进 行了激励的争论，现在你们推选出一位同学，把你们研 究的情况和大家交流一下。先看黄色盒子的，谁来？没 关系，就你吧，把盒子带上来，（学生上前）说说你们 是怎么认为、怎么判断的。 生1：我们先摇这个暗盒，听听它里面的声音，觉得里面 有两个铁球，因为摇动暗盒，我们发现在B、D点上有声 音，但一到A、C点上就没有声音了，好像是被什么东西 吸住，所以我们组断定A点和C点之间有块吸铁石。
生：看清楚了。 师：好，现在就可以开始了。 （各小组进行实验观察，老师巡视。）
主题三：小学生科学学习过程技能特征 与常见问题
师：哎，有些同学怎么做都没做就去记录啦，要看到现 象之后才能记录啊。 （学生继续进行观察） 师：赶快把观察到的现象一一记录下来哦，也可以用图 画的方式进行记录，抓紧时间。
（教师继续巡视）
师：你是坚持你的观点还是动摇（生2：有一点点动摇。） 还想在坚持一下，可以。第二组呢？
主题三：小学生科学学习过程技能特征 与常见问题
师：好了，我们到现在也没争论出什么，不过有一点， 里面不是米粒就是沙子。那怎样来证明盒子里装的就是 你们认为的这些东西呢？ 生：拆开看看不就全知道了。
师：哎呦，我们的规则就是不能打开盒子，怎么办呢？
主题三：小学生科学学习过程技能特征 与常见问题
小学生科学探究过程技能的 认识与表述
过程技能自定义：解释与建立模型
• 解释：我们经过分析、比较等思考后，对 事实发展变化的原因、事实之间的关系等 情况做出的说明。 • 建立模型：是我们用来解释自己的思想和 发现的方法。模型包括图画图表模型、物 理模型、数学模型等。模型方便我们解释 那些难以直接观察到的事物、事物的变化 以及事物之间的联系。
第三种，先确定基本范畴，再分解 出内涵的类型 （二）
③科学研究 • 提出问题 • 构想假说 • 实验设计 • 分析数据 • 得出结论 ④理性思维 • 对比与比较 • 应用概念 • 理解图表 • 因果推断 • 归纳 • 做出判断 • 解决问题
第三种，先确定基本范畴，再分解 出内涵的类型 （三）
⑤信息处理 • 概念图 • 对比/比较表 • 维恩图 • 流程图 • 循环图 ⑥绘制图表 • 记录表 • 柱形图 • 折线图 • 扇形图
苏教版《科学》科学探究 过程技能的思考与表述
张翔
心理学副教授
yuzijiang928@
需要解决的问题
• 第一，以《课程标准》为上位，下位地排 列确实与儿童科学探究关联的过程技能。 • 第二，将它们显性化，即具体地陈述和适 当地融合在儿童的活动中，使儿童的阅读 理解尽可能准确，使儿童有关的心智技能 和动作技能习惯化、程序化。 • 第三，自成一体，包括过程的和结构的整 合。
《课程标准》关于科学探究过程及 其技能的表述（三）
三、分析与解释 • 能对收集到的证据进行比较、分类。 • 能在总结证据的基础上，做出合理的解释。 • 能对数据整理过程中发现的冲突或矛盾之 处进行分析和判断。
《课程标准》关于科学探究过程及 其技能的表述（四）
四、交流与质疑 • 能条理清晰地陈述自己的观点，并为自己 的观点辩护，阐明自己观点的合理性。 • 能对研究过程和结果、对证据和解释之间 的逻辑关系，提出自己的看法和评论，并 与他人交流。 • 能倾听和尊重其他同学的不同观点、评议 或质疑，并反思和改进自己的研究。
沈艳华科学过程技能课
科学过程技能课“探索——发现”教学模式一、“探究——发现”教学模式的教学目标在于使学生养成探究的思考方法，使学生通过通过和发现而获得知识，同时培养探究发现的科学态度，这实际上就是培养学生的科学探究——发现能力和相应的科学态度。
2、“探究——发现”教学模式所要培养的各种能力中最核心的是探究思维能力，这是科学研究能力中处于核心地位的能力。
大致经历以下活动过程：（1）引发探究欲望和学习兴趣（2）探究思考，提出假设（3）实验验证和理论概括二、教学程序第二阶段：提出假设，验证假设阶段。
