摘要：科学探究可从基本程序和基本精神两方面来理解，二者统一在科学探究活动过程中。科学课程的教学若要真实反映科学探究的本来面目，就必须模拟科学探究的“形”，渗透科学探究的“神”，使探究教学与科学探究既“形似”又“神同”。

    关键词：科学探究；探究教学；模拟；渗透

    徐学福，广西师范大学教育科学学院副教授，主要研究方向为科学教育。

    《基础教育课程改革纲要(试行)》要求在教学过程中培养学生的独立性和自主性，引导学生质疑、调查和探究；教育部颁布的各门自然学科的课程标准也要求开展以探究为核心的教学。然而，到底什么是探究，各学科教学应如何引入探究，这类问题在我国尚缺乏系统研究，广大教师对此也知之甚少。本文主要从科学探究的角度讨论如何在科学课程中开展探究教学。

    一、科学探究的基本特征

    面对日渐高涨的探究热潮，很少有人再怀疑探究教学的普遍适宜性。但从历史上看，它首先是在科学课程或各门自然学科的教学中倡导起来的，其目的在于将科学家的探究引入课堂，让学生以类似科学探究的方式学习科学，使他们不仅获得科学知识，同时还掌握科学方法，培养科学态度。因此，要成功开展探究教学尤其是科学课程的探究教学，就必须对科学探究有正确的认识。

    那么，什么是科学探究?从众多的定义来看，这还是个有待明确的问题。下面列举的只是其中的两例。1.“科学探究是一般探究的‘子集’，它的对象是自然界，是在某种信仰和假设的指导下进行的。”2.“科学探究是一种系统的调查研究活动，其目的在于发现并描述物体和事物之间的关系，其特点是采用有秩序的和可重复的过程；简化调查研究对象的规模和形式；运用逻辑框架作解释和预测。探究的操作活动包括观察、提问、实验、比较、推理、概括、表达、运用及其他活动。”［1］通观这些定义，彼此虽存在分歧，但似乎都力图指出科学探究与其他探究的不同，只是不够明确，需要作进一步的诠释。我们认为可从如下两方面来加强对科学探究的理解：一是科学探究的基本程序，二是科学探究的基本精神。科学探究的基本程序表明科学探究要先做什么，后做什么，再做什么，它是从各种不同的科学探究活动过程中概括出来的，实际上是科学探究的操作性定义，与抽象定义相比，它给人的印象更加直观、具体，有利于从实践上去把握或在实践中运用。关于科学探究到底有没有共同程序，有哪些程序，下文再作说明。

    科学探究的基本精神是推动科学活动的动力，是科学活动永无止境的精神源泉，其内涵十分丰富。中外许多学者对此作了大量探索。我们认为它主要包括以下三个方面。第一，求知精神。这是科学探究的首要特征，没有它就不会有人类对宇宙万物的无穷探索。日出日落，斗转星移，花开花落，季节变换，大自然中绚丽多彩、变化万千的现象激发人们的好奇心和寻求其奥秘的欲望，当人们由此去探索，试图理解自然时，便开始了科学探究的历程，并形成了所谓的学术传统。因此可以说，是好奇心和求知欲引导人们进入科学的大门。第二，进取精神。这是假设得以建立的前提，而没有科学假设也就不会有科学验证活动，进而就不会有科学的产生和发展。正如恩格斯所说：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。”当科学家在探索过程中遇到新问题或发现新现象时，他们既立足于已有知识，又不囿于传统的理论框架，而充分发挥自己的想像力和创造力，积极大胆地提出新思想或假设。可以说，正是这种进取精神，使科学家在探求真理的过程中不唯书、不唯上，不屈服于外来压力和长官意志，也不迷信任何权威和现有理论，始终保持清醒的头脑，独立思考，敢于怀疑，大胆假设，勇于创新。第三，求实精神。探究活动要保证其科学性，假设就必须是可以被检验的，并经得起检验。对于人类的其他事业如文学、艺术或宗教，人们可以提出各种假设，它们可以具有高度创新性或神秘性，这也许没什么不合适，但在探索宇宙基础上形成的关于自然现象的假设，如果不通过检验证明它们是否有效，就无科学探究或科学活动可言。科学假设是否具有真理性，是否正确反映了客观世界的本来面目，需要科学实验来检验。经过科学验证，合理的科学假设被确立，错误的科学假设被抛弃。正是这种科学探究的求实精神，才使得科学假设或理论的真理性得以保证。也正由于此，它也成为科学之所以是科学、科学区别于宗教迷信和非科学的唯一标准。

