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[中图分类号]G632.3 [文献标识码]A [文章编号]1672～5905(2015)05～0060～06 我国中学科学新课改的突出特点和亮点之一就是科学探究，有关要求在《义务教育初中科学课程标准(2011年版)》中的各部分内容均有明确说明：课程性质指出“科学是以多样统一的自然界为研究对象的探究活动”；课程基本理念要求“必须体现科学探究的精神”；课程目标的首个分目标即为“科学探究”；课程内容将“科学探究”作为五大领域之一；教学建议之一要求“注重引导学生理解和经历科学探究的过程”；评价建议的内容包括“对科学探究的评价”。实践中，无论专家、学者还是一线教师，观念上都很认同科学探究，行动上也都富有热情进行科学探究教学尝试，但存在的突出也是较为典型的问题是科学探究教学质量不高，如表演式伪科学探究或低水平科学探究较多，由此大家对深入推进科学探究教学存有较多困惑甚至望而生畏。那么，究竟何谓优质科学探究教学?笔者结合近年与一线教师的合作研究与实践探索，对其五个方面的核心问题分别作一探讨。 一、价值取向：基于长效教学培养真正的“人” 优质科学探究教学的价值取向应是基于长效教学培养真正的“人”。这是对我国当前热捧的有效教学、高效教学的价值超越。不可否认，我国的有效教学、高效教学改革“在大规模的基础知识和技能传授上很有效，使得中国学生在这方面的平均水平比较高。用统计学的术语，叫做‘均值’较高。这从‘国际学生测评项目’(PISA)中上海学生的表现——在3个科目(阅读、数学、自然科学)中都名列前茅，可见一斑。”“与‘均值’高同时出现的另一个现象是‘方差’小。简单地说，‘方差’小就是两端的人少，出众的人少，杰出人才少，拔尖创新人才少。”“如果说在知识和技能上是高‘均值’、低‘方差’的话，那么我对中国教育问题的第三个观察是，在人的素养、价值等方面，我们的特点就是低‘均值’、高‘方差’了。这种情况不仅对经济发展不利，而且会造成更严重的社会问题。”[1]不难理解，我们现行的有效教学、高效教学，其本质上则是短效教学，更多的是围着“考试指挥棒”追求知识和技能上的高“均值”，而对如何培养真正的“人”则重视不够，从而偏离了其应然价值取向。就此，优质科学探究教学理应作一矫正。 二、教学变革：引导学生以大概念的理念逐步认识科学的本质 实现优质科学探究教学，对教师能力和教学时间的要求都将很高。基于探究的教学会大大增加理解的深度，但需要花费更多的时间，内容的广度必须要减少。因此，在推进基于探究的科学教育的同时，必然需要选定一些大概念。[2]大概念的引入积极促成了教育学的变革与进步。大概念是一种高度形式化、兼具认识论与方法论意义、普适性极强的概念；大概念已经不再仅仅是一个简单的词汇，它背后潜藏着一个意义的世界，它超出了一个普通概念的应有内涵与外延，作为一种深刻思想、学说的负载体，已成为“思想之网”的联结枢纽；大概念发挥革新理念、活跃学术、推动理论变革与进步的重要作用正频频得到许多有识之士的关注。[3]为此，一个由经验丰富的科学家和工程师、长期从事科学教育的教育家参与的国际专家组选定了科学中的14个大概念(见表1)，可供我们参考。
教学变革的关键，是引导学生以大概念的理念逐步认识科学的本质。实践表明，认识科学本质不仅“有助于促进学生科学认知、科学探究能力和科学情感态度等方面的发展，有助于提高学生的科学素养”[5]，而且有助于促进学生建构和理解科学大概念，以及有助于学生理解与解决与他们生活相关的事件和现象。那么，究竟什么是科学?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。[6]就优质科学探究教学而言，就是从三个层次来把握科学的本质：一是科学知识；二是习得科学知识的过程，包括科学方法、科学态度、科学精神等；三是习惯于用科学思维决策和处理生活中的实际问题。 科学方法作为科学本质的重要内容，是促使优质科学探究教学能够“落地”的重要载体。对此，物理学大师费恩曼有着独到的见解：“科学是一种方法，它教导人们：一些事物是如何被了解的，不了解的还有些什么，对于了解的，现在又了解到什么程度(因为任何事物都没有被绝对了解)，如何对待疑问和不确定性，依据的法则是什么，如何思考问题并作出判断，如何区别真理与欺骗，真理与虚饰……在对科学的学习中，你学会通过试验和误差来处理问题，养成一种独创精神和自由探索精神，这比科学本身的价值更巨大。