A SCIENTIFIC METHOD BASED UPON RESERACH SCIENTISTSrsquo;
CONCEPTIONS OF SCIENTIFIC INQUIRY
Rebecca Reiff, Indiana University
William S. Harwood, Indiana University
Teddie Phillipson, Indiana University
Within science education, clarifying the definition of inquiry has tended to focus on equipping teachers with methods to teach inquiry (Martin-Hansen, 2002; Colburn, 2000, Lederman, 1998). A key goal of science education reform, however, is to improve student understanding of scientific inquiry and ability to do scientific inquiry (National Research Council, 1996). A significant challenge to providing students with the opportunity to model how scientists do science is the persistent description of the scientific method. The literature contains papers written for teachers that foster a traditional understanding of the scientific method and encourage its use in the classroom (some recent examples include: Nelson, 1988; Haines, 1997; Siebert amp; McIntosh, 2001; Giunta, 2001). On the other hand, recent criticism of the traditional scientific method model asserts that it is not reflective of how real science is accomplished (Bauer, 1996; McComas, 1996; Lederman, 1998).
Textbooks written for students represent an important vector for the perpetuation of the traditional scientific method (Finley amp; Pocovi, 2000). The traditional presentation of the scientific method is in the form of a linear checklist leading to the formation of a theory. Taylor (1962) notes that the scientific method has tended to emphasize verification stages rather than science as a creative process.
Textbook presentations of science can have a powerful impact on teachers and their students in part because textbooks are often the main resource for teachers and for students to access information about science. Teachers and students naturally assume information in textbooks is an accurate portrayal of science. This provides science textbooks with a powerful influence over how teachers teach science and how students perceive science and scientific practices. If textbooks present science as a static endeavor where investigations invariably lead to theories then students may assume that all scientists conduct science in such a manner.
Gallagher (1991) studied the relationship between textbooks and teachersrsquo; perceptions of science. In his study, textbooks tended to describe science as an objective body of knowledge. Similarly, all 25 secondary science teachers adopted the same view of science. Eliot (1989) also expressed concerns that students were primarily getting information about the nature of scientific inquiry only from lectures and textbooks.
For students to develop a more realistic picture of how scientists practice science, there must be a well-researched understanding of how scientists do science. A model for the process of scientific inquiry that more closely reflects actual scientific practices can provide a means of dispelling some of the myths about scientific inquiry. This paper presents an analysis of the presentation of the scientific method that is in a group of current science textbooks. Combined with this analysis are new results from a separate study of research scientistsrsquo; conception of scientific inquiry (Harwood, Reiff, and Phillipson, submitted). From these results, we have developed a new model for the process of scientific inquiry that we call the “inquiry wheel.” In this paper, we compare and contrast the traditional scientific method with the model of the inquiry wheel.
The Model of the Inquiry Wheel
Scientists frame the process of their work within the context of methods that are nonlinear. This has forced us to develop a more sophisticated model of the process of scientific inquiry than the traditional scientific method previously discussed. We frame the inquiry wheel as having questions at the hub and a cyclical arrangement of stages that are typically used by investigators as they pursue a line of inquiry (Figure 1). The importance of questions is noted in a geologistrsquo;s statement:
Every time when you ask a question, it should lead you to another question, which ultimately creates knowledge. Questions provide the transition that has to be made as you build your knowledge.
For our subjects, the inquiry wheel can be viewed as a set of stages that provide responses to questions and generate new questions. These questions and their answers are the force that moves the investigation forward. In this model, scientists have the flexibility to generate questions along each stage and to revisit previous stages whenever needed. This fluid approach is indicated by double-headed arrows on the figure and better portrays how science is practiced among scientists than the standard “check-list” found in textbooks.
Making Observations
Observations occur throughout the entire inquiry wheel. Observations are essential in keeping careful records, staying focused, and serving as a springboard for the development of questions. Questions may arise from observations using the senses, reading in the literature, or from the scientistrsquo;s sense of curiosity. A geologist explains the importance of observations in his field,
Well, in our case observational skills are part of the key. Many people look but they do not see. The fundamental skill in our science for starting the inquiry process is to look and to see.
