【腦科學(xué)與科學(xué)教育】科學(xué)教育中的探究式學(xué)習(xí)

　　探究式教學(xué)方法是一類歸納式的教學(xué)方法。它包括許多各有側(cè)重的教學(xué)方法，如探究式學(xué)習(xí)、基于問題的學(xué)習(xí)、基于項目的學(xué)習(xí)、基于案例的教學(xué)、發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)和即時學(xué)習(xí)等。
　　在傳統(tǒng)的科學(xué)教育中，往往采用的是自上而下的、演繹式的教學(xué)方法。在科學(xué)課上，由教師指出需要掌握的知識點(diǎn)，學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)以后，聯(lián)系一些例子，做一些練習(xí)題，應(yīng)用已學(xué)到的知識點(diǎn)，舉一反三地去解決問題。在這種教學(xué)方法中，先由教師進(jìn)行講解，向?qū)W生展示要介紹的科學(xué)概念，然后再聯(lián)系實際的應(yīng)用例子，進(jìn)行練習(xí)。我們通常把這種教學(xué)方法稱為演繹式的教學(xué)方法，它是從一般的概念到特殊事例的過程。
　　長期以來，教師習(xí)慣于用這樣的講授方式。它是以教師為中心的。上課時，教師主要關(guān)心的是應(yīng)該教給學(xué)生什么知識點(diǎn)。學(xué)生學(xué)習(xí)的過程遵循著教師設(shè)定的路線，學(xué)會的是教師已經(jīng)掌握的知識內(nèi)容和思維路線。東南大學(xué)土木工程系曾有一位教學(xué)的名師，他有一句名言：你們學(xué)我這門課，把我這本備課筆記都記住了，以后你們可以走遍天下都不怕。我在前西德亞琛工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)時，所在的電子和電氣工程系有一位教授，出名的驕傲。他說天下只有兩個人真正理解麥克斯韋方程，一位是麥克斯韋本人，另一位就是他自己，所以學(xué)生怎么學(xué)都超不過他。這種教學(xué)方式顯然不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，不能應(yīng)對知識發(fā)展如此迅速的2l世紀(jì)。學(xué)生都不能超越老師，還有什么創(chuàng)新可言。
　　探究式的教學(xué)方法與上述傳統(tǒng)的教學(xué)方法不同，它是自下而上的知識建構(gòu)過程。學(xué)生首先接觸到的是他們身邊熟悉的事實，然后設(shè)法獲得實證的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)出發(fā)，聯(lián)系已有的知識基礎(chǔ)，進(jìn)行類比、歸納、推理，抽象出與描述客觀世界規(guī)律有關(guān)的科學(xué)概念。這個過程類似于科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究的過程。學(xué)習(xí)科學(xué)的研究結(jié)果已經(jīng)證明，這種自下而上的建構(gòu)過程，有利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，提高學(xué)習(xí)的效率；有利于學(xué)生真正理解科學(xué)概念；有利于培養(yǎng)學(xué)生的社會情緒能力和語言交流能力。探究式學(xué)習(xí)的過程本身就是一個運(yùn)用綜合能力解決問題的過程，所以也有利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。10年來“做中學(xué)”科學(xué)教育的實踐已經(jīng)顯示了探究式科學(xué)教育的成效。
　　探究式的學(xué)習(xí)方法不僅是科學(xué)教育的主要學(xué)習(xí)方式，也是知識社會中人們獲取知識的主要學(xué)習(xí)方式。這是因為在知識社會里，知識的增長和流動發(fā)生了根本的變化。無論是信息的增長，還是知識的更新，速度都十分驚人。例如說，《紐約時報》1周的信息量比18世紀(jì)1個人一生中所遇到的還要多。信息流動的速度和廣度、提供和接受信息的人群都發(fā)生了很大的變化，這是過去的世紀(jì)里不能相比的。知識和人才的重要也是過去世紀(jì)里不能相比的。在這樣一個發(fā)生巨大變化的社會里，人才所具有的能力必然需要隨之而變化。我們的學(xué)生未來將要融入充滿競爭與合作的、復(fù)雜的國際大舞臺，將面臨更多的壓力和挑戰(zhàn)。來自不同方面的研究表明，與工業(yè)化社會相比，在知識社會里，人具有的綜合解決問題的能力和社會情緒能力是最重要的。探究式學(xué)習(xí)正是有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問題能力和社會情緒能力的有效學(xué)習(xí)方法。探究又是人們認(rèn)識客觀規(guī)律，發(fā)現(xiàn)科學(xué)知識的途徑，探究式的學(xué)習(xí)方法和科學(xué)課程有著天然的聯(lián)系。
　　讓我們舉一個簡單的例子對比一下，看看不同的教學(xué)方法會帶來什么樣不同的教學(xué)效果。
