如何踐行科學(xué)探究？

黃曉+武志峰+謝杰妹

摘 要：基于對(duì)科學(xué)探究?jī)?nèi)涵的正塑，本文通過(guò)構(gòu)建科學(xué)教材內(nèi)容的科學(xué)探究分級(jí)目標(biāo)，設(shè)計(jì)不同的問(wèn)題類型與呈現(xiàn)方式來(lái)激發(fā)學(xué)生探究問(wèn)題的生成。在以任務(wù)單為載體的科學(xué)探究教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)不同形式任務(wù)單的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與使用，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷融合STSE的任務(wù)單設(shè)計(jì)、源于館場(chǎng)科技現(xiàn)象的任務(wù)單設(shè)計(jì)、基于技術(shù)與制作的任務(wù)單設(shè)計(jì)等，理解科學(xué)探究始于問(wèn)題、科學(xué)探究沒(méi)有單一的步驟等。進(jìn)而以科學(xué)探究學(xué)生評(píng)價(jià)（VASI），結(jié)合學(xué)生研究項(xiàng)目的案例分析與習(xí)題解答過(guò)程中的思維表達(dá)，呈現(xiàn)了初中科學(xué)教學(xué)中實(shí)施科學(xué)探究的實(shí)證效果。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究；初中科學(xué)教學(xué)；分級(jí)目標(biāo)；任務(wù)單

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）7-0004-5

“科學(xué)探究”或“探究教學(xué)”在國(guó)際科學(xué)教育領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注，在美國(guó)1996年的國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)與各國(guó)的科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中得以顯現(xiàn)和彰顯，標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)注了學(xué)生參與科學(xué)、體驗(yàn)科學(xué)與探究科學(xué)的過(guò)程。在對(duì)科學(xué)探究的理解與實(shí)踐中，區(qū)分了科學(xué)家的科學(xué)探究與學(xué)生的科學(xué)探究，也呈現(xiàn)了科學(xué)探究相對(duì)固定的環(huán)節(jié)，如提出問(wèn)題，制定計(jì)劃，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，獲取事實(shí)與證據(jù)，解釋、檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)，表達(dá)與交流。然而，在科學(xué)教學(xué)實(shí)踐中卻呈現(xiàn)了對(duì)科學(xué)探究的實(shí)踐困境，表現(xiàn)為對(duì)科學(xué)探究?jī)?nèi)涵的誤讀，視科學(xué)探究就是提出問(wèn)題，猜想與假設(shè)，設(shè)計(jì)研究方案，獲取分析證據(jù)，得出結(jié)論，評(píng)價(jià)與交流?？茖W(xué)教學(xué)中的科學(xué)探究實(shí)踐也形成了固定的模式化，在一定程度上影響了科學(xué)探究實(shí)踐的有效開(kāi)展。美國(guó)下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)（NGSS）用“實(shí)踐”取代了“探究”，旨在突顯對(duì)科學(xué)探究與工程實(shí)踐的共同關(guān)注，也旨在為“探究”正名，闡述科學(xué)探究是集認(rèn)知、社會(huì)、行為等多維度為一體的實(shí)踐活動(dòng)[1]?！翱茖W(xué)與工程實(shí)踐”包括的要素有：提出問(wèn)題，開(kāi)發(fā)和使用模型，計(jì)劃和展開(kāi)調(diào)查，分析和解釋數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)思維，構(gòu)造解釋，進(jìn)行證據(jù)論證，獲取、評(píng)估和交流信息。這充分凸顯了對(duì)科學(xué)探究?jī)?nèi)涵的深化?；诋?dāng)前科學(xué)探究中存在的問(wèn)題、困境及國(guó)際諸多學(xué)者對(duì)科學(xué)探究不同維度、不同層次的理解，本研究采用了國(guó)際學(xué)者N.G.Lederman基于長(zhǎng)期實(shí)踐研究提出的科學(xué)探究的內(nèi)涵[2]，然后立足于浙江省綜合科學(xué)教學(xué)實(shí)踐來(lái)探索有效促進(jìn)科學(xué)探究教學(xué)的路徑。