An anthropologist described how he helped students develop their observational skills by asking them, “Tell me what you see, tell me what you hear, tell me what you feel, tell me what you are observing or holding or whatever.” These observations can move an investigation to another stage or serve as an instigation to begin an investigation. The latter can come about be
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译文
以研究“科学探究”的科学家的构想为依据的一种科学方法
Rebecca Reiff, 印第安纳大学
William S. Harwood, 印第安纳大学
Teddie Phillipson, 印第安纳大学
在科学教育之内，已知的探究倾向于老师用科学的方法教导探究(Hansen 2002年; Colburn 2000年; Lederman 1998年)。 科学教育改革的一个关键目标是改进学生对科学探究和能力的理解来做科学探究 (全国研究会议1996)。 给学生提供一个重大挑战机会以塑造科学家怎么做科学是科学方法的基本描述。 文学包含在教室促进对科学方法的传统理解并且鼓励它的用途(一些最近的例子包括：Nelson 1988年; Haines 1997年; Siebert amp; McIntosh 2001年; Giunta 2001年)。 在另一方面，最近的传统科学方法模型的批评断言它不是反射性的,真正的科学怎样被完成(Bauer 1996年; Mccomas 1996年; Lederman 1998年)。
为学生写的课本代表传统科学方法的永存的一种重要的传染媒介(Finley amp; Pocovi 2000年)。 科学方法的传统介绍是以导致理论的形成的一个线性清单的形式。 泰勒(1962)注意到，科学方法倾向于强调证明阶段而不是科学作为一个创造性的过程。
因为课本经常是老师和学生能访问的主要资源,关于科学信息的课本介绍可能有对一部分老师和他们的学生产生强有力的冲击。 老师和学生自然地假设在课本中的科学信息是一个准确写照。 这种科学课本提供了对老师怎样教科学，并且给学生怎样察觉科学和科学实践以强有力的影响。
Gallagher (1991)学习了课本和科学教师悟性之间的关系。 在他的研究中，课本倾向于描述科学作为客观大量的知识。 同样，所有25个理科助理教员表达了同一个科学看法。 艾略特(1989)也表达了对学生从演讲和课本获得关于科学探究的本质的信息的关心。
为了使学生得到一张更加现实的关于科学家怎样实践科学的图片，必须有很好的研究以理解科学家怎样做科学。 严密地反应科学探究实践的过程的一个模型可能会提供证据以打消某些关于科学探究的谬论。 本文提出一个小组对当前科学课本中科学方法的介绍的分析。 从这些结果来看，我们发现了科学探究的过程的一个新的模型,我们在本文中称之为“探究轮盘.”，我们与传统的科学方法的模型进行了对比,得出了一些结论。
探究轮盘的模型
科学家在非线性的方法之上构筑了他们的工作的过程。 这比以前被谈论的传统科学方法更加迫使我们开发一个更加老练的科学探究的模型。 我们构筑探究轮盘作为调查员典型地使用阶段的一个周期安排。当他们追求查询线索时， 问题的重要性在声明中被提到：当您问问题的时候，它应该带给您另一个问题，以得到新知识。 问题的提供必须被作为您修造您的知识的转折点。我们的主题，探究轮盘可以被看作是提供对问题的反应并且引起新的问题的一个阶段。 这些问题和对它们的答复是调查继续进行的动力。 在这个模型中，每当需要的话，科学家具有一定的灵活性以引起每个阶段的问题。
进行观察
观察发生在整个探究轮盘中。 观察是根本地仔细地保留纪录，对于问题的发展保持集中作用和起一个跳板作用。观察问题时也许出现象阅读文学，或者释放求知欲的感觉。 地质学家解释了观察在他们的领域的重要性，以我们的情况看，观察的技能是钥匙的一部分。 许多人不是不会探究，而是他们没看见。 根本技巧在我们开始的科学探究过程中就是观察与否。
