《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）提出素質(zhì)立意、注重綜合、加強實踐、注重思維的價值導(dǎo)向，要求注重探究實踐過程學(xué)生思維的深度參與，這是目前科學(xué)教學(xué)改革的重要方向。本文從對科學(xué)教育發(fā)展歷程中科學(xué)探究的剖析入手，探討科學(xué)探究的內(nèi)涵，以思維型教學(xué)原理為指導(dǎo)，提出思維型探究的設(shè)計方式和施行要點。
對自然科學(xué)課程發(fā)展歷程中科學(xué)探究的剖析
在自然科學(xué)相關(guān)課程步入正規(guī)課堂的百年歷程中，科學(xué)探究一直被覺得是科學(xué)學(xué)習(xí)的重要方式，同時科學(xué)探究的內(nèi)涵得到豐富。
19世紀(jì)中葉，以斯賓塞為代表，提出科學(xué)教育要為個體發(fā)展服務(wù)，每種學(xué)習(xí)都應(yīng)當(dāng)從實驗入手，經(jīng)過充分觀察后進行推理，科學(xué)教育是為了獲取知識和發(fā)展推理能力[1]。20世紀(jì)初期，杜威在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章，提出科學(xué)教育是要為培養(yǎng)社會須要的人服務(wù)，需使用歸納、演繹、數(shù)學(xué)邏輯和實證等科學(xué)方式解決實踐的問題，發(fā)展思維能力[2]。20世紀(jì)下半葉，施瓦布提出科學(xué)教育要為培養(yǎng)有效的公民而服務(wù)，科學(xué)內(nèi)容和科學(xué)方式是密不可分的，科學(xué)是因新證據(jù)出現(xiàn)而被更改的概念結(jié)構(gòu)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)以探究的方法學(xué)習(xí)科學(xué)[3]。1996年，美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》正式提出科學(xué)探究的概念，對科學(xué)探究的內(nèi)涵、方法、實施步驟作了劃分，科學(xué)探究是要幫助中學(xué)生獲取科學(xué)知識，領(lǐng)悟科學(xué)方式和科學(xué)思想觀念。在新一輪全球課程變革的背景下，科學(xué)課程指出對科學(xué)概念的探究建構(gòu)與實踐運用，強調(diào)思維探求，強調(diào)把思維探求與動手活動相結(jié)合，同時將科學(xué)教育從科學(xué)領(lǐng)域擴充到工程領(lǐng)域，提出了科學(xué)探究和工程實踐。《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）也明晰提出培養(yǎng)科學(xué)核心素質(zhì)要從科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐和心態(tài)責(zé)任4個方面綜合考慮，首次將教學(xué)中仍然被忽略的科學(xué)思維列為科學(xué)素質(zhì)的重要方面。
從觀察、實驗到歸納、演繹、數(shù)學(xué)邏輯和實證，再到探究方法的提出，再到科學(xué)探究的提出，再到探究實踐、科學(xué)思維的提出，可以發(fā)覺：科學(xué)教育從誕生之初就飽含著探究的思想，科學(xué)探究從一開始就與科學(xué)思維互相伴隨。作為一線科學(xué)班主任，在新課標(biāo)背景下怎樣基于科學(xué)思維舉辦有效的科學(xué)探究，是教學(xué)施行中面臨的重要問題。
新課程背景下對科學(xué)探究內(nèi)涵的再思索
《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）對科學(xué)核心素質(zhì)的探究實踐維度進行了劃分，指出了科學(xué)探究的組成要素、基本程序及本質(zhì)。教學(xué)中，需要深入理解新課標(biāo)中科學(xué)探究的內(nèi)涵。
對新課標(biāo)中科學(xué)探究內(nèi)涵的解析
