對科學探究學習的再認識

王云生

摘要： 高中化學教學要基于學生科學素養(yǎng)、化學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，分析并依據(jù)科學探究學習能力的構成要素，從發(fā)展科學探究能力、培養(yǎng)科學精神的高度認識和實施科學探究學習活動;防止單純從形式上、從活動過程要素的呈現(xiàn)上看待和實施科學探究學習活動，提高科學探究活動實效，促進學生科學素養(yǎng)、科學探究能力的發(fā)展。

關鍵詞： 科學探究; 科學素養(yǎng); 學科核心素養(yǎng)

文章編號： 1005-6629（2019）11-0008-05? ? ? ? ? ? 中圖分類號： G633.8? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： B

中學化學課程中的科學探究活動在中學的普遍開展始于2001年，至今已經經歷了近20年。廣大一線教師對科學探究活動的認識、實施能力有了極大的提高。隨著課程改革的深入，學生發(fā)展核心素養(yǎng)、學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)相繼被提出，高中化學課程標準的修訂，使科學探究學習的目標、探究學習能力的要求更為明確，也制定了相應的評價標準。探討如何基于發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)的要求，更有效地開展科學探究學習，提高學生的科學探究能力和培養(yǎng)科學精神，是一線教師探索的重要課題。

1? 對化學課程標準提出的科學探究學習目標與學習要求的深刻理解

2001、2003、2011年，我國先后頒布、實施了三個中學化學課程標準： 全日制義務教育化學課程標準（實驗稿）、義務教育化學課程標準（2011年版）、普通高中化學課程標準（實驗）。三個標準都指出科學探究學習是化學課程的重要學習內容之一，也是化學課程的重要學習方式;要求化學教學要開展實驗探究學習活動，培養(yǎng)學生的探究意識，提高探究學習能力。

義務教育化學課程標準（2011年版），在前言

中提出，要“引導學生體驗科學探究的過程，啟迪學生的科學思維，培養(yǎng)學生的實踐能力;引導學生認識化學、技術、社會、環(huán)境的相互關系，理解科學的本質，提高學生的科學素養(yǎng)”。把科學探究學習與學生科學素養(yǎng)的提高聯(lián)系起來。在“課程理念”部分指出，要“激勵學生積極探究化學變化的奧秘，讓學生有更多的機會主動地體驗科學探究的過程，在知識的形成、相互聯(lián)系和應用過程中養(yǎng)成科學的態(tài)度，學習科學方法，在‘做科學的探究實踐中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力”，要“注重評價學生的科學探究能力和實踐能力”。提出了科學探究的學習要求、學習內容、評價要求。標準還把“增進對科學探究的理解”“發(fā)展科學探究能力”作為課程內容的第一個主題。指出“科學探究對發(fā)展學生的科學素養(yǎng)具有不可替代的作用”“科學探究，是學生積極主動地獲取化學知識、認識和解決化學問題的重要實踐活動”“是一種重要而有效的學習方式”“實驗是學生學習化學、進行科學探究的重要途徑，觀察、調查、資料收集、閱讀、討論和辯論等都是積極的學習方式”;規(guī)定了“增進對科學探究的理解”“發(fā)展科學探究能力”“學習基本實驗技能”“完成基礎學生實驗”四項學習要求。在“發(fā)展科學探究能力”一段，用表格列出了探究學習活動過程的8個要素（活動的8個環(huán)節(jié)）：“提出問題、猜想與假設、制訂計劃、進行實驗、收集證據(jù)、解釋與結論、反思與評價、表達與交流等要素”[1]。

義務教育化學課程標準（2011年版）延續(xù)2001年頒布的全日制義務教育化學課程標準（實驗稿）的精神，把科學探究列為課程內容的5個一級主題的第1個。對科學探究學習的理解、科學探究活動一般過程的八個要素（環(huán)節(jié)）做了論述。這對于幫助教師認識科學探究在培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的重要性與作用，了解科學探究學習活動的設計和組織框架都是非常必要的。限于當時各方面的條件和初中生的學習實際，標準沒有對探究能力的構成要素做分析和闡述，也沒有具體論述科學探究學習活動在提高學生科學素養(yǎng)上應該發(fā)揮什么作用。在實施建議中對實施科學探究學習活動的指導顯得薄弱，沒有提出相應的探究學習評價標準。

