楊 銘 劉恩山

（北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100875）

《普通高中生物學(xué)課程標準》明確將生物學(xué)核心素養(yǎng)作為課程宗旨，指出“生命觀念”“科學(xué)探究”“理性思維”和“社會責(zé)任”是本學(xué)科核心素養(yǎng)的基本組成?？茖W(xué)探究的重要作用和地位再次受到高度重視，始于世紀之初的生物學(xué)教學(xué)改革方向得到保持和加強。進一步加深對科學(xué)探究的認識、從學(xué)科核心素養(yǎng)的角度全面提高探究教學(xué)的效率，是落實課程標準要求的關(guān)鍵。

1 科學(xué)探究在中、外理科課程中均得到高度重視的原因

從孩童時候開始，人們就會困惑于一些自然現(xiàn)象。這種與生俱來的好奇心產(chǎn)生強烈的求知或探索欲望，正是自然科學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的動因。人們提出問題并尋求答案的過程，既滿足好奇心，也是認識物質(zhì)和生命世界的探索過程及發(fā)現(xiàn)新知識的途徑。

正是由于兒童具有尋求周圍世界含義和理解的天然傾向，科學(xué)教育應(yīng)增強學(xué)習(xí)者對周圍世界的好奇、欣賞和探詢［1］。在生物學(xué)及理科課程中，學(xué)生不僅應(yīng)掌握科學(xué)知識，還應(yīng)學(xué)會利用他們對知識的理解開展科學(xué)探究，從而認識自然世界［2］?；谶@樣的認識，國內(nèi)、外科學(xué)課程的研究和設(shè)計人員都在基礎(chǔ)教育理科課程中將科學(xué)探究置于重要地位。

美國國家研究理事會1996年公布的《國家科學(xué)教育標準》中詳細闡明了科學(xué)探究教與學(xué)的主要組成部分，強調(diào)各學(xué)段所有年級的學(xué)生都應(yīng)有機會進行科學(xué)探究，并培養(yǎng)其探究性思維和探究性活動的能力［3］。

我國《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》明確提出，要在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的獨立性和自主性，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑、調(diào)查和探究［4］。教育部在新世紀之初頒布的各門自然學(xué)科的課程標準也要求開展以探究為核心的教學(xué)［5］。例如，2003年教育部公布的《普通高中生物課程標準（試驗稿）》明確提出，高中生物學(xué)課程的核心任務(wù)是在義務(wù)教育的基礎(chǔ)上進一步提高學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)，將“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”作為課程理念，建議教師運用以探究為核心的多樣化教學(xué)方式，推進學(xué)生在動手和動腦的學(xué)習(xí)活動中全面達成課程目標［6］。

當(dāng)今，各國都將科學(xué)探究放在科學(xué)課程的核心地位，科學(xué)探究在今后的科學(xué)教育中也會對教學(xué)目標的實現(xiàn)起到?jīng)Q定性作用。

2 深入理解科學(xué)探究

科學(xué)并不是靜止的，科學(xué)理論是與支持它的證據(jù)有關(guān)的，因而當(dāng)新的證據(jù)出現(xiàn)時，理論可以改變。科學(xué)是人類活動的產(chǎn)物，包含了人的創(chuàng)造性和想象力，以及收集數(shù)據(jù)、解釋數(shù)據(jù)以獲取證據(jù)的過程［1］?？茖W(xué)探究是科學(xué)工作的核心和基本范式。

學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)科學(xué)也應(yīng)以活動的方式進行，這種活動是一種包括學(xué)生本人參與的實踐活動——他們親歷發(fā)現(xiàn)過程，將新的經(jīng)驗與過去的經(jīng)驗相聯(lián)系，這不僅能給他們帶來激情和快樂，而且能通過主動探究增加他們的知識［1］?？茖W(xué)探究也被認為是學(xué)習(xí)科學(xué)的有效途徑。

科學(xué)探究是指科學(xué)知識發(fā)展的方法和活動。根據(jù)美國國家科學(xué)教育標準（NRC，1996），科學(xué)探究包括觀察，提出問題，查閱書籍或其他信息確認已有信息，設(shè)計觀察方案，根據(jù)實驗證據(jù)修正已有信息，使用工具收集、分析和解釋數(shù)據(jù)，提出答案，解釋和預(yù)測，與別人交流結(jié)果等?？茖W(xué)探究需要檢驗假設(shè)，使用批判性思維和邏輯思維，并評價多種解釋［3］。

