理解科學(xué)本質(zhì)，提升科學(xué)素養(yǎng)

科學(xué)的歷史是人類對(duì)生命現(xiàn)象不斷探究的、充滿錯(cuò)誤和艱辛的歷程。通過探究活動(dòng)使學(xué)生真正理解科學(xué)，使科學(xué)探究的經(jīng)歷內(nèi)化為學(xué)科的科學(xué)素養(yǎng)。物理、化學(xué)、生物等學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)均將科學(xué)探究作為重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式?？茖W(xué)探究的主要目標(biāo)是使學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)探究的思想，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究所需要的能力，增進(jìn)對(duì)科學(xué)探究方法與過程的理解。

科學(xué)探究的方式是多種多樣的：通過對(duì)問題的討論來尋求答案、對(duì)資料的分析來提取信息，都是一種探究模式；從本質(zhì)上說，愛因斯坦的思想實(shí)驗(yàn)也屬于科學(xué)探究。但自然科學(xué)學(xué)科是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)具有豐富的教學(xué)價(jià)值，在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)以實(shí)驗(yàn)為主的科學(xué)探究活動(dòng)，有助于激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和在實(shí)驗(yàn)結(jié)論的交流討論中學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。因此，基于實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究無疑是自然科學(xué)課程最重要的探究教學(xué)方式，學(xué)生具備基本的實(shí)驗(yàn)技能是學(xué)習(xí)科學(xué)和進(jìn)行探究活動(dòng)的基礎(chǔ)和保證。在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)以實(shí)驗(yàn)為主的探究活動(dòng)，有助于激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生在觀察、實(shí)驗(yàn)和交流討論中學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。

教師的教學(xué)理念、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)是開展科學(xué)探究的最好資源。如何開展基于實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究，這是最有價(jià)值的課題，也是一線教師最感興趣的問題，這正是本期專題討論的緣由。首先，我們從生活中看似很平常的現(xiàn)象說起：蠟燭的燃燒，這其中涉及很多物理和化學(xué)知識(shí)。早在1860年，英國著名科學(xué)家法拉第在為兒童舉辦科普講座時(shí)講的正是蠟燭的故事，他設(shè)計(jì)了很多生動(dòng)具體的實(shí)驗(yàn)，圍繞著蠟燭燃燒的化學(xué)過程，揭示和剖析了與燃燒相關(guān)的許多物理和化學(xué)知識(shí)，詳盡地闡述了氫、氧、碳、水、二氧化碳、空氣等這些日常生活中常見的物質(zhì)，向兒童普及了科學(xué)知識(shí)，同時(shí)也給兒童示范了科學(xué)研究的方法和過程?！跋灎T的故事”因此成了探究活動(dòng)的經(jīng)典。最近，北師大的魏銳、河北師大的曹玉民等科學(xué)教育工作者重溫經(jīng)典，對(duì)如何在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開展科學(xué)探究，進(jìn)行了較為深入的探討：“如何由實(shí)驗(yàn)觀察提出科學(xué)問題——以蠟燭燃燒為例”，“簡談進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的思維策略——以蠟燭燃燒為例”，“對(duì)蠟燭燃燒現(xiàn)象的追問與解釋”，“一個(gè)有趣的驅(qū)動(dòng)性問題——蠟燭在太空中能否燃燒”，“淺談科學(xué)探究的寬度和深度——以蠟燭燃燒的化學(xué)教學(xué)探究為例”。他們的研究為教師開展科學(xué)探究拓展了思路，提供了借鑒，同時(shí)也為我們展示了科學(xué)探究的魅力和價(jià)值。

美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)：“學(xué)習(xí)科學(xué)是學(xué)生要做的事，而不是為他們做好了的事?！苯處煈?yīng)該根據(jù)學(xué)科要求，設(shè)計(jì)與學(xué)生的年齡特點(diǎn)、興趣特征、知識(shí)水平和現(xiàn)有技能相適應(yīng)的探究計(jì)劃。實(shí)驗(yàn)是開展科學(xué)探究的最好媒介，也是學(xué)生與生活和科學(xué)之間的橋梁。選取實(shí)驗(yàn)時(shí)要考慮實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)科知識(shí)、學(xué)生認(rèn)知水平之間的吻合，要考慮實(shí)驗(yàn)方法與學(xué)生探究能力的匹配，還要把握好適宜的實(shí)驗(yàn)時(shí)機(jī)和適合的探究尺度。適合的就是最好的。

