第四章 应用实验
小学科学理解性教学设计应用实验研究以某市某小学的三年级学生为实验对象。应用实验的开展时间为 2012-2013 年度第 2 学期。应用实验思路如下：
4.1 实验对象与变量
1.实验对象：某市某区某小学三年级学生。采用随机选取的方式，从四个班级中随机选取两个班，并随机指派实验班与对照班，实验班学生 40 人，对照班学生 43 人，被选取的两个班级在学业成绩与学生基本情况方面无较大差异。
2.自变量：理解性教学设计。
3.因变量：学生科学学习态度、学生科学认知（本文中测测量的科学认知主要通过学生理解程度的表现以及生科学概念转变情况来体现）。
4.实验材料：小学生科学态度问卷、植物生长与发育问卷、植物生长测试题。
各实验问卷与测试题的具体情况如下：
（1）《小学生科学态度问卷》。在参考已有相关研究的基础上，该问卷由作者自行编制，采用五点自评方式，详细情况可见附录一，该问卷共计 14 小题。选项中"非常不同意""不同意""一般""同意""非常同意"分别赋予分数 1~5 分。试题中以正向题为主，辅之一定数量的反向题。问卷编制完成后经过预测试检验其信度与效度，并进行了相应调整最终确定（详见附录一）。《小学生科学态度问卷》的试测在教学前后均有，用以了解教学前后学生科学态度的转变情况。
（2）《植物生长与发育问卷》，该问卷的编制参考小学科学课程标准中关于该学习主题的基本要求，并经实验学校教师指导而完成的，问卷中的题目经实验老师认可难度适中，可以较好地考察学生所学内容的掌握情况。该问卷用于教学前测与后测，以了解学生教学前后关于植物生长与发育的科学概念的转变情况。
（3）《植物生长测试题》。该测试题是依据理解的层级进行编制的，每一题所测试的理解的层级不同。《植物生长测试题》的编制目的是测试学生通过理解性教学后的所达到的理解层级理解层级。该问卷中主要测试了解释、释译、应用、洞察、移情这五个理解的层级。共含两个大题，每一测试题均是通过创设问题情境来进行测试，各大题下又划分分为几个小题，每小题测试不同的理解层级，具体题目如下：
测试题一：小明、文静、志军、大雄再一次的海上冒险中，船触礁到荒岛回不了家。通讯设备也全部都坏了，因此得在荒岛上待一阵子……1. 到岛上探索了之后，他们发现没有可以食用的东西，虽然目前船上还有一些番薯、苹果与饼干等可吃的食物，但时间一久食物可能就会不够，们只有从船上的"番薯、苹果与饼干"来动脑筋……你有什么方法能使大雄他们的食物变多、不会饿死呢?
2. 在荒岛上有一种植物的种子很特别，它像小明的头那么大，大约是一瓶矿泉水（600ml）那样重，你觉得这种植物的种子不可能是用哪些方式来传播的?为什么?
测试题二：公园里有许多数百年的老榕树，到了夏天，老榕树们称为休息乘凉的好地方，也是很多居民平时娱乐的场所，不管是早上、下午或是晚上，都可以看大很多人们在老榕树下运动、下棋、聊天，放学后，也有很多小朋友回到树下荡秋千。可是，新任的社区管理员认为，公园里的老榕树太多，重的太密集，使得公园里有很多阴暗的角落，很危险，再加上晚上时常有坏人在公园里出没，会对社区居民的安全造成威胁，主张要把老榕树一走，该种美丽的低矮植物，这样不但不再有安全的死角，公园里也将变得多彩多姿。有些居民同意管理员的看法，有些则是持反对的意见……1. 想想看，赞成移走老榕树的居民，可能考虑到哪些因素?
2. 想想看，反对移走老榕树的居民，可能考虑到哪些因素?
3. 想象一下，如果你是那棵老榕树，你想被移走吗?为什么?