一位科学家描述了他怎样帮助学生通过要求以开发他们观察上的能力， “告诉我您看见什么，告诉我您听见什么，告诉我您感觉到了什么，告诉我您是否随时随地进行观察.”这些对观察的调查可能会移向另一个阶段。调查员通过观察注意后可能会出现奇怪或有趣的现象。 如果没有，这也许就应该提出新的问题。
定义问题
科学家定义了根据他们的观察和对文学的理解的一个问题。 他们一定能从观察中决定哪些问题是可测试的，并且可以实现科学探究的。在决议什么问题值得调查时，对定义问题的能力要求很高。当有些科学家考虑任何人都可能学会如何选择问题时，另一些科学家则考虑定义问题作为一种自然能力
形成问题
当定义问题发生时，在问题出现之后，看起来是把共同陈述的问题更加变成担当调查的焦点。 明确表达问题是极富挑战性的。地质学家解释到“最难的事情是能形成不可能被夸张的正确的问题”。探究形成一个新的问题。 我认为那些部分意味着总是没有学生问问题，但是他们所了解的信息是通过问问题的方法出现的。即使学生不能设计一个新的问题，他们应该仍然是基于探究的过程来了解信息。带领我们前往新知识和新的理解的问题是求知欲的一个自然结果。 因为人类学家观察到，“不知道是什么刺激探究”的问题，这就是科学探究的驱动力。在科学课本中，初步形成问题倾向于把一个定义的声明变成问题。 在我们的探究轮盘中这也是实际情形，但是事件不同的顺序也是有可能的。可能一开始给以提问然后定义问题和提炼(如果需要)问题。 其它阶段可能也被插入在这类重复事件顺序之间通过科学探究的两个阶段。
已知的调查
在这个状况下，如果在调查中发现一个对问题的答复，科学家也许是缺乏信心的。 而且，也许有将引导并研究出对一个卓有成效的有用的结论。科学家在其专长领域通过从读文学或通过谈话收集有关信息与问题。 后者是发生在早期的通信的一个探究例子中。 这代表对比通信课本的科学方法，只有在调查的结尾提到报告。已知的调查允许科学家定义在什么已经知道，并且什么关于题目之间的界限是未知的。
这当然取决于知道什么，并且是大多数科学家记录知识库的地方。 谁知道什么和那么多您在科学文字看见的是回顾。我认为科学回顾，文学回顾，是您的证件测试，因为一个好评论者能查出您是否是那个边界，您是否贡献已经知道的在什么之外的任何东西。
真实的科学探究被描述了，因为新的问题被问的一个累积过程在什么之外贡献已经知道。 这信息的对原始的问题的会集阶段也许导致获取答复的调查员，修改论及不知道的问题，或者调查可能继续核实已知的结果。 通知由对题目的更加深刻的理解，调查也许将进行下个阶段。
明确表达期望
完成的情报收集阶段也许提供了带科学家回到初始阶段，我们已经描述进一步提炼或改变问题的材料。 对议题的文学的理解在开发也引导科学家一个初步(未经证明的)答复对他们的问题。 这些初步答复采取的共同的形式是假说或预言。科学家广泛地明确表达对调查的结果的期望。 这也许是正式或不拘形式的清楚的表达。
在被勘测的科学课本中，几本科学课本定义了一个假说作为“教育猜想”。 其它课本定义了假说作为“对问题的可能性解答”。一位生物学家的一项声明发现了在限制以及挫败的假说形成的这个定项。
但是许多课本迫使你改变教导的方法和方式。我的儿子在学校被教育说你必须有假说。，你必须写下你的预言。 对于做没有感觉的事情的任何信息和种类则被关闭。 他们认为这是你怎么做科学探究，但是它不是，它是真实的事。在我做了任何东西之前，我为什么告诉你猜测的答复？那是没有道理的。那不是科学。
执行研究
基于文学研究和答复的期望的方向，科学家开始计划和设计调查。 即他们寻找一个基于证据的对调查问题的答复。 科学家使用多种方法调查他们的问题。 科学家决定哪个方法为调查将是适当的，然后选择将协助举办研究的方法的工具。
有一个特定领域和背景的了解对于提出新的科学问题是很重要的。然后我认为必须有行动计划去实施你提出的那个问题。要收集证据，调查也许采取实验或测试的形式，虽然也可以使用其它设计。在实验或测试的事例中，科学家将控制变量和每次操作一个可变量以探究什么引起问题。在某些情况下，例如发现研究(Lederman 1998)，科学家可能不做努力控制在一个特定设置的事件。 然而，他们的期望影响工具和设置他们的选择，这些将提供对他们的问题的有用的反应。
解释结果
在执行研究之后引起的数据，科学家将审查结果。 数据可能根据选取的方法不同而采取测量、笔记、观察、统计分析、勘测等等的形式以到收集资料。 不管怎么样，科学家寻找在数据之内的样式和连接。 如果数据是不一致的或某一收集有看上去发生了错误的数据，科学家可能决定重复某些早先的探究阶段。 这也许带领科学家校正方法，提炼问题，研究关于题目的更多信息或者做另外的观察。探究轮盘的可变的本质表达了重复阶段的自然过程到达合理的结果。