科學(xué)探究是指科學(xué)家通過研究所得的證據(jù)了解自然世界并作出解釋的多種方法?？茖W(xué)探究也指學(xué)生獲取知識、理解科學(xué)概念、理解科學(xué)家如何工作的學(xué)習(xí)活動［7］。如此描述科學(xué)需要擺脫將科學(xué)看作僅僅是知識積累的觀點，而需要理解科學(xué)本質(zhì)，即科學(xué)概念的發(fā)展過程和價值［7］。

真實的科學(xué)探究是科學(xué)家在科學(xué)研究中進行的。拜比（Bybee）指出科學(xué)探究包括3個方面的意思，①科學(xué)探究開展的方法；②科學(xué)探究的本質(zhì)；③科學(xué)教學(xué)的方法［8］。

庫恩（Kuhn）認為科學(xué)探究分為3個階段，分別是探究、分析和推理。在真實的科學(xué)探究全部過程中，探究過程是最重要的階段。學(xué)生會在此階段發(fā)現(xiàn)活動的意義。若想開展有意義的科學(xué)探究活動，必須讓學(xué)生相信有些值得發(fā)現(xiàn)的知識，且這些知識與他們已經(jīng)知道的知識不同，他們參與探究活動的目的是為了發(fā)現(xiàn)這些知識，并與他們已經(jīng)知道的知識相結(jié)合［9］。分析是指收集到證據(jù)之后檢驗和解釋證據(jù)［9］。推理是根據(jù)已有的證據(jù)針對提出的問題給出答案［9］。

科學(xué)探究是一種學(xué)習(xí)方式，它涉及探索自然或物質(zhì)世界的過程，在尋求新的理解的過程中，它促使人們提出問題，獲得證據(jù)并對這些證據(jù)進行嚴格的檢驗?？茖W(xué)教育中的科學(xué)探究應(yīng)盡可能反映科學(xué)研究工作的真實情況［10］。

作為生物學(xué)核心素養(yǎng)，科學(xué)探究是指學(xué)生能針對有價值的問題、疑問、難題或想法進行研究、基于好奇與困惑理解生命世界和構(gòu)建知識的意愿和能力。

3 從生物學(xué)核心素養(yǎng)的視角理解科學(xué)探究

從20世紀50年代開始，科學(xué)探究就在眾多國家的科學(xué)課程中加以推廣，被普遍認為是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的有效策略?？茖W(xué)探究對于學(xué)生掌握科學(xué)概念，參與科學(xué)實踐，理解科學(xué)本質(zhì)，成為獨立的思考者和學(xué)習(xí)者都有重要作用。

3.1 科學(xué)探究幫助學(xué)生理解科學(xué)概念 科學(xué)探究重視學(xué)生本能的學(xué)習(xí)沖動，探究的過程可為學(xué)生提供學(xué)習(xí)所需的直接反饋和親身體驗，使他們能形成新的、持久的對外部世界的理解［10］。在生物學(xué)課程中，學(xué)生“對外部世界的理解”主要聚焦在對本學(xué)科重要概念的理解和掌握。因此，科學(xué)探究是學(xué)生生物學(xué)課程中不可或缺的部分。

參與科學(xué)探究有助于學(xué)生理解科學(xué)知識的發(fā)展過程，直接參與科學(xué)探究過程可讓學(xué)生認同多種用于研究、建模和解釋世界的方法，還可讓學(xué)生更好地理解科學(xué)知識，并深刻地體現(xiàn)在學(xué)生的世界觀中［11］。在課堂教學(xué)中開展科學(xué)探究，要幫助學(xué)生建立生物學(xué)觀點和重要概念，促進學(xué)習(xí)效率的提高與概念理解的深化。在生物學(xué)課程中，科學(xué)探究既是學(xué)習(xí)內(nèi)容又是學(xué)習(xí)方式。我國《義務(wù)教育初中生物學(xué)課程標準》將科學(xué)探究作為一個內(nèi)容主題，具體描述了學(xué)生需要掌握的關(guān)于科學(xué)探究的概念，是科學(xué)探究作為學(xué)習(xí)內(nèi)容的典型體現(xiàn)。這樣的認識和做法在國外課程中也較為常見。作為一種主動學(xué)習(xí)的方式，科學(xué)探究不僅能幫助學(xué)生構(gòu)建生物學(xué)知識，也促進他們對科學(xué)探究的理解。

