喻佳俊

（北京市懷柔區(qū)第二小學(xué)，北京 101400）

引 言

科學(xué)探究既是學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是學(xué)習(xí)方式，是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的中心環(huán)節(jié)。筆者基于教學(xué)對(duì)科學(xué)探究的研究?jī)?nèi)容總結(jié)分析如下，以供參考。

一、科學(xué)探究的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)

科學(xué)探究涉及觀(guān)察、提問(wèn)、預(yù)測(cè)、查資料、設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、收集數(shù)據(jù)、得出答案和交流結(jié)果[1]。2001年，中華人民共和國(guó)教育部制定的全日制義務(wù)教育《科學(xué)（3～6年級(jí)）課程標(biāo)準(zhǔn)》提出了科學(xué)探究?jī)?nèi)容標(biāo)準(zhǔn)框架圖和科學(xué)探究的具體內(nèi)容框架，分別由認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的八個(gè)方面進(jìn)行了具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的闡述（圖1和表1）?？茖W(xué)探究具體的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)可以詳見(jiàn)《科學(xué)（3～6年級(jí)）課程標(biāo)準(zhǔn)》。

圖1 科學(xué)探究?jī)?nèi)容標(biāo)準(zhǔn)框圖

二、科學(xué)探究的基本特征

小學(xué)科學(xué)課程倡導(dǎo)科學(xué)學(xué)習(xí)要以探究為核心。探究式學(xué)習(xí)不僅在研究過(guò)程和研究方法區(qū)別于其他學(xué)習(xí)模式，還有自己的基本特征。美國(guó)《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中提出了課堂探究的基本特征，這五大特征包括：

①學(xué)習(xí)者圍繞科學(xué)性問(wèn)題展開(kāi)探究活動(dòng)；②學(xué)習(xí)者要優(yōu)先考慮證據(jù)，證據(jù)可以幫助他們解釋科學(xué)性問(wèn)題并對(duì)提出的解釋予以評(píng)價(jià)；③學(xué)習(xí)者要從證據(jù)中提煉，對(duì)科學(xué)性問(wèn)題做出回答；④學(xué)習(xí)者通過(guò)比較其他的解釋?zhuān)貏e是那些體現(xiàn)出科學(xué)理解的解釋?zhuān)瑏?lái)評(píng)價(jià)他們自己提出的解釋?zhuān)虎輰W(xué)習(xí)者要交流和論證他們所提出的解釋?？茖W(xué)研究是從具有科學(xué)性的探究問(wèn)題出發(fā)，運(yùn)用觀(guān)察、實(shí)驗(yàn)、記錄和調(diào)查研究找到證據(jù)，并運(yùn)用證據(jù)進(jìn)行解釋、評(píng)價(jià)解釋?zhuān)蟊容^解釋?zhuān)瑥亩鴺?gòu)成了科學(xué)教育一系列重要的教學(xué)過(guò)程。科學(xué)教學(xué)要圍繞這五個(gè)特征展開(kāi)，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

三、科學(xué)探究的研究程度

筆者結(jié)合自身長(zhǎng)期的科學(xué)課堂一線(xiàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，探究式科學(xué)學(xué)習(xí)已深入到日常的科學(xué)教學(xué)活動(dòng)?？茖W(xué)教師經(jīng)常會(huì)采用探究的研究方式進(jìn)行科學(xué)教學(xué)，學(xué)生也會(huì)想到使用科學(xué)探究的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，但是科學(xué)探究的效果、程度都不同。

美國(guó)《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中不僅提出了課堂探究的基本特征，還根據(jù)提出的具體指導(dǎo)程度不同，進(jìn)行了劃分。根據(jù)探究比重可以將探究劃分為“部分”性探究和“完全”性探究，根據(jù)教師在探究活動(dòng)中對(duì)學(xué)生行為的控制程度劃分為“指導(dǎo)”性探究和“開(kāi)放”性探究。探究活動(dòng)中五個(gè)基本特征沒(méi)有滿(mǎn)足就屬于“部分性”探究，在探究活動(dòng)中教師的控制程度多就屬于“指導(dǎo)性”探究，在五個(gè)特征中自主的程度越多就越開(kāi)放。表1展示了探究的五個(gè)基本特征，并對(duì)探究程度進(jìn)行了劃分，越靠近左側(cè)學(xué)生自主探究的程度越高，越屬于“開(kāi)放性”探究，越靠近右側(cè)學(xué)生自動(dòng)探究的程度越低，越屬于“指導(dǎo)性”探究。