1 研究設(shè)計(jì)

研究是從當(dāng)前綜合科學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的省思出發(fā)，旨在探索如何有效踐行科學(xué)探究。因此，研究圍繞兩個(gè)子問(wèn)題得以開(kāi)展：（1）科學(xué)探究教學(xué)如何開(kāi)展？（2）科學(xué)探究教學(xué)的實(shí)踐效果如何？

1.1 研究對(duì)象

依據(jù)浙江省經(jīng)濟(jì)、文化與教育發(fā)展水平，將研究對(duì)象確定在了溫州。溫州市是綜合科學(xué)課程實(shí)施率先試驗(yàn)且走向改革前列的地市。課題組隨機(jī)選擇了溫州繡山中學(xué)八年級(jí)一個(gè)班級(jí)（35人）的學(xué)生作為實(shí)證的對(duì)象，施教老師是長(zhǎng)期開(kāi)展科學(xué)教學(xué)實(shí)踐與反思，關(guān)注問(wèn)題與任務(wù)的科學(xué)特級(jí)教師。

1.2 實(shí)證思路

科學(xué)探究具有豐富的內(nèi)涵。N.G.Lederman提出了關(guān)于科學(xué)探究的知識(shí)，即科學(xué)探究一定始于問(wèn)題，但不一定有假設(shè)；科學(xué)探究沒(méi)有單一的程序或步驟；相同的探究過(guò)程不一定得到相同的結(jié)論；探究過(guò)程可能影響結(jié)論的得出；研究結(jié)論須與收集的數(shù)據(jù)相一致；科學(xué)數(shù)據(jù)區(qū)別于科學(xué)證據(jù)；解釋是源于收集的數(shù)據(jù)與原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)[4]。由于科學(xué)探究存在不同的等級(jí)，因此，針對(duì)科學(xué)教學(xué)中如何開(kāi)展科學(xué)探究這一問(wèn)題，從三個(gè)方面得以探索：（1）結(jié)合科學(xué)教材，構(gòu)建科學(xué)探究的目標(biāo)層次；（2）突顯對(duì)科學(xué)探究問(wèn)題生成的關(guān)注，采用不同的問(wèn)題類型與呈現(xiàn)方式來(lái)激發(fā)學(xué)生生成探究問(wèn)題；（3）強(qiáng)調(diào)不同形式任務(wù)單的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，以融合STSE、館場(chǎng)科技現(xiàn)象、基于技術(shù)與制作設(shè)計(jì)任務(wù)單，開(kāi)展基于任務(wù)單的科學(xué)探究?？茖W(xué)教學(xué)中科學(xué)探究的有效實(shí)施體現(xiàn)在學(xué)生對(duì)真實(shí)問(wèn)題的解決能力、科學(xué)探究能力。因而，對(duì)于科學(xué)探究的實(shí)踐效果，則根據(jù)科學(xué)探究教學(xué)實(shí)踐前、后學(xué)生針對(duì)科學(xué)探究?jī)?nèi)涵的不同維度的表現(xiàn)進(jìn)行比較與分析，對(duì)學(xué)生源于生活問(wèn)題解決的探究個(gè)案分析（如探究任務(wù)解決中是否體現(xiàn)科學(xué)探究沒(méi)有單一的步驟等），以及學(xué)生在科學(xué)習(xí)題中的思維表達(dá)等進(jìn)行分析。

1.3 研究工具

科學(xué)探究的評(píng)價(jià)量表運(yùn)用了VASI[3]，其中科學(xué)家關(guān)于鳥(niǎo)喙與鳥(niǎo)食的實(shí)驗(yàn)是探測(cè)“科學(xué)探究沒(méi)有單一的程序”；第二題測(cè)的是“科學(xué)探究始于問(wèn)題”；第三題測(cè)試“科學(xué)家從事相同的過(guò)程不一定得到一樣的結(jié)論，過(guò)程可能影響結(jié)論”；第四題測(cè)的是“區(qū)別數(shù)據(jù)與證據(jù)”；第五題測(cè)的是“探究過(guò)程是基于所提出的問(wèn)題”；第六、七題測(cè)的是“解釋是基于數(shù)據(jù)與原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)”。最后結(jié)合了學(xué)生源于生活問(wèn)題解決的探究及體現(xiàn)思維表達(dá)的習(xí)題解答進(jìn)行后測(cè)分析。