2003年頒布的普通高中化學課程標準（實驗）承上啟下，在課程基本理念中，提出了“通過以化學實驗為主的多種探究活動，使學生體驗科學研究的過程，激發(fā)學習化學的興趣，強化科學探究意識，促進學習方式的轉變，在實踐中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力”。在課程目標的“過程與方法”方面，提出通過科學探究學習活動，培養(yǎng)學生的“問題意識，能夠發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的化學問題，敢于質疑，勤于思索，逐步形成獨立思考的能力，善于與人合作，具有團隊精神”[2]。更具體地闡述、規(guī)定了探究學習的意義、目標和要求。在內容標準中提出了“活動和探究建議”。但是，對高中生在科學探究能力的發(fā)展上缺乏具體要求，對高中階段的學生如可開展科學探究學習活動，如何開展學習評價都缺乏可操作的指導意見。

2013年啟動普通高中課程標準修訂工作后，制定頒布的

2017版普通高中化學課程標準，總結了化學課程改革以來課程實施過程開展科學探究學習活動的經驗教訓，緊密結合高中化學教學的內容要求，從提高科學素養(yǎng)、培養(yǎng)學科核心素養(yǎng)的角度做了更深刻的闡述，在探究學習能力的培養(yǎng)要求、探究學習能力的評價上，提出了明確的要求和具體的規(guī)定。標準在“課程理念”中，指出“開展以化學實驗為主的多種探究活動”是開展素養(yǎng)為本的化學教學的一項重要措施[3]。在凝練的化學課程核心素養(yǎng)中，把“科學探究與創(chuàng)新意識”列為五大化學學科核心素養(yǎng)之一。指出5個方面的核心素養(yǎng)“各有側重，相輔相成”[4]。新課程標準將化學知識與技能的學習、化學思想觀念的建構、科學探究與問題解決能力的發(fā)展、創(chuàng)新意識和社會責任感的形成等多方面的要求融為一體，體現(xiàn)了化學課程在幫助學生形成未來發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力中所發(fā)揮的重要作用。新課程標準制定的其他四個方面的核心素養(yǎng)，有的從化學學科的思想和方法提出要求，有的從實踐層面激勵學生勇于探究、創(chuàng)新，有的從“科學態(tài)度與社會責任”揭示了化學學習更高層次的價值追求。這些要求所包含的化學學科的思想和方法、化學學科學習的價值追求也是開展化學探究學習的指導思想和價值追求。它們從不同側面對探究學習的意義、具體要求做了深刻的反映。

2017版普通高中化學課程標準，把科學探究素養(yǎng)劃分為4個水平，規(guī)定了相應的學業(yè)質量水平。能更好地指導教師有計劃地實施科學探究意識和能力的培養(yǎng)，由淺入深、由低到高地培養(yǎng)學生的科學探究意識和能力。明確了不同學段的探究學習能力的培養(yǎng)要求和評價標準，大大提升了課程標準對科學探究學習活動的指導力度，有利于探究學習目標的達成[5]。

例如，在必修化學課程的學習完成后，要達到學業(yè)質量水平2的要求（水平2涵蓋了水平1的要求）： “能通過實驗探究物質的性質和變化規(guī)律，能提出有意義的實驗探究問題，根據(jù)已有經驗和資料做出預測和假設，能設計簡單實驗方案，能運用適當?shù)姆椒刂品磻獥l件并順利完成實驗;能收集和表述實驗證據(jù)，基于實驗事實得出結論?！痹谕瓿蛇x擇性必修課程的學習后，應達到學業(yè)質量水平4的要求（水平4涵蓋了水平3的要求）： “能列舉測定物質組成和結構的實驗方法，能根據(jù)儀器分析的數(shù)據(jù)或圖表推測簡單物質的組成和結構;能在復雜的化學問題情境中提出有價值的實驗探究課題，能設計有關物質轉化、分離提純、性質應用等的綜合實驗方案;能運用控制變量方法探究并確定合適的反應條件，安全、順利地完成實驗;能用數(shù)據(jù)、圖表、符號等描述實驗證據(jù)并據(jù)此進行分析推理形成結論;能對實驗方案、實驗過程和實驗結論進行評價，提出進一步探究的設想。”從化學核心素養(yǎng)及其相應的學業(yè)質量水平的劃分，教師可以具體地了解和掌握，通過科學探究學習活動，學生在科學素養(yǎng)培養(yǎng)、科學探究能力發(fā)展應該達到的水平。