表1 課堂探究的基本特征和探究性程度

四、科學(xué)探究的基本過(guò)程

雖然，在我國(guó)的《科學(xué)（3～6年級(jí)）課程標(biāo)準(zhǔn)》和美國(guó)的《國(guó)家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中，都分別提出了科學(xué)探究的內(nèi)容框架和基本特征，但是，在實(shí)際的科學(xué)課程研究及操作中并沒(méi)有對(duì)于科學(xué)探究的形式進(jìn)行統(tǒng)一。而且，各家的研究也都有自己的表述和方式。2002年，國(guó)際科學(xué)教師教育協(xié)會(huì)年度會(huì)議的會(huì)議報(bào)告中提出了科學(xué)探究過(guò)程模型圖，它是隨機(jī)選取了10年間出版的40本英語(yǔ)國(guó)家的科學(xué)教科書(shū)，包括20本生物、5本地球科學(xué)、5本化學(xué)、5本物理，還有5本較為初級(jí)的科學(xué)教材，以及對(duì)52名科學(xué)研究者的訪(fǎng)談的基礎(chǔ)上提出的[2]。通過(guò)大量的資料發(fā)現(xiàn)，根據(jù)對(duì)科學(xué)探究的表述和解釋不同，可以將科學(xué)探究過(guò)程分為三種類(lèi)型，分別是單向式科學(xué)探究、循環(huán)式科學(xué)探究、網(wǎng)狀式科學(xué)探究。

1.單向式科學(xué)探究

大多數(shù)研究中都提出科學(xué)探究的過(guò)程是直線(xiàn)單向的，將科學(xué)研究的方法和步驟分為幾個(gè)步驟，研究逐步進(jìn)行。例如，前面提到的我國(guó)的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)，活動(dòng)形式基本屬于直線(xiàn)單向形式的可續(xù)探究模型（圖2）。這樣的模型優(yōu)點(diǎn)是活動(dòng)清晰明確，有利于進(jìn)行結(jié)論或結(jié)果是一個(gè)確定答案或結(jié)論的研究。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的研究中便于使用，但不利于“開(kāi)放性”研究和發(fā)散性思維的培養(yǎng)，形式不夠靈活。

圖2 直線(xiàn)單向的科學(xué)探究

2.循環(huán)式科學(xué)探究

在實(shí)際的教學(xué)中，往往會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)之初預(yù)想不到的新問(wèn)題或新的研究策略等。所以，在教學(xué)過(guò)程中會(huì)圍繞著核心問(wèn)題，進(jìn)行不斷的探究活動(dòng)，新問(wèn)題和新的發(fā)現(xiàn)又會(huì)產(chǎn)生新的探究活動(dòng)，從而使探究活動(dòng)不斷深入，這就是循環(huán)式探究。在循環(huán)式的科學(xué)探究活動(dòng)中，新問(wèn)題的誕生往往需要探究活動(dòng)的往復(fù)，各步驟和問(wèn)題之間也往往會(huì)用雙箭頭表示聯(lián)系，這樣更有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展，有利于提高學(xué)生的探究能力，并且這更像科學(xué)家針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行的探究活動(dòng)。所以，在國(guó)內(nèi)外有很多的研究者都提出了循環(huán)式的科學(xué)探究過(guò)程或者模型。

陳琴和龐麗娟的循環(huán)式科學(xué)探究是由問(wèn)題出發(fā)，進(jìn)行假設(shè)從而檢驗(yàn)求證假設(shè)，在檢驗(yàn)求證中產(chǎn)生新的假設(shè)，最后得出結(jié)論并進(jìn)行交流，并在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生新的問(wèn)題，產(chǎn)生新的探究活動(dòng)，從而形成循環(huán)式的科學(xué)探究（圖3）。

高霞的模式也屬于循環(huán)式探究，她的探究活動(dòng)同樣由問(wèn)題出發(fā)，之后做出假設(shè)制訂調(diào)查計(jì)劃，獲取證據(jù)、解釋證據(jù)進(jìn)行交流，并在解釋中產(chǎn)生新的科學(xué)問(wèn)題（圖4）。

國(guó)外循環(huán)式科學(xué)探究模式的代表有Barbara Y. White和John R. Frederiksen，他們的探究模式由五部分組成，其特點(diǎn)是在科學(xué)探究中提出了模型（圖5）。

