聚焦以科學思維為核心的科學探究

季榮臻

聚焦以科學思維為核心的科學探究

季榮臻

科學探究是科學學習的重要方式，而科學探究中的每一個環(huán)節(jié)都離不開科學思維主動、深度的參與。教學中，教師可以通過科學問題引領科學思維，讓探究活動充滿魅力；可以在探究過程中激發(fā)科學思維，讓探究活動充滿理性；可以用科學精神提升科學思維，讓探究活動顯現(xiàn)終極價值。

科學思維；科學探究；科學素養(yǎng)；科學問題；科學精神

《義務教育小學科學課程標準》指出：科學素養(yǎng)是指了解必要的科學技術知識及其對社會與個人的影響，知道基本的科學方法，認識科學本質，樹立科學思想，崇尚科學精神，并具備一定的運用它們處理實際問題、參與公共事務的能力。科學教育實踐證明，以科學思維為核心的科學探究是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的有效途徑之一。

如果說科學探究是學生進行科學學習的外核活動，那么學生科學思維的發(fā)展則是科學探究的內核目標。探究活動中的提出問題、做出假設、設計方案、搜集證據(jù)、分析證據(jù)、結論與表達等環(huán)節(jié)，都離不開學生科學思維主動、深度地參與，且探究活動要求學生尊重事實和證據(jù)，運用邏輯推理，在演繹、歸納、整理中學會理性思考，這些都有助于學生科學思維的逐步形成和發(fā)展。

一、科學問題引領科學思維，讓探究活動充滿魅力

科學探究始于問題。科學課的質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“進入”學生的頭腦之中。只要有課堂，就永遠有問題；只要有問題，就永遠需要教師的引導。科學探究活動是否有效，取決于教師是否能夠引導學生自主參與探究活動，特別是關注學生已有的原始概念，并在此基礎上搭建 “學習腳手架”，關注學生的“最近發(fā)展區(qū)”，引領學生自主設計實驗、自主記錄、表達交流，從而逐步建立科學概念，最終實現(xiàn)科學思維水平的提升。

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

以蘇教版《科學》三下《把固體放進水里》一課為例，教師一開始就讓學生猜測哪些材料會沉，哪些會浮，等學生預測完畢后就進行實驗驗證。從表面上看，這種教學設計雖然也提出了要研究的問題——物體在水中是沉還是浮，并針對問題做了“預測（猜想）”，最后又引導學生通過“實驗”驗證了自己的預測，這似乎已經(jīng)是一個比較完整的科學探究過程了。但稍加揣摩，我們就會發(fā)現(xiàn)這里的“探究”并沒有抓住問題的實質，是一個沒有“真問題”的“假探究”。究其原因，“把這些物體放到水里，會發(fā)生什么現(xiàn)象？”這個問題對于三年級的學生來說，并不是一個“真問題”，因為生活經(jīng)驗早就告訴了他們答案，且“哪些物體會沉，哪些物體會浮？”這一問題只涉及事物變化的表面現(xiàn)象。如果為學生準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入水中會如何就有了“矛盾點”，也能發(fā)現(xiàn)學生的前概念，學生知道蘋果片會浮在水面，絕大多數(shù)學生認為蘋果會沉入水底。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，這能激起學生探究的欲望，也能讓科學探究擁有更大的魅力。

問題是探究的核心，真正的科學探究不僅是一個引導學生探索問題的過程，更是一個引導學生不斷發(fā)現(xiàn)新問題，展開新探究的過程。因此，教師應當善于引導學生不斷發(fā)現(xiàn)并提出更具研究價值的問題。比如通過追問的方式，把學生提出的非科學問題轉化成科學問題，將膚淺的科學問題轉化成有價值的科學問題，將無法研究的問題轉化成可以研究的問題等等。

二、探究過程激發(fā)科學思維，讓探究活動充滿理性

科學上把觀察、實驗、調查等獲取事實與證據(jù)的方法，稱為經(jīng)驗的方法；而把運用一定的符號系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析、比較、歸納、概括，并形成有結構的模型或結論，然后用以解釋或預言自然事物發(fā)展的過程，歸結為理性的過程。實際上，從問題的提出，到進行猜想與假設，再到制訂研究方案，乃至實驗、觀察獲取數(shù)據(jù)等每一個探究環(huán)節(jié)都應該充滿理性的思考，理性是科學學科最基本的特征之一。真正的科學探究必須是一個引導學生展開理性思考的過程，科學理性的思維活動應該滲透于每一個探究環(huán)節(jié)。