2017年版高中課程標準延續(xù)、發(fā)展了20年來化學課程實施中開展探究學習活動的要求。在科學探究意識、能力培養(yǎng)要求的闡述上和2017年前頒布的三個課程標準是一致的。隨著社會發(fā)展對人才質量要求的提高、隨著課程改革的深入，對化學課程的科學探究學習的認識和實施要求也在提高。2017年版高中課程標準順應這一要求，以立德樹人、培養(yǎng)學生化學學科核心素養(yǎng)、提高學生科學素養(yǎng)的高度，對開展科學探究活動的意義做了更深刻的闡述，對探究能力的培養(yǎng)要求，提出了更全面更明確的要求，對如何開展研究學活動、如何評價探究學習的成效，都做了更明確的闡述和規(guī)定。理解化學課程標準，特別是2017版普通高中課程標準對科學探究學習意義的論述，把握科學探究學習的要求和評價標準，是提高科學探究學習活動實效的前提。

2? 對科學探究學習與探究能力、科學素養(yǎng)、學科核心素養(yǎng)關系的再認識

從理論上說，在化學課程中實施科學探究學習活動，可以發(fā)展學生科學探究能力、提高科學素養(yǎng)，落實學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。但是，教學實踐說明，要把理論認識轉化為實際的成果并不容易。從不少地區(qū)的教學實際看，科學探究活動流于形式，走過場?；瘜W教學中的科學探究活動從起始的活躍漸漸走向式微，以化學實驗為主要手段的科學探究實踐活動，有轉變?yōu)楣P頭、紙面探究的危險。而且，即便是應對書面考試的探究試題，不少學生也感到困難。問題的癥結之一，在于科學探究活動的設計、組織、指導，沒有著眼于發(fā)展學生的科學探究能力的發(fā)展提高。一些教師對科學探究能力的構成要素不太了解，沒有理清“開展科學探究活動——發(fā)展科學探究能力——落實學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)——提高科學素養(yǎng)”四者間的關系，不能以發(fā)展科學探究能力為主旨，設計、組織和指導科學探究活動。

從核心素養(yǎng)培養(yǎng)的視角看，“科學素養(yǎng)主要是指學生在學習、理解、運用科學知識和技能等方面所形成的價值標準、思維方式和行為表現(xiàn)”，“包括批判、質疑精神，理性思維能力和科學探究能力”[6]。這一認識和上世紀80年代人們對科學素養(yǎng)主要成分的認識相比，有了很大的發(fā)展和進步。

依據(jù)王泉泉、魏銘、劉霞的研究[7]，從核心素養(yǎng)培養(yǎng)的科學素養(yǎng)的涵義出發(fā)，個體的科學素養(yǎng)，應該是個體在特定情景下，面對一個需要處理、解決的問題時，表現(xiàn)出的理性思維、批判質疑、勇于探究三個方面的意識和能力。這也應該是對個體科學素養(yǎng)進行評價的依據(jù)。理性思維（即科學思維）的特點是： 崇尚真知、理解和掌握基本的科學原理和方法、尊重事實和證據(jù)、有實證意識和嚴謹?shù)那笾獞B(tài)度、能運用邏輯思維和辯證思維，認識事物、解決問題、指導行為。批判質疑能力，指在學習科學知識和技術的過程中，具有問題意識和批判質疑態(tài)度，能獨立思考，善于從不同角度辯證地分析問題，做出自己的判斷;勇于大膽嘗試，獲得解決問題的方法和能力。批判質疑能力是理性思維形成的外在表現(xiàn)，是科學探究能力形成的重要基礎?？茖W探究能力，指個體在面對不同情境中復雜程度不同的問題，能基于理性思維和批判性思維，以嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，靈活地運用知識技能進行科學探究、做出合理的解釋、合理的判斷、解決問題?！翱茖W探究能力是學生科學素養(yǎng)發(fā)展的內在思維品質，既是科學思維及批判質疑態(tài)度發(fā)展的內化結果，又是將二者有機結合靈活運用以解決問題的重要保證”，是科學素養(yǎng)的總體體現(xiàn)。

