真實(shí)問題情境下科學(xué)解釋能力的表現(xiàn)及其提升策略科學(xué)研究的基本目的在于理解自然現(xiàn)象，提供科學(xué)解釋。和日常解釋不同，科學(xué)解釋需要建立在科學(xué)概念基礎(chǔ)上，遵循科學(xué)實(shí)踐的規(guī)范，經(jīng)歷科學(xué)家群體的審視和批判。長期以來，科學(xué)解釋受到科學(xué)教育領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。培養(yǎng)科學(xué)解釋能力是眾多國家科學(xué)教育的重要目標(biāo)。例如，美國《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》將“科學(xué)解釋”列為八大科學(xué)與工程技術(shù)實(shí)踐之一。我國、加拿大、澳大利亞等國的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)也都將“建構(gòu)科學(xué)解釋”作為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要構(gòu)成。雖然備受重視，但相關(guān)研究仍然存在諸多爭議。其一是科學(xué)解釋的確切內(nèi)涵和外延究竟是什么。在科學(xué)哲學(xué)領(lǐng)域，大量科學(xué)解釋模型不斷出現(xiàn)。不同模型的分歧聚焦在如何認(rèn)識科學(xué)解釋與科學(xué)規(guī)律、科學(xué)大觀念、因果機(jī)制、情境、目的或?qū)ο蟮年P(guān)系上。在科學(xué)教育領(lǐng)域，博蘭特（Braaten）等人概括了常見的三種觀點(diǎn)：第一種觀點(diǎn)認(rèn)為科學(xué)解釋即說明，是對科學(xué)術(shù)語、實(shí)驗(yàn)結(jié)果或個體思維過程的說明；第二種觀點(diǎn)認(rèn)為科學(xué)解釋即因果，旨在提供自然現(xiàn)象背后的因果機(jī)制；第三種觀點(diǎn)認(rèn)為科學(xué)解釋即論證，可以利用論證模型來研究科學(xué)解釋。針對以上每種觀點(diǎn)，學(xué)術(shù)界都有不同意見。例如，針對第三種觀點(diǎn)，有學(xué)者主張科學(xué)解釋和科學(xué)論證是不同的科學(xué)實(shí)踐，科學(xué)解釋旨在針對自然現(xiàn)象形成具有解釋力的科學(xué)觀念，而科學(xué)論證則更多關(guān)注如何收集證據(jù)并基于證據(jù)對某種主張進(jìn)行論證。近來，阿拉梅赫（Alameh）綜合上述研究，提出了科學(xué)解釋的本質(zhì)（NatureofScientificExplanation，簡稱NOSE）框架。該框架區(qū)分了科學(xué)解釋、描述和預(yù)測，提煉了科學(xué)解釋的11種解釋要素和8種解釋類型，為分析科學(xué)解釋的不同表現(xiàn)提供了比較全面的基礎(chǔ)。在國內(nèi)的研究中，還未見有研究者用NOSE框架分析中國學(xué)生的科學(xué)解釋表現(xiàn)。中國學(xué)生在科學(xué)解釋時究竟會出現(xiàn)哪些構(gòu)成要素和解釋類型，值得進(jìn)一步探討。另一個問題涉及科學(xué)解釋中內(nèi)容和方法的關(guān)系。本質(zhì)上，針對某個現(xiàn)象的科學(xué)解釋，既涉及學(xué)生對現(xiàn)象背后科學(xué)原理的概念性理解，也與學(xué)生對科學(xué)解釋這一科學(xué)實(shí)踐方式的認(rèn)識程度有關(guān)。學(xué)生未能給出高質(zhì)量的科學(xué)解釋，可能不是沒有掌握相關(guān)的知識或原理，而是不熟悉何為科學(xué)解釋，以及如何進(jìn)行科學(xué)解釋。研究表明，同等情況下，是否提供科學(xué)解釋方法論層面的結(jié)構(gòu)性支架，所觀察到的學(xué)生科學(xué)解釋的表現(xiàn)是不同的。