探究式科学教育教学指导 （部分章节摘要）韦钰 著第一章 什么是科学教师对科学的理解，以及他们对科学的态度，直接影响到科学教育的实施，影响到学生科学探究学习的质量，因而，帮助教师回顾和整理、澄清并明确对科学本身的认识非常重要。同时，在科学教育课中，除了需要让学生掌握有关科学知识的概念以外，也需要让学生明确有关利学本身的一些基本概念。 什么是“科学”呢? 通常科学指近代科学，一般把伽利略(Galileo，15641642)的研究工作和他对实证方法的确立，看作是现代科学诞生的标志。科学原来指的是自然科学，20世纪90年代联合国教科文组织(UNESCO)重新明确了科学的范围。按照联合国教科文组织给出的定义，科学包括自然科学和社会科学。在幼儿园和小学的科学教育里，我们探究的是自然科学领域的问题。 科学和技术是两个不同的概念，虽然，它们之间有联系，我们在习惯上也经常把它们联在一起，但它们的起源、研究的内容与方法以及对社会的作用有很多不同。简要地讲，科学在认识世界中发现新的知识，而技术在改造世界中发展新的手段。对学生进行科学和技术两方面的教育都是很必要的。对小学科学教育来说，主要是让学生获得自然科学方面的一些基础概念和探究的技能，但是，也会在实际动手中涉及一些技术的使用。我们鼓励在实验中考虑到发展适合于学生的技能，把科学和技术结合在探究过程中。这样做，对这个年龄段儿童的发展是很有好处的，如建构一些结构模型和搭建电动车等，不仅有利于发展学生运用多种感官和感知的能力，而且也有助于发展学生综合解决问题的能力。据学者们研究，对科学的定义至少有50多种。所以，我们不必去深究“科学”的确切定义，而应该去理解有关“科学”的主要含义。我们论及的“科学”，至少包含科学知识、科学研究和科学方法、科学精神和科学态度，还可以包括科学素质等。第二节 科学研究的原则和类型 在上一节中，我们已经用实例介绍了科学研究的主要特 点，现在我们可以把科学研究的原则归纳如下。 科学研究应该符合以下的原则。 第一原则：引出有价值的、能用实证方法来进行研究的问题 从直觉的怀疑到概括和界定出一个有价值的研究问题，对科学研究来说是很重要的。引出的问题应是为了填补现存知识的缺陷，或是为了寻求新的知识，致力于鉴别某些现象的一种或多种起因，对一些假说进行规范的实验等。在进行具体科学研究时，必须首先认真地阅读科学文献，详细地了解已有的科学成就，以便对已有的有关理论、方法和实证工作有详尽的了解，然后才能确定研究的具体问题和目标，并为求解它而制定研究计划。 第二原则：把研究与有关的理论相联系 科学常常把建立理论作为努力的目标。这种理论不仅能解释具体的实例，也能对某类现象提供普遍化的解释。不论是以明显或是以隐含的形式出现，每一种科学探究都会与某个已存在的理论或概念的框架相联系，并用它们来指导整个研究活动。科学通过建立、修正和完善已有的理论，有时也会通过更替已有的理论以获得新的解说，逐步积累科学知识。 第三原则：使用能够直接对问题进行调查研究的方法 在不同的研究中，应采用不同的与之相适应的研究方法，这很重要，也是一个普遍的规律。特定的研究构思和方法常常仅对某一类研究和研究的问题适用，很难适用于一系列探究中的所有问题和课题。因此，在研究某个系列问题时，经常要采用完全不同的研究方法来对该系列问题中的不同部分进行研究。 第四原则：提供一个连贯的、明晰的推理过程 科学的核心之一是理性的推论：根据已获得的信息和对现象的观察，提出解释、结论或预测。科学研究需要一个逻辑的推理过程：从实证到理论，然后再回到实证。这个过程是连贯的、可与人分享的、对怀疑者具有说服力的。 第五原则：可重复性和可推广性 科学研究强调对每个发现与结果进行检验、证实和校核。