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探究式科学教育教学指导
（部分章节摘要）

韦钰 著

第一章 什么是科学

教师对科学的理解，以及他们对科学的态度，直接影响到科学教育的实施，影响到学生科学探究学习的质量，因而，帮助教师回顾和整理、澄清并明确对科学本身的认识非常重要。同时，在科学教育课中，除了需要让学生掌握有关科学知识的概念以外，也需要让学生明确有关利学本身的一些基本概念。
什么是“科学”呢?
通常科学指近代科学，一般把伽利略(Galileo，1564—1642)的研究工作和他对实证方法的确立，看作是现代科学诞生的标志。科学原来指的是自然科学，20世纪90年代联合国教科文组织(UNESCO)重新明确了科学的范围。按照联合国教科文组织给出的定义，科学包括自然科学和社会科学。在幼儿园和小学的科学教育里，我们探究的是自然科学领域的问题。
科学和技术是两个不同的概念，虽然，它们之间有联系，我们在习惯上也经常把它们联在一起，但它们的起源、研究的内容与方法以及对社会的作用有很多不同。简要地讲，科学在认识世界中发现新的知识，而技术在改造世界中发展新的手段。对学生进行科学和技术两方面的教育都是很必要的。对小学科学教育来说，主要是让学生获得自然科学方面的一些基础概念和探究的技能，但是，也会在实际动手中涉及一些技术的使用。我们鼓励在实验中考虑到发展适合于学生的技能，把科学和技术结合在探究过程中。这样做，对这个年龄段儿童的发展是很有好处的，如建构一些结构模型和搭建电动车等，不仅有利于发展学生运用多种感官和感知的能力，而且也有助于发展学生综合解决问题的能力。
据学者们研究，对科学的定义至少有50多种。所以，我们不必去深究“科学”的确切定义，而应该去理解有关“科学”的主要含义。我们论及的“科学”，至少包含科学知识、科学研究和科学方法、科学精神和科学态度，还可以包括科学素质等。

第二节 科学研究的原则和类型

在上一节中，我们已经用实例介绍了科学研究的主要特 点，现在我们可以把科学研究的原则归纳如下。
科学研究应该符合以下的原则。
第一原则：引出有价值的、能用实证方法来进行研究的问题
从直觉的怀疑到概括和界定出一个有价值的研究问题，对科学研究来说是很重要的。引出的问题应是为了填补现存知识的缺陷，或是为了寻求新的知识，致力于鉴别某些现象的一种或多种起因，对一些假说进行规范的实验等。在进行具体科学研究时，必须首先认真地阅读科学文献，详细地了解已有的科学成就，以便对已有的有关理论、方法和实证工作有详尽的了解，然后才能确定研究的具体问题和目标，并为求解它而制定研究计划。
第二原则：把研究与有关的理论相联系
科学常常把建立理论作为努力的目标。这种理论不仅能解释具体的实例，也能对某类现象提供普遍化的解释。不论是以明显或是以隐含的形式出现，每一种科学探究都会与某个已存在的理论或概念的框架相联系，并用它们来指导整个研究活动。科学通过建立、修正和完善已有的理论，有时也会通过更替已有的理论以获得新的解说，逐步积累科学知识。
第三原则：使用能够直接对问题进行调查研究的方法
在不同的研究中，应采用不同的与之相适应的研究方法，这很重要，也是一个普遍的规律。特定的研究构思和方法常常仅对某一类研究和研究的问题适用，很难适用于一系列探究中的所有问题和课题。因此，在研究某个系列问题时，经常要采用完全不同的研究方法来对该系列问题中的不同部分进行研究。
第四原则：提供一个连贯的、明晰的推理过程
科学的核心之一是理性的推论：根据已获得的信息和对现象的观察，提出解释、结论或预测。科学研究需要一个逻辑的推理过程：从实证到理论，然后再回到实证。这个过程是连贯的、可与人分享的、对怀疑者具有说服力的。
第五原则：可重复性和可推广性
科学研究强调对每个发现与结果进行检验、证实和校核。由于所有的研究都是基于有限的观察结果和实验之上，因而，科学上需要把特定情况下获得的发现，应用于更多的对象和情况。当某些发现能在一定的时间和地点范围内被重复实现时，才可以认为它是被承认的科学知识。
第六原则：公开研究情况，以便鼓励专业界的审查和批评
科学研究只有在广泛地传播，并得到专业同行的评审后，才能肯定它对知识的积累做出了贡献。这种不断进行的、合作性的、公开的批评是科学界兴旺的标志。
我们了解了科学研究的原则，就可以用它来指导我们的研究工作，鉴别什么样的文章是科学研究的论文，什么文章只是个别经验的记述。例如，一篇科学论文必须附有参考文献，以说明哪些是前人的研究成果，哪些是自己的研究发现，没有给出参考文献的文章不属科学论文。在许多介绍有关教育经验的文章中，往往只表述如何在自己的班级里获得了成功的过程，并没有给出条件，没有统计的结果，别人无法重复和验证所提供的结果，这也不是合格的科学论文。
广义地讲，科学研究的类型包括科学研究和实验发展，即我们通常讲的R&D。什么是R&D呢?
根据我国科学技术部发布的文件[1．2]，科学研究与实验发展(R&D)活动是指在科学技术领域，为增加知识总量以及运用这些知识去创造新的应用而进行的系统的、创造性的活动。它包括基础研究、应用研究和实验发展三类活动。
基础研究：指为了获得新知识而进行的实验性或理论性研究。这些新知识包括关于现象和可观察事实的基本原理，它揭示客观事物的本质、运动规律，获得新规律、新学说，它不以任何专门或特定的应用或使用为目的。
应用研究：也是为获得新知识而进行的创造性研究，主要针对某一特定的目的或目标。应用研究是为了确定基础研究成果可能具有的用途，或是为达到预定的目标，探索应采取的新方法(原理性的)或新途径。
实验发展：指利用基础研究、应用研究和实际经验所获得的已有的知识，为生产新的产品、材料和装置，建立新的工艺、系统和服务，以及对已产生和建立的上述各个项目作实质性的改进而进行的系统性工作。
科学研究主要包括基础研究和应用研究，技术发展在应用研究和实验发展中有更多的体现。而且，随着科学和技术的发展，上述三方面的活动联系越来越紧密，有时也很难严格地加以区分。
在知识社会里，科学和技术的研究范畴有了扩大，不仅包含着对知识的发现和将知识应用于改造世界的技术转化，而且还包括对知识的管理和传递。知识向实用的转化不仅应满足工业上生产新产品的需要，而且应满足医疗方面的需要和教育方面的需要。例如在教育上，现在关于人是怎样学习的研究，关于儿童智力和情绪发展规律的研究都发展很快，可以说是日新月异，而且来自不同的学科。这些研究的成果要用在日常的教育活动中，就必须经过归纳、整理和转化。知识转化需要作为一种专业，同样需要科学研究和人才培养。今天，没有智能工具的引导我们不可能管理大量的信息，智慧和直觉经常会在浩瀚的知识海洋里遗失，因而信息的综合、运用已经和生成数据本身同样重要。

