科学推理能力的理论综述

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1、魏昕，郭玉英12调查了北京市范围了一些中小学生，而且在调查过程中以LCTSR量表（2000版）的一些题目对调查对象进行相关测试，在测试后发现，推理 能力的发展和年级息息相关，年级越高，推理能力越强。另一方面，使用Logistic 回归曲线对所有调查对象6个主要能力维度进行测量，具体测量结果如下：不管 是从哪个角度来看，科学推理能力都很大程度受到教学因素的影响。王俊民、杨希13的研究则主要是为了提高学生的加强学生的思维能力，寻找 到有利于学生提高科学探究与合作学等能力的教学模式，另一方面，其还以转变 实际教学手段等四个环节为切入点，针对提高物理教学中学生的推理能力提出自 己的观点，其研究缺点在于

2、只是从宏观方面指明具体教学的途径，不过也具有一 定得现实借鉴意义。周思琪14的研究则是采用分层取样的方法，取样对象集中在科教水平和教学 水平都存在显著差异的不同三所地区高一高二年级。其研究主要是为了把三个不 同地区的科学推理综合能力进行系统的对比研究，其研究发现，就科学推理能力 而言，科教水平的影响也不容忽视，科教水平高的地区遥遥领先于水平较低地区， 最终其结合研究发现就如何促进中学生科学推理水平总结出自己的观点。谈学婕15则首先针对数理知识与科学推理能力二者存在的关系作出解释,同 时阐述了学生科学推理能力的影响因素,并且以Lawson test的七个维度为切入 点，首先指出科学推理能力在性别

3、方面存在的差异性，然后结合实际情况，针对 如何整体促进学生自主建构知识的能力的提高总结出自己的观点；把教学的重心 放在讲解知识体系的发展方面；结合学校教育和学生已经形成的思维习惯提出促 进情景教学效率的建议。艾彤16结合LCTSR科学推理能力测试和原始物理测量工具，选择72 位自首都师范大学本科的学生，在此基础上探究他们科学推理水平、处理物理问 题的水平和科学推理成绩三者之间存在的关系，最终结合研究成果，提出的观点 是为了提高学生处理物理问题的能力，可以通过改变过去一味强调知识轻能力的 教学手段。陆海燕17则是以高中生的物理试卷为分析对象，对其从学校、性别等方面进 行系统的对比分析，最终认为，

4、为了促进学生物理推理能力的提高，可以考虑以 思维导图、问题串和科学探究等方面为切入点进行教学方法的选择。罗琦18 在分析科学推理能力测试题的基础上提出从对教材内容的处理要符 合中学生思维发展规律；处理好知识教学和能力培养的关系；引发学生“认知冲 突”，去除迷思概念；课堂练习题设置要考査学生能力四个方面去培养高中生的 科学推理能力。以上研究大部分都是针对大学生的推理现状进行，对高中生推理能力的理论 研究较少，但是采取什么方法有利于促进现有理论研究成果的使用效率，发挥其 在促进高中学生思维水平提高方面的积极作用，总体水平还较低，对其的研究也 同样任重道远。1.4研究内容和研究方法1.4.1研究内容

5、（1）首先，查阅相关科学推理能力资料并依托教育学心理，从皮亚杰认 知发展理论着手，分析学生现阶段应具备的推理能力，为物理推理能力培养提供 理论依据。（2）立足于一线教学，根据“ Lawson科学推理能力测试量表（LCTSR）” 选取高中一年级的学生进行科学推理能力的现状调查，先取代表性的班级作为实 验班，同时选取相同水平的对照班，从实践中分析进行针对性培养能否对课学能 力有明显的提高。（3）在数据分析与讨论的基础上形成初步结论，针对数据所展现的问题在区 教学活动中，和相关的一线教师进行探讨，从理论上分析哪些教学措施能够对学 生的科学推理能力的提高起到重要的作用。（4）在相关的教学探讨中，根据高