《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）提出，“科學(xué)探究能力彰顯在：理解科學(xué)探究的通常過程和技巧；提出科學(xué)問題，并針對科學(xué)問題進行合理推測與假定；制訂計劃并收集證據(jù)，分析證據(jù)并得出結(jié)論；對結(jié)果進行解釋與評估；準(zhǔn)確抒發(fā)觀點，反思探究過程與結(jié)果。”
科學(xué)探究主要包括問題、證據(jù)、解釋、結(jié)論四個基本要素，一般具有提出問題、猜想假定、制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達交流和反省評價的八步基本流程。在探究教學(xué)過程中探究動量定理的實驗，要關(guān)注中學(xué)生親歷探究解決問題，也要關(guān)注中學(xué)生獲得對科學(xué)探究本身的理解。
對科學(xué)探究內(nèi)涵的再思索
胡衛(wèi)平將科學(xué)探究的內(nèi)涵定義為：這是一個復(fù)雜的教與學(xué)的實踐行為，是激活中學(xué)生情感與思維的實踐行為，是依據(jù)事實證據(jù)建構(gòu)科學(xué)解釋的實踐行為。從科學(xué)探究的目標(biāo)和結(jié)果來看，不僅要幫助中學(xué)生產(chǎn)生科學(xué)探究能力、理解科學(xué)探究、形成科學(xué)觀念，還要感悟科學(xué)的研究方式[4]。從以上對科學(xué)探究內(nèi)涵的劃分可知，科學(xué)探究的本質(zhì)是認(rèn)知建構(gòu)的過程，是科學(xué)思維的過程，是合作交流的過程，是情感互動的過程。科學(xué)探究不僅僅是對中學(xué)生操作技能的培養(yǎng)，也不僅僅是一套中學(xué)生能背下來的標(biāo)準(zhǔn)化操作程序。
科學(xué)探究是一套動手實踐的操作體系。它起源于一個中學(xué)生可以研究的科學(xué)問題，在找尋問題答案的過程中，學(xué)生圍繞問題提出初步假定，針對假定舉辦觀察、測量、實驗、調(diào)查等活動，獲取信息和證據(jù)后，運用歸納、推理、論證、建模等思維方式進行解釋，最后通過班主任與中學(xué)生之間的交流與論證，形成共識。
科學(xué)探究是一套深入思索的方式體系。它是屬于科學(xué)學(xué)科的一套奇特的方式體系，需要將動手實踐的過程與科學(xué)方式、科學(xué)思維構(gòu)建聯(lián)接。能夠支撐科學(xué)探究的科學(xué)方式主要包括觀察、實驗、測量、推理和解釋等，具有科學(xué)學(xué)科特性的思維方式主要包括科學(xué)推理、建構(gòu)模型、科學(xué)論證和指責(zé)批判。
綜上可見，動手實踐是科學(xué)探究的外顯部份，科學(xué)方式是科學(xué)探究的內(nèi)隱部份，而科學(xué)思維則是科學(xué)方式的重要組成部份，科學(xué)探究的過程既是動手實踐的過程，也是科學(xué)方式的運用過程，還是科學(xué)思維的過程。在探究過程中，始終伴隨著思索，始終不斷推動著中學(xué)生推理論證能力、模型建構(gòu)能力、批判性思維和問題解決能力的發(fā)展。科學(xué)課堂須要施行思維型探究。
思維型探究的教學(xué)設(shè)計
作者經(jīng)過多年課堂實踐，基于思維型教學(xué)原理提煉了思維型探究教學(xué)模式，即在一定的教學(xué)思想、教學(xué)理論指導(dǎo)下，圍繞教學(xué)目標(biāo)，在一定的教學(xué)資源支持下，形成的具有相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的教學(xué)范型。它是對復(fù)雜教學(xué)組織形式的簡潔表示，體現(xiàn)了教育價值取向，決定了行為規(guī)則，整合了教學(xué)方法和策略，是班主任設(shè)計課堂教學(xué)的重要契機[5]。一定的教學(xué)模式彰顯一定的教學(xué)理論或教學(xué)思想，它除了包括教學(xué)流程，還包括相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)、適切的評價標(biāo)準(zhǔn)和匹配的教學(xué)資源。同時，教師應(yīng)具備相應(yīng)的專業(yè)素質(zhì)，并能營造良好的師生關(guān)系。