第三章 探究式科学教育

第一节 什么是探究

探究是科学研究的基本方法。热衷于探究是科学家的基本性格组成，也是儿童的天性。从这点上看，科学家很像长大了的孩子，所以，保护儿童的好奇心是十分重要的。保护儿童的好奇心，不仅是为了增加他们学习过程中的动力，而且也是在成就他们终身学习的兴趣和创新的能力。
做学问，要学问；
不学问，非学问。
——李政道
在中国的教育传统中是很重视从“疑”中学习的。著名的《论语》一书记载了两千多年以前孔子和他的学生之间的对话，大多是学生提出问题，孔子予以回答。这个传统是应该很好保持和发扬的。
什么是探究呢?美国国家研究理事会在美国国家科学教育标准中给出了定义。探究是一种多层面的活动，它包括：进行观察；提出问题；通过浏览书籍和其他信息资源来了解什么是已经知道的知识；制定调查研究计划；根据实验方面的证据，评价已经知道的知识；用多种手段来搜集、分析和解释数据；提出解答、阐述和预测；交流结果。探究需要对假设进行证明，需要运用批判和逻辑思维，并考虑其他可供选择的解释。

第二节 什么是探究式科学教育

探究式科学教育是在教师和学生共同组成的学习环境中，让儿童亲历科学探究的学习过程。它大致包括：根据实际情景、观察到的现象和可以获得的信息，从儿童已有的知识、对问题的了解和已具有的科学概念(想法)出发，提出问题；对问题的解答进行推测；为证实推测而设计实验或进行观察；收集和整理数据；得出结论和进行交流；提出新的问题……在有些探究课题中，还鼓励学生将学到的科学知识和日常生活相
联系。
在科学教育中，经常争论的问题是：探究式科学教育究竟是一种用来帮助学生更好地掌握知识的学习科学的方法，还是本身就作为一种课程的目标。在教育部颁发的《课程标准》中写道，探究既是科学学习的目的，又是科学学习的方式。对年幼的学生来说，可能学习探究的过程比掌握具体的知识更应引起我们的重视。在本章的第三节中，我们将会简要给出来自脑科学的研究结果，以支持这个观点。但是，那种认为幼儿园和小学的科学教育只是承担科学启蒙的任务，不追求知识的完整性和系统性的观点是不正确的。如果不是在儿童的认知发展规律和儿童已有的科学基础上精心选择和组织儿童探究的内容，而只是在课堂上采用零碎的、杂乱的案例，那么这样的探究式科学教育将会是效率很低的教育，也不可能达到培养儿童探究能力的目的。因此，在探究式科学教育中，需要把让儿童建立新的科学概念(想法)、改善和纠正已有的科学概念以及探究能力、科学态度的培养结合起来考虑。
探究式科学学习应该是一个完整的过程。在此过程中，学生应学习进行探究的方法、掌握核心的科学知识和概念，同时培养批判性思维及尊重事实、尊重别人、合作而主动积极的科学态度等。我们认为，在探究式科学学习的过程中，不同层次的探究活动可以有不同的侧重，但是，对学生探究能力的培养来说，探究过程的各个环节是不能分割的，不能说用这个科学活动来培养学生提出问题，用另一个活动来教学生如何设计实验，再通过一个活动来教学生总结，这样做不是完整的探究过程，也达不到探究式科学教育的目的。
探究式的科学教育应该是什么样的呢?在下面的四个方框中，我们给出四个实例来进行讨论。
在第—个案例中，教师—下子向学生提出了许多问题，这些都是科学问题，但是对这些问题的答案不可能由学生自己来探究。教师应该在设置场景以后，将问题汇聚到一个适宜学生探究的、与科学概念有关的科学问题上，引导学生实际动手进行探究。
例一
有一篇介绍科学探究的文章“让学生自主探究”，其中有这样一段老师对课堂教学提问的描述：在讲天体运动时，我以神舟五号为例，问学生，有谁知道宇航员在太空是怎样生活的?他们看太空是怎样的?有什么样的感受?宇宙飞船是怎样起飞的?又是怎样返回地面的?等等。通过这种情境的创设，让学生产生浓厚的兴趣和好奇心，激发探究的欲望。
在第二个案例里，教师明确了实验的内容——什么是温度?什么是温度计?也让学生动手实验了，但是所有的过程是教师设计好的，实验只不过是为了证实教师所列出的知识点，为了加深学生对教师给出的知识点的记忆。这是传统的实验教学，不是探究式的科学教育过程。
例二
教师在黑板上写道：
1．什么是温度?
物体有冷有热，物体的冷热程度叫温度。
2．什么是温度计?
温度计由一根玻璃管、玻璃泡(内装有水银、煤油或酒精等液体)和刻度三部分组成。
3．实验……
(此案例摘抄自某小学实验室的板书)
第三个案例是来自北京师范大学附属幼儿园“做中学”科学教育实验项目中的一个实例。