當(dāng)學(xué)生逐漸掌握了支架工具后，其表現(xiàn)有明顯改善。但是，這種改善究竟體現(xiàn)在哪些方面，對解釋要素和解釋類型的影響究竟是什么，有待深入探究。綜上，本研究擬整合知識理解和學(xué)科實(shí)踐兩個視角，以NOSE框架為理論依據(jù)，以真實(shí)情境下的開放性物理任務(wù)為載體，通過兩個子研究，探索如下兩個問題：（1）在對真實(shí)物理現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)解釋時，被試會表現(xiàn)出哪些構(gòu)成要素和解釋類型？（2）提供隱形的結(jié)構(gòu)性支架對學(xué)生科學(xué)解釋的表現(xiàn)會有怎樣的影響？（一）方法1.被試本研究的35名被試來自中國東部某省的4所高中和1所大學(xué)。其中高二學(xué)生10名（高考選考學(xué)科均包含物理），大一學(xué)生10名（均為物理學(xué)師范專業(yè)），二年級碩士研究生10名（均為學(xué)科教學(xué)物理專業(yè)），物理教師5人（中學(xué)物理教師4人，大學(xué)物理系副教授1名；平均教齡6.5年）。被試中男性15名，女性20名。2.測試材料測試材料由四道關(guān)于物理現(xiàn)象的開放式任務(wù)構(gòu)成（見圖1所示樣例）。借鑒已有研究，設(shè)計(jì)測試任務(wù)時遵循了如下原則：（1）來自真實(shí)生活情境中的某個現(xiàn)象，現(xiàn)象背后蘊(yùn)含著物理理論；（2）情境對學(xué)生來說是陌生的，避免簡單回憶或套用知識的行為；（3）任務(wù)中不出現(xiàn)任何提示；（4）任務(wù)是開放的，所有學(xué)生都可以做出不同程度的作答；（5）對現(xiàn)象的解釋涉及宏觀和微觀兩個層面；（6）作答可能是對現(xiàn)象的描述，也可能是對現(xiàn)象背后因果機(jī)制的解釋。

圖1

測試任務(wù)樣例3.測試過程測試以認(rèn)知訪談的形式個別實(shí)施。每名被試測試時間持續(xù)約40分鐘。施測分為練習(xí)和正式測試兩個階段。練習(xí)階段主要幫助被試熟悉測試流程，以及學(xué)會用“出聲思維”方式完成測試任務(wù)。研究者先簡要介紹測試要求，之后向被試出示“出聲思維”訓(xùn)練材料，要求其解釋一個物理現(xiàn)象，并大聲說出思考過程。正式測試階段，研究者向被試依次出示四個測試任務(wù)。被試解釋四個物理現(xiàn)象，并大聲說出思考過程。正式測試全程錄音，最終形成35份“出聲思維”音頻文件。4.編碼與評分首先，對音頻文件進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，形成文本格式的“出聲思維”報(bào)告。對報(bào)告中冗余信息進(jìn)行簡化處理，主要去除重復(fù)和與現(xiàn)象無關(guān)的語句。然后按照被試口頭解釋的時間順序，對解釋陳述進(jìn)行編號。其次，依據(jù)NOSE框架下的解釋要素和解釋類型進(jìn)行編碼和分類。參照解釋要素分類框架（見附錄1），對被試陳述中出現(xiàn)的解釋要素進(jìn)行編碼。在此基礎(chǔ)上，繪制被試對每個問題的解釋地圖（explanationmap），并將被試對每個問題的解釋劃分類型（見附錄2）。然后，參考NOSE框架下的科學(xué)解釋質(zhì)量評分標(biāo)準(zhǔn)，對被試解釋中的解釋要素及要素關(guān)系進(jìn)行質(zhì)量評定（見附錄3）。兩位研究人員分別對兩個訪談文本獨(dú)立進(jìn)行編碼和評分。以兩位研究者之間相同編碼的數(shù)量占總編碼數(shù)量的百分比為檢驗(yàn)指標(biāo)，計(jì)算得到兩位研究者的編碼一致性為85.8%；采用kappa系數(shù)計(jì)算得到的評分一致性系數(shù)為0.831。這說明兩位研究人員的編碼和評分具有相當(dāng)程度的客觀性。