聚焦以科学思维为核心的科学探究

【摘要】科学探究是科学学习的重要方式，而科学探究中的每一个环节都离不开科学思维主动、深度的参与。教学中，教师可以通过科学问题引领科学思维，让探究活动充满魅力；可以在探究过程中激发科学思维，让探究活动充满理性；可以用科学精神提升科学思维，让探究活动显现终极价值。

【关键词】科学思维；科学探究；科学素养；科学问题；科学精神

【中图分类号】G623.6 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2017）73-0039-03

【作者简介】季荣臻，江苏省无锡市教育科学研究院（江苏无锡，214000）科学教研员，高级教师。

《义务教育小学科学课程标准》指出：科学素养是指了解必要的科学技术知识及其对社会与个人的影响，知道基本的科学方法，认识科学本质，树立科学思想，崇尚科学精神，并具备一定的运用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。科学教育实践证明，以科学思维为核心的科学探究是培养学生科学素养的有效途径之一。

如果说科学探究是学生进行科学学习的外核活动，那么学生科学思维的发展则是科学探究的内核目标。探究活动中的提出问题、做出假设、设计方案、搜集证据、分析证据、结论与表达等环节，都离不开学生科学思维主动、深度地参与，且探究活动要求学生尊重事实和证据，运用逻辑推理，在演绎、归纳、整理中学会理性思考，这些都有助于学生科学思维的逐步形成和发展。

一、科学问题引领科学思维，让探究活动充满魅力

科学探究始于问题。科学课的质量往往不是由问题的数量决定的，而是更多地取决于这些问题是以何种形式组织起来、以何种方式“进入”学生的头脑之中。只要有课堂，就永远有问题；只要有问题，就永远需要教师的引导。科学探究活动是否有效，取决于教师是否能够引导学生自主参与探究活动，特别是关注学生已有的原始概念，并在此基础上搭建“学习脚手架”，关注学生的“最近发展区”，引领学生自主设计实验、自主记录、表达交流，从而逐步建立科学概念，最终实现科学思维水平的提升。

因此，在科学课上教师要尽可能引导学生提出适合研究的“真问题”，这是学生科学思维培养的起点，也是“激活”阶段。真问题应该具有以下四个基本要素：首先它应该是一个“未知问题”，问题对于研究者来说必须具备未知性，不知道该问题的答案。其次它应该是一个科学问题，也就是说该问题须涉及科学知识，而不是其他方面的知识。再次，真问题应该是值得研究的问题，对于小学生来说，研究价值可以从“研究过程价值和研究结果价值”两个层面来理解，研究过程价值，指这个答案的获取必须具备一定的烦琐性，必须经历一定的科学研究程序，而不是“看一眼”“试一下”就能得到的。研究结果价值，指该问题的解决具有一定的理论价值或社会价值。最后，这个问题要适合学生研究，问题应基于学生的现有经验和知识水平，且依靠学生的经验可以解决；问题的难易程度应在学生的“最近发展区”内，要让学生通过一定的努力可以解决。

以苏教版《科学》三下《把固体放进水里》一课为例，教师一开始就让学生猜测哪些材料会沉，哪些会浮，等学生预测完毕后就进行实验验证。从表面上看，这种教学设计虽然也提出了要研究的问题——物体在水中是沉还是浮，并针对问题做了“预测（猜想）”，最后又引导学生通过“实验”验证了自己的预测，这似乎已经是一个比较完整的科学探究过程了。但稍加揣摩，我们就会发现这里的“探究”并没有抓住问题的实质，是一个没有“真问题”的“假探究”。究其原因，“把这些物体放到水里，会发生什么现象？”这个问题对于三年级的学生来说，并不是一个“真问题”，因为生活经验早就告诉了他们答案，且“哪些物体会沉，哪些物体会浮？”这一问题只涉及事物变化的表面现象。如果为学生准备两组大小不同的材料，如大小蜡烛，苹果、苹果片，方糖、砂糖，大小木块等，情况就大不一样了。大小变化后的固体进入水中会如何就有了“矛盾点”，也能发现学生的前概念，学生知道苹果片会浮在水面，绝大多数学生认为苹果会沉入水底。而后的一系列探究就是围绕一组大固体入水和一组小固体入水后究竟有没有变化而起的，这能激起学生探究的欲望，也能让科学探究拥有更大的魅力。

问题是探究的核心，真正的科学探究不仅是一个引导学生探索问题的过程，更是一个引导学生不断发现新问题，展开新探究的过程。因此，教师应当善于引导学生不断发现并提出更具研究价值的问题。比如通过追问的方式，把学生提出的非科学问题转化成科学问题，将肤浅的科学问题转化成有价值的科学问题，将无法研究的问题转化成可以研究的问题等等。

二、探究过程激发科学思维，让探究活动充满理性

科学上把观察、实验、调查等获取事实与证据的方法，称为经验的方法；而把运用一定的符号系统对数据进行分析、比较、归纳、概括，并形成有结构的模型或结论，然后用以解释或预言自然事物发展的过程，归结为理性的过程。实际上，从问题的提出，到进行猜想与假设，再到制订研究方案，乃至实验、观察获取数据等每一个探究环节都应该充满理性的思考，理性是科学学科最基本的特征之一。真正的科学探究必须是一个引导学生展开理性思考的过程，科学理性的思维活动应该渗透于每一个探究环节。

