编译：秦银霞 东南大学脑与学习科学系，儿童发展与教育研究所
研究生导师：柏毅，夏小俊
作者：R. Rahayu, S. Siswanto & C. A. Ramadhanty
【摘要】：作为21世纪最重要的技能之一，解决问题的能力必须得到提高，以应对存在的各种挑战。解决问题需要掌握问题背后的概念，一种可以提高概念理解的学习模式是使用科学论证活动进行引导探究。本研究旨在分析使用科学论证活动的引导探究式学习模式，对提高初中生概念理解的有效性。本准实验研究采用非等效对照组设计。采用Wilcoxon检验的数据分析结果显示，各班级在前后测均有显著差异。前测时的Mann-Whitney检验结果显示对照班与实验班之间无显著性差异，后测时的Mann-Whitney检验结果显示对照班与实验班之间有显著性差异。实验班的N-Gain测试结果表明，在科学论证活动中使用引导探究式学习模式比对照班更能提高学生的概念理解。效应量检验结果显示，在科学论证活动中使用引导探究式学习模式对学生概念的理解有适度的影响。
【关键词】：概念理解；探究式学习；科学论证
一、前言
在授课时，结合上下文的科学材料更易让学生理解，但光学和光学材料是一种没有在上下文中给出的材料，这意味着学生难以理解概念或理论。在光学和光的主题上，许多材料都是抽象的，例如折射镜像的形成。学生很难将他们理解的材料传达给他人，因为学生只理解所传达的内容，而不能理解整个概念。由于概念理解能力低下，学生在学习过程中无法正确表达自己的观点，因此，需要能够鼓励和发展学生理解学生科学概念的学习活动。
一种能够为学生理解科学概念提供意义的学习模式是引导探究式的学习模式。引导探究式是一种学习模式，要求学生通过独立发现概念并以教师为指导，更加积极地参与活动学习（Wisudawati&Sulistyowati，2014）。根据Jufri（2013）的说法，引导探究式的学习模式具有以下特点：学生从进行具体观察开始进行学习，并指导他们做出推论或概括；学习活动的目的是帮助学生学习或强化基础概念；教师以现象、数据、材料、对象的形式更具体地开展学习，并在课堂上发挥领导作用；指导每个学生根据自己的独立观察和与同学的发现，尝试建立有意义的联系；该班是协调的，以发挥科学实验室的作用；教师试图鼓励学生在课堂前通过演示活动练习交流他们的观察结果，并由其他学生提供反馈。
Ramadhani&Aprilianingsih（2020）进行的研究表明，使用引导探究式的学习模式能够提高学生对数学概念的理解。其他研究也提到，引导探究式的学习模式的应用可以提高学生的概念理解。基于Karsilah，Febriastuti&Siswanto（2017）的研究，采用引导探究式的学习模式创新能够提高初中生的认知能力。认知能力可以被纳入学生对科学概念理解的指标中。根据Stender，Schwichow，Zimmerman，&Härtig（2018）仅凭认知技能是不够的，学生需要特殊的科学推理技能来学习探究活动的科学内容。
在引导探究式的学习模式中，它并不能直接促进学生通过科学论证活动来实践构建科学概念。事实上，在学习科学的过程中，科学论证活动对学生的培训非常重要（Marhamah，Nurlelaelah&Setiawati，2017）。论证技能在建立对所研究概念的解释、模型和理论方面发挥着重要作用。认知和情感能力可以通过论证技能来训练，从而帮助理解科学概念（Siswanto，Kaniawati&Suhandi，2014）。在基于概念的理论解决问题时，论证不仅提供信息，而且提供结论，这指的是理解概念（Viyanti，2016）。
因此，在本研究中，科学论证活动将结合科学学习过程，采用引导探究式的学习模式。论证是一种将观点和证据联系起来的逻辑对话。证据必须包含某些客观事实或条件，才能被接受为事实。在科学学习中，论证对于学生学习像真正的科学家一样思考、行动和交流非常重要（Dwiretno&Setyarsih，2018）。学习活动中的科学论证参考了图尔明（2013）的图尔明论证模式。主张（观点）、证据（数据）、正当理由（权证）和支持。主张（观点）是在论证活动开始时提交的一份声明，通常可以作为一种思想的基础。证据（数据）是支持陈述的特定性质的证据。正当理由（权证）是数据和主张之间的支持者，它们是公认的信仰和价值观。支持是作为对保证的进一步支持的附加数据、信息和其他论据。