6、中生的实际情况，选取了探究教学，问题 串教学和思维导图教学三方面着眼讨论并实践。从学生容易遇到的逻辑困难着手 并以此为依据进行教学实验，案例分析，进而提出培养和促进学生科学推理能力 发展的意义和建议。形成有利于培养物理推理能力的教学建议。1.4.2 研究方法本研究中，主要采用了调查研究、文献的研究、行动研究、经验总结等方法。（1）调查研究法。选择了研究对象后，采用访问归纳、评价等方法，高中物 理学生科学推理能力的的现状并分析其存在的问题，发现研究的关键点。（2）文献研究法。系统分析总结全世界范围内的已有文献资料，然后对寻找到 的资料进行全面整理分析，从中选择本课题需要的理论依据，与此同时借鉴先

7、进 的科学推理能力实践中在对学生思维的训练，动手能力的培养，长此以往，形成 有利于促进学生科学推理水平的物理实验教学方案。（3）行动研究法。回顾总结自己的教学心得以及借鉴旁人的观点，得出科 学推理能力在高中生学习中扮演的重要角色，在实验教学中选择相应的指导方法 也能发挥老师在引导学生方面的积极作用，与此同时可以为学生创造培养主动性 和创造性的有利环境，总体提高学生的创新能力。（4）经验总结法。采取实际手段号召老师大胆创新，严格依据教育现实情 况，在此基础上分析、归纳、总结，第一时间归纳总结出一线教学过程中有效经 营。第2章 科学推理能力的理论综述科学推理作为科学思维的高级形式，是个体思维发展后

8、所具有的推理类型。 对于青少年来说，在发展科学推理思维能力方面还有极大潜力可挖且正处于发展 的黄金时期。所以采取适当措施提高学生的科学推理能力意义深远。2.1 科学推理能力的涵义追根溯源，科学推理这一理论的提出者是皮亚杰，雏形是其的认知发展理论。 按照他的观点，科学推理属于人类所掌握的推理类型之一，是认知发展进行到形 式运算环节的产物20。不过，还有不同的学者也纷纷进行研究，针对如何界定科学推理能力提出自 己见解。Kwen 对其作出的定义为：科学推理可以分为归纳推理和演绎推理，不管是 对自然界所进行归纳形成的概念、原理、概括等环节，还是在这些原理等的基础 上所展开的演绎环节都属于科学推理21。

9、Lederman 的观点则是，学科推理包括归纳思维和演绎思维。前者指的是概 念的形成以及获取等环节，后者则主要是以创造力等为基础的评价。22Stuessy 则在研究后提出，科学推理的本质属于在个体在科学探究阶段，可 以如实反映现实的现象存在的关系、设计检验所提出的关系的实验同时左右着所 有的选择和结果；兼顾现象可能出现的概率、同时预言逻辑推论、权衡证据，在 此基础上选择相应的证据来支持相应结论的可行性时包含的内在逻辑思维形式 23。所以，不难发现，尽管各位学者在界定科学推理时还尚未达成共识，但我们 可以看到其在宏观角度都大同小异。各位学者几乎都认为：科学推理属于个体思 维较高水平的直接体现；对

10、于个体的科学推理来说，归纳推理和演绎推理较为常 用；个体发挥科学推理在检验假设等环节的积极作用。2.2 科学推理能力测量的维度对于中学生的物理教育教学来说，物理能力测量不可或缺。因为现象是物理 学存在的基础，所以，物理能力测量和物理现象切不可割裂开来，选择测量工具 时也要大胆创新，将其上升到物理问题的高度。大量实例证明，LCTSR量表的有 效性已被普遍接受。来自美国的包雷教授选择中美大学生为研究对象，应用 LCTSR 测量其科学推理能力，发现中学学生在科学知识的成绩远高于美国学生， 但是科学推理能力却没有显著差异，该结果在Science上发表，引发国内外 学术界的普遍关注。LCTSR量表主要有

11、来自六个不同维度的24道客观题。表2.1 LCTSR量表的六个维度维度体积质量守恒比例推理控制变量推理题目1-4题5-8题9-14 题维度概率推理相关推理假设演绎推理题目15-18 题19-20 题21-24 题通过对科学推理测量维度的明确了解，不难发现要想培养学生的科学推理能 力首先要明确哪些因素会影响学生的推理能力发展，其次针对不同维度来改变传 统的教学方式，在教学过程中采用探究式、问题导学、思维导图等教学手段来逐 步提高逐步提高科学推理能力。2.3 物理教学中科学推理的基本形式1. 物理归纳推理在物理教学中，我们在解决一些复杂而无从下手的问题时，把复杂的问题分 为若干简单的情形，再对这些