学生提出假设和证明方法，即让学生独立思考或小组讨论，并给学生提供实验条件，例如给学生准备盛水的容器和各种用于实验的不同材料，自己根据不同的假设独立设计实验进行探究。
这个阶段是整个教学活动的主要阶段，学生在这时要积极思考，反复探究，提出不同的假设，设计实验方案，并操作实验反复验证假设的正确与否。
这个阶段教师要放手让学生进行探究实验，而不是提出思路和方法。
当学生探究失败时，教师应该给予鼓励，让他信变换假设重新探究，重新实验，直至提出并验证了正确的假设。
第三阶段：发现——概括阶段。
当学生提出用相同体积的不同材料做实验，并试图用天平称物体的重量时，便进入了发现——概括阶段。
这个阶段是学生独立探索事物的本质特征，发现物体沉浮原因，并概括出物体在水中的沉浮条件的阶段。
该阶段，教师要求学生独立进行。
当学生发现物体在水中沉浮的原因后，教师要鼓励学生概括出实验所得出的一般结论。
三、教学原则1、坚持主导与主体相结合的原则。
2、坚持探究与发现相结合的原则。
四、辅助系统为学生提供材料和实验仪器五、教学效果优点：在“探究——发现”教学模式中学生的思维和操作达到认知协调，他们迸发出强强烈的探究欲望和认知兴趣学生的思维和操作进行了充分的活动认知能力和操作技能得到培养。
缺点：1、探究活动的时间过长，往往是讲授教学的两倍或几倍。
2、学生在探究活动中的屡次失败会降低学生的探究信心。
科学探究式教学与科学过程技能八个环节
科学探究式教学与科学过程技能第一讲科学探究式教学在我国目前的科学教育课程改革中，提倡运用探究式科学教学方法学习科学，为了有效地贯彻和落实探究式科学教学的理念，本讲从三个角度谈了对探究式教学的认识：什么是探究、探究的核心要素有哪些、怎样进行探究。
期望能够对有效实施新课程所提倡的探究式科学教学有更深入的思考，并提高我们的科学教学质量。
一、什么是探究探究不仅指科学家们用以研究自然并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。
也指学生用以获取知识、领悟科学的概念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。
科学教育中，关于“探究”争论问题：探究是帮助学生学习科学的方法还是科学课程的目标？教育部《课程标准》明确指出：探究既是科学学习的目的，又是科学学习的方式。
给我们的启示：在小学科学教学中既要学习探究过程，又要学习科学知识和概念。
科学探究的基石是活动的设计：误区：只会动手做、不会动脑想。
课堂热热闹闹，却陷入了教学的浅薄与贫乏。
二、探究的核心要素在我国目前义务教育课程改革的科学（3~6年级）（以下称为小学科学）、科学（7~9年级）（以下称为中学科学）、物理、化学、生物的五个课程标准中都提到了科学探究，并对科学探究的过程规定了如下的环节，详细参考表1。
表1 我国义务教育的科学课程标准对科学探究环节的界定环节小学科学中学科学物理化学生物1 提出问题提出科学问题提出问题提出问题提出问题2 猜想与假设进行猜想和假设猜想与假设猜想与假设作出假设3 制定计划制定计划，设计实验制定计划与设计实验制定计划制定计划4 观察、实验、制作观察与实验，获取事实与证据进行实验与收集证据进行实验实施计划5 搜集整理信息检验与评价分析与论证收集证据得出结论6 思考与结论表达与交流评估解释与结论表达、交流7 表达与交流交流与合作反思与评价8 表达与交流从表1可以看出，在以上五个课程标准中对于科学探究的环节虽然不是完全相同，但都在6-8个环节之内，对其中的“提出问题”、“作出假设”、“制定计划”、“实施计划”、“表达与交流”这五个环节是这五个课程标准中共同提到的。
初中学生综合科学过程技能的水平、特点及影响因素
的科 学教师的 影响问卷 ，科学教 科书的影 响问卷 ，以及学 生科学学 习的自我 效能感问 卷为工具 ，