科学论证技能是培养学生科学学习能力的重要环节，能够让学生对所学材料有清晰的看法、逻辑推理和合理的解释。此外，论证能够帮助学生根据科学概念对日常生活中发生的科学现象进行解释（Ginanjar&Utari，2015）。
在此基础上，将进行一项研究，以分析使用科学论证活动的引导探究式的学习模式在提高初中科学学习中对概念的理解方面的有效性。
二、方法
本研究采用准实验型定量研究。所使用的准实验设计是非等效对照组设计。这项研究使用了两个班，包括一个实验班和一个对照班。实验班采用科学论证活动引导探究式学习模式，对照班采用引导探究式学习模式。本研究旨在分析利用科学论证活动进行的引导探究式学习模式在提高初中生对光和光学仪器主题的科学概念理解方面的有效性。
这项研究的对象都是特芒贡区一所学校的学生。所有八年级学生由八个班组成，共有253名学生。本研究中使用的样本是来自两个不同班级的VIII班学生，即VIII G班和VIII H班，每个班级的人数为32人，共有64名学生。所使用的采样是有目的的采样，所选的两个样本班具有相同的特点，即教师授课相同，背景能力和学生的平均学习成绩相同，学生没有学习光学和光学主题的学习材料。
本研究的变量包括自变量、控制变量和因变量。引导探究式学习模式作为自变量，在实验课上采用科学论证活动的引导探究式学习模式，在对照课上采用单纯的引导探究式学习模式。作为控制变量，即光学和光的主题。作为本研究的因变量，即对学生概念的理解。
本测试旨在获取初中八年级学生对光学和光的概念理解信息。该测试采用了编号为14的多选形式，共有四个答案。在被用作研究工具之前，对书面测试项目进行了有效性和可靠性测试。
有效性测试用于表明测试工具的有效性或真实性水平。本研究的有效性测试包括内容有效性和题目有效性。内容有效性通过在五位专家身上进行测试，与内容的质量有关。然后使用Aiken V试验中的公式计算专家的评估结果。如果V的值大于Aiken的V表中的V表的值，则该测试工具被认为是有效的。可靠性测试是通过对32名学生的测试问题来进行的一致性水平。
通过计算前测和后测、显著性检验、N-Gain测试来分析所获得的数据。通过计算前测和后测的结果来分析所获得的数据。前测和后测按0到100的比例进行转换。进行显著性检验以确定自变量和因变量之间的关系。作为显著性检验的先决条件，进行了正态性检验和同质性检验。
进行正态性测试是为了查明所获得的数据是否正态分布。正态性检验采用Kolmogoro-Smirnov检验（Sundayana，2014）。根据正态性检验的计算结果，已知数据不是正态分布的。进行同质性测试以获得数据是否均匀分布的信息。
同质性检验计算使用SPSS 25版程序的方差同质性，显著水平为5%或0.05（Emzir，2013）。根据同质性测试计算的结果，已知数据不均匀。
Wilcoxon检验是一种非参数检验，用于衡量两组配对数据，Mann-Whitney检验是一种非参数检验，用于在一个或两个数据组不正态分布的情况下测量两个独立数据组之间差异的显著性（Emzir，2013）。
进行N-Gain检验，以确定前测和后测结果之间的变化幅度。在进行N-Gain测试时，可以使用N-Gain检验公式进行计算。此外，测试效果大小用于确定利用科学论证活动指导探究式学习模式对学生概念理解的有效性。效应大小值的计算采用了Thalheimer和Cook在Semerci&Batdi（2015）中提出的Cohen公式。
三、结果与讨论
学生概念理解测试结果表明，结合科学论证活动的引导探究式学习模式在提高学生概念理解方面是有效的。这可以从实验班学生对概念的理解结果中看出，实验班学生的概念理解水平高于对照班。实验班采用科学论证活动指导探究式学习模式，而对照班仅采用探究式学习指导模式。前测和后测结果见表1，从结果来看，实验班比对照班有更好的后测分数。
