課堂視角下的科學(xué)本質(zhì)及其教學(xué)實現(xiàn)路徑*

●蔣永貴

課堂視角下的科學(xué)本質(zhì)及其教學(xué)實現(xiàn)路徑*

●蔣永貴

課堂視角下的科學(xué)本質(zhì)是科學(xué)知識的習得與應(yīng)用過程，也就是由科學(xué)知識和科學(xué)過程兩密切關(guān)聯(lián)部分構(gòu)成。尤其是科學(xué)過程，則應(yīng)超越“科學(xué)過程即科學(xué)探究”這一傳統(tǒng)認識，泛指學(xué)生習得科學(xué)知識以及決策、處理實際問題的任何過程，包括廣義的科學(xué)方法以及科學(xué)態(tài)度、情感與價值觀。體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)可從以下三位一體的路徑來實現(xiàn)：一是重視前概念成因分析，引導(dǎo)學(xué)生逐步認識科學(xué)概念本質(zhì)：二是強化科學(xué)過程教育意識，突出并顯化科學(xué)方法教育：三是注重榜樣示范，發(fā)展學(xué)生科學(xué)態(tài)度、情感與價值觀。

科學(xué)本質(zhì)；科學(xué)知識；科學(xué)過程；實現(xiàn)路徑

科學(xué)本質(zhì)的理解含以下三方面的內(nèi)容：[1]科學(xué)知識；科學(xué)探究；科學(xué)是一種社會事業(yè)。但進一步考察以上三方面內(nèi)容的具體內(nèi)涵，發(fā)現(xiàn)多是從傳統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)或后現(xiàn)代科學(xué)觀視角下討論科學(xué)的本質(zhì)，其中較多觀點難以有效地指導(dǎo)中小學(xué)科學(xué)教學(xué)，甚至令教師存有困惑。為此，本文建構(gòu)了課堂視角下的科學(xué)本質(zhì)，并進一步在實踐中探索其教學(xué)實現(xiàn)路徑。

一、課堂視角下的科學(xué)本質(zhì)

（一）科學(xué)知識

1.科學(xué)事實

一般而言，科學(xué)事實是指對觀察到的自然現(xiàn)象或事件進行的客觀、準確描述。如，木塊放進水中會上浮直至漂浮在水面上，而鐵塊放進水中則會下沉；腦神經(jīng)有12對，脊神經(jīng)有31對；細胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位等等。顯然，科學(xué)事實只有在與其它類型科學(xué)知識如概念、原理、理論等相聯(lián)系，并用來作出科學(xué)解釋時才有意義。

2.科學(xué)概念

通常，科學(xué)概念來自于經(jīng)驗，指的是人們在已有經(jīng)驗基礎(chǔ)上，將新的經(jīng)驗進行組織形成的觀點。不難理解，科學(xué)概念本質(zhì)上是一種從感性到理性認識自然世界的思維形式，主要從大量科學(xué)事實中反映事物的本質(zhì)屬性，例如“力”是在大量科學(xué)事實中總結(jié)得出“力是物體對物體的作用”。當然，任何科學(xué)概念包括科學(xué)原理、科學(xué)理論等都有其本質(zhì)和外延。

3.科學(xué)原理

簡言之，科學(xué)原理是對科學(xué)概念間關(guān)系的概括。具體來說，科學(xué)原理是通過觀察和研究部分事件和情況，概括出一般性的結(jié)論，用來解釋其他相似的事件或情況。[2]可以說，相比科學(xué)概念，科學(xué)原理是更高級別的思維形式。例如“阿基米德原理”：浸在液體里的物體，受到向上的浮力（一個概念），浮力的大小等于物體排開的液體所受到的重力（另外一個概念），即F浮=G排液=ρ液gV排液（涉及浮力、密度等科學(xué)概念并反映出它們之間關(guān)系）。