圖3 循環(huán)式的科學(xué)探究（陳琴 龐麗娟）

圖4 循環(huán)式的科學(xué)探究（高霞）

圖5 循環(huán)式的科學(xué)探究（White John）

3.網(wǎng)狀式科學(xué)探究

在具體的實(shí)際教學(xué)中，探究活動(dòng)往往不是簡(jiǎn)單地進(jìn)行逐步循環(huán)。可能其中的某一環(huán)節(jié)會(huì)與另外一個(gè)未緊接著進(jìn)行或未與之前的某些探究活動(dòng)相聯(lián)系，于是就有了網(wǎng)狀式的科學(xué)探究活動(dòng)。網(wǎng)狀式探究活動(dòng)與之前兩種探究活動(dòng)過(guò)程相比更具操作性，更體現(xiàn)了科學(xué)探究各環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系性，具有啟發(fā)教師組織科學(xué)探究教學(xué)設(shè)計(jì)的功能，體現(xiàn)了科學(xué)探究和科學(xué)實(shí)踐的本質(zhì)，體現(xiàn)有關(guān)問(wèn)題解決、批判思維、決策和科學(xué)過(guò)程的相關(guān)要求，與建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理念相兼容，支持合作學(xué)習(xí)和主動(dòng)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)策略[3]。同樣，在國(guó)內(nèi)外有很多研究者也提出了網(wǎng)狀式的科學(xué)探究，如探究過(guò)程模型、操作模式模型等。

科學(xué)探究過(guò)程模型就是一種網(wǎng)狀式的科學(xué)探究，探究中的所有活動(dòng)都是由問(wèn)題開(kāi)始，通過(guò)一系列的活動(dòng)解決問(wèn)題，并且又在解決問(wèn)題的過(guò)程中產(chǎn)生新的問(wèn)題（圖6）。

操作模型是由Haury，David L提出的，由相互關(guān)聯(lián)的四個(gè)基礎(chǔ)活動(dòng)構(gòu)成，分別是疑惑、收集數(shù)據(jù)、研究數(shù)據(jù)、做出聯(lián)系。這其中滲透著很多對(duì)學(xué)生進(jìn)行的科學(xué)探究技能的培養(yǎng)（圖7）。

張建偉和孫燕青也提出了自己的科學(xué)探究模式，他們的模式同樣是圍繞問(wèn)題展開(kāi)的，其特點(diǎn)是探究活動(dòng)可以依據(jù)研究情況進(jìn)行問(wèn)題的修訂，從而改變?cè)O(shè)計(jì)和具體方法（圖8）。

圖6 網(wǎng)狀式的科學(xué)探究（過(guò)程模型圖）

圖7 網(wǎng)狀式的科學(xué)探究（操作模式圖）

圖8 網(wǎng)狀式的科學(xué)探究（張建偉 孫燕青）

科學(xué)探究是一個(gè)復(fù)雜的研究過(guò)程，且不是僵化和固定的[4]。在科學(xué)課程的實(shí)施過(guò)程中，要根據(jù)具體的研究?jī)?nèi)容和研究目的進(jìn)行設(shè)計(jì)，依據(jù)科學(xué)探究活動(dòng)，靈活設(shè)計(jì)探究環(huán)節(jié)，從而促進(jìn)學(xué)生綜合科學(xué)素養(yǎng)的形成，尤其重要的是促進(jìn)學(xué)生探究能力的發(fā)展。

五、科學(xué)探究的現(xiàn)實(shí)情況

自2001年中華人民共和國(guó)教育部制定《科學(xué)（3～6年級(jí)課程標(biāo)準(zhǔn)》至今，已經(jīng)走過(guò)了15年的漫長(zhǎng)歷程。為了了解北京市懷柔區(qū)小學(xué)課程科學(xué)探究的實(shí)際情況，筆者分別使用了調(diào)查問(wèn)卷、訪(fǎng)談和實(shí)踐觀(guān)察的方法進(jìn)行了調(diào)查。

1.調(diào)查問(wèn)卷中的發(fā)現(xiàn)

在對(duì)懷柔區(qū)科學(xué)教師的問(wèn)卷調(diào)查進(jìn)行分析的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)懷柔區(qū)共有科學(xué)教師35人，被調(diào)查教師為24人，包括專(zhuān)職教師22人。其中，有71%的老師認(rèn)為自己掌握課堂探究的過(guò)程和方法，并知道其方法論和認(rèn)識(shí)論依據(jù)；25%的老師認(rèn)為僅了解課堂探究的過(guò)程和方法，不清楚其方法論和認(rèn)識(shí)論依據(jù)；只有5%的老師提出不熟悉課堂探究的過(guò)程和方法（見(jiàn)圖9）。這些數(shù)據(jù)在一定程度上說(shuō)明，懷柔區(qū)科學(xué)教師對(duì)科學(xué)探究的過(guò)程和方法有一定了解，但缺乏認(rèn)識(shí)論和方法論的理論基礎(chǔ)。