由于所有的研究都是基于有限的观察结果和实验之上，因而，科学上需要把特定情况下获得的发现，应用于更多的对象和情况。当某些发现能在一定的时间和地点范围内被重复实现时，才可以认为它是被承认的科学知识。 第六原则：公开研究情况，以便鼓励专业界的审查和批评 科学研究只有在广泛地传播，并得到专业同行的评审后，才能肯定它对知识的积累做出了贡献。这种不断进行的、合作性的、公开的批评是科学界兴旺的标志。 我们了解了科学研究的原则，就可以用它来指导我们的研究工作，鉴别什么样的文章是科学研究的论文，什么文章只是个别经验的记述。例如，一篇科学论文必须附有参考文献，以说明哪些是前人的研究成果，哪些是自己的研究发现，没有给出参考文献的文章不属科学论文。在许多介绍有关教育经验的文章中，往往只表述如何在自己的班级里获得了成功的过程，并没有给出条件，没有统计的结果，别人无法重复和验证所提供的结果，这也不是合格的科学论文。 广义地讲，科学研究的类型包括科学研究和实验发展，即我们通常讲的R&D。什么是R&D呢? 根据我国科学技术部发布的文件12，科学研究与实验发展(R&D)活动是指在科学技术领域，为增加知识总量以及运用这些知识去创造新的应用而进行的系统的、创造性的活动。它包括基础研究、应用研究和实验发展三类活动。 基础研究：指为了获得新知识而进行的实验性或理论性研究。这些新知识包括关于现象和可观察事实的基本原理，它揭示客观事物的本质、运动规律，获得新规律、新学说，它不以任何专门或特定的应用或使用为目的。 应用研究：也是为获得新知识而进行的创造性研究，主要针对某一特定的目的或目标。应用研究是为了确定基础研究成果可能具有的用途，或是为达到预定的目标，探索应采取的新方法(原理性的)或新途径。 实验发展：指利用基础研究、应用研究和实际经验所获得的已有的知识，为生产新的产品、材料和装置，建立新的工艺、系统和服务，以及对已产生和建立的上述各个项目作实质性的改进而进行的系统性工作。 科学研究主要包括基础研究和应用研究，技术发展在应用研究和实验发展中有更多的体现。而且，随着科学和技术的发展，上述三方面的活动联系越来越紧密，有时也很难严格地加以区分。在知识社会里，科学和技术的研究范畴有了扩大，不仅包含着对知识的发现和将知识应用于改造世界的技术转化，而且还包括对知识的管理和传递。知识向实用的转化不仅应满足工业上生产新产品的需要，而且应满足医疗方面的需要和教育方面的需要。例如在教育上，现在关于人是怎样学习的研究，关于儿童智力和情绪发展规律的研究都发展很快，可以说是日新月异，而且来自不同的学科。这些研究的成果要用在日常的教育活动中，就必须经过归纳、整理和转化。知识转化需要作为一种专业，同样需要科学研究和人才培养。今天，没有智能工具的引导我们不可能管理大量的信息，智慧和直觉经常会在浩瀚的知识海洋里遗失，因而信息的综合、运用已经和生成数据本身同样重要。第三章 探究式科学教育第一节 什么是探究 探究是科学研究的基本方法。热衷于探究是科学家的基本性格组成，也是儿童的天性。从这点上看，科学家很像长大了的孩子，所以，保护儿童的好奇心是十分重要的。保护儿童的好奇心，不仅是为了增加他们学习过程中的动力，而且也是在成就他们终身学习的兴趣和创新的能力。做学问，要学问；不学问，非学问。李政道 在中国的教育传统中是很重视从“疑”中学习的。著名的论语一书记载了两千多年以前孔子和他的学生之间的对话，大多是学生提出问题，孔子予以回答。这个传统是应该很好保持和发扬的。什么是探究呢?美国国家研究理事会在美国国家科学教育标准中给出了定义。探究是一种多层面的活动，它包括：进行观察；提出问题；通过浏览书籍和其他信息资源来了解什么是已经知道的知识；制定调查研究计划；根据实验方面的证据，评价已经知道的知识；用多种手段来搜集、分析和解释数据；提出解答、阐述和预测；交流结果。