2 科學(xué)探究分析目標(biāo)的構(gòu)建

基于不同學(xué)習(xí)階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容與進(jìn)階，基于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平的要求，設(shè)計(jì)并提出了探究活動(dòng)的分級(jí)目標(biāo)。初中階段不同年級(jí)的科學(xué)教材設(shè)有不同的科學(xué)探究活動(dòng)，即不同年級(jí)的科學(xué)探究目標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)有所不同。各階段科學(xué)探究在呈現(xiàn)相關(guān)科學(xué)探究知識(shí)點(diǎn)方面是相對(duì)獨(dú)立的，但整體構(gòu)成了一個(gè)螺旋上升的目標(biāo)體系，進(jìn)而表現(xiàn)在各年級(jí)教材的科學(xué)探究能力目標(biāo)具有層級(jí)性，體現(xiàn)了作為科學(xué)探究相關(guān)知識(shí)與科學(xué)探究能力維度上的進(jìn)階，具體表現(xiàn)在七、八、九三個(gè)年級(jí)的科學(xué)探究活動(dòng)分級(jí)目標(biāo)的要求不同。如：七年級(jí)關(guān)注科學(xué)探究活動(dòng)的一般過(guò)程，科學(xué)探究的興趣與控制變量法作為實(shí)驗(yàn)探究方法之一；八年級(jí)重視對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組的合理設(shè)置，強(qiáng)調(diào)教師引導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)方案的初步設(shè)計(jì)，數(shù)理表格與圖像的分析；九年級(jí)強(qiáng)調(diào)依據(jù)已有知識(shí)自行設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)不同實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)與改進(jìn)，并通過(guò)反思發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題等。

Herron依據(jù)科學(xué)探究活動(dòng)中問(wèn)題、過(guò)程、方案的提供與否，將科學(xué)探究劃分成0、1、2、3四個(gè)開(kāi)放等級(jí)的維度，不同開(kāi)放等級(jí)也呈現(xiàn)了師生角色的轉(zhuǎn)變[5]。在一定條件下，這四個(gè)等級(jí)的科學(xué)探究可以相互轉(zhuǎn)換。在科學(xué)教學(xué)中，依據(jù)三個(gè)年級(jí)的科學(xué)探究?jī)?nèi)容與科學(xué)探究活動(dòng)等級(jí)，可以明確三個(gè)年級(jí)科學(xué)探究活動(dòng)的年級(jí)目標(biāo)設(shè)計(jì)重點(diǎn)，并結(jié)合案例闡述可能的等級(jí)目標(biāo)設(shè)計(jì)。如“探究浮力大小與哪些因素有關(guān)”，若教師呈現(xiàn)問(wèn)題，即“浮力的大小與哪些因素有關(guān)”，引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探究，這是一種基于問(wèn)題提供基礎(chǔ)的問(wèn)題解決，體現(xiàn)的是等級(jí)2的探究活動(dòng)。若教師給學(xué)生提供關(guān)于生活中的浮力情境，要求學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)提出問(wèn)題，并設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案，然后探究并獲得相關(guān)的認(rèn)識(shí)與理解，最后通過(guò)討論、交流獲得結(jié)論，則體現(xiàn)的是等級(jí)3的科學(xué)探究。

3 科學(xué)探究中問(wèn)題的生成

“科學(xué)探究始于問(wèn)題，沒(méi)有問(wèn)題就不可能有探究”[6]，問(wèn)題是探究的起點(diǎn)與思維的動(dòng)因。正是在問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生才能積極思維，從而產(chǎn)生探究欲望。問(wèn)題的來(lái)源有多種形式，既可以是教師、教材或其他途徑直接給出探究的問(wèn)題，也可以是學(xué)生通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、日常生活、自然現(xiàn)象等發(fā)現(xiàn)并提出問(wèn)題。而高層次的科學(xué)探究，則需要教師引導(dǎo)學(xué)生自主生成問(wèn)題。基于問(wèn)題的不同分類（如識(shí)記類、理解類、應(yīng)用類、分析類、綜合類與評(píng)價(jià)類），需要以“問(wèn)題集”“問(wèn)題網(wǎng)”等不同的呈現(xiàn)方式引導(dǎo)學(xué)生生成問(wèn)題與提出可探究的問(wèn)題。