科學(xué)探究活動(dòng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的親身體驗(yàn)，要求學(xué)生積極參與到各項(xiàng)活動(dòng)中去，不僅要用眼睛看，用耳朵聽，用嘴說，用手做，即用自己的身體去親身經(jīng)歷，而且要用自己的腦子去想，用自己的心靈去感悟。在“做”、“思考”、“實(shí)驗(yàn)”、“探究”等一系列的活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)和解決問題，體驗(yàn)和感受生活，發(fā)展實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。教師在指導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)探究時(shí)，不僅要注意學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和探究技能的掌握，更要注重學(xué)科概念的建構(gòu)及對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。不能將科學(xué)探究流于形式，不能看上去熱熱鬧鬧，實(shí)際上收獲甚小。教師在指導(dǎo)學(xué)生科學(xué)探究時(shí)應(yīng)將重點(diǎn)放在以下幾個(gè)方面：通過探究滿足學(xué)生求知欲；通過探究培養(yǎng)科學(xué)思維能力，鍛煉問題解決能力、合作與交流能力；通過探究獲得關(guān)于身邊世界的理解，領(lǐng)悟科學(xué)研究的方法，樹立科學(xué)發(fā)展觀。

為使學(xué)生通過基于實(shí)驗(yàn)的探究活動(dòng)體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，增進(jìn)對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，繼而能進(jìn)一步獲得科學(xué)本質(zhì)。在科學(xué)探究教學(xué)時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)。

一是“科學(xué)”的認(rèn)識(shí)探究過程。例如，我們在科學(xué)探究中強(qiáng)調(diào)比較多的是探究方案的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、觀察記錄的客觀準(zhǔn)確，等等。但是，學(xué)會(huì)仔細(xì)地觀察只是一個(gè)重要的科學(xué)過程技能。觀察依賴已有的理論基礎(chǔ)，掌握這種技能不會(huì)自動(dòng)導(dǎo)致理解，觀察必定受到我們的感覺器官的制約，掌握這種技能也不會(huì)自動(dòng)引導(dǎo)概念建構(gòu)。而這兩種理解都屬于科學(xué)本質(zhì)領(lǐng)域。同樣，控制變量是進(jìn)行探究活動(dòng)基本的一個(gè)綜合的科學(xué)過程。然而，學(xué)習(xí)和實(shí)踐這個(gè)技能不一定是在學(xué)習(xí)屬于科學(xué)本質(zhì)的實(shí)驗(yàn)邏輯。因此，停留在學(xué)習(xí)一般科學(xué)方法和技能層次的探究性教學(xué)活動(dòng)很容易形成一種“發(fā)現(xiàn)式”教學(xué)情節(jié)，學(xué)生會(huì)形成科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生是經(jīng)過探究活動(dòng)而發(fā)現(xiàn)的這種認(rèn)識(shí)，這種認(rèn)識(shí)的本質(zhì)就是將科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)認(rèn)為是一個(gè)“拷貝”過程，屬于傳統(tǒng)科學(xué)本質(zhì)認(rèn)識(shí)范式。

二是注意學(xué)生的主動(dòng)參與。學(xué)生應(yīng)在“做”中學(xué)，如果只是照“菜譜”機(jī)械操作，“做”是做了，卻未必能學(xué)到什么。再說科學(xué)方法沒有萬能的，既應(yīng)該讓學(xué)生通過科學(xué)探究活動(dòng)了解科學(xué)探究的一般過程和基本方法，又不能讓學(xué)生誤認(rèn)為這就是科學(xué)研究的唯一程式。不以獲得對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解為目標(biāo)特別容易將探究的一般過程僵化為唯一模式。

