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。　　基本技能　　　　　　　综合技能　　1．观察( Observation)　　　7．控制变量( Manipulated Variables)　　2．分类( Classifying)　　　　8．解释数据(lnterpreting Data)　　3．测量 (Measuring)　　　　9．形成假设 (Constructing Hypotheses)　　4．预测 (Predicting)　　　　10．确定操作性定义( Forming Operational Definition)　　5．推理（Inferring）　　　　11．完成实验(Finislling Experiment)　　6．交流( Communication)　　12．建立模型(Making Models)　　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。(2)给儿童们机会，用数字于有关科学实际问题的答案上。在科学测量中，每一儿童都会记录各种不同的量度。他们记下的量度可能是长度的、质量的、时间的、温度的或体积的。他们会明白，无论他们多细心，如果再测量时，准会得不到相同的数值。应用数字仍包括求平均值的技巧。　　4．预洲( Predicting)　　预测是根据长期和仔细的观察以及精确测量的结果，预报将来可能发生的事件。如果不是根据观察和测量所做的预测，是一个无意义的臆测或猜测而已。我们周围的环境中，许多事物的变化都具有规律性及周期性。因此，经过仔细的观察和测量，就可做出预测。预测与表达是分不开的，从观察与预测所得的相关曲线，可用外推法进行预测，多数预测都能加以验证。学生在尝试预测时，应帮助学生发展判断预测可靠程度的能力。因此，在发现所做的预测不正确时，学生应核对作预测的依据。　　5．推理( Inferring)　　推理是对观察结果的解释，必须根据观察的结果做出合理的推理。对同一观察的结果，可以有2种以上的推理。因此，推理的结果不一定可靠。可以根据观察者的观察过程是否仔细、详尽，从数种推理中，选择认为最可靠的推理。以前获得的推理结果会因新观察到的结果而被修正。　　6．交流( CommUnication)　　交流不仅是科学探究的过程技能，也是人类自古以来所从事的过程。清晰、精确而公正的表达是任何活动所必须的，也是一切科学研究工作的基础。科学家、教育学家、社会学者及一般企业经常使用口头、文字、图表、数学式及各种视听媒体进行交流。统整过程的教学　　综合技能为建立在六个基本技能基础上的较复杂，具统整性的科学过程。综合技能包含控制变量、解释资料、形成假设、下操作性定义、实验、建立模型。　　7．控制变量( [Manipulated Variables)　　在科学探究活动中，经常使用控制变量的技能。因为在一个研究中需要辨认各种有关的变量，分别加以适当的控制，即操纵一个变量，保持其他一些变量不变，观察另一变量是怎样发生变化的，这样才能得到可靠而又能重复的结果。　　8．解释数据(Interpreting Data)　　处理数据就是将各科学研究过程所收集的各种资料，加以整理、分析、研判并解释的过程。当学生看到报章杂志的图表、照片或气象时，需要有处理和释数据的能力。　　9．形成假设(Constructing Hypotheses)　　将观察到的事实，做一般性的概括，或将推理作归纳性的解释，就是所谓的形成假设。所形成的假设不一定是正确的，因为假设必须经过验证。在验证假设时，因为假设所叙述的对象，往往包括了同一类事物的全体，因此要找出一个不支持假设的观察，远比找所有支持假设的证据容易。如果假设通过了许多验证，没有发现有任何不支持假设的证据时，我们接受它为已经验证的假设，从而形成为概念或规律，但如果新的证据出现不支持已形成的概念或规律时，他们需要进行修正。如果实验中，存在不支持假设的证据，假设必须修正或放弃。　　10．确定操作性定义（Forming Operational Definition）　　操作性定义是指说明如何观察或测量某一现象、事物或结构所用的操作。要判断某一定义是不是属于操作性定义有两个标准：第一，在这个定义里，要描述需要“操作什么”，也就是需要“做什么”；第二，在这个定义里，要描述需“观察什么”。例如，有关氧的操作性定义可表示为“氧是一种无色、无奥、无味的气体，将有带火星的木条放入装有氧的容器时 （你所做的），木条会重新燃烧起米（你所观察到的）。”假如有学生要辨认集气瓶中的气体是否为氧时，就可采用这个操作性定义，因为根据这个定义，他知道要做什么、观察什么，可辨认瓶中的气体是不是氧。有关氧还有其他定义，如“氧是一种非金属元素，它的相对原子质量为16。”这个定义对于学生辨认集气瓶中的气体是不是氧，毫无帮助，因为根据这个定义，学生不知道要做什么、观察什么，因此，它就不是操作性定义。　　11．完成实验（Finishing Experiment）　　完成实验就是指进行一个完整的实验，包括详细的观察，由观察发现或提出的问题，形成假设，识别并控制变量，确定操作性定义，设计一个合理的实验，完成实验并解释实验结果，必要时修正假设。　　12．建立模型(Making Models)　　根据实验结果以及综合各方面的信息，建立一个有关事件发生过程的模型。如，关于水的三态变化中汽化和冷凝过程的模型。模型一般可分为物理模型、概念模型和数学模型三种。　　在科学探究中，科学家是综合使用这些过程技能的。在日常的探究教学中，教师应结合学习内容，设计合适的活动，有针对性地训练学生的过程技能。同时应注意，不要将科学探究模式化、程序化。因为，在科学探究过程中，虽然科学家所做的第一步通常是对现象的观察。在观察的基础上建立假说或有意义的猜测，用以解释观察到的现象；通过演绎推理形成预见，用以检验假说，设计实验检验预见；最后，将实验的结果与假说相比较，看二者是否一致：如果一致，假设就变成一个工作模型，接受进一步的检验。然而，这个顺序并不是一剂魔药。只有一些科学发现的例子遵循这一探究程序。这些排列有序的步骤并不能保证科学探究一定得到真实的结果。Alexander Fleming发现背霉素完全出于偶然。他并没有用“科学探究的程序”来建立模型、检验预见。他只是在准备扔掉一个被污染的培养皿时，看到了原来没有预见到的生生长菌落。科学发现的过程是复杂的。创造、修正、再创造模型中遵循的步骤是随着科学及其建立的模型的不同而变化的，具有独特性。