在进行“蜗牛喜欢吃什么?”的案例教学时，教师已经和孩子们一起做过两次科学活动的准备，教室里养了蜗牛。将孩子们引入场景后，孩子们很自然地提出了探究的问题，蜗牛喜欢吃什么?这是一个开放性的问题，孩子们可以依据自己的生活实践，提出许多不同的猜测。随后，他们动手自己来验证，进行集体讨论和汇总——观察和记录伴随着整个探究过程。
孩子们通过探究了解到生物要维持生命都需要吃食物。生物有它们喜欢吃的食物和不喜欢吃的食物，还有它们不吃的食物。活动激发了孩子们探究的热情，更多的问题产生出来，于是探究活动继续下去。这个案例是北京师范大学附属幼儿园在三年的“做中学”科学教育实践中不断总结提炼而成的，他们写的总结很值得一读。
例三 蜗牛喜欢吃什么
这是北京师范大学附属幼儿园所进行的对“蜗牛”探究系列活动中的一部分。
教师设计了一些活动，把学生带入了情境。学生首先观察了蜗牛的特点，寻找蜗牛的住所，在班级里饲养了蜗牛，孩子们纷纷从家里带来了食物喂蜗牛。于是，有的孩子提出问题：蜗牛喜欢吃什么东西?这时，老师组织了下面的专题探究。
老师引导孩子们猜想，“蜗牛喜欢吃什么?”
孩子们提出了很多食物，比如叶子、葡萄、白菜、花……
老师提示儿童用绘画的形式记录下自己的猜想。之后，鼓励孩子们按自己的猜想给蜗牛喂食，看蜗牛喜欢吃什么和不喜欢吃什么。
幼儿自己做验证，从家里带来了不同的食物，认真地观察蜗牛进食的过程，并用符号“√” “×”或是用归类画图来记录。
活动一段时间以后，教师组织了交流和集体分享。老师帮助孩子们一起汇总实验中的发现：
“你都喂了蜗牛什么吃的?”
“哪些东西蜗牛吃了，哪些东西蜗牛没有吃?”
“你觉得蜗牛喜欢吃什么样的东西?”
“你觉得蜗牛不喜欢吃什么样的东西?”
“你们的发现都一样吗?”
“你还有什么新的发现吗?”
教师引导孩子们整理各个人的发现，汇总成班级的结果。
孩子们知道了生物要维持生命都需要吃食物。生物有它们喜欢吃的食物和不喜欢吃的食物，还有它们不吃的食物。
孩子们经历了提问、猜想、实验、观察、记录、讨论、表达的互动过程。
孩子们又提出了新的问题：
“蜗牛吃什么颜色的食物就排泄什么颜色的粪便吗?”
“水果是甜的，蜗牛更喜欢吃甜食吗?”
教师引导孩子们联系自己的情况，问孩子们：“你们喜欢吃什么?”继续进行探究。
在第四个方框里给出的是《课程标准》中推荐的一个案例，它虽然也包含了探究的几个步骤，如提出问题、假设和预测、制定实验计划和进行实验、搜集整理信息、应用，并进一步验证等，但是，这不是一个探究式科学教育的过程。首先，所提出的探究问题并不适宜于一个小学生进行探究，甚至不是一个明确的科学问题。鸡生的是什么病?韭菜中的什么成分治好了鸡的病?所提出的问题和解决问题的方法都没有运用科学、准确的语言和科学的研究方法。其次，作为探究式科学教育，学生是主动的学习者，而且这种学习是在一个有教师和学生互动、学生和学生互动的过程和环境中实现的，不是关起门来一个人做的小科技实验。
例四[3．2]
去年夏初，我们这里流行鸡瘟，蛋鸡大量死亡。我家一窝鸡突然也有几只染上了鸡瘟。爸爸到兽医站买回20多元治鸡瘟的药，但给鸡喂后效果不佳，结果我家也死了10只鸡。爸爸妈妈担心一窝鸡都会染上鸡瘟，愁眉不展。
一天放学回家，我发现鸡群中有几只鸡特别有精神，一点儿也不打蔫。(提出问题)这引起了我极大的兴趣，暗下决心认真观察其中的究竟。
从这天起，每天放学一回家，我就寻找这几只鸡，并没有发现有什么异样的表现。只是这几只鸡经常远离鸡群，跑到邻家的菜地去觅食。我发现韭菜畦里的土松松的，并且有些小窝窝，仿佛鸡在那里钻过，而韭菜却高的高，矮的矮，参差不齐，有鸡啄过的痕迹。难道韭菜对预防和治疗鸡瘟有作用?(假设和预测)我抱着尝试的心理开始做试验。首先选两只病鸡作为试验对象，从菜园里割回一小把韭菜，把韭菜捣烂搓成豌豆般大小、鸡刚好能够吞下的丸，一天分早、中、晚3次定时定量(每次3丸)给两只病鸡喂药。 (制定计划)开始几天，鸡的病状没有什么变化。第四天早上，我又给鸡喂药，发现鸡略微有了一些精神，好像有了食欲，我忙抓来一把小米，它们能啄上十几下，这坚定了我试验的信心。我又按前3天的方法继续喂上3天，奇迹果然出现了，病鸡竟活泼起来了。为了进一步验证试验的准确程度，我把3只病鸡和3只无病鸡分别进行笼养试验，并做了病鸡观察记录。(搜集整理信息)
(表格略)
我根据鸡的病情定量喂药，结果病鸡痊愈了。这说明韭菜确实能防治鸡瘟。(思考与结论)消息像长了翅膀似的，一传十，十传百，全村人都知晓了，乡亲们都按我的方法进行预防和治疗，效果也十分理想。(应用并进一步验证)
从上述几个例子的对比中，我们可以总结出探究式科学教育中最重要的两个特征：一是对学生适宜探究的科学问题提出基于实证的验证过程；二是在一个具有师生互动、学生间互动的环境中，由学习者主动进行的探究过程。

