中小學科學教學中的觀察

摘 要 科學觀察作為科學學習活動的重要部分，對于提升中小學學生科學知識學習、技能發展、核心素養培育具有基礎性意義，但是在實際教學中卻認識不足、關注不夠。通過從如何認識科學觀察、如何有效地開展科學觀察、如何提升科學觀察的水平等方面進行初步探討，以期為廣大一線科學類學科教師提供一定的參考和啟示。

關? 鍵? 詞 科學觀察 核心素養 思維發展

引用格式 任建英.中小學科學教學中的觀察[J].教學與管理，2022（05）：40-42.

《普通高中物理課程標準（2017年版）》提出了要培養學生的物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等核心素養。四個核心素養作為一個有機的整體，彼此之間存在著重要聯系，當學生參與到一項具體的物理學習活動或任務中，四個核心素養均發揮作用，同時，作為參與者的學生在四個核心素養上都會得到相應的發展。而觀察或者說科學觀察作為科學學習活動中一個重要環節，在實際的教學中，仍然存在著學生不知道如何有效觀察，教師缺乏對科學觀察的全面認識，以及科學觀察指導方法不足等問題。這直接影響了科學學習的成效，也折射出教師對科學本質的認識不足，不利于學生正確科學觀的形成和科學素養的培養。

2018年，經濟合作與發展組織（OECD）在課程圖譜分析項目（CCM）科學內容中融入了認知性知識。認知性知識是一種在科學知識構建過程中必不可少的關于構造和特征定義的知識（如假設、理論和觀察），以及它們如何在證明科學知識的過程中發揮作用的知識。國際數學與科學趨勢研究（TIMSS）將學生的“觀察與測量”作為科學探究能力測評的五大目標之一，包括觀察記錄、簡要敘述觀察過程等。在此，我們重點探討科學觀察的問題，即面對中小學生的科學學習，什么樣的觀察才是有效的觀察？學生應該怎樣進行科學觀察？觀察的種類有哪些？進而初步探討科學觀察的不同水平。

一、科學觀察的內涵

科學觀察是學生獲取事實、信息、資料的重要手段，而這些事實、信息和資料又將成為科學推理、科學思維的重要基礎和支撐。觀察和經驗能夠并且必須大幅度地限制科學概念的范圍，但其不可能單獨決定這種概念的特定實質，因為其中總是有一種明顯的隨意因素，包含個人與歷史的偶然事件在內。

1.科學觀察并非科學學習的目的

科學觀察不是科學發現的起點，而是支撐，是引導。在學校里，常常使觀察在理智上不起作用的原因是，進行觀察卻沒有帶著通過觀察來確定和解決的有意義的問題。在小學，幾乎是任意選擇一些事物（蘋果、書桌、粉筆）的形式和屬性來觀察，或者類似的觀察針對幾乎同樣任意選擇的樹葉、石頭、昆蟲。在中學，觀察在實驗室中和顯微鏡下進行，就好像積累觀察到的事實和獲得操作技術就是教育自身的目的。

2.科學觀察與記憶、想象和思維并行

觀察是一個十分復雜的過程，實際上是已有認識和理論決定我們能夠觀察到的東西。也就是說，學生是帶著個人的思維和知識背景去對待觀察和觀察結果，以及進行觀察結果的記憶和呈現，并開啟新的觀察任務。經過認真思考的觀察至少是思維的一半，另一半則是采納和認真考慮多種多樣的假設，特別是那些隱蔽的特征需要揭示、強調并且使之明朗化。在這一過程中，觀察、記憶、想象和思維是伴隨著、交叉著發生的，相互支撐與推進，在順序上沒有先后之別。

二、科學觀察的有效性

1.觀察應該包含主動的探索

觀察是一個主動的過程。觀察是探索，是為了發現以前隱蔽或未知的東西，并通過這些東西來達到某個實際或理論的目的。觀察必須具有目的性，知識開始于觀察，但我們并不滿足于所觀察到的東西，還想探究不能直接觀察到的事物。思維運算能把觀察到的資料聯接起來并加以說明，以推測未觀察到的事物，如物理學家從磁針的偏轉推論出導線中有一種叫做電的不可見的實體。

2.觀察應當激發學生興趣

把一個兒童注意一個故事所有顯著特征時的安逸和全神貫注，與他觀察某種呆板的、靜止的、絕不會引起問題或使人聯想起其他可能結果的事物時的吃力和坐立不安進行對照，是大不相同的。比如，學生對于播下種子和觀看其生長階段抱有極大的興趣，主要是因為這種事實是在他們眼前演出的一幕戲劇。要把植物和動物看作有行為、做某事的活的生物，而不是把它們僅僅看作毫無生氣的樣本，把那些靜態屬性加以編目、命名和登記。如果用后一種方式來對待，那么觀察必然要淪為單純的列舉和分類編目。

3.觀察在性質上應該是科學的

觀察起初是為了實踐目的或者單純為了看和聽的樂趣，但最終要轉變為含有某種理智的目的。正確的科學觀察是為了：發現他們面臨什么樣的困惑;對觀察到的疑難特征加以推測，并提出假設性的解釋;檢驗由此聯想到的想法。這樣一種認識體現了科學及其科學研究的本質，正是“像科學家一樣思考與實踐”。