（二）研究結(jié)果1.科學(xué)解釋中的構(gòu)成要素表1給出了訪談文件中不同問題中科學(xué)解釋要素的出現(xiàn)頻率及分布情況。在35名被試對4個物理問題的解釋中，總共出現(xiàn)了1539個（次）解釋要素，覆蓋了11種解釋要素中的10種。統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明，解釋要素的分布并不隨著物理問題的變化而變化（χ2=31.983，df=24，p>0.05）。綜合所有作答，可以看出被試在解釋中比較多地使用因果鏈、推斷、一般規(guī)律性陳述、知識、必要條件、解釋性聯(lián)系或大觀念、觀察等要素；相對較少使用預(yù)測、目的論或擬人化陳述、例子或類比等要素。所有解釋中都沒有用到概率定律陳述。表1

不同問題中科學(xué)解釋要素的分布圖2（a）給出了解釋要素在不同被試群體中的分布情況。和總體分布幾乎一致，在所有被試中，出現(xiàn)頻率比較多的是因果鏈、推斷、一般規(guī)律性陳述、知識、必要條件、解釋性聯(lián)系或大觀念，而觀察、目的論或擬人化陳述、例子或類比以及預(yù)測等要素出現(xiàn)較少。但同時，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明，解釋要素在不同被試群體的分布存在顯著差異（χ2=57.86，df=24，p<0.001）。仔細(xì)觀察圖2（a）可以看出，這主要是由教師與學(xué)生群體在解釋要素分布上的不同導(dǎo)致的。具體來講，學(xué)生群體，不管是研究生、大學(xué)生還是高中生，在解釋要素出現(xiàn)頻率的分布上是比較一致的。相比之下，教師群體中，知識（21.5%）和一般規(guī)律性陳述（16.8%）的相對出現(xiàn)頻率明顯高于學(xué)生群體（在學(xué)生群體中，知識和一般規(guī)律性陳述的平均占比分別為12.0%和12.2%）；而因果鏈（18.3%）和推斷（14.7%）的相對出現(xiàn)頻率則明顯低于學(xué)生群體（在學(xué)生群體中，因果鏈和推斷的平均占比分別為24.2%和20.7%）。2.科學(xué)解釋中的解釋類型在對4個物理問題的所有140個不同解釋中，共出現(xiàn)了NOSE框架中的5種解釋類型，分別為因果機(jī)制演繹律（62.9%）、因果（15.7%）、演繹律（7.1%）、因果機(jī)制（7.1%）、因果演繹（7.1%）。可以看出，大部分被試都通過演繹推理對科學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行因果機(jī)制的解釋。圖2（b）給出了解釋類型在不同被試群體中的分布情況。3.科學(xué)解釋的質(zhì)量狀況所有140個科學(xué)解釋中，充分的解釋39個（27.9%），大部分充分的解釋55個（39.3%），部分充分解釋34個（24.3%），不充分的解釋12個（8.6%）。這說明，即便在沒有結(jié)構(gòu)性支架的情況下，也有近三分之一的解釋是充分的，僅有不到10%的解釋是不充分的。進(jìn)一步分析101個（72.1%）的解釋不充分的具體原因，發(fā)現(xiàn)35個解釋（25.0%）是內(nèi)容理解上的問題，30個解釋（21.4%）是解釋規(guī)范上的原因，還有36個解釋（25.7%）是內(nèi)容和規(guī)范兩方面的原因。圖2（c）給出了不同被試群體中科學(xué)解釋的質(zhì)量狀況。統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明，科學(xué)解釋的質(zhì)量水平在不同被試群體間并不存在顯著差異，F(xiàn)（3，149）=0.537，p>0.05。這說明，解釋質(zhì)量并不隨著被試受教育的水平而遞升。圖2

