追求“形”“神”兼備的科學探究

美國學者韋爾奇對科學探究作了如下的解釋：“探究是人類尋求信息和理解的一般過程。從廣義上說，探究是一種思維方式。科學探究是一般探究的‘子集’，它的對象是自然界，是在某種信仰和假設的指導下進行的?！奔纯茖W探究是對自然界的一種有理論指導的探究。另一美國學者彼得森對科學探究的特征作了更進一步的說明。指出科學探究要遵循一定的程序，采用一定的方法。他說：“科學探究是一種系統的調查研究活動，其目的在于發現并描述物體和事物之間的關系。其特點是采用有秩序的和可重復的過程，簡化調查研究對象的規模和形式。運用邏輯框架作解釋和預測。探究的操作活動包括觀察、提問、實驗、比較、推理、概括、表達、運用及其它活動?！焙唵蔚卣f：科學探究是指人們通過一定的過程和方法對客觀事物和現象進行探索、質疑和研究。從上述學者所作的定義中，我們可以從兩方面對科學探究進行理解：一是科學探究的基本程序，二是科學探究的基本精神?？茖W探究的基本程序表明科學探究要先做什么，后做什么，再做什么，是具體的、外顯的“形”；科學探究的基本精神是推動科學活動的動力，是科學活動永無止境的精神源泉，是抽象的、內隱的“神”?？茖W探究的“形”與“神”是緊密聯系、相互依存的。因此只有從“形”和“神”兩方面來理解，才能把握科學探究的全貌，科學地實施和開展探究教學。

(一)模擬科學探究的“形”

探究教學是圍繞科學探究活動而展開的。因此要與真實的科學探究相接近，就必須首先呈現出科學探究的“形”，或者說與科學探究保持“形似”。為此，我們可以通過模擬科學探究的基本程序開展探究教學。1，學生參與圍繞科學問題、事件或現象展開探究學習，探究活動與學生原有認識緊密相關。教師設法激起學生認知沖突，激發他們的求知欲望；2，學生通過動手實驗探究問題，形成和檢驗假設，解決問題，解釋觀察結果；3，學生分析、解釋數據，對自己的觀點進行綜合，利用各種資源構造解釋客觀世界的模式或模型：4，將所學知識運用于新情境，以拓寬理解，形成新技能；5，教師與學生共同回顧與評價所學內容與學習方法。探究教學在模擬科學探究的“形”時既要考慮科學探究的基本規范，又要考慮學生現有能力水平及發展要求，建構和采用以學生的能力水平為基礎，適合學生發展要求的探究教學模式。

[具體的探究教學實例]

1，指導式的科學探究

指導式的科學探究，顧名思義就是在老師指導下進行的科學探究。教師充分分析學生的情況，預測探究過程中會出現的種種問題，在此過程中適時、適度地進行暗示和指導，使科學探究順利進行。

指導式的科學探究非常靈活，實用性也很強，課堂效率較高。對于剛剛接觸科學探究的學生和對于問題較復雜、操作難度大的科學探究比較適用。

如：探究凸透鏡成像規律

先由照相機拍照這個現象引導學生提出問題：什么情況下凸透鏡(照相機)成倒立、縮小的像?什么情況下凸透鏡(照相機)成倒立、放大的像?

猜想假設：學生有生活經驗：照相時人要站在離照相機1—2米遠的地方，于是有同學提出上述猜想。

設計實驗：學生分組根據自己提出的假設討論設計實驗方案，教師組織部分小組進行交流，共同完善實驗方案。

進行實驗：學生兩人一實驗小組，四人一學習小組進行科學探究。教師進行個別指導，利用簡單表格記錄和整理實驗數據。

分析論證：兩個組的數據合在一起雖然多一些，但都是零星分散的。由于學生不可能做出物像連續變化的實驗，所以很難得出比較完整和客觀的結論，學生處于無奈的地步。這時。教師利用多媒體反復播放模擬實驗的動畫，學生的注意力高度集中，思維處于極其活躍的狀態，教室里鴉雀無聲。一會兒，有些同學眼睛突然發亮，嘴里發出“頓悟”后的歡呼。一個規律被發現了!