3.1 問(wèn)題集

將問(wèn)題用問(wèn)題集的形式呈現(xiàn)，形象地描繪出問(wèn)題之間的關(guān)系，可以幫助學(xué)生提高思維的系統(tǒng)性，形成整體認(rèn)知圖形[7]。以“物質(zhì)的溶解”為例，學(xué)生根據(jù)教師呈現(xiàn)的生活中的物質(zhì)溶解現(xiàn)象，提出“什么是溶解？”“是怎么產(chǎn)生的？”“物質(zhì)溶解性有強(qiáng)弱嗎？”等問(wèn)題，教師引導(dǎo)建同問(wèn)題的聯(lián)系，并拓展某一些問(wèn)題的思維深度，如“溶解性強(qiáng)弱與哪些因素有關(guān)？”“如何增加或減少溶解性？”等，構(gòu)成了如圖1的問(wèn)題集。問(wèn)題集的形象過(guò)程正是可探究問(wèn)題的蜇出過(guò)程，也可以成為不同等級(jí)的科學(xué)探究活動(dòng)的開(kāi)始。

3.2 問(wèn)題網(wǎng)

問(wèn)題網(wǎng)通常只圍繞一個(gè)中心問(wèn)題，發(fā)散出很多次級(jí)問(wèn)題，而這些次級(jí)問(wèn)題間又存在一定的關(guān)系[8]。以“電路的連接”為例，根據(jù)日常生活中的小彩燈、家庭日光燈正常發(fā)光現(xiàn)象，引出“如何判斷這些電路的連接方式”，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散出不同層次的問(wèn)題，可以是源于某一知識(shí)點(diǎn)的理解，如“串、并聯(lián)電路中電流、電壓有什么特點(diǎn)？”也可以是源于生活問(wèn)題的解決，如“如何解決生活中發(fā)生的電路故障？”“不規(guī)范的電路連接會(huì)產(chǎn)生哪些危害？”正是不同學(xué)生從不同角度提出的不同次級(jí)問(wèn)題，才有助于建構(gòu)不同知識(shí)間的聯(lián)系，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化的思維發(fā)展。

4 基于任務(wù)單的科學(xué)探究實(shí)施

“科學(xué)探究的過(guò)程沒(méi)有單一確定的方法和步驟”[9]，因而，在基于問(wèn)題的科學(xué)探究實(shí)踐中，沒(méi)有照搬照抄的一套探究模式。在科學(xué)探究的教學(xué)實(shí)踐中，提出了以任務(wù)單為載體的基于問(wèn)題解決的探究教學(xué)，設(shè)計(jì)了體現(xiàn)不同維度的任務(wù)單，引導(dǎo)學(xué)生在探究活動(dòng)中理解探究是基于證據(jù)的，理解科學(xué)探究中的方法是多元的。

“學(xué)習(xí)任務(wù)單”基于學(xué)情，指向目標(biāo)，是學(xué)習(xí)支架的主要形態(tài)，它能引導(dǎo)學(xué)生自主參與和自主探究，讓學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，起到腳手架的作用[10]。“學(xué)習(xí)任務(wù)單”的設(shè)計(jì)要基于學(xué)生的認(rèn)知起點(diǎn)，設(shè)計(jì)一定的難度梯度，為探究活動(dòng)的開(kāi)展提供支架[11]。在科學(xué)探究的實(shí)施過(guò)程中，基于科學(xué)與學(xué)生生活體驗(yàn)、社會(huì)科技的密切聯(lián)系，采用了融合STSE、基于館場(chǎng)教育、基于技術(shù)應(yīng)用的任務(wù)單設(shè)計(jì)。