第三节 探究式科学教育的步骤

根据北京师范大学附属幼儿园提供的案例，我们大致可以列出探究式科学教育所包含的步骤：提出问题；推测和假设；设计实验；寻求实证；信息和数据处理；获得结论和表达。在我们进行的教师培训中，了解到教师对探究的步骤大体是清楚的，图3．1中给出培训班中教师排出的探究步骤，而图3．2中给出的是我们总结的探究式科学教育的步骤。
对比图3．1和图3．2可以发现它们的主要区别，在图3．2中强调了要从儿童原有的科学概念(或想法)出发来提出问题，探究的内容是围绕有组织的知识进行的，围绕儿童科学概念的建立和改善来进行的。
从图3．1改变成图3．2反映了发达国家，特别是美国和加拿大探究式科学教育的经验总结和改进的历程。在20世纪60年代，美国的科学教育主要强调了探究的过程，又受到皮亚杰(JeauPiaget，1896—1980)儿童发展理论的影响，认为儿童科学概念的建立是一个自然发展的过程，不受外界的影响。因而，在当时的探究式科学教育中，主要强调了儿童主动的发现过程，被称为是“发现式”的科学教育。经过一段科学教育的实践，加上接受了社会建构主义(参见本章第四节)的理论和吸收了认知科学研究的成果，美国等国的科学教育界提出了新的改革方案，他们主张探究式科学教育应该是教师指导下的学生主动的建构过程，既强调

