编者按：早在2017年，中国教育部就发布相关通知，将科学课的授课年级提前至小学一年级，以期更好地培养学生的科学素养。小学科学课程的开设在满足学生对自然现象好奇心的同时，更专注于培养他们的求知欲和探索能力，为学生今后学习更高难度的科学知识打下坚实基础。在此情况下，如何调动学生学习科学的积极性，以达到最显著的学习效果成为一大难题。德国相关研究表明，让学生提前对实验结果做出猜想有利于提升学习效果。本篇将重点从德国针对小学生学习科学进行的相关研究，“猜想”在科学学习中的作用以及相关领域专家对此的看法等三方面展开具体论述。
本文为浙外德国研究中心“教科资讯”栏目第39篇(总第110篇)。
专家看法：对自然科学的认识至关重要
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近日，德国图宾根大学赫克托教育实证研究所(Das Hector-Institut für Empirische Bildungsforschung)博士朱莉娅·斯莱特(Julia Schiefer)发表文章称，研究表明，开设孩子能够自主展开科学研究的特殊课程，一定程度上可以更好地促进孩子们建立对科学探究过程的基本认知。尤其是在疫情期间，拥有对自然科学的一定认知显得更为重要，因为它将直接影响民众对日常相关政治决策的理解和判断。
朱莉娅指出，其实许多孩子包括大人最初对于科学都有一个大致概念，即科学能做什么和不能做什么。但在大多数情况下，他们错误地将研究结果视为最终的绝对真理。这显然是谬论，正如大多数人不知道，新冠病毒的英文名已被世卫组织正式确立为“SARS-CoV-2”，而新冠肺炎的英文名才是为“COVID-19”。
“小小研究员”课程
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早在2013年，德国赫克托儿童学院就针对一些有天赋的孩子专门开设了一套科学拓展课程。对此，朱莉娅和其同事就该课程是否能促进孩子对科学的理解展开相关研究。此项研究共招募来自巴登－符腾堡州28个地区的310名三四年级学生。在被随机均分为两组后，一组孩子被安排参与命名为“小小研究员——我们像科学家一样”的课程，另一组孩子(对照组)则在其之后才被安排参与其中。
在该课程中，孩子们将担任为期十周的科学研究员，期间可以自由探索自身感官和其他陌生事物，也可在图宾根大学神经科学学生实验室进行“电鱼实验”。除引导学生主动参与实验并进行有效观察之外，帮助其养成正确的科学思维和工作方式也是此项课程的重点内容。此外，该课程也专注于培养孩子敢于对实验结果提出批判性的质疑以及勇于阐明自身观点的思维品质。两组孩子的比较结果显示，参加课程后的孩子对科学研究过程的理解更为深入，对科学知识的本质也有了更准确的认识，总体上也更有动力和兴趣继续参与科学的研究和学习。
与此同时，考虑到日常生活中多变的社会挑战，图宾根大学的教育研究人员呼吁，应尽早系统化地培养孩子们对于科学的认识。赫克托儿童学院科学监测负责人杰西卡·高尔(Jessika Golle)教授对此表示，“赫克托核心课程‘小小研究员’的结果显示，学校可以尽早开设相关课程，帮助孩子在早期就建立科学思维，这对整个社会发展而言都具有十分重大的意义。而赫克托儿童学院和巴登－符腾堡州小学间的密切合作也能为此次研究成果尽早付诸于实际教学创造最佳条件。”
德国国际教育研究所的相关研究
“猜想”能提高学习效率
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德国国际教育研究所(DIPF)下属机构——莱布尼茨教育研究和信息研究所(Das Leibniz-Institut für Bildungsforschung und Bildungsinformation)的一项研究表明，孩子们越是对实验结果感到惊讶，则越容易摆脱根深蒂固的错误观念。在该结论指导下，相关研究人员也提出了一种有效方式以帮助提高孩子们的学习效率，即让孩子们在得知正确结果之前预先对实验过程作出猜想。