    上述所说的科学探究的基本程序与精神，类似艺术中的“形”与“神”。科学探究的“形”与“神”紧密联系，相互依存。在现实的科学探究活动中前者是基础，后者是灵魂。没有前者，后者则失去载体，显得虚无飘渺；缺乏后者，前者会失去动力和方向。因此只有从“形”和“神”两方面来理解，才能把握科学探究的全貌。

    二、模拟科学探究的“形”

    使科学教育面向真实科学是当代科学教育改革的一个重要理念，而科学教学要与真实的科学探究相接近，就必须首先呈现出科学探究的“形”，或者说与科学探究保持“形似”。为此，我们提出通过模拟科学探究的基本程序来开展探究教学。

    如前所述，作为人类认识方式的科学探究，可从“形”和“神”两方面来认识。但对于需要开展探究教学的教育工作者而言，我们首先关注的是科学探究的基本程序，并希望以此来把握科学探究的过程特性。有许多学者提出了大同小异的科学探究程序，如有人认为科学探究的基本程序是：形成问题、建立假设、设计研究方案、检验假设、表达或交流结果；［2］也有人从比较的角度出发，认为科学探究包括形成科学研究问题、收集数据、建立假设、检验假设、交流结果这五个基本特征，学生的探究学习也要相应地体现这五个特征。［3］尽管有人反驳说，这些程序只是科学家报告其研究结果的程序，并非真正的科学探究活动程序，但许多科学教育工作者在实践中仍以此为依据来开展探究教学。

    我们认为，尽管不同的科学家有不同的研究领域，采用不同的研究方式，各自在利用数据和实验结果、使用定性或定量方法、遵循的基本原则、吸取他人研究成果方面有很大的不同，其探究活动过程仍存在一定的共同之处，即从问题开始、运用假设和理论、寻找和依靠证据、作逻辑推理、表达和交流结果等。这些共同的特征或关键要素便构成科学探究的基本程序。我国《全日制义务教育科学(7～9年级)课程标准(实验稿)》对科学探究下了与此相应的操作性定义：提出科学问题、进行猜想和假设、制定计划和设计实验、获取事实与证据、检验与评价、表达与交流。［4］当然实际的科学探究非常复杂，远不是某个简化的程序所能精确反映的，而且不同的研究者会提出不同的程序，但这并不影响人们以此为范型来设计和开展探究教学。其原因就在于教学不是科学探究本身，探究教学是类似而不等于科学探究。

    那么，教学应如何对科学探究程序进行模拟呢?任何模拟都是通过模式或模型来实现的，探究教学的实施也不例外，也要凭借探究教学模式来完成。综观现有探究教学研究，无不以探究教学模式的建立为重心，以致形成了各种各样的具体探究教学模式，这些模式在给人以启发的同时，也令人感到杂乱、迷惑，不得要领，这种情况在开展探究教学较早的美国尤其明显。有鉴于此，国外有学者在综合考查那些较为有效的探究教学模式后，将其共有的一般阶段和内容作了如下概括：1.学生参与围绕科学问题、事件或现象展开探究学习，探究活动与学生原有认识紧密相关，教师设法激起学生认知冲突，激发他们的求知欲望；2.学生通过动手实验探究问题，形成和检验假设，解决问题，解释观察结果；3.学生分析、解释数据，对自己的观点进行综合，利用各种资源构造解释客观世界的模式或模型；4.将所学知识运用于新情境，以拓宽理解，形成新技能；5.教师与学生共同回顾与评价所学内容与学习方法。［5］上述概括表明，探究教学模式的建立既要考虑科学探究的基本规范，又要考虑学生现有能力水平及发展要求，在二者之间保持一定张力。这就启发我们，科学教学在模拟科学探究的“形”时要以学生的能力水平为基础，建构和采用适合学生发展水平的探究教学模式。