过程也强调探究的内容，既强调在探究的过程中要“动手”，也强调要“动脑”，这种改进明显提高了探究式科学教育的效率。目前，美国、加拿大、澳大利亚等国大体上都沿着这样的思路来发展他们的科学教育标准和教材。
应该指出，列出图3．2中所示的步骤，只是为新涉足探究式科学教育的教师进行探究式教学过程提供参考。我们认为，在分析的基础上，再进行综合，在学习如何按部就班来做的基础上，再创造自己的特点，有利于掌握探究式科学教育的方法。就像一个好的厨师，不会按照菜谱刻板地烧制菜肴，但会经常参照好的食谱。
当教师熟悉了探究式科学教育的教学方式以后，不必拘泥于这些步骤，可以灵活运用，自然地衔接。探究式科学教育强调探究的过程应尽可能贴近学生的生活，满足学生生存和发展的需要，并应以学生的原有基础为出发点；教师应尊重学生的兴趣和学习特点，根据实际情况，引导学生完成探究的全过程。
下面列出了在探究式科学教育的各个步骤的实施中，应该考虑的问题和可以采取的教学策略。
第一步：提出问题
教师将学生引入情境，让他们观察和获得有关的信息，逐步聚焦话题。从学生原有的概念和实际理解出发，由教师或在教师帮助下由学生归结出将进行探究的问题。这一步是很重要的，立题不对，常常直接影响到探究式科学教育能不能顺利进行，能不能有效果。立题也不能只靠现成的案例，即使有案例，也需要教师理解以后，根据学生的实际情况决定如何采用。在这一步中，关键在于两点：一是教师如何将学生引人讨论，并了解学生已有的概念和认识；另一个关键是学生往往会提出许多问题，这些问题中，有的适于探究，有的不适于探究，教师要根据教学计划的要求，经过和学生的对话，引导学生集中探究的题目。在“做中学”科学教育的试点中，我们发现相当一部分教师和教研员对这方面的问题有些疑惑，所以我们将在第4．1节中专门提出来讨论。
第二步：进行第一次集体讨论
学生提出自己对问题答案的推测，经过教师与学生之间，学生与学生之间的讨论，得出学生自己或小组对问题答案的预测，并尽可能用不同方式记录下来。
在探究式教育中有多次讨论。讨论是探究式科学教育中教师和学生互动、学生和学生互动的主要形式，贯穿着探究的全过程，构成了探究的“软”环境。我们将把组织讨论中的一些共性问题放在第4．2节中讨论。
第三步：经过第二次集体讨论，完成实验设计，以进行调查研究
以每个学生或每个小组为单位，设计如何通过实验或观察来证实自己的预测。在动手进行观察或实验以前，要尽可能把步骤想清楚，最好记录下来，或制作成要填写的表格等。教师对可能发生的不安全的因素要予以强调。对可能明显不完善的地方，可以启发学生进一步完善。
应该注意启发学生在相同条件下，变动一个因素来进行实验的方法，我们称它为公平实验。
教师可以通过提问引导学生，如：
为了搜集我们需要的证据，我们能做什么？
我们需要做什么实验？
这是一种好方法吗？
这样做公平吗？
我们能用其他方法吗?
那可能好一点儿吗?
我们做这个实验时需要一定的顺序吗?
我们从哪儿能得到帮助?
谁能帮助我们?
第四步：进行实验和观测
在进行实验和观测的过程中。
1．要尽可能让学生直接接触实际的客观世界，运用多种感官去感受现实的世界，包括：视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等，这样做是符合这个年龄阶段儿童大脑的发展特点的。
2．实验要在可重复和可控制的情况下进行，要做到这点，变量要尽量单一。
3．注意使用定量的测量工具。
在整个探究过程中会经常需要进行观察，要注意引导学生围绕某个核心的内容或概念作深入的观察，而不要做不集中的、目的不明确的、表面的观察。强调观察要深入和细致，多看看，看仔细一点儿；多想一想，设法改变一下。关于观察我们将在第4．3节中专门讨论。
学生在整个调查研究期间都需要教师的引导，但不要给学生直接的指示，要用问题引导他们参与到调查研究中去。下面一些问题也许有助于观察和实验的进行。
我们首先需要做什么?
我们怎么分工，谁做什么?
我们怎样用这些物品和工具?
我们要注意哪些安全问题?
我们小心地做了吗?
你想下一步会发生什么?
我们应该记录什么?
做到现在，是不是需要我们观察些其他现象?
第五步：处理信息和数据，并把它们转换成实证
