聚焦以科學(xué)思維為核心的科學(xué)探究

【摘要】科學(xué)探究是科學(xué)學(xué)習(xí)的重要方式，而科學(xué)探究中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都離不開科學(xué)思維主動(dòng)、深度的參與。教學(xué)中，教師可以通過科學(xué)問題引領(lǐng)科學(xué)思維，讓探究活動(dòng)充滿魅力；可以在探究過程中激發(fā)科學(xué)思維，讓探究活動(dòng)充滿理性；可以用科學(xué)精神提升科學(xué)思維，讓探究活動(dòng)顯現(xiàn)終極價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)思維；科學(xué)探究；科學(xué)素養(yǎng)；科學(xué)問題；科學(xué)精神

【中圖分類號(hào)】G623.6 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1005-6009（2017）73-0039-03

【作者簡(jiǎn)介】季榮臻，江蘇省無錫市教育科學(xué)研究院（江蘇無錫，214000）科學(xué)教研員，高級(jí)教師。

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：科學(xué)素養(yǎng)是指了解必要的科學(xué)技術(shù)知識(shí)及其對(duì)社會(huì)與個(gè)人的影響，知道基本的科學(xué)方法，認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，樹立科學(xué)思想，崇尚科學(xué)精神，并具備一定的運(yùn)用它們處理實(shí)際問題、參與公共事務(wù)的能力?？茖W(xué)教育實(shí)踐證明，以科學(xué)思維為核心的科學(xué)探究是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的有效途徑之一。

如果說科學(xué)探究是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)的外核活動(dòng)，那么學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展則是科學(xué)探究的內(nèi)核目標(biāo)。探究活動(dòng)中的提出問題、做出假設(shè)、設(shè)計(jì)方案、搜集證據(jù)、分析證據(jù)、結(jié)論與表達(dá)等環(huán)節(jié)，都離不開學(xué)生科學(xué)思維主動(dòng)、深度地參與，且探究活動(dòng)要求學(xué)生尊重事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用邏輯推理，在演繹、歸納、整理中學(xué)會(huì)理性思考，這些都有助于學(xué)生科學(xué)思維的逐步形成和發(fā)展。

一、科學(xué)問題引領(lǐng)科學(xué)思維，讓探究活動(dòng)充滿魅力

科學(xué)探究始于問題?？茖W(xué)課的質(zhì)量往往不是由問題的數(shù)量決定的，而是更多地取決于這些問題是以何種形式組織起來、以何種方式“進(jìn)入”學(xué)生的頭腦之中。只要有課堂，就永遠(yuǎn)有問題；只要有問題，就永遠(yuǎn)需要教師的引導(dǎo)。科學(xué)探究活動(dòng)是否有效，取決于教師是否能夠引導(dǎo)學(xué)生自主參與探究活動(dòng)，特別是關(guān)注學(xué)生已有的原始概念，并在此基礎(chǔ)上搭建“學(xué)習(xí)腳手架”，關(guān)注學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，引領(lǐng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、自主記錄、表達(dá)交流，從而逐步建立科學(xué)概念，最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維水平的提升。

因此，在科學(xué)課上教師要盡可能引導(dǎo)學(xué)生提出適合研究的“真問題”，這是學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)的起點(diǎn)，也是“激活”階段。真問題應(yīng)該具有以下四個(gè)基本要素：首先它應(yīng)該是一個(gè)“未知問題”，問題對(duì)于研究者來說必須具備未知性，不知道該問題的答案。其次它應(yīng)該是一個(gè)科學(xué)問題，也就是說該問題須涉及科學(xué)知識(shí)，而不是其他方面的知識(shí)。再次，真問題應(yīng)該是值得研究的問題，對(duì)于小學(xué)生來說，研究?jī)r(jià)值可以從“研究過程價(jià)值和研究結(jié)果價(jià)值”兩個(gè)層面來理解，研究過程價(jià)值，指這個(gè)答案的獲取必須具備一定的煩瑣性，必須經(jīng)歷一定的科學(xué)研究程序，而不是“看一眼”“試一下”就能得到的。研究結(jié)果價(jià)值，指該問題的解決具有一定的理論價(jià)值或社會(huì)價(jià)值。最后，這個(gè)問題要適合學(xué)生研究，問題應(yīng)基于學(xué)生的現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平，且依靠學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)可以解決；問題的難易程度應(yīng)在學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi)，要讓學(xué)生通過一定的努力可以解決。

