焦卫华 李国强 杜明荣

摘    要：通过填写网上调查问卷的方式对河南省两所高等院校的本科生的科学推理（Scientific Reasoning）能力进行的测试发现：学生成绩分布呈正态分布，一本高校（A）学生各维度科学推理水平均高于二本高校（B），且两所高校学生的相关思维和假设—演绎思维水平均有显著差异。通过采用科学推理能力测试中五个重要维度的准确率平均值和平均分归一化百分比的函数，反应出同生源层次的学生科学推理能力的水平，也对理工科学生科学素养的提高有所启示。

关键词： 科学推理能力; 高等学校;物理专业;

中图分类号：G642     文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2021）03-0056-02

著名心理学家皮亚杰在其认知发展理论中首次提出科学推理（Scientific Reasoning）这一概念。科学推理能力是科学素养的重要组成部分，是形成和完善人们对自然界和人文社会的各种概念和理论认知过程的重要步骤。科学推理的要素是假设、实验和证据，其中证据是经由假设、实验过程检验过的，并确定为真的内容[1]。科学推理能力对科学研究，特别是原创性科学研究具有重要作用，对于研究者的研究生涯也有重要影响。高等院校的本科生不仅是各个生产领域的生力军，更是未来科学研究的新生力量，因此其掌握科学推理能力状况非常重要。

本文首先对河南省两所高校的物理专业本科生的总体科学推理及各推理维度的成绩进行分析，并建立五种重要思维能力平均值与分数平均值之间的函数关系;进而利用广东省的一所一本院校本科生的成绩进行验证，确定该函数关系具有一定的普适性。

一、对象与工具

（一）对象

在河南省，选取两所省属本科高校（一本、二本各1所），分别命名为A校和B校。以物理专业学生为调查对象，A校96人，B校51人。

（二）工具

本测试采用具有良好效度和信度的科学推理测试卷（LCTSR）中文版。问卷共24道客观题，问题结论和推理理由成对出现，其中单数题目为问题结论，双数题目为推理理由。其中第23和24题为独立题目。按照测试卷要求的赋予分数原则：答对一对题目得1分，23、24题各得1分，总分为13分。试卷维度构成见表1，值得注意的是11—14题为变量识别与控制和概率思维的交叉题目。

二、结果与讨论

（一）两个样本平均成绩总体分析

两组样本的科学推理能力成绩的Kolmogorov-Smirnov检验显著性水平Sig.分别为0.057和0.486，都大于标准值0.05，即服从正态分布。从曼—惠特尼U检验的秩统计量表得出A校和B校的平均秩次分别为81.82与59.28，由此可以粗略看出A校与B校学生科学推理能力成绩相差较大。曼—惠特尼U（Mann-Whitney U）双尾渐进显著性概率为0.002，远小于0.05，说明两个样本间存在显著差异。A校和B校的平均分为7.92和6.33，也说明他们的科学推理能力存在明显的差别。

通过统计A校和B校学生对于各对题目的得分情况发现，A校学生的题目正确率均高于B校学生。此外，两校也表现出一定的共同特征：（1）大多数题目的正确率较

低，基础题目得分率高于高级题目;（2）两种思维交叉的题目正确率最低。两校学生答题的正确率均高于60%的只有4对题目，即第1、2、3对和第5对题目。第1、2对题目对应守恒思维，分别是质量守恒和体积守恒。较高的正确率说明两校学生在守恒思维方面发展无明显差异，所以，接下来只详细分析其他五种思维能力的差异。第3对和第4对题目分别是比例思维的基础题目和高级题目，从得分情况可以看出，学生对于基础题目的得分率均高于高级题目，类似的现象在其他测试题中也有体现，例如第5对和第6对题目，这种现象说明学生的对应思维能力尚有提升的空间。

两校学生正确率最低的题目都是第6对题目，其正确率低于随机概率20%。该题目包含“变量的识别和控制”和“概率思维”两种思维。这说明学生对于需要多思维协调的能力非常欠缺。