4.1 源于生活體驗(yàn)，融合STSE的任務(wù)單設(shè)計(jì)與案例

STSE教育作為國(guó)際科學(xué)教育改革的理念方向，體現(xiàn)了義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展變化、科學(xué)技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響等的表述。因而，在具體的科學(xué)探究實(shí)施中，源于學(xué)生體驗(yàn)，嘗試開(kāi)展融合STSE的任務(wù)單設(shè)計(jì)，以促進(jìn)學(xué)生在探究中理解科學(xué)知識(shí)，建立科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用、社會(huì)生活、環(huán)境等的密切關(guān)系，以更深層次理解科學(xué)知識(shí)、方法與精神。以“從草莓看‘植物的新陳代謝”為例，結(jié)合吃草莓、摘草莓的生活體驗(yàn)，從草莓的幼苗引導(dǎo)學(xué)生思考、分析草莓的三種生命活動(dòng)，探究光合作用的原料來(lái)源及產(chǎn)物生成，并應(yīng)用新陳代謝原理解決草莓的種植。

4.2 源于館場(chǎng)科技現(xiàn)象的任務(wù)單設(shè)計(jì)與案例

館場(chǎng)（科技館、博物館）教育作為一種非正式情境的科學(xué)教育形式正慢慢被關(guān)注。館場(chǎng)中的科技現(xiàn)象是學(xué)生科學(xué)探究的源起，有助于學(xué)生從中建構(gòu)科學(xué)概念與知識(shí)。因而，在科學(xué)探究的教學(xué)實(shí)踐中，基于溫州科技館豐富的資源與科技現(xiàn)象，設(shè)計(jì)源于館場(chǎng)科技現(xiàn)象的任務(wù)單并開(kāi)展探究活動(dòng)。如針對(duì)科學(xué)教材中“聲音的傳播需要介質(zhì)”這一科學(xué)知識(shí)的探究教學(xué)，可以基于溫州科技館中“真空罩中的鬧鐘”——當(dāng)玻璃罩內(nèi)部與空氣隔絕時(shí)（抽掉空氣），無(wú)法聽(tīng)到鬧鐘的聲音；當(dāng)充入空氣時(shí)，鬧鐘聲音正常?；谶@一場(chǎng)館中的科學(xué)現(xiàn)象，可以設(shè)計(jì)任務(wù)單呈現(xiàn)可探究的問(wèn)題（不同介質(zhì)對(duì)聲音的傳播有什么不同影響），重在引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合館場(chǎng)科學(xué)現(xiàn)象探究聲音的傳播是需要介質(zhì)的，聲音可以在固體中傳播，也可以在液體（氣體）中傳播，并探究聲音在不同介質(zhì)（固體、液體、氣體）中的傳播效果。

“聲音的傳播需要介質(zhì)”源于科技館現(xiàn)象的任務(wù)單設(shè)計(jì)，依據(jù)探究層次的劃分，基本是屬于1級(jí)或2級(jí)的探究活動(dòng)——因?yàn)榭商骄康膯?wèn)題是提供的。源于館場(chǎng)現(xiàn)象的任務(wù)單設(shè)計(jì)也可以使科學(xué)探究更為開(kāi)放，體現(xiàn)3級(jí)的科學(xué)探究等級(jí)。如“流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”，在科技館中有不同的現(xiàn)象與模型，如科技館中的機(jī)翼模型及上升（下降）的現(xiàn)象，趣味的“懸浮于空中的球體”等。基于這些科學(xué)現(xiàn)象，可以設(shè)計(jì)任務(wù)單（如例4），提供學(xué)生可選擇的器材（硬幣、紙片、玩具槍、塑料水管等），引導(dǎo)學(xué)生基于自己的體驗(yàn)、興趣提出可探究的問(wèn)題，并設(shè)計(jì)方案，在小組成員的合作探究中解決。