4.科學(xué)理論

科學(xué)理論是對某（些）科學(xué)事實、科學(xué)概念、科學(xué)原理等的系統(tǒng)解釋，本質(zhì)上是一個嚴密論證組成的知識體系。例如“物體的浮沉條件”是由如下科學(xué)事實、科學(xué)概念、科學(xué)原理等建構(gòu)的知識體系：浸在液體中的不同物體以及浸在不同液體中的同一物體表現(xiàn)出來的科學(xué)事實（如有的上浮，有的下沉，有的漂浮，有的懸?。?；與物體在液體中浮沉相關(guān)的科學(xué)概念（如浮力、重力）；解釋浮沉的相關(guān)科學(xué)原理（如力和運動的關(guān)系、阿基米德原理）。

5.科學(xué)模型

科學(xué)模型是指用物質(zhì)形式或思維形式對原型客體本質(zhì)關(guān)系的再現(xiàn)，一般可分為實物科學(xué)模型和思維科學(xué)模型兩大類。前者是人們觀察、實驗的直接對象，如現(xiàn)實生活中“斜拉鎖橋梁”，逐步建模發(fā)現(xiàn)其本質(zhì)上是一個“杠桿模型”；后者屬于思維形式，是客體的一種抽象化、理想化等形態(tài)，如“物體的浮沉條件”的圖示。顯見，建立科學(xué)模型可幫助我們透過現(xiàn)象或?qū)μ幵诙喾N因素交錯的復(fù)雜紛亂狀態(tài)中的客觀事物，基于原型客體的本質(zhì)屬性，撇開那些次要的問題，將主要因素、關(guān)系和過程突出地呈現(xiàn)出來，以便于觀察和理論分析。

（二）科學(xué)過程

為真正厘清科學(xué)過程的內(nèi)涵，至少應(yīng)從兩個層面理解：一是把握科學(xué)探究的本質(zhì)——“提出問題、進行猜想和假設(shè)……”只是科學(xué)探究的一些基本要素而不是線性流程、科學(xué)探究的過程和方式是多樣的、“真”科學(xué)探究的關(guān)鍵是要整個過程要始終貫穿著各種思維活動[3]等；二是“超越”科學(xué)探究，即科學(xué)過程不僅僅是科學(xué)探究，泛指學(xué)生習得科學(xué)知識以及用科學(xué)決策、處理實際問題的任何過程。

綜合以上理解，科學(xué)過程主要包括廣義的科學(xué)方法以及科學(xué)態(tài)度、情感與價值觀。

1.廣義的科學(xué)方法

科學(xué)方法作為科學(xué)本質(zhì)的重要內(nèi)涵，對此，物理學(xué)大師費恩曼有著獨到的見解：“科學(xué)是一種方法，它教導(dǎo)人們：一些事物是如何被了解的，不了解的還有些什么，對于了解的，現(xiàn)在又了解到什么程度（因為任何事物都沒有被絕對了解），如何對待疑問和不確定性，依據(jù)的法則是什么，如何思考問題并作出判斷，如何區(qū)別真理與欺騙，真理與虛飾……在對科學(xué)的學(xué)習中，你學(xué)會通過試驗和誤差來處理問題，養(yǎng)成一種獨創(chuàng)精神和自由探索精神，這比科學(xué)本身的價值更巨大。還要學(xué)會問自己：‘有沒有更好的辦法來做？’”[4]在費恩曼看來，科學(xué)的核心或者說全部就是科學(xué)方法，主要表現(xiàn)為思維方式和操作技能。但實際上，科學(xué)方法的發(fā)展依賴于科學(xué)知識的學(xué)習與理解，它們之間是相互影響的。因此，從長效教學(xué)看，科學(xué)方法比科學(xué)知識更重要；但我們應(yīng)明白，科學(xué)方法是在習得科學(xué)知識過程中發(fā)展的。

綜合以上分析，廣義的科學(xué)方法是指習得科學(xué)知識以及用科學(xué)決策、處理實際問題的思維方式和操作技能，并蘊含著綜合能力價值。就中小學(xué)科學(xué)學(xué)習而言，較常用的科學(xué)方法有觀察、猜想與假設(shè)、測量、分類、推理、控制變量、解釋、比較、類比、轉(zhuǎn)換、等效替代、理想實驗、建模、估算（測）、圖示、表達與交流、數(shù)學(xué)等（詳見表1）。