考察 初中学生 的综合 过程技能 水平及 其特点。 结果表 明，初中 生的平 均技能水 平较高 ，但还不 能
达到满意水平，同 时存在性别、年级和城乡的显著 差异，表现为：随着年级的递增 ，初中生的TI PS
*[ 基金项目) 国家社科基金教育科学 规划项目一般课题( BHAl 00048) 。 ( 收稿日期32013—05—18 [ 作者简介] 杜秀芳( 196 9一) ，女，山东沂南人，山东师范大学心理学院教授，博士；李假( 19 90一) ，女，山东菏泽人，山 东师范大学心理学院研究生。
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随着评价技术的成熟，对中小学生科学过程技 能的研究也日益增多，并得到了一些有价值的发现。 Ger ma nn、Ar a m和Bur ke 对美国学生的综合过程技 能( 分析、记录数据、提出 证据和得出结论) 进行了评 估， 结 果显 示只 有61 ％的 学生 能成 功地 处理 与记 录 数据[ 11| 。还有研究探讨了学生科学过程技能的个 体差异，如城市学校的成绩要好于农村[ 1 2I ，社会经 济地位较高的学生成绩好于较低的学生[ 1 3| 。很多 研究发现男生在科学和数学领域好子女生[ 1 4| ，然而 也有一些研究却发现在科学成绩中不存在性别 差 异‘ 15。 。
成绩 也递增； 城市学 校பைடு நூலகம்学生 成绩显 著高于农 村学校 ；在控制 和操作 变量技能 上，男 生得分显 著
低于女生；教师、教材、自我效能与综合过程技能显著相关，其中教材对综合过程技能的影响
最大。
( 关键词] 科学素养；综合过程技能；初中生
( 中图分类号) G449
科学探究的过程技能分类
科学探究的过程技能分类科学家探究科学的行为虽然很复杂，然而这些活动可分解为较单纯的6个基本过程及6个综合过程。
这些科学家探究科学的方法也被称做科学探究的过程技能(Science Process Skill)，这些技能经过学习，学生是可以获得的。
组织一系列探究教学活动，可以帮助学生从简单的基本过程开始，然后逐渐进展到分类、测量、预测、推理，进一步发展控制变量，下操作型定义，如何做实验，怎样解释实验结果等。
基本过程技能分为：观察、分类、测量和应用数字、交流、预测、推理等6个科学过程。
1．观察(Observation)观察是科学探究中最基本的过程，仔细观察是任何科学家进行研究时所必要的。
观察不只是用眼睛看，还包括其他。
(1)五官的观察。
用眼睛、鼻子、耳朵、舌及手指等所具有的视觉、嗅觉、听觉、味觉及触觉等进行观察：(2)定量的观察。
用数量表示观察结果，例如：一只粉笔约l0cm，一匙白糖约2g等；(3)变化的观察。
蔗糖溶于水中形成澄清的溶液，硫酸铜溶于水中形成蓝色溶液等；(4)比较的观察。
同样的几种白色粉末，有的较白，有的却是灰白色：有的摸起米是滑滑的，有的摸起米比较粗糙等：(5)使用仪器的观察。
借助仪器扩展观察的范围。
2．分类（Classifying)分类是科学家常用于整理所收集的事物或资料的过程。
例如，可以将生物分为植物与动物两大类；将物质分为酸、碱及盐三类等等。
分类时要找出能够用做分类的标准的特性。
对于任何一样事物，能够做分类的标准不只一种，因此要仔细思考以那一种标准来分类才能够获得最好的效果。
3．测量( Measuring)测量是科学探究活动中必须具备的技能之一。
应用测量的技能，学生能够测量物体的长度、体积及其他特性。
进行测量时，不但需要选择适当的测量工具，而且还要能处理测量所得的数据，并且能够判断什么时候可以用近似测量来代替精密测量。
应用数字是科学家研究的一个重要过程。
数字的练习必须放在科学活动中的理由为：(1)使儿童们晓得，应用数字的能力是最基本的科学过程。
科学过程技能.