科學探究能力的培養(yǎng)和發(fā)展，科學思維、批判質疑態(tài)度、科學態(tài)度是核心?？茖W探究能力的形成又與以科學探究意識、勇于探究的精神的養(yǎng)成相輔相成。孩童時代，好奇、好動，愛問為什么，喜歡嘗試，是探究意識的萌芽階段，要通過科學探究活動得到保護和發(fā)展。社會責任感是科學探究能力發(fā)展的催化劑，關心、參與社會生產生活中各種科學問題的研究、解決，是驅動科學探究的恒久動力，幫助學生形成為社會可持續(xù)發(fā)展做貢獻而學習、探究的崇高精神，也是科學探究能力發(fā)展的重要內容?？梢哉f，探究意識、勇于探究的精神、科學思維、批判質疑態(tài)度、科學態(tài)度、社會責任感，都是探究能力的構成要素。

義務教育化學課程標準（2011年版）闡述了科學探究活動一般過程所包括的環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)的完成需要學生具有一定的科學探究能力;科學探究實踐活動中這些環(huán)節(jié)的運行，又可以促進學生科學探究能力的發(fā)展，提高科學素養(yǎng)。

不少教師對科學探究活動一般過程的環(huán)節(jié)十分重視，把它作為開展科學探究活動的范式。一些教師由于沒有認識科學探究能力的構成要素，沒有或不理解諸環(huán)節(jié)（要素）中蘊含的科學素養(yǎng)、學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要素，認為只要學生依照各個環(huán)節(jié)設計完成探究活動，就具備了科學探究能力。不知道（或忽視）在各個活動環(huán)節(jié)中要幫助學生形成和發(fā)展科學探究能力，提高科學素養(yǎng)。在探究學習活動中，教師和學生大都停留于活動形式的呈現(xiàn)、活動程序的完成上，把探究活動的各個環(huán)節(jié)程式化，使探究學習徒具形式、走過場。

科學探究活動環(huán)節(jié)（要素）中的“提出問題，做出猜想和假設”，原本應該是學生在一定的情景中，通過觀察、思考基于已有經驗、知識，發(fā)現(xiàn)問題，依據(jù)問題的情景和已掌握的有關信息，經過推理、判斷，提出問題的可能答案或解答（解決）問題的思路、方法。但是，在學習活動的組織指導中，不少教師卻一味地鼓勵學生憑空“大膽猜測”，按形式邏輯，羅列一切可能。例如，組織初中學生運用科學探究學習方式學習質量守恒定律，只是硬生生地把“化學反應中物質的質量是如何變化”的問題拋給學生。實際上，學生完全可以通過實驗和生活經驗，發(fā)現(xiàn)物質在化學反應中有的質量“變大”（如生石灰變質、鐵器生銹）、有的“變輕”（如蠟燭、木材燃燒）、有的“不變”（氫氧化鈉溶液與硫酸銅溶液混合），從而產生“化學反應中物質質量究竟會發(fā)生什么樣變化”的問題。學生也可以依據(jù)已學的化學知識，從“化學反應是組成物質的元素原子的重新組合”做推理，得出元素原子重新組合，元素種類、原子個數(shù)、相對原子質量不變，可以得出“總質量應該不變”的假設。但教師很少會給予學生做這種思考、討論的時間和空間。教學中雖然完成了“提出問題，做出猜想和假設”的環(huán)節(jié)，學生的思維能力、探究能力的發(fā)展卻沒有達成。

