关于新课程中科学探究问题的几点思考（转载）.doc

关于新课程中科学探究问题的几点思考
来源： 基础教育研究 西南大学科学教育研究中心转载 作者： 李付鹏 编辑:张雨晴
随着基础教育新一轮课程改革的推进，新课程所提出的新的教师教学方式和学生学习方法，以及由此引出的相关问题成为教育工作者研究的热点，其中有关学生对课程的科学探究问题就是研究的重要课题之一。我国2001年新一轮基础教育课程改革中颁布的《全日制义务教育科学（7-9年级）课程标准（实验稿）》中明确提出： “探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径。”将科学探究列入标准内容，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神，因此，加强对科学探究及其相关问题的研究，真正把科学探究能力的培养落到实处，是当前教育研究人员的重要课题。
一、科学探究概念和学生科学探究的特点目前，国际上没有统一的权威的关于科学探究的定义和解释。从应用的广泛性和影响程度上来说，大家较为认同的科学探究概念是美国国家研究理事会在《国家科学教育标准》中所作的界定： “科学探究指的是科学家们用以研究自然界，以及基于此种研究所获得的证据而提出种种解释的多种不同途径。科学探究也指学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念，领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。”[1]
从上述的界定中我们可以知道，尽管科学探究都是研究者通过探索、调查和研究来发现和认识事物、解决问题的活动，学生的学习过程从本质上来说和科学家认识和研究事物的过程也是一致的，但两者又有所不同。一致性表现为学生在科学探究时经历与科学家相似的活动及思维，学生同样可以像科学家那样，用科学研究的方法来进行探究性学习。不同之处表现为科学家研究的对象是人类未知的，而学生学习的对象大多数是人类已经认识的，科学家是做真实的科学探究，其探究是开放性的，而学生是学习如何做科学探究，其科学探究过程受认知水平、学习环境等内外因素的制约。
学生科学探究的最显著的特点是学生的科学研究活动必然需要教师指导。在进行科学探究时，教师可以根据学生发展水平、教学目标等因素，调整学生自主程度和科学探究开放程度。在实际的学生科学探究中，学生完全自主是极少见的，更多的是教师指导下的学生自主，至于教师指导的成分与学生的自主成分的比例大小，应视具体情况而定。有关文献阐述了Toh等人研究的关于学生自主程度在科学探究中的效果以及显性知识和缄默知识在科学探究中的作用。在研究中，显性知识对应于教师的完全指导，缄默知识对应于学生的完全自主。结果发现，仅仅通过学生的完全自主或教师的完全指导，对探究学习效果影响不大，但两者结合则大大改善了探究学习效果。[2]该研究结果意味着：科学探究既有显性一面，也有缄默性一面，而且它们的教学途径不同，科学探究的显性知识可以明确地教给学生，但其缄默性知识需要学生自主探究才能体会，两者结合能更好地做科学探究。由于科学家的科学探究是开放的，因此Toh等人的以上研究结果也意味着：学生的科学探究不等同于科学家的科学探究，它需要教师一定程度的指导。
我国推行新课程改革时间不长，学生的科学探究的实践活动处于初始阶段，由教师带领学生进行指导性的探究必然是探究学习的主流形式。尽管研究表明教师的指导越来越少，学生的自主越来越多，越来越接近科学家或真实的科学探究。[3]但在推行科学探究学习的初始阶段，指导性的探究性学习依然起着主导作用，但随着教师指导经验和水平的提高以及学生探究能力的增强，这种指导的作用应逐渐减弱，学生的自主性探究的比例逐渐增强。
二、科学探究的过程
学生在科学探究过程中可以体验学习的乐趣，增长科学探究的能力，获取科学知识，形成尊重事实善于质疑的科学态度，从这个意义上说，参与科学探究的过程比获取科学探究的结果更为重要。科学探究过程包括如下五个方面：
1．收集资料，提出问题
科学探究的前提和基础就是提出问题，对于处于基础教育阶段的学生来说，提出问题的最主要的途径就是观察和实验。通过观察和实验等方法收集资料可以发现自然世界中未知的各种事物和现象，从而提出问题，进而对问题进行分析。提出问题必须尊重事实，此外，提出问题还包括能够清晰地表达所提出的问题，能条理清晰地陈述自己的观点，并展示证明观点的论据，阐明自己观点的合理性。清晰表达问题的手段多种多样，包括用文字、图表等方式来呈现收集到的证据，只有能够清晰地表达问题才能体现出学生对问题的认识的确有了一定的基础，才能体现出学生观察的深度。因此，提出问题和清晰地表达问题是科学探究的第一步。