    关于学生认知方式或发展水平，国内外已有大量研究，存在着多种学说，其中皮亚杰的认知发展理论为人们将科学探究程序转化为探究教学模式提供了重要理论依据。如兰本达提出的适用于小学科学教学的“探究—研讨”模式及卡普拉斯所首创后经发展并在美国中小学被广泛使用的“学习环”模式等，无不打下皮亚杰理论的深深烙印。它们都强调让学生通过手脑结合“做”科学，即在动手探索的基础上学习科学，而不是被动地“读”科学。近年来人们又尝试以建构主义学习观为基础，来研究和设计探究教学，提出了许多新模式。这些探究教学模式在目标上各有侧重，程序上有简有繁，看起来“五花八门”，但若对它们进行分类，大体上可归为以下三种：结构型探究(structured inquiry)、指导型探究(guided inquiry)、开放型探究(free inquiry)。在这三类探究教学活动中，教师的直接指导和帮助相应地越来越少，学生探究的自主性和独立性越来越强。从某种意义上说，开放型探究教学与科学探究十分相似或接近。

    可以认为，探究教学的开展虽会受到诸多因素的影响，但所确立的科学探究程序和学生认知方式无疑是建立探究教学模式的两个至关重要的依据。忽视前者教学就不能体现科学探究的特性，失去探究教学的基本规范；忽视后者探究教学就会缺乏心理基础，难以落到实处。因此说，科学课程的教学应以学生发展水平为基础对科学探究程序进行模拟。

    三、渗透科学探究的“神”

    模拟科学探究的基本程序有助于确立和提高探究教学的规范性，使教师尤其是新手教师在开展探究教学时有章可循，而不致茫然不知所措或随意而为，防止探究教学被神秘化或泛化。然而这还不够，科学教学在模拟科学探究之“形”的同时，还应渗透科学探究的“神”，以便学生从探究学习过程中领悟科学探究的本质，形成正确的科学态度，否则探究教学就会演变成对智力进行徒有形式的机械训练，无法使学生体验探究学习的乐趣，迷失探究教学的方向，最终导致他们丧失学习科学的兴趣和热情。为此，我们认为探究教学应注意解决好以下几个方面的问题。

    (一)自觉无知

    自觉无知是探究过程开始的前提。当一个人感到无知、困惑与觉醒时，也就意味着学习的开始。相反，如果一个人缺乏知识，但自己却没有意识到，学习便不会主动发生。许多人缺乏好奇心，懒于探究未知，恰恰是因为缺乏这种自觉的无知。事实上，我们每个人几乎都被已知包围着，具有已知的幻觉。生活在已知世界里，使人感到惬意和满足，以致不思进取，正所谓“我见即我知，我知即我见”。我们确信自己认识世界的方式能很好地解释亲身经历或与耳闻目睹相符合。但要开展探究，我们必须善于寻找自己已知的界限，发现已知的局限和矛盾。这就是科学家所做的。他们经常寻找局限与界限，寻找自己的理论所不能解释的现象。从根本上说，科学家总在寻找从已知通向未知的“大门”，寻找突破口，以拓宽知识范围。我们只有当有意识地挑战自己已知的局限时，才会采取探究行动。也许正因为认识到这一点，苏格拉底教学时总是声称自己一无所知，也迫使学生先放下已知的假面具，然后共同求知。因此，开展探究时教师要特别注意唤起学生的无知意识，养成自觉无知的习惯。