又如，“進行實驗、收集證據(jù)、解釋與結論”的探究活動環(huán)節(jié)，教師和學生也大多只是把它當作完成探究活動的三個程式，不理解這些環(huán)節(jié)在科學探究活動中的作用、各個環(huán)節(jié)間的邏輯關系，其中所蘊含的科學探究能力要素。進行實驗、收集證據(jù)，為的是基于證據(jù)做推理、判斷，有理有據(jù)地證實或證偽所做的猜想或假設，只有用證據(jù)證偽或證實猜想假設，才能做出合理的結論，只有用有理有據(jù)的解釋說明，才能和他人進行交流、討論。比如，為了探究可燃物在空氣（或氧氣）中發(fā)生燃燒的條件，指導學生觀察用酒精燈加熱鐵片上的白磷、紅磷樣品，從它們燃燒所需要的加熱時間不同，怎樣得出可燃物在空氣發(fā)生燃燒，溫度要達到它的著火點？從不同的可燃物，要用不同方式點火引燃（如煤氣用電火花就可以引燃，一根火柴要用一張燃著的紙才能點燃，一根粗木條要用幾張燃著紙才能引燃，一塊煤塊要用幾根燃著的木條才能引燃）的實驗事實，如何分析、推理，得出不同的可燃物，在空氣中燃燒，所需要的溫度不同，不同的可燃物有不同的著火點？這些基于實驗事實的推理論證過程，往往被忽視。如果在科學探究活動中，沒有抓住培養(yǎng)學生理性思維、論證能力的契機，探究能力的提高就不可能得到落實。沒有從探究能力培養(yǎng)著眼，只是機械地按探究活動的環(huán)節(jié)走過場，科學探究學習就可能淪為形式或偽探究。

科學探究能力的發(fā)展，是逐步形成、發(fā)展的，隨著所學習的科學知識的廣度、難度的擴展，隨著個體身心發(fā)展階段的提升，在科學探究的實踐活動中逐步發(fā)展的。所能探究、解決或處理的問題的難度、情景的復雜、陌生程度不同，在解決問題過程中，個體行為表現(xiàn)的合理性，問題解決的完美程度都會有差異。

設計、組織、指導學生完成科學探究活動的各個環(huán)節(jié)，只是實現(xiàn)科學探究能力的培養(yǎng)和發(fā)展的運作過程，不能為活動而活動，追求或滿足于活動過程的順利進行。相反，在各個探究活動過程中，出現(xiàn)不順利、差錯、懷疑、偏離原來設想和計劃、衍生出其他需要探究的問題，都是正常的。而且，可以利用探究過程發(fā)生的錯誤或問題的再探究，提高學生的理性思維，培養(yǎng)批判質疑和科學精神，提高探究能力。例如，組織學生探究電解質溶液的導電性強弱的因素。不少學生學習了強、弱電解質電離程度的差異后，往往會以實驗室中常用的鹽酸溶液導電性強于醋酸溶液、氫氧化鈉溶液的導電性強于氨水作證據(jù)，形成“強電解質溶液導電性一定強于弱電解質溶液”的片面看法。可以用極稀的鹽酸溶液的導電性可能會比一般的醋酸溶液差的實驗，引起學生對自己看法的質疑，再引導他們思考、分析“溶液導電性——溶液中離子濃度、離子電所帶荷數(shù)——電解質電離程度、電解質溶液濃度、電解質組成特點”三者間的關系，對影響電解質溶液導電性的因素做出全面的判斷，并通過實驗做比較，驗證。通過批判質疑、理性思維、探究實驗的過程，不僅糾正了原來的片面看法，還進一步提高了學生的理性思維、運用實驗驗證所做的分析的能力，也有助于科學態(tài)度、科學精神的培養(yǎng)。

基于學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的科學探究活動，應該以探究意識和探究能力的提升、科學素養(yǎng)的提高為主旨。在科學探究活動的設計、組織、指導上，把科學探究能力的發(fā)展放在首要位置上，依照科學探究能力的構成要素，把培養(yǎng)勇于探究的精神、提升科學思維能力、形成批判質疑態(tài)度、養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度、建立社會責任感落到實處。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定. 義務教育化學課程標準（2011年版）[S]. 北京： 北京師范大學出版社， 2012： 1～11.

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[3][4][5]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 2， 4～5， 91.

[6][7]王泉泉， 魏銘， 劉霞. 核心素養(yǎng)框架下科學素養(yǎng)的內涵與結構[J]. 北京師范大學學報（社會科學版）， 2019， （2）： 52～58.