　　我曾到一個學(xué)校去參觀，校長很高興地告訴我他們學(xué)校的科學(xué)教育早就“做中學(xué)”了。她帶我參觀了他們新的實驗室。在實驗室的黑板上寫著四年級學(xué)生學(xué)習(xí)溫度的學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括溫度的定義：什么是溫度?物體有冷有熱，物體冷熱程度稱為溫度。也寫明了溫度計的構(gòu)造：溫度計主要由玻璃管、玻璃泡(內(nèi)有水銀、煤油或酒精等液體)刻度三部分組成。教師把黑板上的知識點(diǎn)講完以后，將溫度計發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生開始做實驗。通過這樣的學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)到的是什么呢?學(xué)生也許記住了溫度的定義，了解了溫度計的構(gòu)造，學(xué)會了使用溫度計。
　　讓我們再來看一看在上海靜安區(qū)南京西路幼兒園的一堂探究課。教師向幼兒園中班的學(xué)生展示了盛在杯子里的熱果汁，然后問學(xué)生：你們有什么方法能使這些果汁冷得快一點(diǎn)?學(xué)生討論得十分熱烈，從他們已有的經(jīng)驗出發(fā)，提出了20多種不同的方法。有的建議用電風(fēng)扇吹，有的建議攪拌，還有的從自己生病發(fā)燒時媽媽用冷毛巾蓋在額頭上的經(jīng)驗，提議用冷毛巾降溫……當(dāng)然也有學(xué)生提出了不正確的方法，例如要把盛有果汁的杯子放進(jìn)微波爐或是放進(jìn)電飯煲里降溫。教師并不急于對學(xué)生的提議做出判斷和下結(jié)論，而是讓大家充分地討論，還讓學(xué)生各自把自己的想法記錄下來。由于是幼兒園的學(xué)生，他們采用畫圖的方法來進(jìn)行記錄。然后，教師給每個學(xué)生1根溫度計、1杯果汁，讓他們?nèi)プ鰧嶒?，并記錄下結(jié)果，看誰的果汁先冷卻下來。學(xué)生都很有興趣，十分認(rèn)真在動手做。期間，還發(fā)生了許多學(xué)生之間相互交流和互助的場面。1位用電風(fēng)扇給果汁冷卻的孩子，先完成了實驗，主動去幫助其他同學(xué)。
　　同樣是讓學(xué)生了解溫度和溫度計的科學(xué)課，在后一種學(xué)習(xí)方法中，學(xué)生結(jié)合了已有的經(jīng)驗，學(xué)會如何解決問題，包括提出實驗設(shè)想，進(jìn)行實驗和比較實驗結(jié)果，得出怎樣能讓果汁冷得快一點(diǎn)的方法。在這個過程中，學(xué)生不僅體驗了如何解決問題，也體驗了如何傾聽別人的意見、尊重實驗的結(jié)果、相互討論和幫助等。對比這兩個教學(xué)的過程，我們可以看到學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性大不相同，學(xué)習(xí)的效果也不同。探究式的方法不僅讓學(xué)生學(xué)到了知識，還培養(yǎng)了他們解決問題的能力、合作的能力、語言表達(dá)能力和社會交往能力。
　　探究式學(xué)習(xí)雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，是培養(yǎng)21世紀(jì)合格人才所必需的，但是要實施探究式科學(xué)教學(xué)，對教師提出了很高的要求。如果沒有合格的教師，所有的教學(xué)目標(biāo)不僅不可能實現(xiàn)，還可能造成教學(xué)質(zhì)量在原有水平上的后退?？朔@個困難的關(guān)鍵，就是需要進(jìn)行有效的教師培訓(xùn)，需要教育決策者、教育管理者、專家和教師，還包括科學(xué)家和家長等社會各方面的支持和參與。
　　探究是科學(xué)家獲得科學(xué)知識的途徑，探究式學(xué)習(xí)作為一種有效的科學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法，模擬了科學(xué)家通過探究來發(fā)現(xiàn)科學(xué)知識的過程，但是探究式學(xué)習(xí)并不是現(xiàn)實中科學(xué)家真正的工作方式。科學(xué)家在實際研究工作中的工作方式要復(fù)雜和艱巨得多。
　　科學(xué)研究在絕大多數(shù)情況下是一種社會實踐活動，科學(xué)家需要在科學(xué)家組成的共同體內(nèi)進(jìn)行科學(xué)研究工作。這個共同體里的成員有著相同的思維方式、文化氛圍、自律機(jī)制和行為規(guī)范?？茖W(xué)家的工作方式是多種多樣的，包括需要公開地討論和辯論。他們的研究課題往往并不是直接從觀察周圍的現(xiàn)象開始，研究的過程也不是簡單的五段式，需要運(yùn)用不同的搜索策略和推理方法?？茖W(xué)家在好奇心方面就像長大了的孩子，但是科研的歷程是艱苦的。就如王國維先生描述的“古今之成大事者，大學(xué)問者，必須經(jīng)過三種之境界：‘昨夜西風(fēng)凋碧樹。獨(dú)上高樓，望盡天涯路?！说谝痪骋??！聨u寬終不悔，為伊消得人憔悴?！说诙骋病！娎飳にО俣?，驀然回首，那人卻在，燈火闌珊處?！说谌骋病！笨茖W(xué)家需要通過艱苦的學(xué)習(xí)和反復(fù)的試驗，經(jīng)過較長期的知識和經(jīng)驗積累，在他們的腦中會形成一些有組織的概念和模型。在做研究時，他們需要使用演繹的方法，也需要用歸納的方法。他們的思維既有邏輯推理的過程，也會啟動基于已獲得模型和概念基礎(chǔ)上的直覺決策過