课题研究的种类型

一、课题研究的3种类型

从本质上说，中学生的课题研究与大学生、博士生、研究人员的课题研究在培养科学精神与科学探究能力方面并无区别。尽管他们研究的对象有差异、层次有深浅、范围有大小、水平有高低、价值有区别，但都是以对未知世界的探索为标志，都要经过科学、深入的研究过程，都以形成具体的研究结果为事件的终点。对专业研究人员而言，研究是工作，对中学生而言，课题研究还主要是学习。所以，中学生的课题研究行为也被称为研究性学习活动，以课程的规程组织中学生开展课题研究，即被称为研究性学习课程。根据研究对象的身份特征，本书将研究行为分为3种类型，即儿童自发的探究、科学家的探究和中学生的探究。

1.儿童自发的探究

发展心理学对婴儿（0～3岁）、幼儿（4～6岁）等儿童的自发探究进行了深入的研究，详细说明了儿童自发探究的种种特点。例如，儿童的探究常常被事物最突出的特点所吸引，如鲜艳的颜色、奇怪的形状（现实中见不到或不熟悉的动物，像恐龙等）、能够运动、可以变化或变形、能够拆装。儿童明显地倾向于探究环境中某些特定的联系。由于知识经验的缺乏，儿童在探究事物时需要依靠具体形象的支持。儿童在探究时思维的抽象逻辑性开始萌芽，但由于生理发展的限制，儿童还不能很好地控制和调节自己的探究行为，很难将注意力长时间稳定下来。

儿童探究具有一定的随意性，但在幼儿期探究的不随意性（目的性、计划性）已逐步开始发展。例如，小班幼儿在开展探究活动前往往不能说出将要干什么，随兴所至，探究完成后，非常惊奇而又似乎突然有所发现地说出自己的探究结果；中班幼儿则在探究活动中边做边说，探究的计划性仍很差，探究的目标也很不稳定，一会儿探究这个，一会儿探究那个；大班儿童在探究之前已经能够清楚地说出自己将要探究什么和怎样做。这时，儿童的探究就具有了较为明显的目的性和计划性，探究也能在更长的时间内稳定在一个固定的对象或问题上。

随着年龄的增长，儿童在探究活动中科学交流的能力（语言表达能力）也在逐渐发展。有时，他们已经能够聚在一起，维持一段时间来集中研讨某一问题。

在探究过程中，儿童与他人合作、分享的能力也在缓慢发展。1.5～2岁的儿童已能主动提供帮助，如拿物品、提建议、用语言表达同情、请成人帮助。合作行为在幼儿期逐渐增加，但6～12岁增长显著。总的说来，6岁以前的儿童在探究中自发表现出的合作行为还较为有限，当然这受环境和教育的影响较大，尤其是与父母、幼儿园教师的教导关系较大。

【案例1】

创造性思维都是在幼儿园学到的

美国麻省理工学院媒体实验室的迈克尔·瑞斯尼克撰文指出，“以幼儿园的方式进行学习”最符合21世纪的需求——其典型特征是想象、创造、玩、分享、反思、想象的螺旋式循环（下页图1-2-1）。此种方式有助于培养学习者创造性思维技巧，而这些技巧对于在当今社会中取得成功和满意至关重要。

幼儿园正在经历一场巨变。世界上第一所幼儿园创办于1837年，迄今已有将近200年的历史。近200年来，幼儿园的时光一直都是在讲故事、建城堡、画画、学习分享中度过的。但是，这一切都起了变化。今天，在幼儿园里，越来越多的儿童把时间花在填语音表（phonics worksheets）、背数学抽认卡上。总之，幼儿园变得越来越像学校的其他部分。

图1-2-1　幼儿园式学习过程

迈克尔认为，恰恰需要反其道而行之：不是让幼儿园像学校的其他部分，而是需要让学校的其他部分更像幼儿园。在他看来，传统的幼儿园式的学习最符合21世纪的需求。在一个瞬息万变、充满了不确定性的社会里，不论是从职业的角度还是从个体的角度，创造性思维正日益成为取得成功、获得满足的关键因素。对今天的孩子来说，没有什么比学习创造性思维更重要——学着提出新的解决方案以应对他们生活中不断出现的意外境遇。