表1 前后测的结果
Wilcoxon检验是一种非参数检验，用于衡量实验班和对照班的前测和后测成绩之间差异的显著性。表2显示，在实验班和对照班，学生对测试前和测试后结果的概念理解存在差异。
表2 Wilcoxon检验的结果
前后测学生对概念的理解呈现出不同的结果。学习活动后，学生对最初概念的理解有所增加。这一点可以从学生前测的平均成绩低于学生后测的平均分数的结果中得到证明。这些结果与Hariani、Nuswowati和Winarno（2020）进行的研究一致，该研究指出，应用引导探究学习模式可以提高学生的概念理解。根据Sani（2014）的研究，基于探究的学习阶段包括提出问题、寻求信息以提供临时答案或假设、测试假设和分析结果以得出结论的过程。
Mann-Whitney检验是一种非参数检验，用于衡量实验班和对照班之间前测成绩差异的显著性，以及实验班和控制班之间后测成绩的差异，Mann-Whitney检验结果见表3。
表3 Mann-Whitney检验的结果
引导探究式学习模式虽然能够提高学生的概念理解，但其效果并不比利用科学论证活动的引导式探究式学习模式好。这是因为如果仅仅使用引导式探究学习模式并不能训练学生构建概念。Marhamah，Nurraelah&Setiawati（2017）提到，引导探究式学习模式并不能直接促进学生构建概念，而是需要通过科学论证活动。引导探究式学习模式和使用科学论证活动的引导探究式学习模式的学习步骤如表4、表5所示.
表4 引导探究式学习模式中的学习步骤
表5 使用科学论证活动的引导探究式学习模式中的学习步骤
采用科学论证活动的引导探究式学习模式对学习过程和学生对概念的理解非常有帮助，科学论证活动能够训练出更多样的理解概念的指标。以下是在基于科学论证活动的工作表上准备学生论点的结果示例，即：学生1，“当光由于穿过两种不同的介质（理由）而在传播方向（证明）上发生弯曲时，就会发生光的折射（权利要求）。当从水池底部射向我们眼睛的光由于水的折射率大于空气的折射率（数据）而偏离法线时”；学生2，“光的折射（声称）是由于光传播方向的偏转（证明）。光通过两种不同的介质，即空气到水（证明），使光远离法线（数据）”；学生3，“光从空气到水（证明）的折射（主张），这是两种不同的介质（理由），因此水池看起来很浅，因为折射的光会远离折射率的法线（数据）”。
至于学生论点的准备结果，如果进行分析，可以看出，在学习的实施过程中，学生通常会提出假设，并将主张作为思想的初始陈述，这个过程可以训练学生的推理能力，因为在准备初始陈述时，学生必须找到基于事实的特定模式。汇编证据（数据）的阶段是支持陈述的具体阶段，在这个阶段，学生需要找到参考来源和观察结果来支持他们的陈述，训练了解释因果关系的能力，为陈述提供强化，还训练了学生提供例子来支持现有陈述的能力。辩护的下一阶段是训练学生寻找其他理论来支持现有的数据和主张，在这个阶段，学生们能够比较数据和主张之间的异同，从而加强陈述，也训练了学生根据事实进行推断，寻找额外的证据，并根据因果模型解释数据的能力，还训练了举例提供额外证据的能力，以及根据某些类别将现象分类为额外证据以加强陈述的能力。
四、结论
利用科学论证活动的引导式探究学习模式在提高初八班学生对光学和光主题的科学概念的理解方面是有效的，因为存在着能够为学生提供更完整知识和更广泛见解的论证活动。对未来研究的建议是，本研究中的学习实施是在线进行的，可以在课堂上面对面进行进一步的研究。
查阅原文：R. Rahayu, S. Siswanto & C. A. Ramadhanty Jurnal Pendidikan Fisika Indonesia
DOI:10.15294/jpfi.v19i1.36626
转自：“百研工坊”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