2．分析问题，形成猜想或假设
假设源于所提出的问题，是对于问题的发展趋势或可能性的一种判断，是研究者在已有的知识经验的基础上所提出的关于问题的可能性解释。假设是科学发展的必经之路，是一种试验性的观点，必须通过观察或实验加以验证；具有合理性的假设，才有助于制定解决问题的可行性方案。一旦形成假设，研究者下一步研究的方向就是验证假设正确与否，因此，研究者必须避免那些有可能局限于某种观点的偏见的假设，从而保证研究的开放性，以获得客观、真实的研究结果。避免错误的或者有局限性的假设，要求研究者收集充分的证据和正确地提出问题，同样重要的是进一步客观地全面地分析问题，才能形成具有研究价值的假设。
3．设计实验，检验假设
设计实验，检验假设是科学探究过程中最重要的一个环节，对收集的资料进行描述、比较、推理、分析，从现象和实验中分析和归纳科学规律，通过检验对假设验证，进而证实或推翻假设，检验能够使研究者探查自然世界中那些隐藏在自然现象和事物背后的奥秘，揭示自然的本质。检验的方式主要有两种：一种是引证式，即根据已选择的方案去收集支持假设所需要的事实和证据，经分析、概括而得出结论，从而证明假设成立或者不成立；二是实验式，即个体亲自动手实验，通过分析实验和总结实验结果来验证假设的正确性和有效性。[4]通过检验假设可以验证或发现如下一系列的问题：探究假设是否与原有的知识相矛盾？探究假设是否和日常观察到的自然现象冲突？探究形成假设的各因素之间的关系是否符合逻辑？探究假设是否与假设吻合？当发现探究的结果和探究假设的差异以及发现探究过程中各因素与结论存在矛盾时，应当重新审视探究方案，这将可能引发出新的探究问题和获得新的发现。
4．形成结论，求证确认
在验证了假设的合理性之后，还需要进一步的求证，求证的途径多种多样，可以继续收集论据，在验证了假设的合理性之后，收集证据也就有针对性了，有可能发现或收集到更加支持结论或推翻假设的证据，从而加强结论或者推翻假设，也可以与其他研究者进行讨论、辩证来求证结论；也可以通过研究者互相交流的方式，讨论科学探究中存在的问题，从而获得发现和改进的建议，在这种交流中，一方面，个体要准确地向其他人阐明自己所探究的问题、方法、探究过程以及结果，并倾听他人对证据和解释的看法和态度；另一方面，他人也有机会就这些结论、解释提出疑问，指出其中有悖于事实证据的地方，或者就相同的观察提出不同的解释等。通过对科学探究过程结果的交流探讨，从中扬其所长，克其所短。
5．总结评价
得出实验的结论不意味着科学探究的完成。对结果的评估、科学解释、对实验的反思是必不可少的，对探究结果进行评价的目的不在于评定等级，而是通过评价发现过程中的不足，评价不仅使探究课题的方案直接得到了改进，而且在评价和改进方案的过程中，增长了知识，提高了相关技能，为今后对类似课题探究方案的优化奠定了较好的基础。
三、科学探究需注意的几个问题
1．正确对待非科学性的猜想
科学探究需要大量科学而有价值的猜想，非科学的猜想和科学的猜想对于学生来说并没有一个清晰的界限，非科学的猜想对于培养学生的科学探索能力同样重要，不能认为非科学的猜想就是将学生引入歧途，对于非科学性的问题的探索同样可以训练学生的思维判断等各方面的能力。当然，在科学探索的过程中，引导学生做出更科学的猜想，这是教师们所要做的工作，但没有必要从学生的猜想中剔除非科学猜想，仅仅挑选出有价值的科学猜想。
2．过程和结论同样重要，辩证处理结论与过程的关系
当我们深入理解了科学探究的基本过程之后，或许我们就不会再有过程与结论谁更重要的争论，也不会再有探究是不是一定要有结论这样的疑惑了。因为在探究活动中，结论和过程同样重要，相辅相成，不可分割。科学研究的一般过程告诉我们：做出结论本身就是探究过程的一个重要部分，而结论则是探究活动的成果。强调过程，就是在保证结论的科学性。
3．科学探究要循序渐进
科学探究能力的发展不是只要记住有关探究的知识就能解决的，必须在探究实践中不断积累才行。为此，学生需要先经历一些简单的探究活动，随着能力的逐步提高，慢慢加大探究的难度，使探究活动的水平循序渐进。
四、结束语
在科学探究活动中，学生能够了解和学习假设、观察、实验、分析、比较、判断、归纳、概括等科学方法，学会在一个开放环境中如何收集信息、加工和处理信息。当然，主动收集、加工、处理信息的过程也就是学生激活已有的知识储存、学习和运用科学探究方法，发现和解决问题的过程。学生通过科学探究一方面可以增长知识和能力、掌握科学的学习方法，另一方面可以通过科学探究的过程激发学习的兴趣，培养实事求是的科学探究精神。