不幸的是，大多数学校都与当今的需求不合拍：它们无意帮助学生成长为富有创意的思想者。幼儿园（至少是那些保持着幼儿园传统的幼儿园）是一个例外。传统的幼儿园学习方式刚好符合当今社会的需求，而且应当拓展到所有年龄的学习者。何谓“以幼儿园的方式进行学习”？在传统幼儿园里，孩子们总是在设计、创造、实验、探究。两个孩子可能在玩积木，不一会儿，他们就建起了一堆塔。另一个孩子看到后，把他的玩具车推过来。但是，塔挨得太近，为了给车腾空间，孩子们开始移动塔。在这个过程中，其中的一座塔倒塌了。争执了一会儿之后，孩子们开始讨论如何造一座又高又稳固的塔。教师给他们看了几张摩天大楼的照片，他们注意到建筑物的底部比顶部宽。他们决定重新造一座底部较宽的塔。

此种步骤在幼儿园里一遍遍地重复。材料不同（如水彩颜料、蜡笔、铃铛）、创造物不同（如图画、故事、歌曲），但核心步骤是相同的。迈克尔把它看作螺旋式循环，孩子们想象他们要做什么，根据他们的想法创造一个项目，玩创造物，与其他人分享他们的观点与创造物，对其经历加以反思——所有这些都引导他们想象出新的创意、新的项目。

在此过程中，孩子们发展并完善了他们的创造力。他们学着提出自己的观点、验证、测试边界、试验其他选择、从他人那里得到信息——也可能是最重要的，在体验的基础上产生新的观点。事实上，每一步都不像图表中所显示得那样清晰有序。想象、创造、玩、分享、反思以多种不同的方式混合在一起。但不论哪种方式，核心元素是相同的。20世纪的一些最富创造性的艺术家和发明家称赞幼儿园经历为他们以后的成功奠定了基础。

既然这种学习方法在幼儿园里是如此成功，为什么教育系统的其他部分一直都没有采用呢？迈克尔认为，其中的一个原因是对帮助青少年成长为创造性思想者的重要性缺乏认识，另一个原因则是没有恰当的媒体和技术可供使用。积木、水彩颜料很适合做幼儿园项目，学习幼儿园概念（如数字、形状、尺寸、色彩）。但是，学生长大后，他们想要而且需要做一些更高级的项目，学习更高级的概念。积木、水彩颜料都不再适用。年长的学生若要继续以幼儿园的方式进行学习，就需要不同类型的工具、媒体和材料。

儿童的探究常常由一个问题转向另一个问题，探究的开展随兴所至。儿童自发探究的过程往往也包括问题的提出、猜测（假设），甚至包括实验验证、交流与合作，但整个过程简单、短暂且不严格，基本上以直接的观察为主要探究方法，较少利用工具，更不要说科学仪器了。

还有许多研究证实，儿童自发的探究中存在许多错误概念的推理过程，例如，他们会认为把同样的水倒入细容器和粗容器时水变多了或变少了（守恒问题）。另外，他们在探究过程中，常常对发现的一些“常识”产生疑惑，觉得难以理解。例如，皮亚杰观察到：一个在花园里玩弄石子的男孩把5颗石子排成一排，从左往右数是5颗，从右往左数竟然也是5颗；而且，无论把它们排列成什么形状，如圆形、方形、三角形，无论从哪一颗石子开始数，竟然也都是5颗。这个小男孩感到十分兴奋，并对此大惑不解。常见的例子还有：当儿童忽然发现妈妈竟然也有妈妈，而且妈妈竟然也曾做过女儿，或听说在美国留学的小姨被美国人称为“外国人”时，都表现出同样的兴奋与疑惑。儿童从他们自发的探究活动中学习、收获、发展。比如，当一群小朋友开展建造房屋的活动时，他们在学习按照社会规则行事，在学习估计距离，在学习把一个区域隔成若干小区域，在学习序数，在学习发现自我的价值。“造房子”的活动还使孩子们知道，要获得他人的尊重必须通过自己的努力。又如，当两个男孩把扫帚当枪支，把枕头当炸药包，模仿战争场面而把卧室搞得一塌糊涂时，妈妈常常责骂他们不知道整洁，而全然未意识到孩子在智力活动中所获得的想象成分，以及构思整个场面和情节的能力，也未看到他们所进行的技能训练。其实，当儿童建造或表演时，他们也在探究着这个世界，并从中增进对世界的认识和理解。

尽管儿童的探究能力有限，探究的过程与方法也较为粗糙，但对于儿童初步认识周围的简单事物来说，这种探究还是基本能够胜任的。儿童也的确从中获得了很大的满足。而且，儿童经过数年的自发探究，的确也获得了关于身边世界大量丰富的初步经验和具有一定解释力的个人见解、观点、想法、认识。小到身边的衣食住行，大到宇宙、星体的运行，从自然现象到社会生活，他们几乎都有一些自己的看法。尽管这些原始观念有些是十分粗浅甚至是错误的，但它们大多都是通过探究而不是想当然地提出的，往往也是有根有据的，而且它们的确也能够在很大程度上解释儿童所感知到的关于身边世界的许多现象。