以蘇教版《科學(xué)》三下《把固體放進(jìn)水里》一課為例，教師一開始就讓學(xué)生猜測(cè)哪些材料會(huì)沉，哪些會(huì)浮，等學(xué)生預(yù)測(cè)完畢后就進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。從表面上看，這種教學(xué)設(shè)計(jì)雖然也提出了要研究的問題——物體在水中是沉還是浮，并針對(duì)問題做了“預(yù)測(cè)（猜想）”，最后又引導(dǎo)學(xué)生通過“實(shí)驗(yàn)”驗(yàn)證了自己的預(yù)測(cè)，這似乎已經(jīng)是一個(gè)比較完整的科學(xué)探究過程了。但稍加揣摩，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)這里的“探究”并沒有抓住問題的實(shí)質(zhì)，是一個(gè)沒有“真問題”的“假探究”。究其原因，“把這些物體放到水里，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？”這個(gè)問題對(duì)于三年級(jí)的學(xué)生來說，并不是一個(gè)“真問題”，因?yàn)樯罱?jīng)驗(yàn)早就告訴了他們答案，且“哪些物體會(huì)沉，哪些物體會(huì)??？”這一問題只涉及事物變化的表面現(xiàn)象。如果為學(xué)生準(zhǔn)備兩組大小不同的材料，如大小蠟燭，蘋果、蘋果片，方糖、砂糖，大小木塊等，情況就大不一樣了。大小變化后的固體進(jìn)入水中會(huì)如何就有了“矛盾點(diǎn)”，也能發(fā)現(xiàn)學(xué)生的前概念，學(xué)生知道蘋果片會(huì)浮在水面，絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為蘋果會(huì)沉入水底。而后的一系列探究就是圍繞一組大固體入水和一組小固體入水后究竟有沒有變化而起的，這能激起學(xué)生探究的欲望，也能讓科學(xué)探究擁有更大的魅力。

問題是探究的核心，真正的科學(xué)探究不僅是一個(gè)引導(dǎo)學(xué)生探索問題的過程，更是一個(gè)引導(dǎo)學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)新問題，展開新探究的過程。因此，教師應(yīng)當(dāng)善于引導(dǎo)學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)并提出更具研究?jī)r(jià)值的問題。比如通過追問的方式，把學(xué)生提出的非科學(xué)問題轉(zhuǎn)化成科學(xué)問題，將膚淺的科學(xué)問題轉(zhuǎn)化成有價(jià)值的科學(xué)問題，將無法研究的問題轉(zhuǎn)化成可以研究的問題等等。

二、探究過程激發(fā)科學(xué)思維，讓探究活動(dòng)充滿理性

科學(xué)上把觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查等獲取事實(shí)與證據(jù)的方法，稱為經(jīng)驗(yàn)的方法；而把運(yùn)用一定的符號(hào)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較、歸納、概括，并形成有結(jié)構(gòu)的模型或結(jié)論，然后用以解釋或預(yù)言自然事物發(fā)展的過程，歸結(jié)為理性的過程。實(shí)際上，從問題的提出，到進(jìn)行猜想與假設(shè)，再到制訂研究方案，乃至實(shí)驗(yàn)、觀察獲取數(shù)據(jù)等每一個(gè)探究環(huán)節(jié)都應(yīng)該充滿理性的思考，理性是科學(xué)學(xué)科最基本的特征之一。真正的科學(xué)探究必須是一個(gè)引導(dǎo)學(xué)生展開理性思考的過程，科學(xué)理性的思維活動(dòng)應(yīng)該滲透于每一個(gè)探究環(huán)節(jié)。

以“猜想與假設(shè)”環(huán)節(jié)為例，如何才能從學(xué)生的猜想中剔除非科學(xué)猜想，挑選出有價(jià)值的科學(xué)猜想，這就需要一個(gè)理性思考的過程。因?yàn)椋茖W(xué)的猜想都應(yīng)該是有根據(jù)的且必須具備可驗(yàn)證性。這就需要教師多問一個(gè)“為什么”，鼓勵(lì)學(xué)生做出有依據(jù)的假設(shè)。第一種教學(xué)策略是圍繞多維度假設(shè)展開“逐一式探究”。在實(shí)際教學(xué)中有些探究問題雖有多種假設(shè)，但并不“散亂”，而且是在教師的“預(yù)案”之中的，教師應(yīng)盡量引領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)逐一探究求證的過程。例如：在研究“擺的快慢與什么有關(guān)”時(shí)，學(xué)生的假設(shè)無非是擺重、擺長(zhǎng)、擺角三種；“怎樣加快這顆糖在水中的溶解速度？”對(duì)這一問題的假設(shè)，學(xué)生無非是讓顆粒變小、讓水溫變高、攪拌三種。此外，“物體運(yùn)動(dòng)受到的摩擦力與什么有關(guān)？”“物體的沉浮與什么因素有關(guān)？”“燃燒需要哪些條件？”等都屬于這一類。第二種教學(xué)策略是從多維度假設(shè)聚焦“中心式探究”。學(xué)生提出的多種假設(shè)中，可能有一部分是課堂上沒有條件進(jìn)行探究求證的。這時(shí)教師需要引導(dǎo)學(xué)生識(shí)別有意義的、有針對(duì)性的、有可操作性的假設(shè)。例如“種子萌發(fā)必須具備哪些條件？”學(xué)生的假設(shè)可能是水、空氣、陽(yáng)光、溫度等，這里有的條件可以讓學(xué)生設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究求證，但“空氣”這一條件很難探究，也無法做到真空狀態(tài)下始終保持水分等其他條件相同。教師還可以通過引導(dǎo)學(xué)生歸類定向，促使其找到適合探究的“假設(shè)”項(xiàng)目，從淺層、無序的生活經(jīng)驗(yàn)，逐步上升到深層、有序的科學(xué)方法和科學(xué)概念。如對(duì)“蝸牛”的探究，有的研究蝸牛吃什么，怎么吃；有的研究蝸牛是怎么爬行的；有的則研究蝸牛對(duì)刺激物有什么反應(yīng)……

