科学探究：当代科学教学的基本理念

科学探究：当代科学教学的基本理念

何谓“探究式科学教学”（the science teaching as inquiry）？人们一般认为它是一种科学教学模式或方法。美国教育家萨其曼和施瓦布（Ｊ．Ｒ．Ｓuchman ＆Ｊ．Ｊ．Ｓchwab）等对探究性学习进行了深入的研究，他们从不同角度证明了教学过程中“探究活动”的重要性。萨其曼注重实践，主张“探究方法的训练”模式，重点是帮助学生认清事实，建立正确的科学概念，并形成假说以解释新事物和新现象。施瓦布则试图把“探究的科学”与“探究的教学”结合起来，主张“通过探究教授作为探究的科学”，并从理论上揭示了探究性教学的本质和特征在于儿童通过自主地参与获得知识过程，掌握研究自然所必需的探究能力；同时，形成认识自然的基础——科学概念；进而培养探究未知世界的积极态度。①显然，这一主张不再把探究仅作为学生学习科学的一种方法或过程，而是从学习内容与学习方式两个方面对探究进行说明，并进而对教学提出相应的要求。笔者认为，“探究式科学教学”倡导的是“科学探究”，“科学探究”是一种科学教学理念，对这一科学教学的核心理念应从科学教学目标、科学教学内容、科学教学方法、科学教学评价四个方面来理解：

１．作为科学教学目标的科学探究

长期以来，在逻辑实证主义科学本质观的影响下，我国传统的中小学科学教学目标一直定位于单一的认知领域，科学课程的设计者们把学生看成是知识的“容器”，认为学生掌握的知识越多越好。课程目标设计服务于知识的线性积累。

建构主义科学本质观下的探究式科学教学目标指向的是以科学探究能力为核心的学生多方面的科学素养。什么是科学素养？被誉为美国新世纪科学教育改革“圣经”的《面向全体美国人的科学》一书中，将科学素养定义为“科学素养包括数学、技术、自然科学和社会科学许多方面，这些方面包括：熟悉自然界，尊重自然界的统一性；懂得科学、数学和技术相互依赖的一些重要方法；了解科学的一些重大概念和原理；有科学思维能力；认识到科学、数学和技术是人类共同的事业，认识它们的长处和局限性。同时，还应该能够运用科学知识和思想方法处理个人和社会问题。”②笔者认为，科学素养主要体现了对科学本质的理解，它的核心是指一个人具有的科学世界观、科学探索精神和科学探究方法。建构主义对科学知识的客观性的否定启示我们，单纯的科学知识（科学事实、科学概念和原理）是一种不完美的知识（science as imperfect knowledge），③这种不完美性主要表现在知识是不断发展的，知识是暂时性，没有一劳永逸的知识。科学知识的这种不完美性告诉我们，比起科学知识来，科学精神和科学方法具有更高的价值。科

学教学与其说是让学生掌握科学知识，不如说是通过知识的建构过程，让学生理解和掌握科学的探究过程与科学方法，从而全面提高学生的科学素养，这才是科学教学的基本价值所在。

２．作为科学教学内容的科学探究

在传统的逻辑实证主义科学本质观影响下，人们一般把课程看作是“教学内容”，而教学内容就是一系列知识与技能的集合体。这种教学内容有两方面的弊端：其一，教学内容是单一的书本知识。学生面对的是单一的和孤立的科学世界，难以使学生对他所生活的世界形成完整的认识；其二，教学内容是按一定逻辑体系编排的具有确定性的知识体系。这种具有确定性和一致性的知识体系，不利于培养学生的批判意识、批判能力和创造性，不利于学生进行科学探究。

与逻辑实证主义科学本质观相反，建构主义科学本质观认为教学内容应减少单一性增加问题性，减少确定性增加情境性，以促进学生进行科学探究。按照建构主义的观点，应“把课程看作是促进特定学习结果的一系列学习活动和相互作用的过程。”④理科课程内容应该是一种基于问题解决的活动项目。确切地说，建构主义的科学本质观下的探究式科学教学认为，理科课程内容必须是科学探究内容，必须包括问题和情境等要素。

近年来，许多研究者主张基于问题解决的学习（problem based learning），认为这是一条建构主义学习的基本思路。通过问题解决来建构知识，学习者要不断就当前问题解决活动获取信息，同时，又要不断激活原有的知识经验，来对当前的问题作出分析和推论、综合和概括，进而形成解决问题的方案，直到问题解决。⑤所以，通过问题解决能促进新、旧知识的整合，促使学生深刻地理解相应的知识、概念，从而促进学生建构良好的认知结构。为此，建构主义科学本质观下的科学教学就必须是“基于问题解决的项目活动”，就必须设计一个好的问题。

一个好的问题应该满足以下几个条件：（１）问题必须能引出与所学领域相关的概念原理。⑥在设计问题时，首先要确定学生需要获得的基本概念和原理，由此出发设计要解决的问题。（２）问题应该是结构不良的（ill－strucured）、开放的（open－ended）、真实的。⑦问题应该有足够的复杂性，包含许多相互联系的部分，而每一部分又是很重要的。（３）问题应该是实际（real－world）问题，是基于现实生活中的问题，从而能够与学生的个人经验与生活密切相关。（４）问题能引起学生的学习兴趣，从而激励他们去探索。（５）问题能鼓励学生作出可检验的预测，并随着问题解决的进行自然地给学生提供反馈，让他们有效地进行评价。（６）问题能促使学生进行合作学习，在协作学习中