以“猜想與假設”環(huán)節(jié)為例，如何才能從學生的猜想中剔除非科學猜想，挑選出有價值的科學猜想，這就需要一個理性思考的過程。因為，科學的猜想都應該是有根據(jù)的且必須具備可驗證性。這就需要教師多問一個“為什么”，鼓勵學生做出有依據(jù)的假設。第一種教學策略是圍繞多維度假設展開“逐一式探究”。在實際教學中有些探究問題雖有多種假設，但并不“散亂”，而且是在教師的“預案”之中的，教師應盡量引領學生體驗逐一探究求證的過程。例如：在研究“擺的快慢與什么有關”時，學生的假設無非是擺重、擺長、擺角三種；“怎樣加快這顆糖在水中的溶解速度？”對這一問題的假設，學生無非是讓顆粒變小、讓水溫變高、攪拌三種。此外，“物體運動受到的摩擦力與什么有關？”“物體的沉浮與什么因素有關？”“燃燒需要哪些條件？”等都屬于這一類。第二種教學策略是從多維度假設聚焦“中心式探究”。學生提出的多種假設中，可能有一部分是課堂上沒有條件進行探究求證的。這時教師需要引導學生識別有意義的、有針對性的、有可操作性的假設。例如“種子萌發(fā)必須具備哪些條件？”學生的假設可能是水、空氣、陽光、溫度等，這里有的條件可以讓學生設計對比實驗探究求證，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學生歸類定向，促使其找到適合探究的“假設”項目，從淺層、無序的生活經(jīng)驗，逐步上升到深層、有序的科學方法和科學概念。如對“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；有的則研究蝸牛對刺激物有什么反應……

和“猜想與假設”活動一樣，科學探究的其他環(huán)節(jié)也都需要教師引導學生時刻保持一顆理性的大腦，對來自實驗、觀察等各種活動或來自各個途徑的信息進行分析、甄別、處理和選擇，只有這樣科學探究才會符合“科學邏輯”，也才能真正培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。

三、科學精神提升科學思維，讓探究活動顯現(xiàn)終極價值

科學之所以能不斷地進步與發(fā)展，除了歸功于它擁有一套科學而嚴密的研究方法外，科學家在從事科學研究過程中所體現(xiàn)出的質疑、求真、實證、理性、創(chuàng)新、合作的科學精神也起著至關重要的作用。比如有科學教師在引導學生測量并比較運動前后人體心跳的速度時，為了讓學生得到的數(shù)據(jù)更利于得出正確的結論，利用自己給學生計時的機會，故意延長測量運動后脈搏跳動次數(shù)的時間，結果造成數(shù)據(jù)偏差嚴重。這種教學行為顯然違背了科學精神，使學生在“虛假”的數(shù)據(jù)中“思維”。試圖通過這樣的科學探究來培養(yǎng)學生的科學思維一開始就顯現(xiàn)了它的偽科學性。

我們要重視科學知識的建構，更要重視探究過程的真實性，用“實證”的態(tài)度開展探究活動，用科學精神引領學生在實踐中思維，養(yǎng)成良好的科學思維品質，讓學生明白科學的結論是可以被證實、證偽、重復和檢驗的。特別是在學生探究實驗后，面對不同的實驗結果，教師應根據(jù)不同的情況，用恰當?shù)姆绞揭龑W生在交流評價中學會自我反思，正確看待實驗結果，強化證據(jù)意識。在小學科學課堂上，我們做得最多的是“證實”實驗，學生也習慣于 “實驗結果與預測結果相一致”的探究實驗。所以，在探究實驗中，教師要不斷提醒學生尊重客觀事實，要實事求是地記錄相關實驗現(xiàn)象（數(shù)據(jù)）。如：在研究“擺錘的重量與擺的快慢是否有關”的實驗中，教師讓學生將擺繩都設置成10厘米，然后分別掛一個、兩個、三個勾碼逐一增加擺錘重量進行實驗，如果教師不注意指導學生掛勾碼的方法，往往會出現(xiàn)有的小組把勾碼掛成一長條，無意中改變“擺長”的情況，這會造成實驗數(shù)據(jù)“失真”。當實驗結果與學生猜想不一致時，教師要鼓勵學生進一步反思研究計劃、實驗方法、實驗步驟等是否合理、嚴謹、規(guī)范，并再次實驗，最終建構科學知識，深化科學思維，領悟科學探究的本質，形成實事求是的態(tài)度。

總之，在實施以學生為中心的科學探究活動中，教師要緊緊抓住學生的“科學思維”這一核心“腳手架”，從提出問題、過程調控、結論呈現(xiàn)等方面促進學生在積極思考中提升科學探究活動的效能，這樣的科學探究活動才能激發(fā)和保護學生的好奇心，依靠和尊重學生的已有知識基礎，重視學生間的相互討論和合作，培養(yǎng)學生主動探究的學習態(tài)度，促進學生科學態(tài)度的養(yǎng)成，從而提升學生的科學素養(yǎng)。

［1］加里·R·卡比，杰弗里·R·古德帕斯特.思維：批判性和創(chuàng)造性思維的跨學科研究［M］.韓廣忠，譯.北京：中國人民大學出版社，2010.

［2］李雁冰.科學探究、科學素養(yǎng)與科學教育［J］.全球教育展望，2008（12）：14-18.

［3］詹孝鵬.科學探究過程中的思維及其基本特征［J］.揚州教育學院學報，2003（9）：62-64.

G623.6

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1005-6009（2017）73-0039-03

季榮臻，江蘇省無錫市教育科學研究院（江蘇無錫，214000）科學教研員，高級教師。