交流評價：同學們選擇自己擅長的方式表述研究的過程和結果，有的用文字記錄，有的用語言表達，有的用圖畫表示……然后再傾聽其他同學的不同觀點和評議，積極與其他同學交換意見，反思自己的探究過程，對探究過程和結果進行評議。最后將探究的結果與假設相比較。

在小學六年級上學期，探究如此復雜的規律，學生普遍感覺很困難。探究活動實驗難度大、發現規律難，設計實驗和表格、應用規律解決問題等等這些對于學生來講都非常困難。最困難的是對收集的數據進行分析和論證，歸納總結出規律。因此這樣的探究教學就需要老師在探究活動的各環節中作適當的指導，利用學生感興趣和熟悉的照相機啟發他們提出問題和猜想：利用小組討論和集體思辨來引導學生設計實驗：制作多媒體動畫課件模擬實驗，在學生們基本完成實驗后，進入分析論證階段，反復播放模擬實驗的動畫課件，以此來激活學生的思維、引發思維的飛躍。這一步最重要、最有價值、最富魅力，但也最困難。激勵同學之間交流、爭議、綜合不同意見等有助于激起靈感；敦促同學的合作與交流，貢獻各自的經驗和發揮各自的優勢，從而完成各單個小組難以完成的復雜任務。

在這樣的探究教學中，教師的指導非常必要，但要把握好指導的度。教師的介入過早、指導過多，學生被教師牽著鼻子走，使科學探究變成驗證型的實驗，阻礙了同學們本可以自由發揮、發現的機會；過晚介入和指導過弱，則讓學生很久地處在無助無奈的狀態，失去了探究的興趣和意義。所以教師的指導要適時，盡量讓學生自己去完成探究，保證科學探究的本質。

2，開放式的科學探究

開放式的科學探究是學生自主地開展非指導性的探究。從探究問題的確定、問題的提出、材料的選擇、步驟的設計、結果的分析、結論的得出等都是以學生自己為主來完成的。

采用開放式的科學探究，要求學生對科學探究活動有一定的了解，具有一定的認知能力和較豐富的感性經驗，同時探究活動所需的器材比較簡單、安全，操作比較方便。

如：探究透鏡的特點及作用

玩一玩：兩位同學為一組，任意拿兩個不同的透鏡，來“玩一玩”透鏡，“玩”的過程中你看到什么?你想到了什么?你做了些什么?你得出什么結論?都一一寫下來。

說一說：各小組把看到的、想到的、做到的、得出的結論和產生的問題進行交流。

想一想：對提出的問題、觀察的現象和得出的結論進行分析和歸納。

議一議：反思探究的過程。對結論進行評價和論證，發現新的問題。

做一做：進行實驗，驗證別的小組得出的結論是否正確，嘗試對新的問題進行探究。

對于透鏡的研究難度不大?？商骄康狞c多，實驗操作簡單，規律的概括直觀。因此采用開放性的“玩一玩、說一說、想一想、議一議、做一做”的方式展開探究活動，學生所經歷的每一個步驟都是開放的，體現出很強的自主性、個性和創新意識，雖然沒有完全模擬科學探究的“形”。但仍體現了科學探究的本質——用來解決自然或科學領域問題的一種思維方式。它追求知識的確鑿性，即對任何理論不輕信盲從，不迷信權威，而是用證據來證明。

科學探究教學不是統一格式的教學模式，而是一種開放的教育思想。它給學生提供擺脫束縛，敢于質疑，勇于創新的學習環境，使學生批判性的思維能力得到充分的發展。探究活動的形式是多樣的，設計也是多樣的。活動過程中還會出現多種變化，因此探究教學的設計是動態的設計。應當根據教學的具體目標、教學內容、學生的特點和教學資料等情況來把握，但總體上應隨學習的不斷深入逐漸提高開放的程度，開放式的探究更有利于培養學生創新能力和研究問題的能力。

