“做科學”的內(nèi)涵、理論基礎(chǔ)及價值取向*

顧長明

“做科學”順應(yīng)科學教育發(fā)展的趨勢，關(guān)注兒童內(nèi)源性動機的激發(fā)與保持，尊重兒童的成長天性、科學學習的天然狀態(tài)與科學課程的固有特質(zhì)，并最終指向兒童科學素養(yǎng)的培養(yǎng)。

一、“做科學”的內(nèi)涵及特征

1.“做科學”的內(nèi)涵。

手和腦是兒童認識與改造世界最基本的工具，手腦并用不僅符合兒童的認知規(guī)律，而且契合科學課程的特質(zhì)。若將動手表征為做，動腦表征為思，那么以做促思、以思導做、做思共生，則可以有效提高兒童的科學學習品質(zhì)。“做科學”是以做為支架的科學教學方式及活動，是學生在教師的引導下，運用工具與器材，通過實際操作，在認知與非認知因素參與下進行的發(fā)現(xiàn)科學現(xiàn)象、理解科學知識、驗證科學結(jié)論的操作活動與思維活動。做側(cè)重于動手、操作、體驗、經(jīng)歷與實踐，主要指具有實踐特質(zhì)的科學活動，表現(xiàn)出個人的、主觀的、感性的、淡化是非的特征，是有意思的科學學習；思側(cè)重于動腦、思考、思路、思維與思想，主要指具有理性特質(zhì)的科學活動，表現(xiàn)為公共的、客觀的、理智的、強化是非的特征，是有意義的科學學習。兒童的科學學習理應(yīng)是有意思的做與有意義的思相互作用的過程，并不斷從有意思走向有意義。做是思的外化表征，思是做的內(nèi)化引領(lǐng)，兩者互為內(nèi)外，始于手腦，發(fā)于做思，現(xiàn)于身心，成于共生。

“做科學”強調(diào)手腦并用和啟思明理。真正有發(fā)展意義的做，與其說是外在的身體器官的動作，還不如說是外在的身體動作與內(nèi)在的心理結(jié)構(gòu)相互對象化的過程。也就是說，在做的過程中，兒童將操作工具運演于活動對象，并在運演過程中融入已有的知識經(jīng)驗和心智能力，同時活動對象與過程又以心理感受、經(jīng)驗再造、觀念意識等形式豐富兒童的心理結(jié)構(gòu)，同化與順應(yīng)兒童原有的認知經(jīng)驗和心智能力。“做科學”具有身心合一、具身體驗、環(huán)境支撐、經(jīng)驗沉浸、統(tǒng)覺聯(lián)生、知行相伴等特征，這樣的學習讓身心適得其所，不再疲倦，進而形成身心互益的良性循環(huán)。“做科學”改變著知識的獲取方式與呈現(xiàn)樣態(tài)，化離身為具身，化抽象為直觀，化結(jié)果為過程，化靜態(tài)為動態(tài)。同時，“做科學”也改善著科學學習方式，化被動接受為主動探究，化統(tǒng)一學習為個性化學習，化離身思辨為具身體驗，化半腦學習為全腦學習。

2.“做科學”的特征。

工具的直觀性與多樣性。在“做科學”的課堂中，教師要充分考慮兒童的心理發(fā)展特點，多開展一些事實性、操作性的活動，通過開發(fā)和運用直觀器材與工具，尋找科學概念在現(xiàn)實中的模型，通過操作使抽象知識直觀化、形象化，從而便于學生理解。另外，科學是一門實驗性學科，科學實驗需要采用專門的儀器，在工具上具有明顯的多樣性特點。

內(nèi)容的趣味性與情境性。做能彰顯內(nèi)容的趣味性，契合教學的活動性，滿足兒童好動的天性。當兒童產(chǎn)生興趣時，思維就會活躍，情緒就會高漲，行為就會持久。另外，“做科學”還富有情境性。杜威強調(diào)“教學要從具體開始”，這意味著在學習新經(jīng)驗時，教師需要關(guān)注兒童已有的經(jīng)驗和體驗，要創(chuàng)設(shè)兒童所熟知的問題情境，使抽象的科學生活化、形象化。

過程的探究性與體驗性。首先，探究既是科學學習的目標，又是科學學習的內(nèi)容。“做科學”以現(xiàn)實問題為載體，以操作為手段，指導兒童自主探索與解決問題，其過程具有探究性。其次，“做科學”注重體驗。學生在做中反思發(fā)生了什么、是怎樣發(fā)生的、為什么會發(fā)生，通過身、腦、心有機統(tǒng)整產(chǎn)生豐富的、有結(jié)構(gòu)性的、具有新意義的體驗。“以身體之”是經(jīng)歷，“以身體之，以腦思之”是經(jīng)驗，“以身體之，以腦思之，以心悟之”才是體驗。