不同被試群體解釋要素、解釋類型和解釋質(zhì)量分布為了進(jìn)一步說明不同科學(xué)解釋質(zhì)量水平的具體特征，圖3給出了兩個被試對圖1所示“冰糖溶解”任務(wù)的解釋地圖。其中，編號HS002的被試在了解到任務(wù)所描述的“冰糖放入水中消失了”這一物理現(xiàn)象之后，將之歸結(jié)為“冰糖的熔點(diǎn)比較高”這一原因。此處，被試將“冰糖放入水中消失了”這一“溶解”現(xiàn)象，錯誤地推斷為“熔化”現(xiàn)象，進(jìn)而試圖將“冰糖熔點(diǎn)的高低”和“冰糖能否溶于水”建立因果聯(lián)系，來解釋所觀察到的現(xiàn)象。從形式上來看，該解釋屬于因果型解釋。從物理知識的角度來看，“冰糖的熔點(diǎn)比較高”也是相對合理的（冰糖的熔點(diǎn)為186°C）。但是，“溶解”不是“熔化”，“冰糖熔點(diǎn)的高低”與“冰糖能否溶于水”并不存在因果聯(lián)系。因此，該解釋是不充分的。圖3

兩個被試在圖1所示任務(wù)上的解釋地圖相比之下，編號GS003的被試正確地判斷了“冰糖放入水中消失了”這一現(xiàn)象屬于“溶解”現(xiàn)象，并闡明了“冰糖溶解”這一現(xiàn)象是因?yàn)椤氨欠肿雍退肿又g發(fā)生了相互擴(kuò)散”這一微觀機(jī)制所致。此處，被試將宏觀層面可觀察的現(xiàn)象和微觀層面的因果機(jī)制建立了內(nèi)在聯(lián)系。不僅如此，被試從現(xiàn)象背后的因果機(jī)制出發(fā)，進(jìn)一步闡明了影響因果機(jī)制的可能因素（如溫度），并對不同條件下現(xiàn)象的變化規(guī)律做出了合理預(yù)測?！盁▋?nèi)的）水如果溫度過高的話，冰糖溫度越高，冰糖溶化得就越快”。從形式上看，該解釋屬于因果機(jī)制演繹律型解釋，既闡明了現(xiàn)象背后的原因，又明確了由因及果的具體微觀機(jī)制，并基于因果機(jī)制（及其影響因素）預(yù)測現(xiàn)象在不同條件下的系統(tǒng)變化規(guī)律。整個解釋過程從現(xiàn)象到原理、由宏觀到微觀、先解釋后預(yù)測，結(jié)構(gòu)完整、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，因而是充分的。（三）討論研究一表明，除了概率定律陳述這一要素之外，NOSE框架下的所有科學(xué)解釋要素都在被試的解釋中有所呈現(xiàn)。至于沒有出現(xiàn)概率定律陳述的原因，可能與測驗(yàn)任務(wù)的性質(zhì)有關(guān)，也可能與我國科學(xué)教育中較少涉及這方面內(nèi)容有關(guān)。具體原因有待后續(xù)研究進(jìn)一步探索。從解釋類型來看，所有解釋要么涉及一般規(guī)律，要么是對現(xiàn)象背后因果關(guān)系或機(jī)制的闡述。其中，逾六成被試給出的科學(xué)解釋是在一般規(guī)律基礎(chǔ)上，通過演繹推理對現(xiàn)象的因果機(jī)制進(jìn)行闡述。這些發(fā)現(xiàn)與國外學(xué)者的研究結(jié)果是比較一致的。這表明，NOSE框架可以被用來分析我國被試的科學(xué)解釋。從科學(xué)解釋的質(zhì)量狀況來看，雖然近三分之一的解釋是充分的，但大多數(shù)解釋存在這樣或那樣的不足之處。其中，25%是因?yàn)閷ο嚓P(guān)的知識內(nèi)容不理解，不清楚現(xiàn)象背后的原理；21.4%是在科學(xué)解釋規(guī)范上出現(xiàn)了問題；25.7%是內(nèi)容理解和解釋規(guī)范兩方面都有問題。那么，提供科學(xué)解釋規(guī)范方面的結(jié)構(gòu)性支架，能否有效改善這些被試科學(xué)解釋的質(zhì)量呢？這是研究二所要回答的問題。（一）方法1.被試被試是參加過研究一的27名學(xué)生（另3名學(xué)生被試沒有參加研究二）。2.測試材料測試任務(wù)同研究一，但研究二在呈現(xiàn)測試任務(wù)時，同時以問題鏈的形式提供了結(jié)構(gòu)性支架（問題鏈樣例見圖1）。