儿童珍视自己的这些原始知识，这些个人知识对儿童来说也是有价值、有意义的。另外，儿童在自发探究中获得的经验和知识，也是他们日后学习更为抽象、深刻和系统的科学文化知识的重要基础。

人的本质要义还启示我们正确看待研究性学习中儿童的无知及其对成人的依赖。儿童的无知与依赖不代表儿童软弱无能，而恰恰表明儿童有着发展的无限可能性。杜威说：“生长的首要条件是未成熟状态。”未成熟状态，不能仅仅被看作是儿童期的匮乏，它蕴含着一种积极的势力或能力，即向前生长的力量。凭借这种力量，儿童不断地塑造着可能的自我。儿童在塑造自我的过程中需要依赖他人，但这种依赖是儿童社会性的一种表现，是某种建设性的东西，它表明儿童具有能依靠别人的帮助获得生长和发展的能力。相应地，成人对儿童的指导和帮助同样是其社会性的表现，成人之所以是成人，恰恰体现在其对儿童的照料之中，所以，从本质上说，成人也是依赖儿童的。儿童的自主性与依赖性并不矛盾，研究性学习在坚持儿童自主性的前提下，必须重视发挥教师的有效指导作用。⁽²⁾

2.科学家的探究

从某种观点看，数学是几个世纪以来伟大思想家的最富有价值的杰作的结晶。我们不可能通过在沙地上画成百个圆就能知道π的值，因为在π里凝聚着更为复杂的辉煌创造。

你只要想一下，在中世纪的欧洲，大家普遍认为只有非凡才智的人，才可能在那么一所了不起的学院学会二位数的乘法，就会明白这个道理——通过儿童自发的探究要想发现现今深奥的数学知识是多么不易，甚至不可能。在记数方面，利用数字的位置来表示“进位”，也是不太早的事情。显然，要让儿童掌握这些知识，没有成人的指导，他们是难以自己发现的。

总之，无论从探究的过程中，还是从探究的结果上看，儿童自发的探究都还停留在较低的水平上。随着年龄的增长，一个人积累了知识和经验，并且可能会为了生活或工作的需要把探究作为一种职业，这就是专业的科学研究。显然，科学家是不会满足于较低水平的探究的，那种探究也不可能解决科学家们所关心的问题。科学家的探究是另外一番景象。

科学史上有大量典型探究范例值得我们去深入思考和仔细研究。如，古代科学发展史上，达尔文对生物进化规律的探索。再如，近代孟德尔对遗传规律的系统研究。这些范例展示了单个科学探究的完整过程，是“单情节科学探究”的典型范例。

【案例2】

盖都塞克与“库鲁病”病原体的发现

在南太平洋新几内亚岛土著福鲁族中，曾流行着一种神秘而可怕的疾病，称为“库鲁病”（kum）。开始时，病人通常会出现步履不稳等小脑失常现象，到晚期则会出现神经异常，全身震颤，发病后3~6个月内就会死亡。

美国科学家丹尼尔·盖都塞克（D.C.Gajdusek）深入疫区，探寻此病的原因。最初，他认为病原体可能是细菌，可是没有从病人身上发现相关细菌。后来又追查病毒，仍然没有结果。到底是什么病原体引起这种可怕的“库鲁病”呢？强烈的好奇心和责任感驱使着他与福鲁族人吃住在一起，希望通过仔细观察他们的生活和习俗，从中查找可能的致病原因。一天，村落里的一位长老患“库鲁病”死了。村民们聚集在死者周围，举行着一种仪式。盖都塞克也好奇地跻身在村民中间。突然，村民们做出了一件令他吃惊的事，他们把长老的头割下来，然后把脑子切成片，分给出席仪式的人们。人们一边哭，一边把脑片送进嘴里，原来这是当地部落的风俗。盖都塞克若有所思，赶忙也上前领了一片脑片，一边做出往嘴里送的样子，一边赶紧退出来，带着脑片回到实验室。他将偷偷带回来的脑片研碎后，取出一部分进行培养，观察是否有细菌和病毒，但什么也没有找到。忽然，他童心萌发似地尝试进行了一次新的实验，从培养液中抽取一些蛋白质颗粒的悬浮液，注入到猩猩的脑子里。蛋白质会成为病原体吗？这可能吗？好奇心促使他进行了这项实验。