耐心、恒心等心理品质；尊重事实、寻找证 据的态度；克服困难、勇于发现、大胆质疑 的精神。
第二节 推断与预测
一、推断与预测的意义及其特点：
推断：是人们根据个人的经验和知识对观察结果的
理解与解释。 预测：是一种对未来事物发展的推断。
观
客
察
观
推 断、预测
主 观
借助于人的各种感觉器官（视、触、味、 借助于个人经验 听、嗅）或测量工具 和知识 结果专一性 结果多重性
科学的本质是通过观察来验 证，即观察是为了寻找证据。科学 观察是一种客观、理性的活动，是 具有假说指引的观察。学生的课堂 观察活动应是围绕着建立一个核心 概念有目的地进行。
——郁波
诺贝尔物理奖获得者美国科学家费曼的故事
费曼的父亲要他观察的内容围绕
着建立一个核心概念：哪里有食 物存在，哪里就一定会存在以它 作为食物的、有生命的生物。 费曼的父亲关注的不是表面的知 识点，而是要求他学会探究：观 察、设想、不断地用观察来检验 自己原来的设想。（提高证据意 识） 我们每个人不可能都有像费曼那 样的父亲，培养孩子们的责任， 就应该落在教师的身上。
3、集合法：
按事物某一个或几个相类似的特点 将被分物归到一起。 如：汽车、椅子、梯子、自行车、卡车、 桌子、沙发、书架
第四节 测量
测量是借助于各种不同类型工具对周围世界的一种定量
观察，也是一种通过数学语言与别人进行交流的工具。 测量可分为两大类：精确测量和粗略测量 一、精确测量： 1、精确测量中的“不确定数值”的确定
3、观察一定要配合记录与描述
记录是科学家最重要的工作和责任， 是为了保存证据、分享发现和相互交流。 记录可以让孩子们留下自己探索的 全过程；记录可以帮助孩子们更仔细地观 察，才会注意细节。 记录可用于对观察和实验的回顾和 反思，以促进科学概念的构建和理解科学 概念的形成过程。
小学科学教师应会操作技能
一、科学教师应有操作技能训练训练科目1、玻璃制品加工技能相关项目平板玻璃的裁割、玻璃管的切割和熔平、玻璃管的弯曲、玻璃管拉尖嘴、玻璃瓶去底、玻璃瓶截割相关器材玻璃、玻璃刀、直尺、玻璃管、酒精灯、火柴、三角锉、玻璃瓶、漆包线、棉线等。
训练方法1．用直尺和玻璃刀在玻璃上划上刻痕后，沿刻痕处用力折断玻璃。
2．用三角锉的棱在玻璃管欲切割处锉出一条凹痕，双手握住玻璃管，并使凹痕向外，稍用力即可折断玻璃管。
3．将折断后的玻璃管断面放在酒精灯外焰上熔烧，边烧边慢慢转动，烧到断面处熔为圆滑为止。
4．将玻璃管要弯曲的一段放在酒精灯的外焰上加热，同时向同一个方向不停地转动，以保证受热均匀，并使受热长度在3~5厘米左右，待加热部位呈黄色并软化时，自火焰中取出，稍停1~2秒后用两手轻轻向里托折，慢慢弯成所需角度。
5．将玻璃管放在酒精灯的外焰上加热，方法同上，待受热处呈红黄色时，从火焰中取出，两手水平地向相反方向拉伸，不能过急，也不能过慢，拉至所需细度后，放在石棉网上冷却，再按需要截断并熔平。
6．在离玻璃瓶底约一厘米的地方，用漆包线密绕3~4厘米宽，然后把瓶底放在火焰上均匀加热，稍许把瓶迅速竖直浸入冷水盆中，深度与与所绕漆包线相齐，瓶底即会自行掉下，尔后可将断裂处用砂布适当打磨光滑。
7．在玻璃瓶欲截割的地方用小砂轮片划一圈与瓶底平行的细痕，在细痕上绕3~4圈浸过酒精的棉线，点燃，并均匀转动瓶子，在火焰熄灭瞬间，把玻璃瓶迅速竖直插入冷水盆中，玻璃瓶即会在细痕处裂开，再用砂布打磨光滑。
注意事项1．玻璃加工技术需反复练习方可掌握。
备注训练科目2、仪器装配技能相关项目机械连接、管路连接。
相关器材木板、木块、木螺丝、螺丝刀、铁丝、电工钳、打孔器、玻璃管、橡胶塞、橡胶管、试管、水、小块布等。
训练方法1．将木板与木块用螺丝钉连接。
2．将两铁丝相连接，粗铁丝须用另缠方法连接，细铁丝可直接用自缠法反向互绕连接。
3．在橡胶塞上打孔。
4．将玻璃管插入橡胶塞中。
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10/02/08
自然與生活科技教材教法
12
設計變因 — 設計驗證的方法
根據假設而設計不同的操縱變因來實驗 驗證，以檢視假設是否成立
比較性實驗
不同的操作變因在其他控制變因相同的情況下
有什麼差異？
例如：探討影響植物生長方向的因子
根據不同假說，操縱變因有風、光、二氧化碳02/08
自然與生活科技教材教法
8
傳達 — 溝通的技巧
語言、文字、圖表、線圖、數學、視聽 演講 方法
問答練習
小組討論
文字敘述
10/02/08
自然與生活科技教材教法
9
推理 — 由已知假設未知
將結果做解釋、思考、邏輯分析
因果關係的推理
演繹的推理 複雜的邏輯思考推理
令學生思考分類基準
基準要明確 基準要能涵蓋所有被 分類的對象
訂基準的要件
「屬於A的」和 「 不屬於A的 」 例如： 「 有翅膀的 」 和 「 沒有翅膀的 」 、 「 四隻腳的 」 和 「 不是四隻腳的 」
猜猜看
活動
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自然與生活科技教材教法
7
量化 — 應用數字及測量
用數字來描述某些觀察所得的結果較為 客觀、精準 距離、重量、時間、速度、頻率、長度 、方向 時間和空間的運用 工具的使用
自然與生活科技教材教法
13
下操作型定義
用敘述操作的方式來定義一連串行動操 作
例如：「氧氣是用雙氧水加入紅蘿蔔中，