还要学会问自己：‘有没有更好的办法来做?’”[7]从中不难得出，简言之，科学方法实际上就是处理实际问题的思维方式与行为方式。就中小学科学而言，较常用的科学方法有观察、猜想与假设、测量、分类、推理、控制变量、解释、比较、类比、转换、等效替代、理想实验、建模、估算(测)、图示、表达与交流、数学等。[8]为引导学生更好地理解和运用科学方法，我们有必要把握好其要义和运用要点。例如“解释法”，其要义是“在观察的基础上进行思考，合理地说明事物变化的原因，事物之间的联系，或者是事物发展的规律等”，运用要点主要有“一是需要依据必要的科学知识；二是要有逻辑性；三是要与当前人们接受的科学知识保持一致；四是必须与观察结果相一致；五是最好能预测还能产生新的疑问”。 三、核心特征：让每一个学生都积极思考 课堂教学本质上应是师生共同发现问题、提出问题、解决问题以及评价问题解决的思维过程，科学探究教学的本质也是如此。科学探究过程始终贯穿着各种思维活动，如比较、分类、判断、归纳、演绎、想象和分析、综合等，在探究教学要注意培养学生思维技能和能力。[9]由此，优质科学探究教学的核心特征应是让每一个学生都积极思考，而不是很多教师误认为的“六要素”(提出问题；提出猜想和假设；制定探究方案；获取事实与证据；解释、检验与评价；表达与交流)，它只是科学探究教学的其中一种外在表现形式。可以说，科学探究过程中学生是否进行科学思维，这是判别科学探究“真”与“伪”的最基本尺度。[10]同时，这也很好地回答了新课程“把课堂还给学生，究竟应该还什么”这一问题，毫无疑问就是思维。也就是说，把课堂还给学生并不是要求一定要有多大比例的时间交由学生自主或小组合作活动，而是要最大可能地还给学生思维。即使教师采用讲授式教学，但若其讲授是通过一个又一个问题(链)启发着学生思考，其实质上就是把课堂还给了学生。相反，即使一堂课有大量的时间都是学生自主或小组合作活动，并且气氛热烈，但若不能做到让每一个学生都积极思考，其实质上就没有真正把课堂还给学生。 简要地讲，科学思维就是一种实证的思维方式，一种建立在事实和逻辑基础上的理性思考。相应地，课堂情境中的学习(模型见图1)应是：学生自主或在同伴尤其教师的帮助下，联系已有知识和经验，通过一定的活动，对能激发思考的问题(链)通过思考有所发现并能表达、应用和反思，从而逐步达成学习目标并能持久保持。[11]该定义不仅表明学习本质上是思维活动，而且体现了学习发生的水平(学习一般是渐进的过程，也不排除“顿悟”之类的高级思维)，与优质科学探究教学让每一个学生都积极思考的核心特征不谋而合。 此外，以上学习的定义完全匹配思维型课堂教学的基本原理：[12]第一，激起“认知冲突”。学生心理发展的内因或内部矛盾是学生心理不断发展的动力。在课堂教学中，这种矛盾是促进学生积极思维和主动学习的动力。根据课堂教学目标，抓住教学重点，联系已有经验，设计一些能够使学生产生认知冲突的问题(链)，以此激发学生的参与欲望，启发学生积极思维，引导学生在探究问题的过程中领悟方法、学会知识、发展能力，主动完成认知识结构的构建过程。第二，突出“自主建构”。体现了建构主义关于认知建构的思想：学习是一个积极主动建构的过程，教学是学生主动建构知识的过程。课堂教学中使学生积极主动的思维，促进学生思维结构的发展，教师必须搭建“脚手架”，如采取恰当地列举生活中的典型事例，唤起学生已有的感性认识，运用观察和实验来展示有关事物发生、发展和变化的现象和过程，联系学生已学知识进行教学。同时注重课堂互动：情感互动是基础，行为互动是表现，思维互动是核心。第三，关注“自我监控”。思维的自我监控，是自我意识在思维中的表现，是思维结构的顶点或最高形式。在每一次探究活动将近结束时，教师都应引导学生对学习对象、学习过程、思维方式、所学知识和方法等，进行总结和反思。通过总结和反思，使学生加深对知识和方法的理解，总结学习中的经验和教训，形成自己的认知策略，发展自己的认知结构，提高自我监控能力。第四，注重“应用迁移”。知识、技能与智力思维有密切的关系。应用概念、规律、理论解决实际问题，是学习知识的目的，也是检验知识掌握情况的主要标志，还是加深理解的重要环节。重视知识和方法的应用和迁移，对学生加深理解知识，提高思维能力，具有重要的作用。