結(jié)構(gòu)性支架的設(shè)計(jì)參考了霍恩（Horne）對解釋認(rèn)知過程的研究和PISA關(guān)于科學(xué)解釋現(xiàn)象能力的研究，遵循了“注意現(xiàn)象—檢索關(guān)聯(lián)知識和經(jīng)驗(yàn)—建立因果聯(lián)系—預(yù)測”這一科學(xué)解釋認(rèn)知過程。本研究根據(jù)科學(xué)解釋過程的四個環(huán)節(jié)，以引導(dǎo)性問題的形式分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)性支架。引導(dǎo)性問題鏈的呈現(xiàn)方式參考了河原井俊丞等人的研究。3.測試過程研究一結(jié)束一周后，對被試進(jìn)行再次施測。測試過程同研究一。4.編碼及評分共獲得27份“出聲思維”音頻文件，編碼及評分規(guī)則同研究一。（二）研究結(jié)果1.結(jié)構(gòu)性支架對科學(xué)解釋要素的影響提供結(jié)構(gòu)性支架后，解釋要素?cái)?shù)量整體上有所增加。27名被試在提供支架前后出現(xiàn)的解釋要素分別為1348個/次和2065個/次。在具體解釋要素上，提供結(jié)構(gòu)性支架并沒有改變要素出現(xiàn)的類型。如圖4（a）所示，提供結(jié)構(gòu)性支架后，仍然只出現(xiàn)了11種要素中的10種。統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明，科學(xué)解釋要素在結(jié)構(gòu)性支架提供前后的分布有著顯著差異，χ2=61.3，df=9，p<0.001。同時，提供結(jié)構(gòu)性支架后，被試在預(yù)測、因果鏈、知識和例子或類比等要素上的相對出現(xiàn)頻率有所增加，而其他要素的相對出現(xiàn)頻率則有所下降。圖4結(jié)構(gòu)性支架前后解釋要素和解釋類型的分布2.結(jié)構(gòu)性支架對科學(xué)解釋類型的影響提供結(jié)構(gòu)性支架后，同樣只是出現(xiàn)了因果機(jī)制演繹律、因果演繹、因果機(jī)制、因果和演繹律五種解釋類型。但是，解釋類型的相對出現(xiàn)頻率在結(jié)構(gòu)性支架提供前后有著顯著差異，χ2=16.7，df=4，p<0.01。圖4（b）給出了解釋類型的前后分布對比情況?？梢钥闯觯峁┙Y(jié)構(gòu)性支架后，因果機(jī)制演繹律型的科學(xué)解釋出現(xiàn)比例明顯上升，其他類型科學(xué)解釋的出現(xiàn)比例都在相對減少。3.結(jié)構(gòu)性支架對解釋質(zhì)量的影響為檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)性支架對不同群體解釋質(zhì)量的影響，以解釋質(zhì)量為因變量，被試（高中生、大學(xué)生和研究生）和是否提供支架（否、是）為自變量，對27名學(xué)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（見表2）。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，高中生、大學(xué)生和研究生在解釋質(zhì)量上沒有顯著差異，F(xiàn)（2，222）=0.083，p>0.05；是否提供支架對學(xué)生解釋質(zhì)量有著顯著影響，F(xiàn)（1，222）=16.33，p<0.001；支架對解釋質(zhì)量的影響和被試群體不存在交互作用，F(xiàn)（2，222）=2.04，p>0.05。表2

結(jié)構(gòu)性支架對科學(xué)解釋質(zhì)量影響的方差分析結(jié)果圖5給出了結(jié)構(gòu)性支架提供前后，不同被試群體在科學(xué)解釋不同質(zhì)量水平上的分布情況。可以看出，無論是高中生、大學(xué)生還是研究生，有結(jié)構(gòu)性支架時，達(dá)到充分水平科學(xué)解釋的比例都比無支架時有明顯提升。無支架時，高中生、大學(xué)生和研究生群體達(dá)到充分水平的科學(xué)解釋比例分別為22.5%、20.0%和32.5%；提供支架后的對應(yīng)比例分別提高到45.0%、60.0%和57.1%。這進(jìn)一步驗(yàn)證了前面的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表明支架對解釋質(zhì)量的影響在不同被試群體中是相對一致的。圖5