12、特殊情形进行归纳，从而获得相应的规律。由个别 性的物理判断推出一般性的物理判断即物理归纳推理。教师在教学过程中要逐渐 渗透知识发现的过程，让学生学会归纳总结。例如:人们在研究天空中飞翔的雄 鹰的运动情况时发现，因其身体各部分运动情况不同，无法准确描述。此时，我 们可以找到生活中很多相似的事例，比如滚动的足球，运动中的自行车等 一些 无关紧要的属性研究可以忽略其形状和大大小。实现了由单一物理判断到一般物 理判断。科学归纳是一种不停留在简单重复的事实，而是对物理内因的分析与比较， 在物理学中，大多数推理都是科学归纳推理，它是培养和测量科学推理能力的重 要依据。2物理演绎推理以常规的物理规律、概念等

13、为基础，在此基础上总结一个具体的、特殊的结 论，这种方法即为演绎推理例如：“如果物体系统只存在重力或弹力做功，动 能和势能能够来回切换，但是总的机械能始终一样。所以，所有抛体中在任何时 间段重力势能和动能的总量一样”。在此实例中，第一句话属于一般性规律；而 第二句话里“所有的抛体”，是第一句话里“只有重力做功”所包含的情况之一。 因此，可以演绎出抛体运动也反映了第一句话里的一般性结论：“任何时间内势 能和动能总量总是保持一样”。3物理类比推理对不同的研究对象在某些方面具有相似的特征和现象，猜测出他们其他方面 也许还具有相同特点，然后采取实际行动检测猜想，就是物理的类比推理。在研 究光的过程中，

14、惠更斯研究发现光和声音都会出现反射、折射现象，由此推测光 也应当是一种波。当然，物理类比推理的结果也得能够接受实验的验证。因为类 比在教学中便于突破难点，所以在实际教学中，我们常用类比来建立一些新的概 念，比如：水容和电容，电势和地势等等。4物理假设推理如果出现要一次得出结论难度较大的情况，则可以选择从较容易突破的环节 为切入点，将其进行假设条件，例如假设截然相反的条件，在此基础上采取适当 方法证明它和题设条件之间完全系相悖，最后得到想要的结论。该方法即 “反 证法”。在实际使用过程中，大多数时候都是正难则反。比如：伽利略在研究自由落 体运动中的轻重物体下落一样快时，就先假设重的物体下落的快，

15、而轻的物体下 落的慢。并提出如果把轻重物体连在一起下落，到底是比重的物体快还是慢，得 到了自相矛盾的两个结论，从而否定了亚里士多德的“重的物体下落得快，轻的 物体下落的慢”的错误结论。由此肯定了轻重物体下落快慢一样的结论。2.4 科学推理能力在高中物理教学中的地位和作用1.科学推理能力有利于提高能力培养的有效性从过去的很长时间开始到现在，测量物理推理能力一直停留在定性描述的 水平上，缺乏深入的定量研究，这己经不能适应物理教学理论和实践发展的需要。 现在，采取何种方法提高对推理能力进行培养和强化，是现阶段绝大多数教育需 要面临的重难点。不过，现实却并非如此，现在物理学科对于推理能力的培养总 体水

16、平较低，理论上的定量测量难以成为现实。正式由于这样的客观条件所限， 物理推理能力总体水平较低。这导致部分学校和教师在升学压力下，教学往往以 考试为目的，忽视对能力的培养。即使在注重能力培养的地区和学校，由于能力 培养的有效性难以判断，也难于像知识一样能够在短时间内采取实际情况弥补。 对推理能力进行相关的定量测量，能够及时反馈学生推理能力的实际情况，有利 于及时获取推理能力培养存在的实际问题，对症下药，采取针对性措施解决相关 问题。2. 科学推理能力的训练有利于学生思维品质的培养 对于教师而言，要把培养学生思维作为目的之一，激发学生思考、探究、寻 找解决生活中物理、数学等问题的最佳方案。中学生思维品质的提高、创造力的 培养，需要教师结合学科内容有意识