4.3 基于技術(shù)與制作的任務(wù)單設(shè)計(jì)與案例

科學(xué)教學(xué)中常會(huì)與工程產(chǎn)品制作有機(jī)結(jié)合。美國(guó)STEM的提出正是政府反思科學(xué)教育中的問(wèn)題而提出的對(duì)于工程教育的重視，也是科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)一直強(qiáng)調(diào)與關(guān)注的科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系，這也表現(xiàn)在教材中相關(guān)欄目的設(shè)置與呈現(xiàn)。因而，在圍繞科學(xué)主題的探究實(shí)踐教學(xué)中，技術(shù)與制作的任務(wù)單設(shè)計(jì)的主題內(nèi)容可以是結(jié)合科學(xué)主題內(nèi)容作為原理的“簡(jiǎn)易密度計(jì)（溫度計(jì)、濕度計(jì)）的制作”“簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)的制作”，也可以是趣味玩具類（如飲水鴨、風(fēng)車）的制作等。以“簡(jiǎn)易密度計(jì)的制作”為例，學(xué)生基于所學(xué)習(xí)的浮力知識(shí)，可以通過(guò)分析物體所受重力與浮力的關(guān)系判斷物體在液體中的沉浮狀況。因此，可以以“能否利用提供的器材完成簡(jiǎn)易密度計(jì)的制作”為目標(biāo)，提供木質(zhì)鉛筆、橡皮泥、小藥瓶、吸管、量筒、清水等材料，要求學(xué)生設(shè)計(jì)可行的方案，探究可能的制作途徑，以此解決問(wèn)題。

5 初中科學(xué)中實(shí)施科學(xué)探究的實(shí)踐效果

初中科學(xué)教學(xué)中科學(xué)探究的實(shí)踐效果主要表現(xiàn)在學(xué)生的科學(xué)探究能力與問(wèn)題解決能力，科學(xué)探究能力表現(xiàn)在以主觀題的科學(xué)探究評(píng)價(jià)和學(xué)生源于生活經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)象的課題研究。問(wèn)題解決能力源于學(xué)生解題過(guò)程中的理解與思維的體現(xiàn)。

5.1 科學(xué)探究評(píng)測(cè)質(zhì)性分析

以科學(xué)探究主題觀做為評(píng)測(cè)，體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)“科學(xué)探究源于問(wèn)題”“科學(xué)是基于證據(jù)的”“數(shù)據(jù)與證據(jù)是有區(qū)別的”“科學(xué)方法的多元”等不同維度、不同深度的理解。基本所有的學(xué)生能舉例闡述科學(xué)是基于證據(jù)的，可以是通過(guò)實(shí)驗(yàn)、觀察獲得證據(jù)。他們能結(jié)合鳥(niǎo)喙與食物的問(wèn)題闡述科學(xué)探究中證據(jù)的獲得可以是不同的程序，如依據(jù)已有的理論進(jìn)行推導(dǎo)再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀測(cè)以獲得證據(jù)；或基于問(wèn)題的合理假設(shè)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究與數(shù)據(jù)分析獲得證據(jù)。學(xué)生能認(rèn)識(shí)到“數(shù)據(jù)”與“證據(jù)”的區(qū)別，并有適當(dāng)?shù)年U釋，如有學(xué)生提出“數(shù)據(jù)”表示科學(xué)研究中定量研究獲得的事實(shí)，比如牛頓第二定律的研究中力的大小和加速度大小定量化所獲得的數(shù)學(xué)的表述；而發(fā)現(xiàn)力隨物體加速度的增加而增加是證據(jù)。此外，還指出數(shù)據(jù)分析包括定性分析與定量分析，針對(duì)牛頓第二定律，定性分析是得出簡(jiǎn)單的成正比或反比關(guān)系，定量分析則是得到數(shù)學(xué)的表述。