（二）两个样本各维度对比分析

接着我们统计了两校学生在五个维度的平均正确率，发现两校本科学生在五种思维能力方面发展存在显著性差异和不均衡。为了清晰地反应二者差异，我们用A校结果减去B校结果，有以下发现：首先，五个维度的差值均大于零，这说明A校学生在五个维度的能力均高于B校学生;其次，在相关思维和假设—演绎思维方面，二者相差接近20%，这说明两校学生在这两方面存在巨大差异。以往的研究已经指出，偏基础和偏应用的高校大学生在以上两个维度存在巨大差异[2]。A校作为省内重点院校注重学生的基础训练，B校作为二本院校更偏重学生应用方面的教育，这也证明了偏应用的高校的相关思维和假设—演绎思维方面的推理能力处于弱势。

在五个维度中，两校学生得分最低的是概率思维，并且两校之间差异最小。科学推理中的概率思维不仅在高等院校的学生中水平较低，在中国不同层级的学生（初中生、高中生、中专、大专和本科学生）中，都发现概率思维得分率较低[3]。所以，从概率思维的差异中不能很好的反应不同层级学生之间的差异，总体上学生的概率思维普遍处于较低的水平。

（三）五维度平均值N（x）与平均分之间的关系

假如试卷中每对题目考察的能力单一时，试卷所有题目的平均准确率Y（x）应该等于平均分归一化的百分比，如图1中方块所示。考虑到第6对和第7对题目考察两种思维能力，同时守恒思维的准确率很高，我们采用表1中后五个维度准确率的平均值N（x）替代所有题目平均准确率Y（x），其结果如图1中的圆点所示。可以看出，所有題目的平均分较高的A校，五个维度准确率的平均值也高于B校。考虑到两校在招生批次上的差别，我们认为这可能来自生源的差别。以上假设，我们在广东省选择了一所生源水平和A校相近的一本院校（C校）进行验证，其结果如图所示。C校的结果比A校略高，但是仍然落在函数关系的曲线上，这说明科学推理能力与学生的生源具有密切关系。

三、启示

从总体上看，两所高等院校本科生的科学推理能力都处于较低水平，而科学推理能力是提高学生学习力和创造力的关键，因此必须在今后的物理等理工科教学中进一步提高学生的科学推理能力。同时，统计结果发现，从各个不同的推理思维维度来看，多思维协调能力和概率思维较差是两校学生共同面临的问题，也必须在今后的教学中有所侧重。从两校的横向比较来看，A校学生在总体科学推理水平及各维度的水平上均高于B校学生，从表面上看，这是偏基础和偏应用的大学之间的不同，但究其根源是生源水平不同。

以上测试所发现的问题与结论为高等院校培养和提高学生的科学推理能力将提供有益的指导，它启示我们，大学理工科教育应侧重提高多思维协调能力和概率思维，同时也要注重基础的学习。许多高校本科生的课程设置存在为学分而学习的现象。在课程质量上，课程层次区分不大、各专业授课内容未区分、重理论轻实践，部分课程知识陈旧。因此，在今后的理工科专业的高等教育中，要通过多种途径来提高学生的科学推理能力。首先要重构课程体系，调整基础课和实践课的比例，在保证学生知识结构完整的情况下，提高实践课所占的比例，通过强调具体的实验和操作、小组讨论等方式来提高学生的多思维协调能力;其次，要丰富实践教学的资源，提高实践课时所占的学分比例，从而提高学生的自主学习、深入探索的科研综合能力，提高学生的动手能力，并与大学生创新创业项目相结合，提高学生的创造力和实践创新能力;最后，在产学研相结合的基础上，在省、校等各级实验中心设立大学生创新实践基地，通过各种论坛、竞赛系统地培养学生的科学素养，为培养高水平的科研領军人才和社会需要的实际应用型人才打下坚实的基础。

参考文献：

[1]朱丽杰.国外科学推理能力内涵与策略的发展研究[D].长春：东北师范大学，2012.

[2]L.Ding，X.Wei，X.Liu，Variations in University Students

Scientific Reasoning Skills Across Majors，Years，and Types of Institutions[J].Research in Science Education，2016，（3）.

[3]杜明荣，郭江.中学生科学推理能力发展规律与启示[J].物理教学探讨，2018，（6）.

编辑∕李梦迪

作者简介：焦卫华（1980—），女，河北石家庄人，河南大学哲学与公共管理学院讲师，博士，研究方向：现代西方哲学。

基金项目：2017年河南省教育厅河南省高等教育教学改革研究与实践立项项目“理科师范生科学推理能力的培养策略研究”（2017SJGLX227）