分析上述测试题：我们可以看出，均是通过创设问题情境提出问题，采用这样的编制方式是出于引起学生兴趣、调动学生的积极性的考虑。测试题一：1 小题是测试学生的的"运用" 层级，考察学生学习植物的繁殖方式之后的运用情况；2 小题检验学生的"释译" ,对"种子的传播方式"这一学习内容进行测试，考察学生能否用自己的言语阐释判断的依据及理由。测试题二：从洞察和移情两个层级入手。1 和 2 两小题检验学生理解的洞察层级，学生要能够站在不同的立场上来看待问题、分析问题并进行说明；第 3 小题是移情的角度，考察学生能够能否从走入植物的世界，体验植物本身的情感。
4.2 实验目标假设
1. 理解教学较一般教学更有助于提升学生的科学学习态度；2. 理解性教学较一般教学更有利于促进学生科学认知的发展，促进学生科学概念的转变，促进学生深层次理解的发生。
4.3 实验阶段
1. 前测：测试内容包括学生科学学习态度与植物生长与发育问卷，且实验班与对照班均施测。运用《小学生科学态度问卷》对实验班与对照班的学生进行测试，用以了解本单元教学活动实施之前学生对科学学习的基本态度。运用《植物生长与发育问卷》对两个班级进行施测的目的在于获得对学生关于"植物生长与发育"的已有概念与了解状况。
2. 理解性教学设计应用实验：实验班与对照班均是同一教师授课，实验班采用理解性教学设计进行教学，对照班采用常规教学设计进行教学。实验班级与对照班级均由原任课教师上课，笔者一起听课，并对课堂教学现状进行相关记录。实验周期为 1 个月。实验班按照 3.4.3 中所设计出的学习活动方案进行学习。《植物的一生》学习单元课可概括为四个衍生性学习主题，教学实验的进行亦是按照此顺序来进行。
3. 后测：测试内容包括学生科学学习态度、植物生长与发育问卷以及理解层级问卷--植物生长测试题，实验班与对照班均施测。教学活动结束之后，对实验班与对照班进行了后测。《小学生科学态度问卷》的后测目的在于了解学生在教学活动之后的科学态度，并通过与前测中的态度比较，得出实验班与对照班在教学实验前后的科学学习态度的变化情况。后测《植物生长与发育问卷》，以了解学生学习后对此概念的学习状况，并通过前后测试的对比，了解学生的科学概念转变情况。运用《植物生长测试题》进行测试，以了解实验班与对照班学生在教学活动实施之后的理解总体表现以及不同理解层级上的表现情况。
4.4 实验结果
1.实验班与对照班实验前后在科学学习态度方面的表现实验班学生与对照班学生在"学生学习态度问卷"前测与后测中的得分情况如下表：
表中的信息可以看出实验班与对照班学生前后测的变化情况。前测的结果显示实验班的平均分为 41.28,而对照班的平均分为 42.24,对照班的平均分是高于实验班的，而后测的结果中，实验班的平均分为 43.96,而对照班的平均分为42.83,实验班学生成绩表现高于对照班。接下来，我们需要的做的是分析平均数差异的显着性。前测数据检验中，P=0.724﹥。05,表明实验进行前，实验班与对照班学生在科学学习态度方面无明显差异。后测数据分析中得到 p=0.012﹤。05,说明在实验进行之后，实验班与对照班学生在科学学习态度上表现出明显的差异性。
综上数据，我们得到以下结论：基于理解性教学设计而展开教学活动的实验组学生对科学的学习态度方面，无论是实现前后平均数差异检验还是实验组与对照组间平均数差异检验均达到了显着水平。基于理解性教学设计而展开教学活动的实验组学生对科学的学习态度方面较对照组学生表现更好，表明理解性教学设计有助于提升学生的科学学习态度。
2. 实验班与对照班实验前后在科学认知方面的表现
教学实施前后，实验班学生与对照班学生在科学认知方面的准确情况主要通过科学认知测验、理解层次上的表现以及教学前后科学概念的转变情形三部分内容来体现，具体如下：
（1） 科学认知测验结果：从表中可以看出，实验班学生测试成绩的平均分高于对照班。这种平均数的差异性是否显着需要进一步分析。进行平均数差异检验得到 p 值为 0.018,小于0.05,表明差异性显着。表示接受理解性教学设计的实验班在科学认知的表现优于一般教学的对照班。
（2）实验组与对照组理解层次上的表现：上表中清晰地表明：对于问卷中所测试的理解的五个层级--解释、释译、应用、洞察、移情进行测试，"应用""洞察""移情"这三个维度的 p 值分别为0.045,0.029 与 0.037,均小于 0.05,表明差异是显着的，但在"解释"与"释译"这两个层次上的表现并无显着性差异（p 大于 0.05）。在理解的层级中，"解释"与"释译"处于较低的层级，而 "应用""洞察""移情"处于较高的层级，由此我们得到，与一般教学相比，在"应用""洞察""移情"三个层级上，理解性教学表现更为突出，表明理解性教学有助于促进学生对科学的深层次理解。
（3）教学前后科学概念的改变情形。实验班学生与对照班学生关于"种子萌发需要条件"这一科学概念的改变情况统计分析如下：由上表可以发现，在种子萌发需要的条件这一问题上，实验组在课前的概念以"水分、空气与阳光"最多，占 37.5%,排在第二位的是"空气",占 32.5%,而对照组在课前的概念也以这两项居多，所占比例分别为 34.8%和 32.6%.实验组持有错误概念的比例（80%）稍大于实验组持有错误概念的比例（79.1%），表明两组学生的初始水平相当，无较大差距。
而在课程结束之后，实验组回答正确的比例由明显提高（从 20%提升到80%），对照组正确率从 20.9%提升到 60.8%.表明采用理解性教学设计较一般教学设计对学生科学概念的转变效果更佳明显。
综合上述科学认知的三方面的表现，我们得出：采用理解性教学设计较一般教学设计而进行的教学，更有利于发展学生的科学认知、促进学生科学概念的转变，同时也较为明显得促进了学生的深层次理解。