三、科學觀察的種類與策略

通過科學史，總體可以梳理出以下幾類科學觀察：第一類是廣泛的觀察，即寬泛的、不太精確的觀察，對于使學生感到探究領域的實在性，意識到探究的方向和可能性，并且在頭腦中存儲一些可能由想象轉變為聯想的材料來說是必要的。第二類是深入的觀察，即緊湊的、精確的觀察，對于限制問題和保證實驗檢驗條件來說是必要的。就這兩類科學觀察而言，后者比較專門化，技術性較強;而前者又比較膚淺、分散。第三類是審美性觀察，按照一定的個人興趣以及審美追求，洞悉自然與科學之美，這可以讓人變得銳利。享受看和聽的人是最好的觀察者。

理論上說，觀察方法與策略涉及兩個方面，一方面是如何吸引學生的觀察和注意;另一方面是教師對于學生觀察的指導。第一方面，重在調動學生的興趣和好奇心。例如如果只從植物的形態特征來看，那么材料的意義就非常有限，變成僵死和呆板的東西。而學生在知道植物像動物一樣會呼吸，并且有和肺的功能相對應的器官之后，他們自然就會專心致志地尋找植物的氣孔。如果把事物看成是結構孤立的特殊物，而不涉及他們所包含的活動和用途的觀念，那么這種學習令人厭惡。對于第二方面：一是明確觀察目的，做好思想準備。進行一個科學實驗之前，學生必須要對為什么要做實驗，以及打算怎樣進行有充分的認識，才能把握觀察重點，在面對真實的情境抑或開展多因素干擾的實驗探究時，排除無關因素的干擾。“實驗科學家在他那收藏豐富的實驗室里對物質進行深入細致而又無目的的觀測，這種情形雖然普遍但確實是荒誕可笑的，特別是當用儀器進行觀測時，即便第一個‘初步實驗’事先也有許多非實驗性的活動、研究、思考和計算。沒有這套事先的工作，以高昂代價獲得的事實就是沒有意義的。”二是運用多種方法，加強觀察深度。一種方法是，從整體到局部，再從局部到整體。觀察的全面性是客觀反映事物屬性的前提，應當利用實驗培養學生正確的觀察。另一種方式是，加強對比。引導學生注重環境、條件的差異和產生的結果之間的區別與聯系，積極設計并開展對比實驗，以觀察所獲之證據進行嚴密推理，得出結論。

四、科學觀察的等級

為了促進中小學教師和學生正確認識科學觀察，更好地開展科學教學中的觀察，現結合相關經驗與成果，提出表1的水平劃分。

該框架只是初步劃分，是一種探索，有時并無嚴格層級可言，如對于較高造詣的科學觀察者，感性觀察將是一種高級形式，也是其他類型觀察的重要補充。當然，對于中小學生，一般表現為一種低級形式。在實際教學中，不能通過觀察形成科學問題，也不能在科學問題引領下進行觀察，觀察活動更多地淪為程序化的操作模仿。學生觀察的機會和權利被剝奪，學生沒有親身經歷科學觀察的過程，掌握相應的方法，今后如何能夠獨立、獨創地開展科學研究。

對于理智觀察，應該處于一種寬泛和深入相結合的模式。廣泛吸收一些相關事實，選擇少數事實進行詳細精確的研究，這樣相互交替從而使問題變得明確，使聯想到的解釋變得有意義。比如，在生命科學中，實地考察、遠游、了解生物的自然習慣，是一種廣泛觀察，同時這種觀察可以與顯微鏡觀察和實驗室觀察等深入觀察進行結合或有序切換，這樣更有利于形成全面而科學的認識;在物理科學中，對于自然界廣闊背景中的光、熱、電、濕度、引力等現象，應該在實驗控制的條件下，選擇一些事實開展精確研究。這樣學生不僅受益于發現和檢驗的科學技術方法，同時促進了他們對實驗室中的實驗與室外的廣大現實相統一的意識，以避免這樣的印象：研究的事實僅僅是實驗室所特有的。

根據上述討論，我們可以獲得以下啟示：一是如果完全漫無目的地亂碰，就只會得到一堆事實，但這些事實與目的的關系卻不清楚，反而使學習陷入困境。這就提出一個重要的問題，即如何形成這種目的性。一個重要的思路就是引導學生認識、凝練并提出一個科學的問題或預設。二是提升科學觀察的思維品質。科學觀察絕不是事實、現象的機械積累，更重要的是歸納、抽象、演繹等思維的參與，從而得出結論以及為獲得進一步問題或預設提出新的見解。而且，思維方式與品質也將直接決定所能觀察到的東西以及可能得到的結論。三是注重科學觀察的有序性。新問題以及針對性的新的觀察活動的提出，是反映思維連續性的最好體現。沒有有序的觀察，沒有一個又一個問題的提出與解決，就沒有科學思維的深化。對此，信息的供給和理解方式是重要的根本問題。如果信息被過于吝嗇或過于慷慨地提供，或者以混亂的次序或孤立零碎地出現，那么對思維習慣就是有害的。

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[責任編輯：郭振玲]

*該文為中國教育學會2020年教育科研“中小學教材研究”專項課題“基于核心素養的中小學科學教材編寫策略研究”（2020JYX013413ZB）的研究成果