关于新课程中科学探究问题的几点思考
来源： 基础教育研究 西南大学科学教育研究中心转载 作者： 李付鹏 编辑:张雨晴
随着基础教育新一轮课程改革的推进，新课程所提出的新的教师教学方式和学生学习方法，以及由此引出的相关问题成为教育工作者研究的热点，其中有关学生对课程的科学探究问题就是研究的重要课题之一。我国2001年新一轮基础教育课程改革中颁布的《全日制义务教育科学（7-9年级）课程标准（实验稿）》中明确提出： “探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径。”将科学探究列入标准内容，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神，因此，加强对科学探究及其相关问题的研究，真正把科学探究能力的培养落到实处，是当前教育研究人员的重要课题。
一、科学探究概念和学生科学探究的特点目前，国际上没有统一的权威的关于科学探究的定义和解释。从应用的广泛性和影响程度上来说，大家较为认同的科学探究概念是美国国家研究理事会在《国家科学教育标准》中所作的界定： “科学探究指的是科学家们用以研究自然界，以及基于此种研究所获得的证据而提出种种解释的多种不同途径。科学探究也指学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念，领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。”[1]
从上述的界定中我们可以知道，尽管科学探究都是研究者通过探索、调查和研究来发现和认识事物、解决问题的活动，学生的学习过程从本质上来说和科学家认识和研究事物的过程也是一致的，但两者又有所不同。一致性表现为学生在科学探究时经历与科学家相似的活动及思维，学生同样可以像科学家那样，用科学研究的方法来进行探究性学习。不同之处表现为科学家研究的对象是人类未知的，而学生学习的对象大多数是人类已经认识的，科学家是做真实的科学探究，其探究是开放性的，而学生是学习如何做科学探究，其科学探究过程受认知水平、学习环境等内外因素的制约。
学生科学探究的最显著的特点是学生的科学研究活动必然需要教师指导。在进行科学探究时，教师可以根据学生发展水平、教学目标等因素，调整学生自主程度和科学探究开放程度。在实际的学生科学探究中，学生完全自主是极少见的，更多的是教师指导下的学生自主，至于教师指导的成分与学生的自主成分的比例大小，应视具体情况而定。有关文献阐述了Toh等人研究的关于学生自主程度在科学探究中的效果以及显性知识和缄默知识在科学探究中的作用。在研究中，显性知识对应于教师的完全指导，缄默知识对应于学生的完全自主。结果发现，仅仅通过学生的完全自主或教师的完全指导，对探究学习效果影响不大，但两者结合则大大改善了探究学习效果。[2]该研究结果意味着：科学探究既有显性一面，也有缄默性一面，而且它们的教学途径不同，科学探究的显性知识可以明确地教给学生，但其缄默性知识需要学生自主探究才能体会，两者结合能更好地做科学探究。由于科学家的科学探究是开放的，因此Toh等人的以上研究结果也意味着：学生的科学探究不等同于科学家的科学探究，它需要教师一定程度的指导。
我国推行新课程改革时间不长，学生的科学探究的实践活动处于初始阶段，由教师带领学生进行指导性的探究必然是探究学习的主流形式。尽管研究表明教师的指导越来越少，学生的自主越来越多，越来越接近科学家或真实的科学探究。[3]但在推行科学探究学习的初始阶段，指导性的探究性学习依然起着主导作用，但随着教师指导经验和水平的提高以及学生探究能力的增强，这种指导的作用应逐渐减弱，学生的自主性探究的比例逐渐增强。
二、科学探究的过程
学生在科学探究过程中可以体验学习的乐趣，增长科学探究的能力，获取科学知识，形成尊重事实善于质疑的科学态度，从这个意义上说，参与科学探究的过程比获取科学探究的结果更为重要。科学探究过程包括如下五个方面：
1．收集资料，提出问题
科学探究的前提和基础就是提出问题，对于处于基础教育阶段的学生来说，提出问题的最主要的途径就是观察和实验。通过观察和实验等方法收集资料可以发现自然世界中未知的各种事物和现象，从而提出问题，进而对问题进行分析。提出问题必须尊重事实，此外，提出问题还包括能够清晰地表达所提出的问题，能条理清晰地陈述自己的观点，并展示证明观点的论据，阐明自己观点的合理性。清晰表达问题的手段多种多样，包括用文字、图表等方式来呈现收集到的证据，只有能够清晰地表达问题才能体现出学生对问题的认识的确有了一定的基础，才能体现出学生观察的深度。因此，提出问题和清晰地表达问题是科学探究的第一步。