共同建构知识。

情境也是科学课程内容的主要构成要素。这里所谓的情境，是指特殊的学习环境或学习资源。这些学习资源不只是指教材，更主要是指环境资源，在基于问题解决的活动项目学习中，这些环境资源主要是基于学习任务的真实的情境，它是一种类似于学术（或科学）研究的情境。在这种情境中，学习者通过独立的发现问题、实验、操作、调查、信息收集与处理，表达与交流等探究活动，从而实现知识的建构。真实的情境有以下特点：（１）这种情境必须是启发性的，有利于学生在该学习情境中发现问题；（２）这种情境能鼓励学生大胆提出假说，提出解决问题的方案；（３）为学生提出实施方案、验证假说的条件，如实验的设施、观察的材料等；（４）提供将学生发现的新知识整合到原有知识经验中的方法，促使学生实现新旧知识的整合，从而建构知识的意义；（５）提供将新知识用于解决实际问题的机会，促使学生实现知识的迁移。

例如，美国Vanderbilt大学认知技术课题组（简称ＣＴＶＧ）（1992）设计的建构主义教学案例——贾斯珀系列（the jasper woodbuvy seies）就是一个体现科学探究内容的范例。它包括以录像为依据的１２个历险故事（包括一些录像片段、附加材料和教学插图等），这些历险故事以发现和解决问题为核心，并将问题解决置于一个情境中，从而引导学生借助情境中的各种资料发现问题、形成问题，藉此让学生将数学或其他学科解题技巧应用于实际生活的问题解决中，以提高学生的探究能力。⑧

３．作为科学教学方式的科学探究

建构主义主张科学教学应以多样化活动为平台，开展探究性学习（inquiry learning）。以科学探究作为科学教学的中心环节，恰恰反映了科学教育的本质。科学不仅仅是一种知识体系，更是一种多侧面的科学探究活动。何谓科学探究？美国《科学教育标准（草案）》将其概括为：获得充分的事实依据、对研究系统或对象的预设、形成合理的逻辑结构、真实地报告自己的研究结果和方法、经受各种批评、一视同仁地对待各种观点、以新的事实依据解决学术分歧等。⑨通俗地说，科学探究实质上是人们用以追求未知事物以期达到不仅“知其然”，而且“知其所以然”的多种多样的途径和方法。对于科学家来说，是用以研究自然界并基于研究获得的证据提出各种理论和方法；对于学生来说，也是指学生用以获得知识、领悟各种科学思想、观念，领悟科学家研究自然界的方法的各种活动。学生在课堂上进行的科学探究包括一系列的活动，如观察、发现、思考、猜想、假设、推断、调查、实验等等。总之，科学探究是一种多侧面的活动。学生可以通过探究学习来建构知识的意义。⑩

如何在科学教学中引导学生进行探究性学习？一个有效策略是采用探究性教学模式。国外学者将探究性教学模式概括为形成问题、建立假说、设计研究方案、检验假说、表达或交流结果。⑾也有人将其概括为：研究问题、收集数据、建立假说、检验假说、交流结果五个环节。⑿我国《全日制义务教育科学（７～９年级）课程标准（实验稿）》将科学探究的程序表述为：提出问题、进行猜想和假设、制定计划和设计实验、获取事实与证据、检验与评价、表达与交流。⒀

我们认为，探究性教学的主要目的是使学生通过探究知识的发生过程，掌握科学的思维方法，以培养学生的探究能力和科学研究能力。它的指导思想是，按照科学研究的一般程序设计教学过程，就是按照提出科学问题、收集事实资料、做出科学假说、进行实验验证、得出科学结论的程序进行课堂教学设计，其核心是让学生通过自我探索、收集科学资料，并阐明把这些资料转化为科学结论以解决问题的途径与方法。综合上述研究，可以把探究性教学的一般程序概括为：发现问题—收集资料—提出假说—实验验证—得出结论。

（１）发现问题。在教师指导下，根据教学目标，寻找与教学内容密切相关的、可以激发学生兴趣的材料，创设问题情境，向学生提出将要研究的领域，引导学生发现问题并提出问题。

（２）收集资料。教师引导学生集中对要解决的关键性问题进行研究，根据已确定的问题，或由学生共同讨论，或阅读教材，或观察、实验等，以收集整理与问题有关的信息资料。

（３）提出假说。在分析整理资料的基础上，形成假说并提出验证假说的实验设计方案。

（４）得出结论。由个人或小组共同实施方案（讨论研究，实验验证等），最后，对问题形成一个合理的解释，得出结论。或提出新问题，重新设计实验，用不同方法组织资料，解释资料，再一次进入探究过程。

以上探究学习与教学活动的一个显著特点是，科学探究源于发现和提出问题，学生的学习是一个自主发现并解决问题的过程。正是通过这种探究学习活动，激发了学生的探究动机和好奇心，从而促使学生通过问题、假说、实验、分析、结论等环节建构相应的知识。总之，建构主义主张这种基于多种活动的探究性学习，本质上就是让学生像科学家那样，发现问题、提出问题、探索问题、解决问题，从而自主建构知识结构。

４．作为科学教学评价的科学探究

科学探究还体现在对科学教学评价上。从评价的功能来看，探究式科学教学评价不再追求传统科学教学评价的甄别功能，而是把评价看作是课程与教学的一个有机构成环节，是促进学生科学探究能力和全面提高学生科学素养的有效手段。评价目的不是为了给出学生在群体中的位置，而是为了促使学生在原有基础上的发展；不是为了给学生打分，而是为了诊断教育教学中存在的问题，以寻求改进教学的对策。评价不再是教师的专利，而是教师与学生互动的过程，即评价者与评价对象不断协商的过程，不断发现新问题、解决新问题的过程。总之，探究式科学教学评价的主要目的在于更好地根据学习者的需要来设计教学，改进和优化教学策略，促进学习者科学探究能力的提高