產生的一種氣體，此氣體會幫助燃燒，使 線香燒得更亮。」
操作型定義包含實驗的重要過程，可使 他人了解研究者如何去接觸要研究的對 象
10/02/08
自然與生活科技教材教法
14
下操作型定義
喜歡探討（低年級） 發現樂趣（中年級） 細心切實（高年級） 求真求實（國中）
10/02/08
自然與生活科技教材教法
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科學態度培養
細心 好奇 信心 批判性思考 切實
因果關係 嚴謹的思辯 客觀/願意接受別人 的意見 喜歡科學
10/02/08
自然與生活科技教材教法
科學態度 (Scientific Attitudes)
懷疑 相信解決問題的可能 性 要求實驗上的證實 ⋯⋯⋯
對科學家的態度 對科學學習的態度 對科學課程的態度 對科學本質的了解 對科學老師及其教法 的態度
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自然與生活科技教材教法
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科學態度 in 九年一貫課程綱要
儀器的輔助
顯微鏡 放大鏡 望遠鏡 其他測量工具
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自然與生活科技教材教法
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分類
把雜亂無章的物體 或概念，依照其共 同的屬性分成數類 ，以簡化概念
一級分類 二級分類 三級分類
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自然與生活科技教材教法
6
分類
應讓學生自訂基準
二分法：分成兩類
10/02/08
自然與生活科技教材教法
10
預測 — 有根據的假設
根據觀察到的或現有的資料，來預測未 被觀察到或未發生的事
外推法 內推法
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自然與生活科技教材教法
11
形成假設 — 觀察與推理的結果
暫時的解釋，須經過實驗驗證才能獲得 正確的結果 科學實驗必需的步驟 通常是肯定句的敘述 可以有多個假設
自然與生活科技教材教法 15
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解釋資料
對觀察所得給予合理解釋的過程 進一步產生推理、預測及假設 能夠對採用特殊方式和技術傳達的資料 ，做口語化說明的能力 能對實驗結果、資料收集、觀察結果， 作一合理的解釋、推論、歸納等
10/02/08
自然與生活科技教材教法
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操作實驗
對於某一言辭的解釋或看法，有含糊不清或 不一致時，需要以操作型的方式下定義 操作型定義是根據可觀察、可操作的眼光來 下的，而且這觀察或操作，為使用這定義的 人能夠實際做得到的 在定義中必須含有要觀察什麼、操作什麼的 項目 對於某一事物，能夠下的操作型定義可能不 只一種 某一名詞的操作型定義，不一定和同一名詞 但另一操作型定義完全一樣
科學過程技能
科學過程技能就是科學方法
科學過程技能是科學家必備的技能，也 代表處理與解決問題的能力 科學方法是從古至今的科學發展邏輯推 衍而來的研究方法 以嚴謹的科學方法得到的結論可得到最 大可信度 科學方法不只是在自然與生活科技中表 現其特性，也可以應用在其他事物之處 理上
自然與生活科技教材教法
傳達 測量 預測 推理
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自然與生活科技教材教法
3
傳統的過程技能項目
（小學四年級至六年級）
形成假設 鑑認變因 解釋資料 下操作型定義 實驗
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自然與生活科技教材教法
4
觀察 — 科學方法的根本
眼睛的視覺 耳朵的聽覺 手的觸覺 口的味覺 鼻子的嗅覺
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1
Science - A Process Approach
重視探究導向的小學科學教材 依高度結構順序發展出一套科學過程的 技巧，分為基本過程和統整過程兩大類 課程設計受蓋聶式的「層階」學習理論 之影響
10/02/08
自然與生活科技教材教法
2
傳統的過程技能項目
（幼稚園至小學三年級） 觀察 分類 應用時間空間之關 係 應用數字
設計實驗的能力 使用工具的能力 處理實驗結果的能力
10/02/08
自然與生活科技教材教法
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其他重要技能
提出問題 工具的使用 資料的收集與整理 實驗結果的處理
10/02/08
自然與生活科技教材教法
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科學態度
科學態度
對科學的態度 (Attitudes toward Science)