把观察到的信息和实验中获得的数据加以整理和分析，以归纳出现象后面存在的规律，这是科学研究中很重要的步骤。科学家在这个时候会运用两种思维方式：推理思维和直觉思维。科学家在进行推理思维时，需要一步一步地进行，需要运用一些模型来帮助分析，这个过程是可以说得清楚的，可以教授给学生的；另一种思维是直觉思维的方式。科学家在进行直觉思维时，需要依靠平行提取的、已经积累的大量知识和经验，在激情驱动下产生灵感，这个过程是不能清晰地表述的。这种思维能力可以慢慢培养，但不能简单地传授。对幼儿园和小学的学生来说，进行信息和数据处理这一步是“动脑”的时候，应该逐步引导他们运用推理的思维来进行数据的显示和分析，而不要鼓励他们依靠直接的感知来形成表面的结论。因为在儿童发展的早期，他们常常会依靠感知到的信息形成的直觉来判断事物，形成一些有关科学的初始概念，这些概念往往是不全面的，甚至是不正确的，需要我们通过科学教育，逐步发展他们的推理能力来纠正或改善。
启发学生思考的问题，如：
我们看见什么?
它意味着什么?
我们可以用什么模型去分析这些数据?
我们得到的数据支持我们原来的设想吗?
我们得到的数据支持什么解释和不支持什么解释?
这样的结果令我们惊讶吗?
第六步：表达和交流
表达和交流是科学研究的重要环节。组织自己的想法，并设法向别人说明，或是设法说服别人，都是一种重要的思维过程。科学家许多重要的科学思想常常是在交谈和辩论中产生的，激烈的讨论和辩论会激发新的思维，被称为是科学家灵魂的碰撞。许多研究单位都有日间在一起喝咖啡或茶的习惯，以便鼓励研究集体中的成员经常进行交流和讨论。现在全世界举行那么多的学术会议和在互联网上的各种频繁的邮件交换，都是科学家加强联系和交流的方式。
在幼儿园和小学的探究式科学教育中，培养学生表达和交流的能力更具有特殊重要的意义，因为这个年龄阶段是培养儿童语言能力的重要时期。结合科学教育，让学生掌握科学的语言，描绘他们亲自经历的、丰富而又复杂的实际科学探究过程，可以有效培养学生的书写和口头表达能力。
这一步中教师用于引导学生的问题，如：
我们确信我们得到的结果吗?
它意味着什么?
有其他办法吗?
我以前看到过类似的事吗?
这样的结论和我原来的想法一样吗?
这样的结论对我们有用吗?
我们可以怎样向别人显示我们的结果?
在进行这些讨论时要注意让学生充分表达他们不同的意见和进行争论，最后全班要形成明确的结论，并尽可能用科学的语言记录下来。
形成明确的结论并不意味着要求所有的学生都同意某个结论，更不意味着所有的学生都已经掌握了这个结论中所包含的科学概念。要让学生把最后的结论和自己最初的设想作对比。形成结论后要让学生记录下来，鼓励用不同的形式，用科学的语言来记录(详见第4．4节)。
鼓励学生正式在全体同学面前作尽可能完整的表达，可以模仿科学家做科学报告那样，也可以采用多样的适合儿童表达的形式，但是应该力求保持使用科学的语言。
探究过程中进行的实验或观察没有得到预想的结果，或者是结论和原来的预测不同时，教师一定要坚持实事求是的原则，要告诉学生科学探究中发生意想不到的情况是经常发生的事，有时我们从失败中会学到比成功更可贵的东西。
第七步：集体讨论，进行回顾；联系生活实践，提出新的问题
不管是对还是错，要用明确的科学语言来表达结果，在儿童原有概念的基础上改善或扩展这些概念。对有的学生来说，概念也可能没有获得改善，因为有的概念要改变是很困难的，不能靠一次探究来完成。
在这时，可以给学生补充和扩展相关的知识，鼓励提出更多的问题。学生能经过这次探究学习活动引出更多的问题，说明这次探究活动是成功的，即使我们不能对这些问题进行进一步的探究。
运用互联网查阅更多的知识，从相关的网站上获取知识，是很好的扩充视野的方法，在整个探究过程中都可以运用。
探究过程是组织学生学习的主干，但不是什么知识都可以包含在探究的内容里。教师的某些讲授常常会伴随在探究的过程中，有时教师需要告诉学生仪器和器械的使用方法；有时需要扩充和连接知识，有时需要启发学生查找资料，等等。但是，这种讲授是结合在探究的过程中进行的，而不是孤立的灌输。和由教师直接教给学生概念的定义和知识不同，学生是在接触了实际以后，在主动建构概念的过程中去组织新的知识。在“蜗牛”一课中，当学生接触了蜗牛，引出了许多想要探究的问题，有了主动探究的要求，教师很自然带领学生查资料，问家长、请教专家，查字典，这都是很好的训练和扩展知识的时机和办法。