當然。探究教學的開展會受到諸多因素的影響，但所確立的科學探究程序和學生認知方式無疑是建立探究教學模式的兩個至關重要的依據。忽視前者教學就不能體現科學探究的特性，失去探究教學的基本規范；忽視后者探究教學就會缺乏心理基礎，難以落到實處。因此說，科學課程的探究教學應以學生發展水平為基礎對科學探究程序進行模擬。

(二)滲透科學探究的“神”

模擬科學探究的基本程序有助于確立和提高探究教學的規范性，使教師尤其是新手教師在開展探究教學時有章可循，防止探究教學被神秘化或泛化。然而這還不夠?？茖W教學在模擬科學探究之“形”的同時，還應滲透科學探究的“神”，以便學生從探究學習過程中領悟科學探究的本質，形成正確的科學態度；否則探究教學就會演變成徒有形式的機械訓練，無法使學生體驗探究學習的樂趣，最終導致他們喪失學習科學的熱情。

科學探究的基本精神內涵十分豐富，主要包括以下三個方面。第一，求知精神。這是科學探究的首要特征，是好奇心和求知欲引導人們進入科學的大門。第二，進取精神。這是假設得以建立的前提，而沒有科學假設也就不會有科學驗證活動。進而就不會有科學的產生和發展。第三。求實精神。探究活動要保證其科學性，假設就必須是可以被檢驗的，并經得起檢驗。

[體的策略]

1，自覺無知——培養學生的求知精神

我們以往的教學以向學生呈現他們不知道的或新內容開始，教學活動結束時希望他們已掌握這些內容，然后根據其從無知到已知轉變的程度評價其學習成功與否。這種教學最關心的是“學生掌握了哪些知識技能”，探究教學如果受這種目的觀支配。必然會使學生認為探究的目標和理由在探究過程之外，不可避免地導致學生把教育看作是難以回避的困難，而不是人類精神的一種體現。因此，探究教學要求學生向反方向移動：教學應從學生的已知開始，發現已知的局限和矛盾，教學結束時學生仍沉浸在多角度看問題的興奮之中，并在把所得結論運用到新情境的過程中發現新問·題，產生新的探究興趣。換言之，學生原來的理解受到挑戰，并由此形成問題，他們的思維超越尋求答案這種公認的任務。他們對問題感興趣，被探究精神所支配，成為酷愛探究的人。

如《折形狀》一課，教材是這樣設計的——觀察物體的形狀，說說它們的形狀有什么特點：把紙折成一定的形狀(如圓柱形、四棱形、三棱形)，比一比哪種形狀承受力大；研究蛋殼的承受力大小。其實學生對形狀與承受力的關系是有一些生活經驗的，這樣的設計對學生的挑戰不大，比較單調，很難激起學生強烈的探究欲望。我在教學時對學生的探究活動進行了重新設計，整節課就圍繞一個問題展開——請學生按小組將2張16K大小的紙折成一定的形狀，比哪組折出的形狀承重的物體最多?并要求學生在活動的過程中要不斷記錄修改的過程和自己的發現。因為學生在活動前都有一定的經驗背景，但又不是非常清晰和完整，最主要是沒有親自實驗過，因此在進行此探究活動時，他們的已知經常受到沖擊，原有的知識與實踐產生矛盾，這些就促使學生自覺地反思自己原先的想法，不斷地想出更好的方法來達到最佳的效果：而這種效果的比較又是“沒有最好。只有更好”，所以整個探究活動學生自始至終興趣濃厚。他們的思維超越了尋求答案，他們對問題感興趣，被探究精神所支配著。