圖9 北京市懷柔區(qū)科學(xué)教師對(duì)科學(xué)探究的理解層次

通過(guò)對(duì)懷柔區(qū)一所小學(xué)四年級(jí)一個(gè)班的51名學(xué)生進(jìn)行的調(diào)查問(wèn)卷中發(fā)現(xiàn)，有51%的同學(xué)知道科學(xué)探究是科學(xué)課使用的研究方法；有61%的同學(xué)能夠正確指出科學(xué)探究是由觀(guān)察提出問(wèn)題開(kāi)始；94%的同學(xué)能正確選出科學(xué)探究的過(guò)程（圖10）。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明，學(xué)生通過(guò)一年的科學(xué)學(xué)習(xí)對(duì)探究還是有一定的了解的。但是，在問(wèn)卷最后的探究性題目中，讓學(xué)生設(shè)計(jì)研究計(jì)劃和方法時(shí)問(wèn)題比較突出，對(duì)被測(cè)學(xué)生有很大的難度。其中，在學(xué)生觀(guān)察擺的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上給出數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析和猜想的研究中，有29%學(xué)生沒(méi)有填寫(xiě)，76%的學(xué)生有一些自己想法但是不全面和準(zhǔn)確，僅有14%學(xué)生的想法較為全面并有科學(xué)性。這些數(shù)據(jù)在一定程度上表明，被測(cè)學(xué)生在觀(guān)察比較、思考和表達(dá)等探究能力的不足。

圖10 北京市懷柔區(qū)學(xué)生科學(xué)探究能力情況

2.訪(fǎng)談及觀(guān)察中的發(fā)現(xiàn)

問(wèn)卷調(diào)查之后，筆者又對(duì)一線(xiàn)科學(xué)教師、懷柔區(qū)科學(xué)教研員進(jìn)行了訪(fǎng)談。在訪(fǎng)談的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)老師們?cè)谌粘５慕虒W(xué)中或多或少都使用了科學(xué)探究的方式。但是，在備課的過(guò)程中往往會(huì)遇到探究活動(dòng)不到位、學(xué)生探究興趣不高、探究的效率低、沒(méi)有針對(duì)性、不清楚探究的目的是什么等問(wèn)題。同時(shí)，懷柔區(qū)教研員老師也提出區(qū)科學(xué)教師對(duì)科學(xué)探究的理解整體認(rèn)知水平不到位，往往在教學(xué)中僅追求形式，學(xué)生的科學(xué)探究能力低，整體的科學(xué)素養(yǎng)有待提高。并且通過(guò)對(duì)學(xué)生的觀(guān)察也發(fā)現(xiàn)，小學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的興趣點(diǎn)主要集中在做實(shí)驗(yàn)上，不善于思考問(wèn)題，并且探究能力低。

六、科學(xué)探究的具體方法

科學(xué)探究的各環(huán)節(jié)展開(kāi)有一定的邏輯順序，各環(huán)節(jié)的研究要落到實(shí)處。

1.提出問(wèn)題

提出問(wèn)題在于讓學(xué)生產(chǎn)生疑問(wèn)，學(xué)生的疑問(wèn)源于他們對(duì)事物的好奇、質(zhì)疑或困惑等，對(duì)不知道的事物產(chǎn)生好奇，與原有的認(rèn)知發(fā)生沖突時(shí)產(chǎn)生質(zhì)疑或困惑[5]。

需要指明的是，提問(wèn)通常包括教師提出的問(wèn)題、學(xué)生篩選出的問(wèn)題和學(xué)生自主提出的問(wèn)題，每一種問(wèn)題的提出均伴隨著元認(rèn)知知識(shí)的培養(yǎng)。此環(huán)節(jié)不僅指明了研究?jī)?nèi)容，使學(xué)生了解了探究方向，同時(shí)還有助于學(xué)生理解任務(wù)性質(zhì)。

2.猜想與假設(shè)

猜想是讓學(xué)生根據(jù)自己已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)事物現(xiàn)象的產(chǎn)生原因或變化關(guān)系進(jìn)行的猜測(cè)，具有發(fā)散性。假設(shè)是對(duì)現(xiàn)象的假定性解釋?zhuān)蚴菍?duì)之后將要出現(xiàn)的結(jié)果所做的推測(cè)。它們不僅確定了探究的內(nèi)容，同時(shí)促進(jìn)了學(xué)生思維的發(fā)展，并開(kāi)始了對(duì)元認(rèn)知監(jiān)控的培養(yǎng)。所以，在此階段要充分引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)事物現(xiàn)象進(jìn)行思考，并采用歸納、分析等思維方法進(jìn)行加工。