“光照與植物生長(zhǎng)關(guān)系”則是基于主觀題中呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析——如有學(xué)生認(rèn)為“從題圖知每日光照時(shí)間變長(zhǎng)時(shí)（0，5，10，20，25），植物生長(zhǎng)高度減少（25，20，15，10，0），所以基于圖表中數(shù)據(jù)分析得知光照越少，植物長(zhǎng)得越高”。對(duì)“恐龍化石”的推測(cè)則基于考古學(xué)的事實(shí)推測(cè)與生物體平衡特性的原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，即動(dòng)物為保持身體平衡其后腿往往比前腿粗壯；也有更為豐富的分析——如有學(xué)生解釋后肢粗壯些的資料來(lái)源“考古資料分析”“一般身體構(gòu)造類型”“與恐龍其他化石的比較”等?？茖W(xué)探究是否總是始于科學(xué)問(wèn)題的提出，多數(shù)同學(xué)持贊同觀點(diǎn)，認(rèn)為沒(méi)有問(wèn)題的提出就不能進(jìn)行科學(xué)的探究，即科學(xué)探究總是始于科學(xué)問(wèn)題，并依據(jù)探究的問(wèn)題確定探究的過(guò)程的合理性——如針對(duì)兩組科學(xué)家研究輪胎設(shè)計(jì)的好壞，有學(xué)生解釋其選項(xiàng)的原因時(shí)認(rèn)為“因?yàn)榈谝唤M比較了不同輪胎在同一路上行駛時(shí)癟的情況及性能，而第二組比較了同一輪胎在不同路上行駛時(shí)癟的情況及性能，但研究的問(wèn)題是‘是否某些品牌的輪胎更易癟，所以研究設(shè)計(jì)應(yīng)圍繞不同品牌輪胎的性能，采用控制變量法”。針對(duì)不同科學(xué)家提出的相同問(wèn)題，遵循相同的步驟收集數(shù)據(jù)，但由于每個(gè)人觀察現(xiàn)象的方法、角度不同，不一定會(huì)得出相同的結(jié)論。

5.2 源于生活問(wèn)題解決的探究

學(xué)生科學(xué)探究能力的提升還源于青少年科技創(chuàng)新活動(dòng)中的表現(xiàn)，源于生活中的問(wèn)題解決，對(duì)生活問(wèn)題的探究。如學(xué)生基于實(shí)際生活中頭屑增多，引發(fā)了對(duì)市場(chǎng)上購(gòu)置的洗發(fā)水的疑惑，思考能否利用植物資源制取去屑效果強(qiáng)的洗發(fā)水，進(jìn)而提出“自制植物洗發(fā)水與市場(chǎng)洗發(fā)液的去屑效果對(duì)比研究”。這是一個(gè)典型的學(xué)生探究活動(dòng)的開(kāi)展，通過(guò)設(shè)計(jì)研究方案，經(jīng)歷查找資料—采集植物標(biāo)本—多次實(shí)驗(yàn)—驗(yàn)證對(duì)比等一系列過(guò)程，制取了綠茶、蘆薈等植物汁液并進(jìn)行測(cè)試，記錄數(shù)據(jù)，然后通過(guò)專家指導(dǎo)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，最后重復(fù)實(shí)驗(yàn)獲得結(jié)論。源于學(xué)生生活的體驗(yàn)與疑惑的產(chǎn)生，學(xué)生提出了“對(duì)于書(shū)本發(fā)霉的條件及除霉方法的探究及推廣”，嘗試通過(guò)各種物理、化學(xué)、生物等方法對(duì)書(shū)本除霉，既習(xí)得了化學(xué)試劑的使用方法，冰箱、消毒柜的使用方法，也將控制變量法應(yīng)用于真實(shí)的科學(xué)問(wèn)題的探究中?！瓣P(guān)于可口可樂(lè)凝冰的探究”則是學(xué)生在上海世博會(huì)可口可樂(lè)館中可口可樂(lè)凝冰體驗(yàn)后，提出“如何使可口可樂(lè)凝冰”這一探究問(wèn)題，采用實(shí)驗(yàn)方法并取材于生活，探究可口可樂(lè)凝冰的條件、原因、可能的制作方式，得出結(jié)論（可口可樂(lè)的較佳凝冰溫度為-6 ℃至-9 ℃；利用晶體熔化過(guò)程中溫度不變這一特性，將一定量11%的氯化鈉溶液置于冰箱冷凍室內(nèi)冷凍至完全凝固后取出并置于泡沫箱中。將可樂(lè)置于氯化鈉溶液的冰水混合物中，可快速冷凍至較佳凝冰溫度），并提出可以將可樂(lè)凝冰應(yīng)用于演示氣壓對(duì)液體凝固點(diǎn)的影響、演示碳酸搖晃分解等。源于生活體驗(yàn)的問(wèn)題解決與探究活動(dòng)，可以加深學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解，并且明白科學(xué)探究始于問(wèn)題，沒(méi)有單一的步驟可循，需要基于證據(jù)與原有經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的解釋等，進(jìn)而提升探究能力、問(wèn)題解決能力與創(chuàng)新能力等。此外，還有“不同窗簾調(diào)節(jié)光線和散熱能力的實(shí)踐研究”“探究茶葉浸出液對(duì)植物生長(zhǎng)的影響”“利用豆制品廢水生產(chǎn)微生物絮凝劑及其對(duì)污水處理”等STSE的項(xiàng)目探究的開(kāi)展，能幫助學(xué)生促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)、提升探究能力與問(wèn)題解決能力。