    这就对我们习惯的传统教学及其背后的教育观念提出巨大挑战。因为通常情况下我们组织课堂教学的方式十分不利于学生在自觉无知的基础上形成求知精神，这明显体现在我们所制定的从无知到有知的教学目标上。根据这种模式，教学以向学生呈现他们不知道的或新内容开始，教学活动结束时希望他们已掌握这些内容，然后根据其从无知到已知转变的程度评价其学习成功与否。这种教学最关心的是“学生掌握了哪些知识技能”，探究教学如果受这种目的观支配，必然会使学生认为探究的目标和理由在探究过程之外，不可避免地导致学生把教育看作是难以回避的灾祸，而不是人类精神的一种体现。因此，探究教学要求学生向反方向移动：教学应从学生的已知开始，教学结束时学生仍沉浸在多角度看问题的兴奋之中，并在把所得结论运用到新情境的过程中发现新问题，产生新的探究兴趣。换言之，学生原来的理解受到挑战，并由此形成问题，他们的思维超越寻求答案这种公认的任务。他们对问题感兴趣，被探究精神所支配，成为酷爱探究的人。

    (二)鼓励发表不同意见

    科学探究是一种有计划、有目的的活动，是在一定理论假设指导下进行的。探究学习同样应当如此，由学生对问题所作的假设性解释作指导，而不是一种散漫、徒耗精力的盲目试误过程。而且学生年龄越大，知识经验越丰富，探究能力越强，探究学习的这种目的性越应当加强。也就是说，探究教学应紧紧围绕假设的提出和检验来展开。由于学生的知识经验各异，认知水平有别，他们对同一现象或问题会形成不同的看法，提出不同的假设。对此，教师不仅不应当加以限制，反而应当大力提倡和倍加尊重。只有这样，探究教学才有可能处在学生的最近发展区并走在发展的前面，学生才有可能开展丰富多彩而又切合实际的探究学习，经历曲折的探究过程，并由此获得各方面的最佳发展。如果教师因种种原因不给学生提供充分发表自己看法的机会，为走捷径，帮学生安排好探究的路线，把学生直接引向所要获得的学习结果，那么学生所经历的就不是真正的探究，其想像力和创新能力的培养也就无从谈起，从而也就失去了开展探究教学的意义。

    探究教学的倡导者和实验者萨其曼指出，课堂上学生感到自由和小压力是开展探究教学的两个重要条件。他认为教师必须认识到并非所有学生的知识基础都相同，都能以相同的速度学习，因而教师要允许和鼓励学生大胆提出和验证自己的想法，用自己的方式解决观察结果。而自由和小压力则允许学生在同一堂课内，以不同的思维方式和学习速度取得进步。他批评当时学校过于强调统一，教师匆忙赶进度。由此给学生施加太大的压力，致使学生不能真正开展探究学习。萨其曼所提出的上述探究教学条件，实际上是让学生有提出和检验假设的自由。我们认为要做到这一点，需采取以下措施。第一，改革评价制度，不以统一或标准答案限制学生的思维，采用能反映学生真实表现与个性的评价方法；第二，消除权威对学生自信心的不良影响，改变唯上、唯书、唯师的传统文化氛围，创建重争鸣的校园文化；第三，营造融洽的课堂气氛，消除独断、专制的不良作风，鼓励学生敢于质疑，大胆表现，乐于标新立异，使学生在轻松愉快的课堂环境里养成勇于探索、勇于思考和勇于创新的习惯。

    (三)讲究证据

    儿童在成长过程中自发形成了对周围世界的日常理解或日常概念，这些日积月累的观念有助于他们理解平常所见所感，但是这些观念不一定与科学概念一致，对学习科学既可能起促进作用，也可能起阻碍作用。科学教育的重要目的之一是帮助儿童从日常概念上升到科学概念，使他们在理解自然现象或问题时能像科学家那样思考。为此，探究教学要求从学生的现有知识经验或当前概念背景出发，通过设置问题情境使他们产生疑问，然后提出假设和检验假设来促进学生的原有观念发生转变。由于学生的日常概念能成功解释他们的经历，并与其他有关观念紧密联系在一起，因而相当顽固，很难发生转变。事实上，科学学习心理学研究表明，无论是使学生的错误观念发生转变，还是在其日常观念的基础上进一步形成科学概念，都非易事，需要有大量事实或证据作支撑。这要求探究教学时，对于体现学生日常概念或理解的各种假设，无论多么幼稚可笑，教师都不要轻易作出否定或肯定性的结论，对学生进行压服，而要让学生通过多种途径收集证据来验证，从而促使学生在理解或领悟的基础上主动转变观念。如此，学生才有可能养成尊重事实、敢于批判和实事求是的科学态度。

