1．设计方法

本研究采用实验研究方法中的准实验设计，实验在学校和学生正常学习状态下进行，即班级编制、课程设置、课表时间保持不变，在同年级八个班中选择三个班级作为研究对象。实验设计无法做到像实验室实验那样严格控制各种变化因素，是一种接近真实验的设计。在实验设计类型上，采用经典设计即前测—后测对照组设计。

2．变量界定

（1）自变量界定

自变量也称为实验变量，是研究者主动操纵，引起因变量发生变化的因素或条件。在本研究中，有一个自变量—教学模式，分为三个水平：水平一为新手教师甲采用传统科学课教学方案（新手传统课）；水平二为新手教师甲采用思维型教学模式（新手思维课）；水平三为专家教师乙采用思维型教学模式（专家思维课）。

本研究中的思维型教学模式是指笔者在第四章中建构的三类教学模式：概念学习模式、科学探究模式、问题解决模式。传统教学是指教师甲在教学中采取传统的教学方法。

（2）因变量界定

因变量是研究的结果，是因操作自变量引起的变化。在本研究中，因变量是学生的科学素养，包括：概念理解、概念应用、科学思维、科学探究、科学态度、科学兴趣、科学习惯七个方面。

（3）变量控制(www.daowen.com)

在本研究中，要求作为实验组的两个班和作为对照组的一个班在开展教学实验前，在学业成绩方面处于同质；实验一班和对照班的教师为同一个新手教师甲；实验二班的专家教师乙主要承担向新手教师甲传授思维型教学模式的教学设计、教学实施、教学评价的具体示范和指导。

处理无关变量的方法：对四年级八个班学生的科学学业水平成绩、科学态度和责任测试成绩，进行独立样本检验，挑选水平接近的三个班作为实验对象。

新手教师甲先在对照班用自己的科学教学方案进行教学。之后专家教师乙在实验二班运用思维型教学模式进行示范教学，新手教师甲听课学习。课后，新手教师甲在专家教师乙的指导下修改自己的教学方案，采用思维型教学模式进行教案的重新设计。最后，新手教师甲在实验一班用思维型教学模式教学。四年级两个学期科学课共80节，每节课都按上述方式进行实验。

在实施教学实验中，实验组班级与对照组班级的管理保持连续性。

三个班的班主任、数学、英语及其他任课教师都保持相同，并保持班级管理的连续性，班级学习氛围和班级文化的一贯性。另外，考虑到教学实验因为被试、任课教师、班主任等因素可能出现“期望效应”，从而影响教学实验效果的客观性，故采用了单盲实验。所谓单盲实验，即只有实验教师了解变量的控制情况，实验组学生不知道自己是实验组还是对照组，不知道他们正在参与教学实验。这样的处理，可以避免研究对象和研究者的主观因素所带来的影响。

在实施教学实验中，实验组班级与对照组班级的日常教学保持一致。

在开展教学实验中，做到实验组与对照组在教材选用、教学内容、教学进度等方面均一致。三个班均选用教育科学出版社出版的小学科学四年级科学教材。