探究需要对假设进行证明，需要运用批判和逻辑思维，并考虑其他可供选择的解释。第二节 什么是探究式科学教育 探究式科学教育是在教师和学生共同组成的学习环境中，让儿童亲历科学探究的学习过程。它大致包括：根据实际情景、观察到的现象和可以获得的信息，从儿童已有的知识、对问题的了解和已具有的科学概念(想法)出发，提出问题；对问题的解答进行推测；为证实推测而设计实验或进行观察；收集和整理数据；得出结论和进行交流；提出新的问题在有些探究课题中，还鼓励学生将学到的科学知识和日常生活相联系。 在科学教育中，经常争论的问题是：探究式科学教育究竟是一种用来帮助学生更好地掌握知识的学习科学的方法，还是本身就作为一种课程的目标。在教育部颁发的课程标准中写道，探究既是科学学习的目的，又是科学学习的方式。对年幼的学生来说，可能学习探究的过程比掌握具体的知识更应引起我们的重视。在本章的第三节中，我们将会简要给出来自脑科学的研究结果，以支持这个观点。但是，那种认为幼儿园和小学的科学教育只是承担科学启蒙的任务，不追求知识的完整性和系统性的观点是不正确的。如果不是在儿童的认知发展规律和儿童已有的科学基础上精心选择和组织儿童探究的内容，而只是在课堂上采用零碎的、杂乱的案例，那么这样的探究式科学教育将会是效率很低的教育，也不可能达到培养儿童探究能力的目的。因此，在探究式科学教育中，需要把让儿童建立新的科学概念(想法)、改善和纠正已有的科学概念以及探究能力、科学态度的培养结合起来考虑。 探究式科学学习应该是一个完整的过程。在此过程中，学生应学习进行探究的方法、掌握核心的科学知识和概念，同时培养批判性思维及尊重事实、尊重别人、合作而主动积极的科学态度等。我们认为，在探究式科学学习的过程中，不同层次的探究活动可以有不同的侧重，但是，对学生探究能力的培养来说，探究过程的各个环节是不能分割的，不能说用这个科学活动来培养学生提出问题，用另一个活动来教学生如何设计实验，再通过一个活动来教学生总结，这样做不是完整的探究过程，也达不到探究式科学教育的目的。 探究式的科学教育应该是什么样的呢?在下面的四个方框中，我们给出四个实例来进行讨论。在第个案例中，教师下子向学生提出了许多问题，这些都是科学问题，但是对这些问题的答案不可能由学生自己来探究。教师应该在设置场景以后，将问题汇聚到一个适宜学生探究的、与科学概念有关的科学问题上，引导学生实际动手进行探究。例一有一篇介绍科学探究的文章“让学生自主探究”，其中有这样一段老师对课堂教学提问的描述：在讲天体运动时，我以神舟五号为例，问学生，有谁知道宇航员在太空是怎样生活的?他们看太空是怎样的?有什么样的感受?宇宙飞船是怎样起飞的?又是怎样返回地面的?等等。通过这种情境的创设，让学生产生浓厚的兴趣和好奇心，激发探究的欲望。在第二个案例里，教师明确了实验的内容什么是温度?什么是温度计?也让学生动手实验了，但是所有的过程是教师设计好的，实验只不过是为了证实教师所列出的知识点，为了加深学生对教师给出的知识点的记忆。这是传统的实验教学，不是探究式的科学教育过程。例二教师在黑板上写道：1什么是温度?物体有冷有热，物体的冷热程度叫温度。2什么是温度计?温度计由一根玻璃管、玻璃泡(内装有水银、煤油或酒精等液体)和刻度三部分组成。 3实验(此案例摘抄自某小学实验室的板书)第三个案例是来自北京师范大学附属幼儿园“做中学”科学教育实验项目中的一个实例。在进行“蜗牛喜欢吃什么?”的案例教学时，教师已经和孩子们一起做过两次科学活动的准备，教室里养了蜗牛。将孩子们引入场景后，孩子们很自然地提出了探究的问题，蜗牛喜欢吃什么?这是一个开放性的问题，孩子们可以