5.3 科學(xué)習(xí)題解答中的思維表達(dá)

科學(xué)習(xí)題的解答是學(xué)生思維表達(dá)的過(guò)程，也是學(xué)生解決問(wèn)題的過(guò)程?；诳茖W(xué)探究的科學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生提出疑惑的問(wèn)題，關(guān)注解疑解惑過(guò)程中對(duì)方法的理解與應(yīng)用，關(guān)注學(xué)生思維的表達(dá)?？茖W(xué)探究的實(shí)踐教學(xué)效果還表現(xiàn)于習(xí)題解答與問(wèn)題解決中的思維體現(xiàn)，因而，在科學(xué)探究教學(xué)的后測(cè)中還選擇了“大同杯”中的競(jìng)賽題讓學(xué)生進(jìn)行解答，以檢測(cè)學(xué)生是否具有深度思維能力。

題1：容器質(zhì)量為m，通過(guò)容器底的小孔注入高為H、質(zhì)量為M的水，做功為W，將小孔打開(kāi)，同時(shí)拉升容器，使容器中液面保持相應(yīng)高度，當(dāng)水流光時(shí)，需要人做功為_(kāi)___。

某學(xué)生的解答思路如下：

當(dāng)水流光時(shí)，容器顯然上升了H，而試題中的過(guò)程與“先把容器與水同時(shí)提高H，然后放掉水”效果相同。設(shè)試題中水流光時(shí)需人做功為功2（W2），若等效過(guò)程中的做功為功1（W1），則W1=W2，W1=FH-W，F(xiàn)=（M+m）g， 所做功W2=（M+m）gH-W。

該解題過(guò)程中，學(xué)生能將題中文字表達(dá)“當(dāng)水流光時(shí)”轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)表征，即“容器上升了H”；能將用外力拉升容器保持液面高度不變與先把容器和水同時(shí)提高相同高度等效起來(lái)，化動(dòng)為靜，并利用能量守恒定律解決做功的問(wèn)題，呈現(xiàn)了學(xué)生的思維。

題2：現(xiàn)有一扇形均質(zhì)金屬體，具有熱脹冷縮的性質(zhì)，室溫下扇形所構(gòu)成的圓心角為α。若使該金屬體溫度均勻升高，則α角如何變化？

某學(xué)生的解答思路如下：

將扇形環(huán)變成環(huán)形，由于是均質(zhì)材料，膨脹前后整體均為環(huán)形，即膨脹前后這一部分材料占總體比肯定不變，即α角不變。這一解答過(guò)程運(yùn)用了“還原法”，將扇形環(huán)還原到一個(gè)環(huán)形中，膨脹中整個(gè)環(huán)形在增大，但α角反映的是比例關(guān)系，即應(yīng)該不變。若學(xué)生還能從金屬體上各點(diǎn)受力平衡，不隨熱脹冷縮而改變平衡狀態(tài)進(jìn)行思考，則更能反映對(duì)科學(xué)本質(zhì)的深度理解。

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（欄目編輯 趙保鋼）