結(jié)論的確定性與深刻性。首先，小學科學實驗多為模擬實驗，所要探索驗證的結(jié)論具有確定性，做往往是再發(fā)現(xiàn)的過程，做的目的明確、過程可控、結(jié)論可驗證。教學中，教師要合理安排做的進程，精心設(shè)計做的步驟。其次，做的結(jié)論具有深刻性，實驗中既要注重實驗現(xiàn)象的觀察，也要注重對實驗過程的提煉與概括，不能讓認知停留于表象。

思維的參與性與創(chuàng)新性。與做相契合的思維形態(tài)為動作思維與具象思維，這兩種思維體現(xiàn)了思維的參與性和創(chuàng)新性。動作思維與當前正在感知的對象緊密關(guān)聯(lián)，問題解決的思維方式主要依據(jù)當前的實際操作與直觀感知，而非表象或概念。具象思維以操作的物象為媒介，對事物進行具象化操作的過程，往往彰顯著思維的創(chuàng)造性。

二、“做科學”的理論基礎(chǔ)

1.具身認知理論。

具身認知理論認為，認知是心智、身體與環(huán)境三者相互作用的過程，且身體的所處環(huán)境、生理結(jié)構(gòu)、活動狀態(tài)、感知形式等都參與認知活動并影響認知過程。這無疑挑戰(zhàn)著以“計算—表征”為特征的非涉身認知理論。非涉身認知理論把認知過程看作是大腦對符號系統(tǒng)的運演過程，是獨立的、外在的抽象表征過程，將身體視為被動的軀體，身體僅僅是由大腦支配的外界信息的接收器和簡單操作的機械手。其實，心智是身體中的心智，身體是心智中的身體，認知活動是在由認知主體、身體和環(huán)境所構(gòu)成的動態(tài)系統(tǒng)中完成的。

因此，教師要引導學生在生活中學習，在互動中學習，在合作中學習，在活動中學習，在實踐中學習，在探索中學習。讓兒童身體進入教學場域，打通各種感官的隔閡，讓感知通道相互挪移，進而體察聲音的視覺、體驗顏色的觸覺、體悟動作的聽覺、體認操作的嗅覺，使得“身體—心理”活動相伴而生，進而實現(xiàn)對學習內(nèi)容的深度理解。學習活動中身體的參與意味著要發(fā)揮身體的主觀能動性，用自己的身體去做、去體察、去經(jīng)歷，用自己的心靈去思、去感悟、去內(nèi)化。這既是理解知識與內(nèi)化知識的需要，也是激發(fā)生命活力與促進生命成長的需要。

2.兒童經(jīng)驗理論。

經(jīng)驗作為名詞，是指由實踐得到的知識或技能；作為動詞，是指體驗、經(jīng)歷。在教育領(lǐng)域，布魯納認為教學過程應(yīng)是“已有經(jīng)驗—動作表征（直接經(jīng)驗）—表象表征（印象經(jīng)驗）—符號表征（符號表象）”的經(jīng)驗獲得過程。泰勒認為經(jīng)驗是一種相互作用，這里所說的經(jīng)驗不同于教師開展的教學活動，也不是學科知識，而是兒童與使其發(fā)生認知反應(yīng)的環(huán)境中的外部條件之間的相互作用。

近現(xiàn)代強調(diào)經(jīng)驗在教育中的巨大作用的首推杜威，他認為：教育就是經(jīng)驗的改造和重組。這里的經(jīng)驗包含經(jīng)驗的過程和經(jīng)驗的事物兩重含義，表明經(jīng)驗是活動與過程的結(jié)合體。杜威強調(diào)經(jīng)驗是人能動地與所處環(huán)境相互作用的過程，該過程整合了觀察、實踐、意志、情感等理性因素與非理性因素。從學習的角度看，兒童的經(jīng)驗可分為自然學習經(jīng)驗、非正式學習經(jīng)驗和結(jié)構(gòu)化學習經(jīng)驗。自然學習經(jīng)驗是兒童在日常生活中自主選擇與萌發(fā)的經(jīng)驗，是未經(jīng)預(yù)設(shè)的；非正式學習經(jīng)驗是兒童在成人引發(fā)的學習活動中形成的經(jīng)驗，成人會依據(jù)自己的經(jīng)驗進行某種程度的干預(yù)；結(jié)構(gòu)化經(jīng)驗是兒童在由成人為其預(yù)設(shè)的正規(guī)的學習活動中所形成的經(jīng)驗，需要成人給予一些指導。具體到科學學科，科學課程不僅是抽象的符號世界，更是蘊藏著豐富教育意蘊的經(jīng)驗世界。兒童不僅是認知主體，更是經(jīng)驗主體。因而科學教學理應(yīng)承擔促進兒童科學活動經(jīng)驗生長與積累的重任。