当他们完成了收集数据的阶段时，有些学生也许认为他们完成了调查。对于有些科学家，这是科学真正地开始的地方。一位科学家解释“我认为许多人民认为科学是在实验室里收集数据。 那么我告诉我的学生在您收集了数据时，只是科学的开始。”检查方法之后的最后阶段，回到文学，综合数据，分析数据，分享结果是意味深长的发现。
结论
科学方法的传统课本描述作为准确地刻画科学家在进行他们的科学探究的活泼的过程的线性处理是失败的。而且，科学方法提供的是程序化的并且省去探究过程的重要部分例如反射的一步。被提出的探究轮盘是从审查科学探究的科学家的构想的一个方面，提出研究计划的理论。由于可靠的研究依据，探究轮盘提供了科学探究的过程的一个更加老练和更加地道的模型。
相反，探究轮盘有与双重针对性的箭头的九个阶段允许在阶段之中反复地去进行。在课本中，科学方法的成品通常是理论或法律。然而在探究轮盘中，最终结果是没有理论的，而是通过问题实现另一次调查。这个动态模型是从采访的52位大学科学教学人员怎么实践科学探究的过程中提炼出来的。
例如，在仍未明的情况下使用这个模型，将有助于老师提高信心并且通过实践让学生得到科学的知识。我们的模型的局限在于它是从科学家的初步理解中提出了它。也许是科学家他们相信，他们实际上可以不进行他们的探究。因此，连接我们的模型的另外的工作就是在科学家的研究实践中被执行。即使如此，我们的模型合理地反应了各种各样的学科的活跃研究科学家表达的科学探究理想。 同样地，它代表在教师基于科学探究期间，应该鼓励学生注意和使用科学的一套探究方法。探究轮盘提供了学生以清楚的，比传统科学方法更全面的一个模型进行科学探究。
外文参考文献（原文）
A SCIENTIFIC METHOD BASED UPON RESERACH SCIENTISTSrsquo;
CONCEPTIONS OF SCIENTIFIC INQUIRY
Rebecca Reiff, Indiana University
William S. Harwood, Indiana University
Teddie Phillipson, Indiana University
Within science education, clarifying the definition of inquiry has tended to focus on equipping teachers with methods to teach inquiry (Martin-Hansen, 2002; Colburn, 2000, Lederman, 1998). A key goal of science education reform, however, is to improve student understanding of scientific inquiry and ability to do scientific inquiry (National Research Council, 1996). A significant challenge to providing students with the opportunity to model how scientists do science is the persistent description of the scientific method. The literature contains papers written for teachers that foster a traditional understanding of the scientific method and encourage its use in the classroom (some recent examples include: Nelson, 1988; Haines, 1997; Siebert amp; McIntosh, 2001; Giunta, 2001). On the other hand, recent criticism of the traditional scientific method model asserts that it is not reflective of how real science is accomplished (Bauer, 1996; McComas, 1996; Lederman, 1998).
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