不同被試群體的解釋質(zhì)量在結(jié)構(gòu)性支架前后的變化為了進(jìn)一步說明結(jié)構(gòu)性支架對科學(xué)解釋質(zhì)量的影響，圖6給出了編號CS007的一名被試提供支架前后在圖1所示“冰糖溶解”任務(wù)上的解釋地圖。在無支架的情況下，被試對于“冰糖放入水中消失了”這一現(xiàn)象，給出“冰糖會溶解在水中”“水對冰糖是有一個溶解度的”的說法，并以此作為該現(xiàn)象背后的原因。此處，被試將“冰糖放入水中消失”這一現(xiàn)象推斷為“溶解”現(xiàn)象，并結(jié)合“水對冰糖是有一個溶解度的”的相關(guān)知識，將“溶解”和“糖在水中消失不見”建立因果關(guān)系，來解釋觀察到的現(xiàn)象。從形式上來看，該解釋屬于因果型解釋，從物理知識的角度來看，被試給出的“溶解”和“水對冰糖有溶解度”的觀點(diǎn)是正確的。但是對于冰糖消失現(xiàn)象，從溶解度這個角度進(jìn)行演繹，其解釋力是較弱的。解釋要素包含了知識規(guī)律和合理的推斷過程，解釋邏輯是簡單線性的，因此，該解釋是部分充分的。相比之下，在提供結(jié)構(gòu)性支架后，被試對現(xiàn)象的觀察更加明確和細(xì)致：“水中放入冰糖，一段時間后冰糖消失不見，之后看這個燒杯里的水，就好像還是原來的水一樣”，說明被試不僅注意到“冰糖消失不見”，也關(guān)注了燒杯中水的變化情況。對此，被試闡明了這一現(xiàn)象屬于溶解且在微觀機(jī)制上是“冰糖分子與水分子相互擴(kuò)散，然后冰糖分子溶解在水當(dāng)中”的演繹結(jié)果，即將宏觀層面可觀察的現(xiàn)象與微觀層面的機(jī)制建立了演繹的關(guān)系。不僅如此，被試還指出“靜置一段時間后，冰糖才會消失，而不是立即消失”的原因是“沒有進(jìn)行攪拌一類的”，這應(yīng)該是想表達(dá)攪拌等條件可以加速冰糖的溶解。隨后，被試又從該現(xiàn)象背后的因果機(jī)制出發(fā)，闡明了影響結(jié)果的另一個重要因素——溫度：“放入熱水中它會更快的消失”，對改變溫度這一因素的后果做出合理預(yù)測。被試還對預(yù)測進(jìn)行微觀機(jī)制上的解釋：“溫度更高的話，分子運(yùn)動會更加的劇烈，溶解的能力也更強(qiáng)”，進(jìn)一步加強(qiáng)了宏觀現(xiàn)象與微觀層面的因果聯(lián)系。從形式上來看，該解釋屬于因果機(jī)制演繹律型解釋，既闡明了現(xiàn)象背后的原因，又有明確的由因及果的具體微觀機(jī)制，且從原因到結(jié)果的過程包含在一般規(guī)律之下，現(xiàn)象與規(guī)律之間存在演繹的邏輯聯(lián)系。除此之外，還能基于因果機(jī)制及其影響因素預(yù)測現(xiàn)象在不同條件下的系統(tǒng)變化規(guī)律。整個解釋過程，從細(xì)致觀察現(xiàn)象開始，與一般規(guī)律建立因果邏輯，由微觀機(jī)制演繹出宏觀現(xiàn)象，解釋結(jié)構(gòu)完整、邏輯縝密、理由充分、預(yù)測合理，因而是充分的。圖6