第四章 探究式科学教育中教师和学生的作用

第一节 教师的引导、组织和支持作用
进行探究式科学教育，对教师提出了很高的要求。教师是课堂中科学探究活动的引导者、组织者和支持者，但不是学生探究进程中掌握主动权的人。教师可以因势利导和设置环境，但进行探究活动的主体是学生，能不能达到预定的目标，最终取决于学生本人的情况和努力。作为科学课的教师需要掌握或了解三方面的知识：科学概念和模型、教学法以及儿童认知和情感的发展规律（图4.1）。

首先，教师对科学和科学教育目的的理解引导着科学教育课堂活动的方向。
教师需要了解探究式科学教育的目的是多方面的，并在教学的过程中加以贯彻，而不是只注意知识的传授。科学教育的目的包括：
1．保护孩子的好奇心和激发学习科学的主动性；
2．激发想像力，扩展思维；
3．获得重要的科学知识和概念，以及科学概念之间的联系；
4．学习探究的技能；
5．改善合作和交往能力；
6．促进语言和表达能力的发展；
7．关心日常生活中的科学问题，关心环境和关爱生命。
科学教育不是为了选拔精英，甚至不是主要为了培养未来的科技工作者，而是为了培养合格的公民，科学教育需要面对每一个学生。
实例1：
冬天，教师要求学生探究“什么材料做的手套最能保暖?”学生于是用杯子装上热水，用不同的材料去包裹杯子，然后用插在杯里的温度计测量温度，以对不同材料的保温特性进行比较。
实验完成以后，学生开始报告观察到的结果。一组学生的代表报告说，他们的实验结果显示：厚的布比薄的布保温效果要好。这是常识，大家都会这样想。
教师走近去观看学生的实验，结果发现，温度计的指示刚刚相反，在用厚布包裹的杯子里插的温度计上，显示的温度反而低；用薄布包裹的杯子里插的温度计显示的温度要高，原因是厚布包裹的杯子里水太少了。影响温度降低速度的因素，除了保温材料以外，还和杯里的水量有关。
在实例1里，教师不只是把注意的焦点放在事先准备好的“知识点”上，而是注意探究过程中学生的科学态度，要求学生报告真实的情况，不要想当然，更不要猜测老师的要求。这是一节很好的探究课，因为学生实验设计的不完善，造成预料之外的结果，反而可以加深学生对探究过程的理解。学生从他们的学习过程中知道测量温度变化时，应该把其他条件控制得相同才行，如果杯子里水的量不一样，也会影响温度的保持，这是在做科学实验时，经常需要使用的公平实验的原则。更主要的是，学生会知道什么是“实事求是”的科学态度，这些会使他们终身受益。
实例2：
教室里进行着科学探究活动“鸡蛋在盐水中的沉浮”已经结束，大多数的学生都很高兴，正向老师报告他们的成功和发现。在教室的角落里，两位学生捧着他们盛有鸡蛋的杯子，伤心地坐在位子上。老师注意到了，走过去问他们为什么不高兴?两位学生说，他们的鸡蛋因为破了， 没有能浮起来。教师把鸡蛋从他们的杯子里取出来，放到其他学生的杯子里，鸡蛋就浮起来了，这两个学生高兴地笑起来了。
这两个学生在实验中，没能让鸡蛋浮起来，不是因为鸡蛋破了，而是因为他们不敢往水里加足够多的盐。
在上面实例2介绍的探究活动“让鸡蛋浮起来”中，教师不只是注意到获得好结果的学生，而是面对每一个学生，特别鼓励实验不顺利的学生，性格比较内向、自信心不是很强的学生，及时地帮助了他们。如果在帮助的过程中，能够让学生自己尝试，效果可能更好。
实例3：
在一节探究将螺母固定在圆滚筒不同位置会影响滚筒沿斜面下滑速度的课堂中。A组的学生开始采用了不合适的方案，当他们发现B组同学的方案较好时，迅速地将他们原来的方案作了修改。在随后教师要求各组介绍情况时，A组的同学获得了机会，并且在最后被评为“冠军组”。A组的学生因之兴高采烈，并且认为B组的同学是失败者。
我们认为，在实例3记录的科学探究课堂中，教师设计了最终的比赛，使学生的注意力集中在比赛的结果上，按比赛的结果来论“英雄”，而不是注重在探究过程中学生提出设想和设计方案能力的培养，这样做不符合探究式科学教育的要求。A组同学应该在他们报告结果时，指出他们在探究过程中曾经向B组同学学习，并修改过自己原来提出的方案。尊重事实，尊重他人的成果，这是科学研究者应遵循的工作准则。
从上面发生在我们科学教育课上的几个实际例子中可以看到，教师对科学的理解、教师的科学态度以及教师对科学教育目的的掌握，从根本上引导着科学教育课堂的方向，影响着探究式科学教育的成效。
其次，教师需要掌握所要探究的概念和其他有关概念的关系，以便有目的的为学生搭建“脚手架”，支持学生的探究活动。
中国有句俗语，“你要有一桶水，才能给学生一碗水”。自然科学的知识这么广泛，应该怎么掌握才比较有效呢?我们可以利用科学已经形成的概念和规律。科学知识是有系统的知识，科学家在不断进行对自然界以及对人类自身的探究中，形成了对事物的分类，对事物和事件性质、过程的描述和解释。这些对归类事物本质性的归类描述就是我们通常所说的概念，而对概念之间联系的描述则形成了通常所说的定律、模型和理论。
例如，人类在和自然的交往之中，发现了不同类型的石头及其不同的特性和用途。人们给不同的矿石命名，如金、银、铜、铁、锡等。根据它们的共同性质，形成了矿石的概念，进而扩大形成了包括泥土、水、风等都是没有生命的物质的分类概念。而人类观察不同的动物和植物等都是有生命的物质。生命和非生命的主要区别在于有生命的物质自己能够自我修复，自我繁殖。达尔文通过观察、比较、研究发现了所有生命物质进化的规律——物竞天择，适者生存。
这些科学概念和科学概念之间的联系涉及的范围不同，有的涉及范围小，有的涉及范围大。对涉及范围小的，我们称它们为特定的概念，而涉及范围大的称为普遍的概念，或大概念。当然这种“大”和“特定”的分类是相对的，而不是绝对的。概念越大，就越抽象，学生掌握就越困难，所以概念的建立一般从简单到复杂，从初级到高级，从特殊到一般，需要一定的顺序，需要和儿童认知与情感的发展规律相符。在教师进行探究式科学教育时，应该了解儿童所具有的原有的概念(有时是想法)。这些原有的概念可能是正确的，也可能是错误的，要从儿童原有的概念出发，搭建“脚手架”，帮助儿童改善和获得新的概念。在探究式科学教育中常常运用概念联系图来明确教学的目标和不同课案之间的联系。
以声音的探究为例。在学生进行声音的探究以前，需要知道物体在力的作用下，会发生位置的移动，我们称它们为机械运动。这种机械运动又可以分成平动和转动。平动中的物体可以做直线运动、曲线运动、或是重复往返运动。我们称后一类，即物体在一定位置附近所做的重复往返的运动叫机械振动。机械振动是物体的一种运动形式。教师可以和学生一起讨论，共同绘制平动运动的分类图，这会有助于引导学生建立分类的概念。图4．2中给出一个实例。
涉及声音有三个大概念，它们是。
1．对于物体的振动状态，我们需要用两个参量来描述。
物体发生振动时，振动的节奏会有快有慢。为了描述物体振动的快慢，在物理学中引入了频率这个参量；物体振动快慢一样时，每次物体振动位置发生移动的最大距离可能不一样，因此，我们需要第二个参量，用它来描述振动物体每次做往返运动时位置移动的大小，科学上称它为振幅。所以，为了描述振动这种运动形式，我们需要两个参量，描述振动快慢的参量——频率，以及在每次振动过程中，描述振动物体最大位置移动的参量——振幅。