开始，猩猩并无异样，但他仍然注意观察。观察一直持续了近两年。终于，在第21个月时，他突然发现这头猩猩发病了，症状与“库鲁病”几乎相同。他立刻从猩猩的脑组织中取出一小片脑片，研磨后进行了仔细的过滤，排除了细菌留下的可能，再用核酸分解酶处理，使病毒也不可能留下，只剩下蛋白质部分。他把这些蛋白质悬浮液再注入到另一头猩猩的脑中，30个月后，那头猩猩果然也患上了“库鲁病”。如果事先把上述蛋白质悬浮液加热处理使蛋白质变性以后再给猩猩注入，猩猩就不会感染“库鲁病”。由此，盖都塞克得出了一个新的结论：“库鲁病”的病原体既不是细菌，也不是通常的病毒，而是一种由蛋白质分子构成的朊病毒，它主要寄生在脑组织中，发病的潜伏期很长。

这是继细菌、病毒以后，新发现的又一种传染病因子。这项发现，对于揭示疯牛病的病原体有着重要的启示。因为目前已证实，疯牛病与“库鲁病”的病原体是一样的，也是一种由蛋白质分子构成的能长期潜伏在脑组织中的朊病毒。盖都塞克发现导致“库鲁病”的病原体后，当地部落取消了这一风俗习惯，“库鲁病”也得以控制。盖都塞克因此项成果获得了1976年度诺贝尔生理学或医学奖。

盖都塞克的研究历程告诉我们，科学实验是从发现问题开始的。在发现问题以后，要大胆地提出假设，通过观察和实验验证假设，并用具有重复性的实验进行验证，直至得出结论。在整个研究过程中，盖都塞克付出了艰苦而富有创造性的劳动，长达几年的观察、实验是在强烈的好奇心和探究欲的驱使下完成的。

当代对人类基因组计划的研究，表现出探究需要多位科学家相互合作、联合攻关的特征，中国负责其中1%但又极为重要的一部分研究项目。这一研究是以国际合作为特征的“多情节科学探究”的典型范例。

科学发展过程中的每一个范例都能给人以多方面的启迪。另外，对于不同学科的探究规范和范式，科学哲学领域一直存在激烈的争论，如科学探究中的逻辑实证主义、证伪主义，自然科学和社会科学中各种与传统研究方法（观察法、实验法等）不同的、新的研究方法都正在日益受到人们的关注，质的研究方法便是目前的新热点之一。

3.中学生的课题研究

中学生的课题研究是一种在教师指导下的学生探究活动，其关键点有3处：一是有“教师的指导”，因此它不会仅停留在儿童自发探究的水平上；二是它毕竟是“学生的”探究，因此还达不到科学家的探究高度；三是学生的课题研究活动是与学校的课程结合在一起的，对学生而言，课题研究的过程也是教师与学生共同参与的课程实施过程。这意味着无论课题研究成功与否，课程都是成功的。正因如此，我们应将中学生的课题研究定位为着眼于让学生经历探究、收获体验的学习活动，其实质是研究性学习的过程。

我们并不是要把每一个学生都培养成科学家，而是在为把每一个学生培养成有基本生存与发展能力的公民打基础。因此，不必将“中学生的课题研究”以“科学家的研究”来要求。这一点应该引起课程设计者及教师的注意，否则在科学探究方面我们也会犯在科学知识方面容易出现的“学科本位”倾向问题。

教师在指导学生开展课题研究时，不能向研究生导师指导研究生时所强调和关注的方面看齐，在科学过程与方法及操作技能上不必要求过高，当然也不能满足于学生自发探究的水平，而应当着眼于学生基本科学素养的提高。具体说来，教师指导下的科学探究应该把重点放在以下4个方面：①通过探究满足学生的求知欲。②通过探究获得关于身边世界的经验和理解。③通过探究培养科学思维能力，锻炼问题解决能力、合作与交流能力，培养科学精神与态度，初步习得科学方法。④逐步获得对科学探究本身及科学本质的理解（科学探究是人类与宇宙之间的对话，科学是人类对宇宙的解读）。这里，尤其应注意引导学生通过直接参与探究过程，通过自我反省与思考，从亲身体验中获得对探究特征的深刻认识，以及深刻理解探究是怎样导致科学发现的（人类已有的知识是如何获得的，以及人类是如何一步步加深对这个世界的认识的）等一系列与科学本质有关的问题。