该研究成果目前已在《儿童发展》杂志上发表。文章作者玛丽亚·西奥博尔德(Maria Theobald)解释道，有时的确很难将科学误解从孩子们的头脑中消除。例如，部分人总认为地球是一个圆盘。而仅仅向他们说明真相是远远不够的。DIPF研究小组在加文·布罗德(Garvin Brod)教授领导下的研究表明，在实验前预先对实验结果进行猜想有助于加深对真实结果的记忆。最显著的学习效果很大程度上来源于参与者在错误猜想的认知下得知正确答案之后所表现出的惊讶。目前该小组的研究重点是基于这一观点之上，进一步探索如此效果能否在帮助孩子记忆简单科学事实的同时，摆脱以往根深蒂固的误解。在此过程中，研究人员将会格外关注此类惊讶的作用。
研究过程
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为此，该研究小组正积极组织实验，探究这种惊讶背后的具体作用。实验参与者由94名6-9岁的孩子组成。在实验开始前的知识测试中，大多数参与测试的孩子都有这样的误解，即当物体浸没在水中时，它的排水量取决于物体重量。而实际结果表明排水量取决于物体体积。随后，孩子们在电脑上继续完成这一主题的任务——对两个球体进行比较。一组孩子事先对结果进行猜想，另一组孩子则在看到正确答案后，才被要求说出他们实际猜想的结果。最后的研究结果表明，孩子的错误观念导致了错误的答案，尤其是在比较体积相同但重量不同的球，甚至是体积小却较重的球时。
此外，研究人员还记录下孩子们看到正确结果时的惊讶程度。通过先进的摄像系统精确地测量孩子们的瞳孔放大程度*。研究最后，孩子们还需完成两套测试题：一套是与实验初期测试内容相同的知识测试，另一套应用测试题则旨在测试孩子们能在多大程度上将所学知识应用于具体学科领域，从而确定他们是否在抽象层面上也理解了这一概念。
*瞳孔的放大：是科学界既定的一项观察指标。
研究结果
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正如实验前所预想的那样，事先对结果作出过猜想的孩子学习效果更为显著：他们在知识测试和应用测试中表现俱佳。与另一组相比，当他们得知自己用错误方式完成任务时，瞳孔放大的现象也更加明显。由于该研究采用了不同系列的任务和先进的统计方式，研究人员能够相对准确地将这种惊讶效果根据每个孩子及其学习发展进行分类。结果表明，瞳孔放大越明显，即孩子越吃惊，那么他们的学习效果就越显著。对此教育研究学者西奥博尔德总结道，错误的猜想有助于激发孩子惊讶的情绪，而惊讶的程度对于孩子纠正根深蒂固的错误观念的具体程度也将带来一定影响。
西奥博尔德博士解释道，此项研究结果对于改进学校日常教学设计意义重大。在她看来，教师在揭晓正确答案之前，可以让学生对结果先作出猜想。如果学生的猜想错误，他们就会对此感到惊讶，从而投入更多关注度。这极大地调动了学习者参与这一话题的积极性。当然，教师也必须考虑到该研究结果的一些局限性。例如，在上述研究过程中，还需对更复杂的科学事实展开进一步实验，而不仅仅是简单的“物体的排水量仅由体积决定”这一结论。因此目前也无法断定，孩子是否能完全摒弃以往所持的错误观念。
本文编译自：
1. 德国网站bildungsklick.de2020年11月3日报道：连小学生都懂科学
https://bildungsklick.de/schule/detail/schon-grundschulkinder-verstehen-wissenschaft
2. 德国网站bildungsklick.de2021年5月26日报道：惊讶有助于纠正科学的错误观念
https://bildungsklick.de/hochschule-und-forschung/detail/ueberraschung-hilft-kindern-naturwissenschaftliche-fehlvorstellungen-zu-korrigieren
供稿 | 戴澳归
排版 | 吴诗颖
编辑 | 郑葵
初审 | 程静
终审 | 陈洪捷 吴卫东