3.實踐活動理論。

學習作為個體基于對符號知識和經(jīng)驗知識的理解，探究外部世界并建立與客觀世界之間關(guān)系的活動，本身就是一種特殊的實踐樣態(tài)。按照馬克思主義哲學的觀點，實踐活動是主客體通過中介發(fā)生相互作用的過程。就實踐與認識的關(guān)系而言，實踐決定認識，認識對實踐具有反作用和指導作用。人類的實踐與認識的關(guān)系是如此，兒童科學教育中的實踐與認識的關(guān)系也是如此。

科學教學實質(zhì)上是科學活動，科學活動就形式而言，包括外在活動和內(nèi)在活動。外在活動的工具是身體與雙手，內(nèi)在活動的工具是心理與大腦。外在活動是主體與客體之間相互作用和對象化的過程，具有外顯性。內(nèi)在活動是主體在大腦中進行的思維與建構(gòu)的過程，具有內(nèi)隱性。外在活動是看兒童做的內(nèi)容以及做的品質(zhì)，內(nèi)在活動則是看兒童思的內(nèi)容以及思的品質(zhì)。科學活動強調(diào)通過兒童的內(nèi)外活動來經(jīng)歷科學，進而促進科學素養(yǎng)的形成與發(fā)展。否則，在實施上就會出現(xiàn)異化：一是把活動囿于外在活動和感性認識，致使活動淺化與窄化；二是把兒童所做的一切都稱為活動，致使活動泛化。

三、“做科學”的價值取向

1.符合兒童認知規(guī)律。

不同年齡段的學生對活動比例的要求是不一樣的。年齡越小，活動比例越大，年齡越大，活動比例相對較小。杜威把兒童學習分為三個階段，4～8 歲為通過活動而學習階段，學的是“怎樣做”，方法是“從做中學”；8～12 歲為自由注意學習階段，這時可以學習間接知識，但間接知識必須整合在直接知識中；12 歲以后則屬于反省注意階段，學生開始掌握系統(tǒng)性和理論性的知識及其變化規(guī)律。可見，“從做中學”主要集中在前兩個階段。這與皮亞杰的認知發(fā)展階段理論相契合，該理論將兒童心理發(fā)展的研究引入認知領(lǐng)域，把個體的認知發(fā)展劃分為四個階段，即感知運動階段（0～2 歲）、前運算階段（2～6 歲）、具體運算階段（7～11 歲）和形式運算階段（12 歲開始），每個階段不能跨越，也不能顛倒。小學生處于前運算階段和具體運算階段，他們的做還應(yīng)兼顧思維的兩個方面：思維加工能力和思維加工材料。思維加工能力即心理操作能力，思維加工材料則指物象、具象、形象、表象、抽象等不同形式的表征系統(tǒng)。

兒童認知以具體形象思維為主，其認知特點決定了我們的教學要充分利用兒童的各種感官和已有經(jīng)驗，通過各種形式的感知，豐富兒童的感性認知和直接經(jīng)驗，使他們獲得生動的表象，從而使其思維加工能力與思維加工材料相匹配，使知識的發(fā)生與發(fā)展始終和行動聯(lián)系在一起。“做科學”提倡為兒童創(chuàng)設(shè)學習情境，鼓勵兒童在科學情境和日常生活中尋找問題，其目的是讓兒童在“做科學”中體驗科學探究和科學發(fā)現(xiàn)的過程，并通過發(fā)現(xiàn)問題、猜想假設(shè)、動手實踐、收集證據(jù)、解釋討論、得出結(jié)論、表達分享等活動，發(fā)展兒童的科學素養(yǎng)。因此，“做科學”這種由外而內(nèi)的學習過程，符合兒童的認知與學習規(guī)律。