和“猜想與假設(shè)”活動(dòng)一樣，科學(xué)探究的其他環(huán)節(jié)也都需要教師引導(dǎo)學(xué)生時(shí)刻保持一顆理性的大腦，對(duì)來自實(shí)驗(yàn)、觀察等各種活動(dòng)或來自各個(gè)途徑的信息進(jìn)行分析、甄別、處理和選擇，只有這樣科學(xué)探究才會(huì)符合“科學(xué)邏輯”，也才能真正培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

三、科學(xué)精神提升科學(xué)思維，讓探究活動(dòng)顯現(xiàn)終極價(jià)值

科學(xué)之所以能不斷地進(jìn)步與發(fā)展，除了歸功于它擁有一套科學(xué)而嚴(yán)密的研究方法外，科學(xué)家在從事科學(xué)研究過程中所體現(xiàn)出的質(zhì)疑、求真、實(shí)證、理性、創(chuàng)新、合作的科學(xué)精神也起著至關(guān)重要的作用。比如有科學(xué)教師在引導(dǎo)學(xué)生測(cè)量并比較運(yùn)動(dòng)前后人體心跳的速度時(shí)，為了讓學(xué)生得到的數(shù)據(jù)更利于得出正確的結(jié)論，利用自己給學(xué)生計(jì)時(shí)的機(jī)會(huì)，故意延長(zhǎng)測(cè)量運(yùn)動(dòng)后脈搏跳動(dòng)次數(shù)的時(shí)間，結(jié)果造成數(shù)據(jù)偏差嚴(yán)重。這種教學(xué)行為顯然違背了科學(xué)精神，使學(xué)生在“虛假”的數(shù)據(jù)中“思維”。試圖通過這樣的科學(xué)探究來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維一開始就顯現(xiàn)了它的偽科學(xué)性。

我們要重視科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)，更要重視探究過程的真實(shí)性，用“實(shí)證”的態(tài)度開展探究活動(dòng)，用科學(xué)精神引領(lǐng)學(xué)生在實(shí)踐中思維，養(yǎng)成良好的科學(xué)思維品質(zhì)，讓學(xué)生明白科學(xué)的結(jié)論是可以被證實(shí)、證偽、重復(fù)和檢驗(yàn)的。特別是在學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)后，面對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師應(yīng)根據(jù)不同的情況，用恰當(dāng)?shù)姆绞揭龑?dǎo)學(xué)生在交流評(píng)價(jià)中學(xué)會(huì)自我反思，正確看待實(shí)驗(yàn)結(jié)果，強(qiáng)化證據(jù)意識(shí)。在小學(xué)科學(xué)課堂上，我們做得最多的是“證實(shí)”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也習(xí)慣于“實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果相一致”的探究實(shí)驗(yàn)。所以，在探究實(shí)驗(yàn)中，教師要不斷提醒學(xué)生尊重客觀事實(shí)，要實(shí)事求是地記錄相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（數(shù)據(jù)）。如：在研究“擺錘的重量與擺的快慢是否有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，教師讓學(xué)生將擺繩都設(shè)置成10厘米，然后分別掛一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)勾碼逐一增加擺錘重量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如果教師不注意指導(dǎo)學(xué)生掛勾碼的方法，往往會(huì)出現(xiàn)有的小組把勾碼掛成一長(zhǎng)條，無意中改變“擺長(zhǎng)”的情況，這會(huì)造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)“失真”。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與學(xué)生猜想不一致時(shí)，教師要鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步反思研究計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟等是否合理、嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范，并再次實(shí)驗(yàn)，最終建構(gòu)科學(xué)知識(shí)，深化科學(xué)思維，領(lǐng)悟科學(xué)探究的本質(zhì)，形成實(shí)事求是的態(tài)度。

總之，在實(shí)施以學(xué)生為中心的科學(xué)探究活動(dòng)中，教師要緊緊抓住學(xué)生的“科學(xué)思維”這一核心“腳手架”，從提出問題、過程調(diào)控、結(jié)論呈現(xiàn)等方面促進(jìn)學(xué)生在積極思考中提升科學(xué)探究活動(dòng)的效能，這樣的科學(xué)探究活動(dòng)才能激發(fā)和保護(hù)學(xué)生的好奇心，依靠和尊重學(xué)生的已有知識(shí)基礎(chǔ)，重視學(xué)生間的相互討論和合作，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究的學(xué)習(xí)態(tài)度，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成，從而提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

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