三是科學(xué)探究還應(yīng)重視對(duì)探究結(jié)果的分析。目前的教學(xué)實(shí)際中，一些教師比較重視探究方案的設(shè)計(jì)及實(shí)施，卻往往輕視對(duì)探究結(jié)果的分析。對(duì)探究結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)于體現(xiàn)科學(xué)的本質(zhì)是非常關(guān)鍵的：（1）對(duì)結(jié)果的分析和解釋需要?jiǎng)?chuàng)造性思維的作用；（2）對(duì)結(jié)果的分析同樣需要有嚴(yán)密的邏輯思維；（3）探究的結(jié)論需要用科學(xué)、準(zhǔn)確的語言去表達(dá)和交流；（4）對(duì)結(jié)果的分析是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要與已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)建立聯(lián)系；（5）未達(dá)到預(yù)期目的的探究活動(dòng)能體現(xiàn)科學(xué)的試探性。因此，在科學(xué)探究過程中，如果離開了對(duì)結(jié)果的分析，這樣的“探究者”不過是事實(shí)的搜集者、半途而廢者。

四是探究活動(dòng)要突出學(xué)科本質(zhì)。如果只強(qiáng)調(diào)其中某些知識(shí)或?qū)δ承┲R(shí)形成過程的體驗(yàn)，則是只見樹木、不見森林。另外，已有研究表明，通過科學(xué)史的實(shí)驗(yàn)方式教學(xué)科學(xué)本質(zhì)的各個(gè)特征，對(duì)教師來講意味著，假如與科學(xué)內(nèi)容融為一體則可以不需要花費(fèi)另外的課堂時(shí)間，而同時(shí)更加促進(jìn)了對(duì)科學(xué)本質(zhì)的掌握。問題是只有為數(shù)不多的教師對(duì)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)史感興趣，從而使得以上的建議收效甚微。他們可能會(huì)把科學(xué)本質(zhì)課程分裂成兩部分；更有甚者，科學(xué)史的實(shí)驗(yàn)有時(shí)往往被另外一些結(jié)果是已知和可理解的實(shí)驗(yàn)所代替，那就失去了科學(xué)史教育所具有的兩大益處了；更有可能的是，有些教師只對(duì)科學(xué)歷史的結(jié)果和找到它感興趣。我們的化學(xué)教師在職前師范教育中很少接受到有關(guān)科學(xué)本質(zhì)的教育訓(xùn)練，他們接受的教育中基本上沒有科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)等方面的課程。即使一些歷史和哲學(xué)系的學(xué)生上過科學(xué)的社會(huì)研究課程，但那些課程缺少與科學(xué)教學(xué)之間明顯的聯(lián)系。也有些師范生對(duì)科學(xué)本質(zhì)有興趣，他們并非關(guān)注于它對(duì)科學(xué)教育的價(jià)值，也并不擁有整合到教學(xué)中的策略。大部分大學(xué)畢業(yè)的師范生并不想要正規(guī)地學(xué)習(xí)科學(xué)本質(zhì)以及科學(xué)方法課程，尤其是，這些學(xué)生并不在意自己對(duì)科學(xué)本質(zhì)的錯(cuò)誤觀念，而且當(dāng)接觸到關(guān)于學(xué)科的當(dāng)代觀念時(shí)會(huì)顯得很無知。顯然，對(duì)于精確地描述科學(xué)本質(zhì)，這些教師都沒能發(fā)展相應(yīng)的策略。因此，期望他們在教學(xué)中重視科學(xué)本質(zhì)的理解并非易事，需要作出更多的努力。

科學(xué)來源于生活，科學(xué)要走向社會(huì)。教師平時(shí)要多留意生活與科技資訊，留意與本學(xué)科有關(guān)的新的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)意與設(shè)計(jì)，留意學(xué)生無意中迸發(fā)的智慧火花，并以此不斷豐富實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，拓展探究的方法，這樣有助于學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)、提升科學(xué)素養(yǎng)，這也正是基于實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究的價(jià)值所在。

（作者系江蘇省教育科學(xué)研究院研究員、教育學(xué)博士、化學(xué)博士后）