2，鼓勵發表不同意見——培養學生的進取精神

科學探究是一種有計劃、有目的的活動，是在一定理論假設指導下進行的。探究學習同樣應當如此，是由學生對問題所作的假設性解釋，而不是一種散漫、徒耗精力的盲目試誤過程。而且學生年齡越大，知識經驗越豐富，探究能力越強，探究學習的這種目的性越應當加強。也就是說，探究教學應緊緊圍繞假設的提出和檢驗來展開。由于學生的知識經驗各異，認知水平有別。他們對同一現象或問題會形成不同的看法。提出不同的假設。，對此，教師不僅不應當加以限制，反而應當大力提倡和倍加尊重。只有這樣，探究教學才有可能處在學生的最近發展區并走在發展的前面，學生才有可能開展豐富多彩而又切合實際的探究學習，經歷曲折的探究過程，并由此獲得各方面的最佳發展。如果教師因種種原因不給學生提供充分發表自己看法的機會，為走捷徑，幫學生安排好探究的路線，把學生直接引向所要獲得的學習結果，那么也就失去了開展探究教學的意義。

探究教學的倡導者和實驗者薩其曼指出。課堂上學生感到自由和小壓力是開展探究教學的兩個重要條件。他認為教師必須認識到并非所有學生的知識基礎都相同，都能以相同的速度學習，因而教師要允許和鼓勵學生大膽提出和驗證自己的想法。用自己的方式解決觀察結果。而自由和小壓力則允許學生在同一堂課內，以不同的思維方式和學習速度取得進步。薩其曼所提出的上述探究教學條件，實際上是讓學生有提出和檢驗假設的自由，這將有利于培養學生的進取精神。

如改革評價制度，教師不以統一或標準答案限制學生的思維，采用能反映學生真實表現與個性的評價方法，在課堂上教師的態度和評價的語言非常重要，對學生具有導向作用；消除權威對學生自信心的不良影響，改變唯上、唯書、唯師的傳統文化氛圍。創建重爭鳴的課堂文化；營造融洽的課堂氣氛，消除獨斷、專制的不良作風，鼓勵學生敢于質疑，大膽表現，樂于標新立異，使學生在輕松愉快的課堂環境里養成勇于探索、勇于思考和勇于創新的習慣。

3，講究證據——培養學生的求實精神

兒童在成長過程中自發形成了對周圍世界的日常理解或日常概念，這些日積月累的觀念有助于他們理解平常所見所感，但是這些觀念不一定與科學概念一致，對學習科學既可能起促進作用，也可能起阻礙作用。科學教育的重要目的之一是幫助兒童從日常概念上升到科學概念，使他們在理解自然現象或問題時能像科學家那樣思考。為此，探究教學要求從學生的現有知識經驗或當前概念背景出發，通過設置問題情境使他們產生疑問，然后提出假設和檢驗假設來促進學生的原有觀念發生轉變。由于學生的日常概念能成功解釋他們的經歷，并與其他有關觀念緊密聯系在一起，因而相當頑固，很難發生轉變。事實上，科學學習心理學研究表明，無論是使學生的錯誤觀念發生轉變，還是在其日常觀念的基礎上進一步形成科學概念，都非易事，需要有大量事實或證據作支撐。這要求在探究教學時，對于體現學生日常概念或理解的各種假設，無論多么幼稚可笑，教師都不要輕易作出否定或肯定性的結論，對學生進行壓服，而要讓學生通過多種途徑收集證據來驗證，從而促使學生在理解或領悟的基礎上主動轉變觀念。如此，學生才有可能養成尊重事實、敢于批判和實事求是的科學態度。

如探究教學時教師可引導學生從以下幾個方面來收集證據：一是觀察，諸如觀察植物、動物等自然現象，并描述它們的特征；二是測量，諸如測量溫度、距離和時間，認真做好記錄；三是實驗，包括自然和實驗室條件下的對比實驗、模擬實驗等；四是從校外專家、教學材料、網絡以及社區可用資源中獲得所需實證材料，把探究推向深入。這些都是為了給學生提供更多收集證據的機會。

科學探究學習的核心，是借其“形”而取其“神”，究其“神”而適其“形”，使學生經歷一系列有意義的探究活動，最終提升每個學生的科學素養。