一名被試提供支架前后在圖1所示任務(wù)上的解釋地圖（三）討論研究二表明，提供科學(xué)解釋規(guī)范的結(jié)構(gòu)性支架，能夠有效改善學(xué)生科學(xué)解釋的質(zhì)量。這種改善在解釋要素、類型和質(zhì)量等方面均有所體現(xiàn)。具體而言，有支架時，預(yù)測、因果鏈、知識和例子或類比等要素有所增加，表現(xiàn)出更多因果機(jī)制演繹律型的科學(xué)解釋，且達(dá)到充分水平的解釋比例有明顯提升。不僅如此，無論是高中生、大學(xué)生還是研究生，支架對解釋質(zhì)量的提升效應(yīng)都是比較明顯的。這些發(fā)現(xiàn)不僅呼應(yīng)了以往的研究結(jié)論，而且豐富了結(jié)構(gòu)性支架對科學(xué)解釋影響的具體內(nèi)容。本研究以科學(xué)解釋的NOSE框架為理論依據(jù)，以有關(guān)物理現(xiàn)象的開放任務(wù)為載體，采用一種科學(xué)解釋的兩階段動態(tài)測評方法對學(xué)生的科學(xué)解釋能力進(jìn)行測評。研究結(jié)果在證實(shí)該方法的效果的同時，也為提高學(xué)生的科學(xué)解釋能力提供了一種可行的策略。首先，本研究通過質(zhì)性和量化方法分析被試在真實(shí)問題情境下建構(gòu)的科學(xué)解釋地圖。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有被試都使用因果鏈、推斷、一般規(guī)律性陳述、知識、必要條件、解釋性聯(lián)系或大觀念等要素來解釋為什么會發(fā)生一種現(xiàn)象。然而，與學(xué)生的解釋相比，教師的解釋中知識和一般規(guī)律性陳述的相對出現(xiàn)頻率明顯更高。這可能是由于教師在測試任務(wù)上擁有更詳細(xì)的先驗(yàn)知識，這使他們能夠思考到科學(xué)現(xiàn)象的各個方面。這一結(jié)果與既有的研究相一致，也得到了以往對新手和專家的研究的支持。研究還發(fā)現(xiàn)，被試的解釋類型中因果機(jī)制演繹律型接近四分之三，說明大部分被試通過演繹推理，對科學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行因果機(jī)制的解釋。這與以往的研究有所不同：阿拉梅赫（Alameh）的研究發(fā)現(xiàn)，教師和學(xué)生顯然比科學(xué)家更難以產(chǎn)生更復(fù)雜的因果機(jī)制解釋；帕金斯（Perkins）和格羅澤（Grotzer）的研究發(fā)現(xiàn)，教師和學(xué)生只能用簡單的線性因果關(guān)系來解釋現(xiàn)象。已有的研究還發(fā)現(xiàn)，科學(xué)教師在科學(xué)課堂因果解釋的構(gòu)建和評估方面經(jīng)常面臨挑戰(zhàn)。對此我們會進(jìn)行進(jìn)一步探索。其次，本研究發(fā)現(xiàn)，雖然有三分之一的解釋是充分的，但大多數(shù)解釋存在這樣或那樣的不足之處。不足之處表現(xiàn)在要么是因?yàn)閷ο嚓P(guān)的知識內(nèi)容不理解，不清楚現(xiàn)象背后的原理；要么是學(xué)生在科學(xué)解釋規(guī)范上出現(xiàn)了問題；要么兩方面都有問題。這論證了科學(xué)解釋既涉及與特定自然現(xiàn)象相關(guān)的科學(xué)原理或理論，也涉及科學(xué)本質(zhì)以及科學(xué)知識生成和檢驗(yàn)的認(rèn)識論原理。這一研究結(jié)論也與以往研究相一致，即學(xué)生在建構(gòu)科學(xué)解釋時面臨的困難主要來自內(nèi)容的理解和解釋的方法兩個方面。還一些研究者認(rèn)為，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)解釋能力，一方面可以提高學(xué)生對特定領(lǐng)域中相關(guān)概念或原理的理解，另一方面也可以讓學(xué)生參與到真實(shí)的科學(xué)實(shí)踐中，從而促進(jìn)他們對科學(xué)本質(zhì)以及科學(xué)實(shí)踐活動背后的認(rèn)識論原理的理解。本研究還發(fā)現(xiàn)，為學(xué)生提供結(jié)構(gòu)性支架，可以引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造更有力的解釋。具體來講，結(jié)構(gòu)性支架可以使學(xué)生表現(xiàn)出更多的解釋要素，解釋更充分