相对于学生自发的探究，教师指导下的探究最关键的特征就在于“教师的指导”。学生的探究能力与思维水平是否能得到最有效、最迅速的提高，关键在于教师的指导是否到位。反观我国的教学实践，中国学生在不自觉状态下从事单纯的机械练习或自我摸索所花费的精力实在是太大了。因此，我们在如何指导学生学习和探究方面还有很多值得研究的地方。通过有效的教师指导，从被动意义上的“熟能生巧”向更为自觉状态的转变将是一次重要的飞跃。

教师指导并不是要以现成的结论去帮助学生，而是要帮助学生克服探究中的困难，提供探究中所需的服务（如提供必要的材料帮助学生去验证，教授必要的操作要领），注意探究安全，引导学生明确观察的要点，以及与学生一起分享成功的愉快等。现成的结论给了学生，他们并不那么高兴，而且容易造成依赖思想，甚至使他们失去自信。真正的快慰来自于自己的探究与创造，因此，教师应尽可能让学生看到现象，然后自己去提出假设并验证，允许学生争论，教师只作必要的帮助。

下面以一个案例来展现中学生课题研究的独特性和教师的指导作用。

【案例3】

关于柳条鱼产仔的研究

［由来］我家的水族缸中饲养着从小河浜采集来的柳条鱼，经过3年的观察，我发现一到春天，鱼儿游动活跃，而且开始产仔，开始产仔的日期：第一年为4月17日，第二年为4月22日，第三年为4月15日。我就产生了一个疑问：为什么一到4月中旬柳条鱼就产仔呢？于是，第四年4月前我就开始研究这个问题。

【教师指导：为什么一到春天鱼儿游动活跃且开始产仔？该同学不仅观察到身边这个自然现象，而且提出了疑问。其实只要细心，每个同学都能做到这点。】

［假设］我根据已学过的生物学知识，分析了柳条鱼一到4月中旬就产仔的可能原因，提出了两个假设：

（1）水温升高，柳条鱼便开始产仔。

（2）日照时间的增加引起柳条鱼产仔。

【教师指导：要回答观察中所提出的问题，首先应根据已有的知识和经验，对问题产生的可能原因作一番推论和猜想，这就是假设的提出。有了假设，才能进行实验设计，即探讨采用何种方法，并制订实验计划。】

［实验材料］雌雄柳条鱼数条，鱼缸8个。

［实验方法］在教师的指导下，我将实验进行的时间选择在自然状态下不可能产仔的2月至3月间。我在学校的实验室布置了所有的实验设备。

【教师指导：如果实验选择在4月进行，会怎么样？实验选择在何时进行比较合适？】

实验1：4个鱼缸中均使用电热棒和恒温调节器，温度分别调节到8℃、12℃、20℃和24℃，然后各放入雌雄数对柳条鱼，观察产仔情况。实验中的其他条件保持自然状态不变。

实验2：在另外的4个鱼缸中各放入雌雄数对柳条鱼，白天用黑布覆盖，使其无法见光，夜里分别用日光灯照射8小时、10小时、12小时和14小时，观察产仔情况。实验中其他条件保持不变。

【教师指导：生物体周围存在多种环境因素，如果这些因素同时改变，就无法判断出到底是其中的哪些因素与此生物现象有关，所以，实验时必须保持其他因素不变，仅一个因素改变，即保证自变量的唯一性，然后进行对照比较，这样才能分辨清楚是何种因素在影响此现象。】

［实验结果］实验1：在8℃和12℃条件下，柳条鱼到3月下旬还没产仔，但在20℃和24℃条件下，柳条鱼分别在3月24日和3月20日开始产仔。

实验2：在4种照明条件下，柳条鱼到3月下旬都未产仔。

根据这两组实验结果，我认为第一个假设是正确的，即温度的升高是引起柳条鱼产仔的原因，第二个假设没有得到证明，说明柳条鱼是否产仔与光照时间无关。

【教师指导：做研究其实并非都是高深莫测的。但是，柳条鱼产仔是否也有可能是几种因素联合作用的结果呢？不妨试着研究一下。】

在问题探究中，当学生遇到困难时，教师可以通过适当的启示和指导，帮助学生克服困难，明确问题探究的关键。在学生通过探究成功解决问题的情况下，教师则可以引导学生进行必要的总结，从而使之从不自觉的行为上升为自觉的行为，特别是在思维方法上更能有所收获。

总之，我们既应充分肯定学生在探究中的巨大潜力，尊重他们在探究中的自主权力，也应肯定教师的指导对于学生发展有着不可或缺的作用，因此在积极鼓励学生主动探究的同时，也应鼓励教师发挥指导和协调作用。当然，教师指导的关键还在于掌握适当的时机与运用有效的方法，这正是我们应当花大力气进一步探索的。