3.實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

假設(shè)形成后需要進(jìn)行驗(yàn)證。首先，要知道需要什么樣的條件、該怎樣做等問(wèn)題，也就是要進(jìn)行活動(dòng)程序設(shè)計(jì)。這一環(huán)節(jié)不僅需要學(xué)生原有的元認(rèn)知知識(shí)，還可以充分培訓(xùn)和發(fā)展元認(rèn)知知識(shí)。

在科學(xué)探究中，依據(jù)研究問(wèn)題的不同可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)類(lèi)方案設(shè)計(jì)、調(diào)查類(lèi)方案設(shè)計(jì)和考察類(lèi)方案設(shè)計(jì)。雖然，它們的形式不同，但內(nèi)容相似。教師可以指導(dǎo)學(xué)生從程序設(shè)計(jì)、工具設(shè)計(jì)和人員設(shè)計(jì)三個(gè)方面進(jìn)行思考，在程序設(shè)計(jì)中要考慮目的、方法、步驟、結(jié)果、結(jié)論等；工具設(shè)計(jì)中要制定研究使用的工具、儀器和材料；最后要對(duì)小組成員的任務(wù)進(jìn)行安排，如設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)員、儀器員、記錄員、觀(guān)察員和記錄員等。

4.驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案

驗(yàn)證方案的實(shí)施過(guò)程就是收集證據(jù)，以對(duì)科學(xué)假設(shè)證實(shí)或證偽的過(guò)程。驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)完成后，要實(shí)施才有意義，學(xué)生要依據(jù)驗(yàn)證所得出的結(jié)果對(duì)假設(shè)進(jìn)行論證。假設(shè)無(wú)論是真是假，都要依據(jù)證據(jù)來(lái)說(shuō)明。

在科學(xué)探究活動(dòng)環(huán)節(jié)中，通常會(huì)采用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、資料收集等方式或方法進(jìn)行研究。無(wú)論選用哪一種，都要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷的修整和調(diào)整，以得出問(wèn)題解決的科學(xué)認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生培養(yǎng)和發(fā)展元認(rèn)知監(jiān)控，特別要注意的是活動(dòng)中要求學(xué)生操作要規(guī)范。

5.描述與解釋

描述是對(duì)客觀(guān)事實(shí)的反映，描述的內(nèi)容是驗(yàn)證方案實(shí)施后的結(jié)果。解釋是利用已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)所收集的證據(jù)進(jìn)行思維加工，對(duì)事物的變化原因、聯(lián)系及發(fā)展規(guī)律進(jìn)行合理說(shuō)明[6]。此活動(dòng)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案相對(duì)應(yīng)，在探究活動(dòng)中要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用不同的方式如語(yǔ)言、文字、圖片等先對(duì)客觀(guān)事實(shí)進(jìn)行描述。

6.表達(dá)與交流

表達(dá)是指學(xué)生把探究?jī)?nèi)容、過(guò)程和結(jié)果用語(yǔ)言或者文字等形式表現(xiàn)出來(lái)。交流是人與人之間的溝通過(guò)程[7]。此活動(dòng)是群體間對(duì)調(diào)控學(xué)習(xí)的促進(jìn)。

所以，在本環(huán)節(jié)，教師要引導(dǎo)學(xué)生用自己熟悉的、喜歡的、盡可能多樣的方式介紹自己的研究過(guò)程和結(jié)果。在此環(huán)節(jié)中，要引導(dǎo)學(xué)生從目的、方法、工具和材料的使用、步驟、結(jié)果、結(jié)論等幾方面進(jìn)行介紹。并且，反思自己的研究過(guò)程，將探究的結(jié)果與探究開(kāi)始時(shí)的假設(shè)進(jìn)行比較。

結(jié) 語(yǔ)

基于教學(xué)對(duì)科學(xué)探究的研究非常必要，通過(guò)對(duì)科學(xué)探究的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、基本特征、研究程度、基本過(guò)程、現(xiàn)狀等方面進(jìn)行總結(jié)，能夠加深對(duì)科學(xué)探究的認(rèn)識(shí)，有助于形成正確的思維方式，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂(lè)趣。

[1]美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)科學(xué)、數(shù)學(xué)及技術(shù)教育中心《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》科學(xué)探究附屬讀物編委會(huì).科學(xué)探究與國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)——教與學(xué)的指南[M].羅星凱等譯.北京:科學(xué)普及出版社,2004:8.

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