科學(xué)探究究竟探什么

陸啟威

科學(xué)探究是學(xué)習(xí)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)的一種重要途徑和方法，也是科學(xué)課的核心品質(zhì)和內(nèi)在要求。那么，什么是科學(xué)探究？我們需要怎樣的科學(xué)探究？筆者試從以下五個方面，例談科學(xué)探究究竟探些什么。

一、在聯(lián)系中導(dǎo)出生成

《道德經(jīng)》言：“道生一，一生二，二生三，三生萬物?！狈彩露加衅鹨颍f物皆有一統(tǒng)，普遍聯(lián)系是世界的本源和自然法則，認(rèn)知和探究問題需要在既定的背景和環(huán)境下，尋求事物間相容相克的關(guān)系，并以聯(lián)系為鏈接，形成科學(xué)探究的思維路徑，并在這條路徑上探求因果，推導(dǎo)出生成，進(jìn)而化解問題的癥結(jié)所在。比如教學(xué)輪軸時(shí)，如果僅就輪軸本身來講輪軸，學(xué)生聽來索然無味，也不會對輪軸的結(jié)構(gòu)和工作原理有太深的理解和認(rèn)識，因?yàn)檩嗇S是一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，或者說是一個變形的結(jié)構(gòu)，從力學(xué)上理解它的工作原理很抽象也很費(fèi)解。為了化解這一難點(diǎn)，老師可以將其和上一節(jié)課的杠桿聯(lián)系起來，以杠桿的變形來分解輪軸的結(jié)構(gòu)。如下圖：老師用一根杠桿吊起重物，如果把它的阻力點(diǎn)和動力點(diǎn)運(yùn)行的軌跡畫出來，就是一個弧形（里面是小弧形，外面是大弧形）。如果把這根杠桿轉(zhuǎn)上一圈，學(xué)生就會頓時(shí)驚嘆并豁然開朗。因?yàn)?，這時(shí)候很明顯，杠桿運(yùn)行的軌跡就成了一個輪軸的形狀（里面的圓弧是軸，外面的圓弧是輪）。接下來，學(xué)生自然會把杠桿的動力點(diǎn)和阻力點(diǎn)分別與輪軸的輪和軸一一對應(yīng)起來，從而很容易理解輪軸的結(jié)構(gòu)和省力原理。這種聯(lián)系既簡便易行，又很有趣味，使科學(xué)探究過程變得自然順暢、輕松活潑。

■

二、在經(jīng)驗(yàn)中尋求發(fā)展

事物是運(yùn)動的，運(yùn)動是一切事物存在的基本狀態(tài)。所謂“此一時(shí)，彼一時(shí)”說的就是這個道理。同一事物，在不同時(shí)刻、不同地點(diǎn)，其呈現(xiàn)的狀態(tài)是不一樣的。這就要求我們在對待問題的態(tài)度上要施以發(fā)展的眼光，堅(jiān)持具體情況具體對待。經(jīng)驗(yàn)固然重要，但面對事物的發(fā)展變化，突破已有認(rèn)知和超越經(jīng)驗(yàn)更是科學(xué)學(xué)習(xí)的必備品質(zhì)。比如：為了說明“空氣占據(jù)空間”，老師在水槽里做一個燒杯倒扣蠟燭的實(shí)驗(yàn)，蠟燭熄滅了，燒杯里的水上升了一大截。一般而言，憑著經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生很容易作出解釋，即：燒杯里的氧氣用完了，所以要有一部分水進(jìn)入燒杯來填補(bǔ)原來氧氣占據(jù)的空間。如何立足經(jīng)驗(yàn)，并實(shí)現(xiàn)超越和發(fā)展，這是需要關(guān)注的。只要稍加思考，就會發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)性解釋存在很多漏洞和不足。物質(zhì)發(fā)生變化，不是物質(zhì)沒有了，而是變成其他物質(zhì)了。氧氣支持燃燒，并不是在支持燃燒時(shí)化為烏有，而是變成二氧化碳了?？梢?，燒杯上升的水，不能全部占有原來氧氣的空間，還有一部分空間被新產(chǎn)生的二氧化碳占據(jù)了。另外，還有一個師生沒有發(fā)現(xiàn)的疑點(diǎn)，就是燒杯里的空氣原來是冷的，當(dāng)罩住蠟燭時(shí)，燒杯里的空氣就變熱了，按理說，冷空氣變成熱空氣體積會膨脹，空氣體積膨脹后，會增大燒杯里空氣的壓力，外面的水不但不能進(jìn)去，燒杯里面的水還應(yīng)該被熱空氣擠壓出來才對，水位怎么會反而上升呢？這一連串的追問和質(zhì)疑，就對我們傳統(tǒng)的解釋形成挑戰(zhàn)和沖擊，但這些追問和質(zhì)疑卻能把我們的解釋引向理性與科學(xué)。