2.科學(xué)態(tài)度、情感與價值觀

科學(xué)過程作為社會性建構(gòu)活動，其中一定會有人的參與，并融有人的科學(xué)態(tài)度、情感與價值觀。由此，“科學(xué)態(tài)度、情感與價值觀”是中小學(xué)理科課程的分目標之一，具體包括充滿好奇心、要有證據(jù)意識、要有質(zhì)疑精神、樂于運用科學(xué)知識、要有合作精神、關(guān)心科學(xué)對人類生活和社會的影響等方面內(nèi)容，在此不再一一作一闡釋。

二、體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)

（一）重視前概念成因分析，引導(dǎo)學(xué)生逐步認識科學(xué)概念本質(zhì)

研究表明，學(xué)生在學(xué)習某科學(xué)概念之前，由于日常生活經(jīng)驗和前期學(xué)習，他們頭腦對該概念的認知并非是一張“白紙”，而是已有一定的認識并形成了自己的看法，這就是大家所說的“前概念”，它具有普遍性、頑固性、隱蔽性和兩面性等基本特征。[5]

為有效、高效地暴露學(xué)生前概念，可針對課堂教學(xué)中的核心概念，設(shè)計促進學(xué)生學(xué)習的問題，活用各種方法如紙筆回答、簡要訪談、家庭小實驗等，來了解學(xué)生已經(jīng)知道了什么、知道到什么程度等問題。而促進學(xué)習的問題具有如下特征：一是容量小，不怎么增加師生負擔；二是比較聚焦，能切中要學(xué)習的核心概念，價值較大；三是生活化的情境，學(xué)生比較感興趣，樂于動手和動腦；四是較具開放性，學(xué)生無法照搬教材，但問題的答案實際又在教材中，更能促進學(xué)生思考；五是層次性較強，有助于深入了解學(xué)生的前概念。

由于科學(xué)與生活中常見的現(xiàn)象密切相關(guān)，不難理解，前科學(xué)概念多是學(xué)生從各種現(xiàn)象的表象中且過于相信自己的直覺、視覺、感覺判斷等形成的，很多沒有抓住問題的實質(zhì)，所以往往是表面的，甚至是錯誤的。例如前科學(xué)概念“用水平力F推放在水平面上的物體而沒推動，推力小于摩擦力”，其形成原因為“過分相信自己的直覺判斷，之所以沒推動是因為推力F比摩擦力f小，把f與fmax混淆了?！辫b于此，體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)應(yīng)通過一定策略引導(dǎo)學(xué)生逐步認識到“f就是為了平衡F提供的，沒有被推動之前，f隨著F的增大而增大，由于平衡而一直滿足F=f，但f有一個最大值fmax，沒有推動之前F＜fmax”。

（二）強化科學(xué)過程教育意識，突出并顯化科學(xué)方法教育

在新一輪基礎(chǔ)教育課程改革中，我國科學(xué)教育重視科學(xué)方法只在觀念上實現(xiàn)了轉(zhuǎn)變，但在課程內(nèi)容尤其是教學(xué)實踐中依然沒有發(fā)生太大改變。而課堂視角下的科學(xué)本質(zhì)則為科學(xué)方法教育落到實處提供了一種可能：強化科學(xué)過程教育意識，從教學(xué)最為重要的三要素——學(xué)習目標、學(xué)習評價、學(xué)習活動——著手，突出并顯化科學(xué)方法教育。

例如初中科學(xué)“機械運動”這節(jié)課，其中蘊含著較多的科學(xué)方法如觀察法、比較法、解釋法、分類法、推理法、理想實驗法、建模法等。若突出并顯化這些科學(xué)方法，該課學(xué)習目標可以這樣確定：