2．振动作为一种能量的表现形式，它可以和其他能量互相转换。
要物体产生振动，需要给物体施加一定的力。例如要用力击鼓，才会产生鼓声；用力敲锣，锣才会发出声音。振动起来的鼓和锣具有一定的能量，放在鼓面上的米粒会被带动起来，在鼓面上跳动。
3．振动以波的形式在不同的媒质中传输。
物体产生振动以后，会把这种振动的运动形式传给它周围的媒质，被带动的周围的媒质又会继续带动它周围其他的媒质发生振动。振动形式这样不断地传播开来，传到我们的耳朵里，我们才听见声音。可以用一个实例来类比：如果往水里掷一块石头，石头落水以后会在水面上产生逐步往外扩散的水波，这就是一个产生波动和波动在水这种媒质中传播的例子。
从这些与声音有关的大概念，我们又可以细分出一些分概念。例如，描述振动这种运动形式主要是两个指标，一个是振动的快慢(频率)，另一个是每次振动的最大位移(振幅)。在作科学上的描述时，要用定量量度。我们把一秒钟时间内振动的次数称为赫兹(Hz)。赫兹是一个研究声学的著名科学家的名字。描述振幅大小也有一个量度的单位，称做分贝。分贝是用来量度能量的单位，它正比于能量的对数值。相差10分贝的两个声音，表示它们的能量相差十倍。
每秒钟振动的次数合适(每秒钟