2．分析问题，形成猜想或假设
假设源于所提出的问题，是对于问题的发展趋势或可能性的一种判断，是研究者在已有的知识经验的基础上所提出的关于问题的可能性解释。假设是科学发展的必经之路，是一种试验性的观点，必须通过观察或实验加以验证；具有合理性的假设，才有助于制定解决问题的可行性方案。一旦形成假设，研究者下一步研究的方向就是验证假设正确与否，因此，研究者必须避免那些有可能局限于某种观点的偏见的假设，从而保证研究的开放性，以获得客观、真实的研究结果。避免错误的或者有局限性的假设，要求研究者收集充分的证据和正确地提出问题，同样重要的是进一步客观地全面地分析问题，才能形成具有研究价值的假设。
3．设计实验，检验假设
设计实验，检验假设是科学探究过程中最重要的一个环节，对收集的资料进行描述、比较、推理、分析，从现象和实验中分析和归纳科学规律，通过检验对假设验证，进而证实或推翻假设，检验能够使研究者探查自然世界中那些隐藏在自然现象和事物背后的奥秘，揭示自然的本质。检验的方式主要有两种：一种是引证式，即根据已选择的方案去收集支持假设所需要的事实和证据，经分析、概括而得出结论，从而证明假设成立或者不成立；二是实验式，即个体亲自动手实验，通过分析实验和总结实验结果来验证假设的正确性和有效性。[4]通过检验假设可以验证或发现如下一系列的问题：探究假设是否与原有的知识相矛盾？探究假设是否和日常观察到的自然现象冲突？探究形成假设的各因素之间的关系是否符合逻辑？探究假设是否与假设吻合？当发现探究的结果和探究假设的差异以及发现探究过程中各因素与结论存在矛盾时，应当重新审视探究方案，这将可能引发出新的探究问题和获得新的发现。
4．形成结论，求证确认
在验证了假设的合理性之后，还需要进一步的求证，求证的途径多种多样，可以继续收集论据，在验证了假设的合理性之后，收集证据也就有针对性了，有可能发现或收集到更加支持结论或推翻假设的证据，从而加强结论或者推翻假设，也可以与其他研究者进行讨论、辩证来求证结论；也可以通过研究者互相交流的方式，讨论科学探究中存在的问题，从而获得发现和改进的建议，在这种交流中，一方面，个体要准确地向其他人阐明自己所探究的问题、方法、探究过程以及结果，并倾听他人对证据和解释的看法和态度；另一方面，他人也有机会就这些结论、解释提出疑问，指出其中有悖于事实证据的地方，或者就相同的观察提出不同的解释等。通过对科学探究过程结果的交流探讨，从中扬其所长，克其所短。
5．总结评价
得出实验的结论不意味着科学探究的完成。对结果的评估、科学解释、对实验的反思是必不可少的，对探究结果进行评价的目的不在于评定等级，而是通过评价发现过程中的不足，评价不仅使探究课题的方案直接得到了改进，而且在评价和改进方案的过程中，增长了知识，提高了相关技能，为今后对类似课题探究方案的优化奠定了较好的基础。
三、科学探究需注意的几个问题
1．正确对待非科学性的猜想
科学探究需要大量科学而有价值的猜想，非科学的猜想和科学的猜想对于学生来说并没有一个清晰的界限，非科学的猜想对于培养学生的科学探索能力同样重要，不能认为非科学的猜想就是将学生引入歧途，对于非科学性的问题的探索同样可以训练学生的思维判断等各方面的能力。当然，在科学探索的过程中，引导学生做出更科学的猜想，这是教师们所要做的工作，但没有必要从学生的猜想中剔除非科学猜想，仅仅挑选出有价值的科学猜想。
2．过程和结论同样重要，辩证处理结论与过程的关系
当我们深入理解了科学探究的基本过程之后，或许我们就不会再有过程与结论谁更重要的争论，也不会再有探究是不是一定要有结论这样的疑惑了。因为在探究活动中，结论和过程同样重要，相辅相成，不可分割。科学研究的一般过程告诉我们：做出结论本身就是探究过程的一个重要部分，而结论则是探究活动的成果。强调过程，就是在保证结论的科学性。
3．科学探究要循序渐进
科学探究能力的发展不是只要记住有关探究的知识就能解决的，必须在探究实践中不断积累才行。为此，学生需要先经历一些简单的探究活动，随着能力的逐步提高，慢慢加大探究的难度，使探究活动的水平循序渐进。
四、结束语
在科学探究活动中，学生能够了解和学习假设、观察、实验、分析、比较、判断、归纳、概括等科学方法，学会在一个开放环境中如何收集信息、加工和处理信息。当然，主动收集、加工、处理信息的过程也就是学生激活已有的知识储存、学习和运用科学探究方法，发现和解决问题的过程。学生通过科学探究一方面可以增长知识和能力、掌握科学的学习方法，另一方面可以通过科学探究的过程激发学习的兴趣，培养实事求是的科学探究精神。