2.契合兒童科學特質(zhì)。

30 多年來，國際科學教育先后經(jīng)歷了從“知識的科學”到“過程的科學”，再從“探究的科學”到“實踐的科學”的轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變體現(xiàn)了人們對科學本質(zhì)理解的深化。科學教育的實踐轉(zhuǎn)向更加凸顯了兒童親身經(jīng)歷以實踐為主的科學活動過程的重要性和必要性，珍視兒童個體在科學活動中的獨特感受與經(jīng)驗生成，讓兒童在多元的科學實踐中體悟科學現(xiàn)象、理解科學事實、探索科學規(guī)律。科學教育的實踐取向不僅傳承了科學探究活動（解釋“為什么”），也包含了工程技術(shù)活動（解答“怎么用”），其核心是圍繞問題進行基于證據(jù)的解釋。因此，科學實踐可概括為三方面的活動：取證、解答與評價。取證是指在真實世界中通過實驗、測量等做的手段來收集數(shù)據(jù)、檢測方案，解答是通過猜想、推理、估算、預(yù)測等活動來作出解釋、設(shè)計方案，評價貫穿于取證和解答的過程中。因此，科學實踐包括四個方面：理解科學解釋、產(chǎn)生科學證據(jù)、反思科學知識、富有成效地參與科學活動。實踐的科學體現(xiàn)了“學科學”與“做科學”的統(tǒng)一，契合了科學課程的特質(zhì)。

整合是當今國際科學教育實踐轉(zhuǎn)向的重要途徑，旨在實現(xiàn)科學實踐與概念理解的相互促進，滲透對科學本質(zhì)的理解以及科學、技術(shù)、工程與社會等之間的跨領(lǐng)域整合。小學科學課程內(nèi)容在原有的物質(zhì)科學、生命科學、地球和宇宙科學三大領(lǐng)域的基礎(chǔ)上新增了工程和技術(shù)領(lǐng)域，突出了科學的整體性、綜合性和應(yīng)用性。這一方面使得科學課程既包含了自然世界，也包含了人工世界，內(nèi)容更加綜合和全面；另一方面工程和技術(shù)領(lǐng)域為其他三個領(lǐng)域科學知識、科學方法的綜合運用提供了多元的問題情境和廣闊的活動場域，強化了四個領(lǐng)域之間的聯(lián)系。可以看出，小學科學追求的是一種跨領(lǐng)域的綜合學習。

3.切合兒童完整學習。

“做科學”旨在讓學生享受完整的科學學習過程，在這樣的學習過程中知識的構(gòu)成要素發(fā)生了變化，知識不再是靜態(tài)的、結(jié)論性的、符號表征的經(jīng)驗系統(tǒng)，信息、體驗、情感、理解、互動、技能、態(tài)度和價值觀等都成了知識的要素。“做科學”追求的是一種真實而完整學習的樣態(tài)：學習者多種感官主動打開，在“問題—情境”的學習場域中操作體驗、理解內(nèi)化、探索未知乃至創(chuàng)造知識，形成意義建構(gòu)的、屬于自己的知識結(jié)構(gòu)，豐富具有個性特色的精神圖式，成為一個具有完整生命的個體。

完整的學習是為了培養(yǎng)完整的人，完整的學習具有多維化、結(jié)構(gòu)化、情境化的特征。學習的多維化特征承認視覺型、聽覺型和動覺型的學習類型，允許學生以擅長的方式進行學習。學習的本質(zhì)是同化與順應(yīng)，在同化與順應(yīng)的過程中把知識打上個體的烙印，并將知識依照自己建構(gòu)的方式納入已有的知識結(jié)構(gòu)，這樣的知識是融入身心的，且存在于行為中，表現(xiàn)在言語中，彰顯在交往中，蘊含在身體上，回味在體驗里。學習的結(jié)構(gòu)化要求體現(xiàn)知識間的聯(lián)系、相互作用以及因果關(guān)系，并完善知識的層次，由基本到高級，由簡單定義到復(fù)雜系統(tǒng)，形成結(jié)構(gòu)化知識網(wǎng)絡(luò)甚至結(jié)構(gòu)化思維網(wǎng)絡(luò)。這樣的知識才能夠用于實踐、解決問題，并克服知識散裝、遷移性差的弊端。學習的情境化是指以問題或任務(wù)為中心構(gòu)成活動場域，在這個場域中完成知識的理解、探索甚至創(chuàng)造的過程。知識只有在情境以及情境活動中才更加形象具體、更加鮮活有趣。這種情境有自己的特點：一是完整的情境，貫通于整個教學過程；二是情境要有真實性或現(xiàn)實感。教學以生活實踐情境和學習探索情境為載體，這就回歸了知識生產(chǎn)過程的本源，還原了知識應(yīng)用的實際過程，符合知識再生產(chǎn)過程的規(guī)律。

勞動創(chuàng)造了手，手的發(fā)展又塑造著人的大腦。手是意識的培育者，也是智慧的創(chuàng)造者。因此，在教學中，教師應(yīng)盡可能地把兒童暢想的創(chuàng)造性和現(xiàn)實構(gòu)想的操作性有機結(jié)合，促進做與思的有機融合，讓兒童在做與思的相互循證與迭代中自我豐富、建構(gòu)、完善與創(chuàng)新。此時，兒童還是那個兒童，但兒童已經(jīng)不再是那個兒童。