3.2 科學(xué)探究是科學(xué)實踐的重要部分 科學(xué)是解釋世界的方式?？茖W(xué)教育的重要部分就是讓學(xué)生學(xué)會科學(xué)和工程學(xué)實踐，以及培養(yǎng)基本的科學(xué)概念［2］。同時，受過教育的公民應(yīng)理解科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程［2］。在生物學(xué)課堂上安排適當(dāng)?shù)目茖W(xué)探究，可讓學(xué)生很好地理解科學(xué)家的實踐，包括確定變量，觀察現(xiàn)象，設(shè)計實驗、觀察方案、收集數(shù)據(jù)方案，構(gòu)建工具，參與實地調(diào)查等多種過程［11］，讓他們親身體驗科學(xué)家是如何探究世界的。當(dāng)今科學(xué)教育廣泛使用“科學(xué)實踐”的術(shù)語，其內(nèi)涵完全包容了科學(xué)探究的內(nèi)容，并加入了工程學(xué)實踐的要素。

作為一種學(xué)習(xí)成果，科學(xué)探究滲透了生命科學(xué)工作范式和工程學(xué)設(shè)計的習(xí)慣，學(xué)生一旦掌握，將會在這2類實踐活動中變得富有活力，包括更深入地理解科學(xué)知識，以及對于科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)（STEM）事業(yè)有積極的認知和參與。如今，創(chuàng)新驅(qū)動著社會高速前進，創(chuàng)新意識和實踐能力是對STEM領(lǐng)域的工作人員的基本要求。能夠了解并開展科學(xué)探究是學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的標志性學(xué)習(xí)成果，對于他們?nèi)蘸蟛饺肷鐣兄匾淖饔谩?/p>

3.3 科學(xué)探究有助于學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì) 高中生物學(xué)課程標準中提出了關(guān)于發(fā)展學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的建議。要實現(xiàn)這個要求，教師需要在教學(xué)中幫助學(xué)生認識和理解科學(xué)本質(zhì)［9］。

理解科學(xué)本質(zhì)是科學(xué)素養(yǎng)的基本內(nèi)容之一，也是許多國家在基礎(chǔ)教育理科課程中的要求。科學(xué)本質(zhì)是指科學(xué)知識的價值和固有的假設(shè)，包括科學(xué)研究的影響和局限等。美國國家科學(xué)教育標準在這一方面提出了明確的要求，包括學(xué)生應(yīng)理解科學(xué)是什么，科學(xué)能解決什么問題，科學(xué)對文化有什么貢獻。

科學(xué)本質(zhì)的知識屬性是科學(xué)哲學(xué)的范疇，如果以簡單的講授方式授課，學(xué)生常難以理解。采用科學(xué)探究的方式，可使學(xué)生體驗親歷發(fā)現(xiàn)的快樂，并開始了解科學(xué)活動的本質(zhì)、科學(xué)的威力和局限性［1］；在探究活動的討論和反思環(huán)節(jié)，也是讓學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)形式［12］?？茖W(xué)探究已被認為是科學(xué)本質(zhì)教學(xué)的有效策略。

3.4 科學(xué)探究讓學(xué)生成為獨立的思考者、學(xué)習(xí)者主動的學(xué)習(xí)者是成功的學(xué)習(xí)者。探究學(xué)習(xí)是生物學(xué)課程中具有標志性的主動學(xué)習(xí)方式?？茖W(xué)探究活動讓學(xué)生學(xué)會如何學(xué)習(xí)，掌握探究技能的學(xué)生可為自己的學(xué)習(xí)負責(zé)，他們選擇最希望研究的問題開展研究然后尋找答案［9］。

在探究學(xué)習(xí)中，生物學(xué)教師要幫助學(xué)生成為真正懂得思考的人，能自主地為自己的問題尋求答案?？茖W(xué)探究策略優(yōu)于其他傳統(tǒng)講授方式，因為它讓學(xué)生參與到對真實現(xiàn)象的真實研究中，并在獲取新知識的過程中發(fā)展他們的智力技能。

4 在生物學(xué)課堂中開展科學(xué)探究教學(xué)

在生物學(xué)課堂開展科學(xué)探究教學(xué)不同于教授-演示的教學(xué)方式，在教學(xué)過程中需要結(jié)合多種策略和技能?？茖W(xué)探究的教學(xué)也不是遵循既定的步驟，按部就班地展開工作的固定套路，相反，它是一個非線性的過程，鼓勵學(xué)生提出真正的科學(xué)問題。課堂上，學(xué)生所有假設(shè)性的回答都受到重視并經(jīng)過嚴格的實踐研究。基于這樣的思路，提出如下建議。

4.1 讓學(xué)生擁有適度的自主權(quán)，動腦、動手相結(jié)合 探究教學(xué)的課堂管理屬性是以學(xué)生為中心，即學(xué)生要有更多的機會和時間參與思考、觀察、動手、記錄和交流等活動。這樣，教師在探究教學(xué)過程中應(yīng)允許學(xué)生擁有適度的自主權(quán)，讓學(xué)生有機會接觸他們感興趣的問題，并尋找合適的途徑解答這些問題，有機會表達和交流。但這并不意味著每個學(xué)生都從自己的問題出發(fā)進行工作或獨立地進行科學(xué)探究。富有成效的探究活動也可由全班學(xué)生就同一個問題開展探究活動，或是分小組探究不同的問題。在每個環(huán)節(jié)的時間安排上，教師也要收放有度。