图1 课堂情境中的学习 四、实现路径：设计优质的问题并配以合适的策略 根据“促进课堂情境中学习”的关键条件即“优质的课堂教学问题配以合适的教学策略”，[13]优质科学探究教学的实现路径应是设计优质的探究问题并配以合适的探究策略。的确，近年合作学校的教学实践成效也足以佐证这一结论：学生不仅能够从科学的小概念逐步建构与理解大概念，而且发展了较高水平的思维能力；尤为可喜的是，较多的学生不仅变得爱科学、善于用科学，而且能够熟练应用科学思维决策和处理实际问题。 何谓优质的科学探究教学问题?联系到优质科学探究教学的价值取向、教学变革、核心特征等，优质的科学探究教学问题至少应满足：第一，从认知水平上，能让所有基础差的学生可以找到探究的起跑点，也能让基础好的学生找到探究的起跳点，总之要能做到让每一个学生都积极思考；第二，从显性与隐性教育目标上，不应是让学生仅仅去获得一堆由科学事实、科学概念、科学原理和科学理论等堆砌的科学知识，而应是实现一个趋向于核心概念的进展过程，以及在此过程中能够促进学生多元能力的发展与提升。进一步借鉴“评价课堂教学问题的量规”[14]，建构如下的优质科学探究教学问题的评价量规(见表2)。
事实上，该量规也是指导教师设计优质科学探究教学问题的实用工具。例如，针对浙教版八年级科学《原子结构的模型》，可在此量规指导下设计如下探究问题： 阅读相关材料，完成以下问题： 1.请你以适当形式表达原子结构模型的演变过程； 2.科学家们在认识原子结构的过程中，都用到了哪些科学方法以及是如何应用的； 3.请你结合实例说明“建立模型需要一个不断完善、不断修正的过程，这样才能更接近事物的本质”。 可以看出，问题1不仅兼顾到原子结构概念建构，而且更有助于学生发展学习能力。问题2重在科学方法教育。问题3将“迫使”学生以大概念理念逐步认识建立模型的本质，也就是通过一系列原子结构的实物模型逐步建立思维模型即“建立模型需要一个不断完善、不断修正的过程，这样才能更接近事物的本质”。以上三个探究问题不仅与优质科学探究教学的价值取向、教学变革以及核心特征完全吻合，而且认知上符合最近发展区理论，既可以让基础差的学生起跑，也可以让基础较好的学生起跳。 配以怎样的探究策略谓之合适?实践表明，就是围绕探究教学问题的发现、提出、解决以及评价，教师(包括学生)在合适的时间为学生提供半结构性支持。显见，我们至少应从合适的时间和半结构性支持两个维度系统地选用合适的探究策略，是否合适的唯一评判标准就是能否让每一个学生都积极思考，这也是是否体现科学探究的精神的重要判据。 五、两大范式：归纳探究与演绎探究 理清科学探究教学的类型或范式，一方面有助于我们对科学探究教学的多样性有比较完整而具体的认识，另一方面有助于我们把握每种类型的内在规律从而更能进行优质科学探究教学。有学者根据不同的标准，将科学探究教学分为不同的类型：实验探究与非实验探究；完整探究与部分探究；定向探究与自由探究；亲历的探究与“探究的探究”；发现式探究与接受式探究；归纳式探究与演绎式探究；课内探究与课外探究；独立探究与合作探究。[15]其实，按照探究主体思维方式的不同，众多探究类型不外乎两种范式——归纳探究与演绎探究。前者以实验探究为主，后者以理论探究为主，实际的探究以混合探究居多。 科学教学既需要对学生进行归纳式探究的训练，也需要对学生进行演绎式探究训练。[16] 例如，针对浙教版九年级科学《定滑轮和动滑轮》，建议安排两课时完成归纳和演绎两种探究训练。第一课时可参照教材的设计，进行归纳探究。针对第二课时，不少教师将其定位为习题课，基本以理论灌输为主，鲜见科学方法教育，效果不甚理想。如果转变观念将其定位为演绎探究课(理论探究：通过定滑轮的拉力与钩码的重有什么样的关系?动滑轮又是什么关系呢?)，并且注重强化科学方法教育(按照“选取研究对象→进行受力分析→建立平衡方程→解方程→讨论科学意义”的思维与行为方式，针对定滑轮进行教师引导探究，而动滑轮则让学生自主探究)，教学效果将非常好。
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