表1 中小學(xué)科學(xué)學(xué)習常用科學(xué)方法①

①觀察（觀察法）跳馬運動的視頻，能用自己的語言準確地說出機械運動的含義；

②比較（比較法）甲乙兩人對同一機械運動現(xiàn)象的描述，解釋（解釋法）甲說是運動而乙則說是靜止的原因，至少能說出核心概念；

③通過實例分析，能在教師提醒下說明判斷（推理法和程序法）機械運動的方法，應(yīng)用它解決其它問題的正確率90%以上；

④能至少依據(jù)兩種分類標準（分類法），對機械運動進行分類，準確率100%；

⑤比較（比較法）教材中的兩輛汽車的運動，解釋（解釋法）勻速直線運動的含義（理想實驗法和建模法），并至少說出一個與此類似的概念及其形成過程。

相應(yīng)地，突出并顯化科學(xué)方法的學(xué)習活動可這樣組織：如何觀察（定義機械運動）→如何比較與解釋（定義參照物）→如何推理（判斷機械運動的方法）→如何分類（對機械運動分類）→如何做理想實驗與建模（理解勻速直線運動）。

而有關(guān)科學(xué)方法的學(xué)習評價，這是當前課程改革的一大難題，受到諸多因素制約，但也可以通過設(shè)計一些相對開放性的問題來實現(xiàn)。比如，評價學(xué)生對“建模法”理解和應(yīng)用可設(shè)計問題：建模法是一種很重要的科學(xué)方法，請你任選初中科學(xué)中的一個模型，結(jié)合這一模型解釋什么是建模法并說明這一模型的建立過程。也可這樣設(shè)計問題：在現(xiàn)實生活中，真的存在勻速直線運動嗎？請說出你的理由。

（三）注重榜樣示范，發(fā)展學(xué)生科學(xué)態(tài)度、情感與價值觀

學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、情感與價值觀即“軟實力”的發(fā)展，這是當前科學(xué)教學(xué)最為薄弱的環(huán)節(jié)。但從課堂視角下的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵看，其中的很多內(nèi)容如好奇心、證據(jù)意識、質(zhì)疑精神、樂用科學(xué)、合作精神、關(guān)心科學(xué)對人類生活和社會影響等，其實對學(xué)生成長和社會發(fā)展的影響確實非常大的。因此，我們絕不應(yīng)忽視這一科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵的教育價值。

對此，我們怎樣教才更有效呢？“如果你想點燃別人，你自己必須能夠發(fā)光發(fā)熱?！盵6]也就是說，榜樣示范是重要途徑之一。比如，要想培養(yǎng)學(xué)生好奇心，我們教師自己應(yīng)先對科學(xué)充滿好奇心和興趣。還如，關(guān)于證據(jù)意識，我們教師可通過這樣的“口頭禪”——我為什么這樣想、我的證據(jù)是什么——來影響學(xué)生。

注釋：

①部分內(nèi)容參考如下資料：教育部.初中科學(xué)課程標準（2011版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011:14;[美]卡琳等.教作為探究的科學(xué)[M].北京：人民教育出版社，2008：44-53；王文軍.初中科學(xué)競賽方法指導(dǎo)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2008：1-92.

[1]R.Driver，J.Leach，R.Millar，and P.Scott.Young People’s Image of Science[M].Buckingham：Open University Press，1996:18-20.

[2][6][美]卡琳等.教作為探究的科學(xué)[M].北京：人民教育出版社，2008:28;31.

[3]蔣永貴.究竟什么是“真”科學(xué)探究[J].當代教育科學(xué)，2009（14）.

[4]約翰·格里賓等.江向東譯，迷人的科學(xué)風采——費恩曼傳[M].上海：上?？萍汲霭嫔?，1999：156.

[5]周中森.淺談針對物理前概念的“對話式反思教學(xué)策略”[J].物理通報，2012（5）.

（責任編輯：金傳寶）

*本文是教育部人文社科項目（11YJC880040）、浙江省教育規(guī)劃重點項目（SB98）、浙江省課堂教學(xué)改革專項（2013年）的部分成果。

蔣永貴/杭州師范大學(xué)經(jīng)亨頤學(xué)院副院長，博士、副教授，主要從事科學(xué)教育研究