在探究式教學(xué)活動設(shè)計的環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)明確規(guī)劃讓學(xué)生掌握什么科學(xué)概念，允許學(xué)生探究活動的不同和多樣，承認對于同一個問題可能存在多種解決方法［10］。

在教學(xué)實踐中，有的教師認為“生物學(xué)是實驗科學(xué)，生物學(xué)教學(xué)要強化動手實驗”。這樣的認識和表述本身并無不妥，但如果將“動手”等同于“實驗”就可能出現(xiàn)偏差。因為，強調(diào)動手并不總能保證科學(xué)教學(xué)的有效性，強調(diào)動手的學(xué)習(xí)活動不一定就是探究活動。在探究活動中，學(xué)生應(yīng)有機會提出自己的問題，計劃、設(shè)計并開展科學(xué)探究活動從而回答其中的一些問題，有充足的時間思考問題、互相交流，以發(fā)展他們的概念并為自己的發(fā)現(xiàn)辯護［10］。通過動手、動腦相結(jié)合，解決問題促進生物學(xué)概念形成是課堂探究學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。

4.2 教師發(fā)揮積極的促進作用 生物學(xué)教師要有意識地設(shè)計和實施課堂上的科學(xué)探究活動，并提供必要的課堂環(huán)境和良好氛圍。

教師在探究式課堂教學(xué)中起積極的促進作用。作為促進者或向?qū)?，教師要精心確定一系列“大概念”作為概念性知識的框架，學(xué)生可基于這一框架開展科學(xué)探究活動。這種概念性知識的框架是指導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)科學(xué)概念的基礎(chǔ)［10］，也是教師在備課中充分準備和授課中應(yīng)注意把控的要點。

教師應(yīng)創(chuàng)造豐富的教學(xué)資源環(huán)境，學(xué)生在這種環(huán)境中學(xué)會如何組織和使用學(xué)習(xí)材料。教師還要營造一個能促進學(xué)生參與探究的課堂氛圍、校園文化和社會支持的環(huán)境，使學(xué)生能在這種環(huán)境中以小組或大組的形式進行合作，積極參與對話并學(xué)會尊重別人的看法，同時也能夠得到其他教師、家長和社區(qū)的認可。

4.3 對科學(xué)探究進行評價 在科學(xué)探究活動中，學(xué)生的工作記錄和由教師作出的評價結(jié)果都能成為了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況的基礎(chǔ)［10］。

教師應(yīng)針對學(xué)生在探究活動中的表現(xiàn)進行評價，例如測量、觀察、實驗設(shè)計、問題解決等。學(xué)生在思維和推理技能方面所達到的水平也應(yīng)成為評價的內(nèi)容，即學(xué)生是否得到了有效的結(jié)論、是否選擇了恰當(dāng)?shù)姆椒?、是否認識到自然界具有規(guī)律性等。此外，評價學(xué)生對科學(xué)概念、科學(xué)內(nèi)容的理解也很重要［10］。

4.4 為教師提供多方面的支持 在開展探究教學(xué)和探究學(xué)習(xí)過程中，政府、學(xué)校、教師及家庭都扮演著重要的角色。因此，期待生物學(xué)課程標準在課堂中落實、教師能有效地進行科學(xué)探究教學(xué)，除了教師應(yīng)作出改變，也需要各方面的支持和改變［13］。 具體包括：

·為教師提供針對科學(xué)探究教學(xué)的高質(zhì)量專業(yè)發(fā)展課程；

·政策的幫助和支持；

·提供多種教學(xué)材料和設(shè)備；

·讓父母和社會公眾意識到科學(xué)探究的重要性；

·在各個學(xué)科推廣科學(xué)探究作為教學(xué)方式和解決問題的方法［13］。

通過科學(xué)探究開展生物學(xué)教學(xué)需要新的教學(xué)手段，教師和社會、學(xué)校、家庭都必須擔(dān)負起相應(yīng)的職責(zé)。只有通過政策的鼓勵和支持、家庭的認可和協(xié)助、學(xué)校提供必要的教學(xué)材料和設(shè)備、教師的精心設(shè)計和引導(dǎo)，科學(xué)探究教學(xué)才可能在生物學(xué)課堂得以順利實施。只有成功地開展科學(xué)探究教學(xué)，才能讓學(xué)生真正理解、認同、主動參與到生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)中，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。