■

三、在定論中找準(zhǔn)突破

世界是一個矛盾的共同體，任何事物都處在矛盾之中。正是基于這樣的哲學(xué)認(rèn)識，我們在進(jìn)行科學(xué)探究時(shí)，要善于打破已有的定論和常規(guī)，能夠以矛盾的觀點(diǎn)去審視和甄別眼前的物象及其變化，盡可能換一種視角去質(zhì)疑和追問有沒有不同的，甚至相反的情況存在。這種事物矛盾性的把握，對準(zhǔn)確認(rèn)識事物的本質(zhì)和內(nèi)涵是極其重要的。比如《摩擦力的秘密》一課，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究，知道了“同一個物體，表面越平滑，摩擦力就越小”。這是絕對的嗎？有沒有不同的情況？如果這是絕對的，那么，雪橇為什么要在凹凸不平的冰面上滑行呢？為什么溜冰場上的冰面也是凹凸不平的呢？只要認(rèn)真思考，學(xué)生就不難理解，在凹凸不平的冰面上滑行時(shí)，產(chǎn)生的壓強(qiáng)增加，于是冰的熔點(diǎn)就減低，冰鞋和冰面之間產(chǎn)生了一薄層水，這樣，溜冰的人可以自由滑溜了。所以，比起平滑的冰面，凹凸不平的冰面更滑。

四、在實(shí)驗(yàn)中引發(fā)思辨

真理是需要科學(xué)論證的，而科學(xué)論證包括兩個方面：一方面是證，即實(shí)踐，用事實(shí)說話；另一方面則是論，即理論，用規(guī)則和道理進(jìn)行邏輯推理和判定。也就是說，科學(xué)論證既有實(shí)踐探索，也有思想演繹，是“虛”與“實(shí)”的雙向并行。同樣，科學(xué)探究中的實(shí)驗(yàn)，也應(yīng)該從這兩個方面展開。愛因斯坦說過：“實(shí)驗(yàn)既包括物質(zhì)實(shí)驗(yàn)，也包括思想實(shí)驗(yàn)，其中思想實(shí)驗(yàn)永遠(yuǎn)大于物質(zhì)實(shí)驗(yàn)?！边@是因?yàn)?，從事任何?shí)踐活動，都需要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S和演繹推理，這是促進(jìn)實(shí)踐活動深入開展，并得到有效提升的關(guān)鍵。大量實(shí)踐證明，活動和實(shí)驗(yàn)并非科學(xué)課的標(biāo)簽，活動的高漲、實(shí)驗(yàn)的豐富也并不一定能成就一節(jié)成功的科學(xué)課。活動和實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究的重要途徑和手段，但規(guī)范的思維、合理的想象卻是科學(xué)探究的前提和基點(diǎn)。由此可見，科學(xué)課可以是實(shí)驗(yàn)的探索和活動的體驗(yàn)，也可以是純粹的邏輯推理和思維歷練。

五、在具體中歸結(jié)抽象

科學(xué)探究直面問題，而且是具體問題，但是探究的結(jié)果卻不能止步于具體問題。《周易·系辭》里說：“形而上者謂之道，形而下者謂之器?！笨茖W(xué)探究，旨在通過對具體問題（器）的研究，觸類旁通，推導(dǎo)出同一類問題的共同特點(diǎn)和本質(zhì)規(guī)律（道）。這才是科學(xué)探究的價(jià)值和本意所在?！笆郎蠁栴}千千萬萬，道理只有那幾個?！敝灰覀冋莆樟四菫閿?shù)不多的幾條道理，我們就找到了解釋一般問題的方法，于是，便會從容面對一切問題的挑戰(zhàn)。

比如教學(xué)《蠶的一生》一課時(shí)，很多老師都讓學(xué)生仔細(xì)地觀察和記錄蠶脫了幾次皮？每次相隔多少時(shí)間？每次脫皮時(shí)，蠶有多長？蠶在結(jié)繭時(shí)是怎么進(jìn)行的？甚至觀察蠶結(jié)繭時(shí)用了什么樣的架子？這些架子是什么材料做的？繭是什么形狀？……細(xì)究起來，其實(shí)這些都不是重要的，重要的是通過對蠶的研究，了解同一類生物（昆蟲）的基本特征，即生命周期（變態(tài)的輪回）和生存條件（一定的溫度、食植物的葉等）。這是探究問題的歸結(jié)點(diǎn)，也是探究蠶的根本價(jià)值和意義所在。

科學(xué)探究是探究科學(xué)的知識和真諦，更是培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知事物的思維和方法。只要是有利于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)品質(zhì)的歷練和方法的習(xí)得，這樣的科學(xué)探究就是我們需要的。endprint