    探究教学时教师可引导学生从以下几个方面来收集证据：一是观察，诸如观察植物、动物等自然现象，并描述它们的特征；二是测量，诸如测量温度、距离和时间，认真做好记录；三是实验，包括自然和实验室条件下的物理变化、化学反应、生物反射等；四是从校外专家、教学材料、网络以及社区可用资源中获得所需实证材料，把探究推向深入。对这些方面我国学校教育一直重视不够，因而亟待加强。我们认为探究教学需要大量材料和丰富资源，不能在设备简陋、环境贫乏的教室里进行，这正是为了给学生提供更多收集证据的机会。

    参照上述“模拟”“渗透”观，许多科学概念与定律的教学都可以进行与下面的自由落体定律的探究教学相类似的设计，从而使学习科学的过程与科学探究既形似又神同。在进行自由落体定律的探究教学时，可改变过去那种先讲定律后用实验作证明的习惯，转而采用如下做法。首先给学生呈现一端装有轻重不同物体的钱毛管(真空管)，让学生预测倒置钱毛管后管内物体下落的速度。由于学生事先并不知道管内是否真空，倒置的结果与学生根据日常经验所作的预测“轻重不同物体从同一高度同时下落，重的快，轻的慢”相冲突，从而形成问题，引发学生的探究兴趣。接着可让学生对问题的成因作解释，在教师鼓励下学生会作出种种假设性解释，典型的如“管内物体有假”“管内有什么问题”“管子太短”等。教师在不否定这些假设的前提下，可要求学生设计实验来证明这些看法。对此，学生会决定打开塞子对管内物体或“空气”进行检查，或用更长的相同管子进行检验。这时教师可根据学生是否赞同某种假设，让他们自由分成相应的小组检验假设。显然，有的假设很快被证明不成立，有的小组则发现重新塞上塞子后，管内物体下落速度与原先的预测反而一致。这时教师可启发学生探索空气阻力与物体下落的关系，并最终找出真空中各种物体的下落情况。最后，让各组学生一起交流和讨论各自的结果，对自由落体定律达成共识。此时，学生会认识到，自由落体定律是相对真空而言的，不适用于有空气的情境，同时也可能想知道，在既不同于真空又不同于日常所见空气的“其他空间”中，物体下落会是什么样子。

    当然，科学探究只是探究教学所要考虑的维度之一，我们不能忽视其他重大影响因素如学生和社会发展要求，而完全由此出发来设计和开展探究教学。从历史来看，探究教学在杜威的倡导下曾过于偏向学生的需要和兴趣，使课堂上的探究远离科学家的探究，使学校科学沦为生活科学。20世纪中期美国的课程改革运动所倡导的探究教学又过于偏向科学探究，远离学生的生活，以致过深过难，演变成枯燥乏味的智力游戏，使一般学生丧失学习科学的兴趣。因此，我们要善于吸取历史教训，在使探究教学反映科学探究本来面目的同时，尽量在学生、社会、科学之间保持一定张力，谋求三方面的共同发展。

    注：

    ［1］［2］L.W.Trowbridge,R.J.Bybee,J.C.Powell.Teaching Secondary School Science.7^thed.Columbus,Ohio:Prentice-Hall Inc.,1996.p.206,p.207.

    ［3］［5］National Research Council.Inquiry and the National Science Education Standards.Washington,DC:National Academy Press,2000.pp.34—35，pp.24—27.

    ［4］中华人民共和国教育部.全日制义务教育科学(7～9年级)课程标准(实验稿)［S］.北京：北京师范大学出版社，2001.11—12.