以“猜想与假设”环节为例，如何才能从学生的猜想中剔除非科学猜想，挑选出有价值的科学猜想，这就需要一个理性思考的过程。因为，科学的猜想都应该是有根据的且必须具备可验证性。这就需要教师多问一个“为什么”，鼓励学生做出有依据的假设。第一种教学策略是围绕多维度假设展开“逐一式探究”。在实际教学中有些探究问题虽有多种假设，但并不“散乱”，而且是在教师的“预案”之中的，教师应尽量引领学生体验逐一探究求证的过程。例如：在研究“摆的快慢与什么有关”时，学生的假设无非是摆重、摆长、摆角三种；“怎样加快这颗糖在水中的溶解速度？”对这一问题的假设，学生无非是让颗粒变小、让水温变高、搅拌三种。此外，“物体运动受到的摩擦力与什么有关？”“物体的沉浮与什么因素有关？”“燃烧需要哪些条件？”等都属于这一类。第二种教学策略是从多维度假设聚焦“中心式探究”。学生提出的多种假设中，可能有一部分是课堂上没有条件进行探究求证的。这时教师需要引导学生识别有意义的、有针对性的、有可操作性的假设。例如“种子萌发必须具备哪些条件？”学生的假设可能是水、空气、阳光、温度等，这里有的条件可以让学生设计对比实验探究求证，但“空气”这一条件很难探究，也无法做到真空状态下始终保持水分等其他条件相同。教师还可以通过引导学生归类定向，促使其找到适合探究的“假设”项目，从浅层、无序的生活经验，逐步上升到深层、有序的科学方法和科学概念。如对“蜗牛”的探究，有的研究蜗牛吃什么，怎么吃；有的研究蜗牛是怎么爬行的；有的則研究蜗牛对刺激物有什么反应……

和“猜想与假设”活动一样，科学探究的其他环节也都需要教师引导学生时刻保持一颗理性的大脑，对来自实验、观察等各种活动或来自各个途径的信息进行分析、甄别、处理和选择，只有这样科学探究才会符合“科学逻辑”，也才能真正培养学生的科学素养。

三、科学精神提升科学思维，让探究活动显现终极价值

科学之所以能不断地进步与发展，除了归功于它拥有一套科学而严密的研究方法外，科学家在从事科学研究过程中所体现出的质疑、求真、实证、理性、创新、合作的科学精神也起着至关重要的作用。比如有科学教师在引导学生测量并比较运动前后人体心跳的速度时，为了让学生得到的数据更利于得出正确的结论，利用自己给学生计时的机会，故意延长测量运动后脉搏跳动次数的时间，结果造成数据偏差严重。这种教学行为显然违背了科学精神，使学生在“虚假”的数据中“思维”。试图通过这样的科学探究来培养学生的科学思维一开始就显现了它的伪科学性。

我们要重视科学知识的建构，更要重视探究过程的真实性，用“实证”的态度开展探究活动，用科学精神引领学生在实践中思维，养成良好的科学思维品质，让学生明白科学的结论是可以被证实、证伪、重复和检验的。特别是在学生探究实验后，面对不同的实验结果，教师应根据不同的情况，用恰当的方式引导学生在交流评价中学会自我反思，正确看待实验结果，强化证据意识。在小学科学课堂上，我们做得最多的是“证实”实验，学生也习惯于“实验结果与预测结果相一致”的探究实验。所以，在探究实验中，教师要不断提醒学生尊重客观事实，要实事求是地记录相关实验现象（数据）。如：在研究“摆锤的重量与摆的快慢是否有关”的实验中，教师让学生将摆绳都设置成10厘米，然后分别挂一个、两个、三个勾码逐一增加摆锤重量进行实验，如果教师不注意指导学生挂勾码的方法，往往会出现有的小组把勾码挂成一长条，无意中改变“摆长”的情况，这会造成实验数据“失真”。当实验结果与学生猜想不一致時，教师要鼓励学生进一步反思研究计划、实验方法、实验步骤等是否合理、严谨、规范，并再次实验，最终建构科学知识，深化科学思维，领悟科学探究的本质，形成实事求是的态度。

总之，在实施以学生为中心的科学探究活动中，教师要紧紧抓住学生的“科学思维”这一核心“脚手架”，从提出问题、过程调控、结论呈现等方面促进学生在积极思考中提升科学探究活动的效能，这样的科学探究活动才能激发和保护学生的好奇心，依靠和尊重学生的已有知识基础，重视学生间的相互讨论和合作，培养学生主动探究的学习态度，促进学生科学态度的养成，从而提升学生的科学素养。

【参考文献】

[1]加里·R·卡比，杰弗里·R·古德帕斯特.思维：批判性和创造性思维的跨学科研究[M].韩广忠，译.北京：中国人民大学出版社，2010.

[2]李雁冰.科学探究、科学素养与科学教育[J].全球教育展望，2008（12）：14-18.

[3]詹孝鹏.科学探究过程中的思维及其基本特征[J].扬州教育学院学报，2003（9）：62-64.