思維型探究教學(xué)模式的教學(xué)流程
思維型探究教學(xué)模式以思維型教學(xué)原理作為理論指導(dǎo)。思維型教學(xué)原理是由動機迸發(fā)、認(rèn)知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控、遷移應(yīng)用5個基本原理組成的有機統(tǒng)一整體，既存在邏輯次序，又相互滲透[6]。思維型探究的教學(xué)設(shè)計包括5個基本環(huán)節(jié)，分別為“情境創(chuàng)設(shè)與問題提出”“作出假定并制定計劃”“收集證據(jù)與信息處理”“得出結(jié)論與抒發(fā)交流”和“總結(jié)反省與遷移應(yīng)用”。5個基本原理支撐科學(xué)探究過程中的不同階段，在不同階段中都有科學(xué)思維的深度卷入（表1）。思維型探究要求在探究過程中，科學(xué)思維深度參與，凸顯對科學(xué)本質(zhì)的理解。
思維型探究教學(xué)模式的評價標(biāo)準(zhǔn)
基于思維型教學(xué)原理，思維型探究的4條評價標(biāo)準(zhǔn)貫通整個探究過程（圖1）。
圖1 思維型探究的評價標(biāo)準(zhǔn)
教學(xué)導(dǎo)出誘發(fā)思維動機。教師須要創(chuàng)設(shè)有利于中學(xué)生積極思維的教學(xué)情境，提出恰當(dāng)?shù)奶骄繂栴}，激發(fā)中學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。
教學(xué)過程引起思維動力。明確中學(xué)生可以探究的問題，并圍繞問題設(shè)計才能引起中學(xué)生認(rèn)知沖突的層級性問題，遵循科學(xué)探究的基本程序，動用科學(xué)思維方式，引導(dǎo)中學(xué)生親歷探究過程。
教學(xué)反省觸發(fā)思維監(jiān)控。引導(dǎo)中學(xué)生對科學(xué)探究過程、方法、結(jié)論進行反省與交流，使得中學(xué)生對把握及運用的知識和技巧進行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。
應(yīng)用拓展迸發(fā)思維遷移。需要引導(dǎo)中學(xué)生將獲得的科學(xué)概念、探究實踐技能和思維方式遷移應(yīng)用到新的情景中，解決新問題。
思維型探究教學(xué)模式的教學(xué)資源
思維型探究是中學(xué)生主動建構(gòu)概念、解決問題的過程，教師須要提供才能幫助中學(xué)生進行主動探究的系列資源，課堂教學(xué)時可以依托3種學(xué)習(xí)單支持中學(xué)生的主動思維和深入探究。
3種學(xué)習(xí)單分別為學(xué)習(xí)目標(biāo)單、學(xué)習(xí)支持單和素質(zhì)評價單（圖2）。學(xué)習(xí)目標(biāo)的設(shè)計要聚焦科學(xué)核心素質(zhì)的各個方面，從往年的三維目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)樾抡n程下的素質(zhì)目標(biāo)，特別是怎樣把科學(xué)思維方式目標(biāo)提煉下來，對班主任而言是一個挑戰(zhàn)。教學(xué)設(shè)計時，只有確切提煉科學(xué)思維方式，才可能在探究活動中有效打動中學(xué)生思維的深度參與。學(xué)習(xí)支持單是課堂上供中學(xué)生探究使用的實驗記錄、觀察記錄、調(diào)查記錄、科學(xué)閱讀資料等，學(xué)習(xí)支持單的設(shè)計要基于目標(biāo)，要由有效的驅(qū)動性問題鏈構(gòu)成主線，在問題的支撐下，幫助中學(xué)生實現(xiàn)自主探究，使中學(xué)生完成低階思維到高階思維的過渡。素養(yǎng)評價單要基于學(xué)習(xí)目標(biāo)進行設(shè)計，聚焦概念的深度建構(gòu)和問題的解決。3種學(xué)習(xí)單的設(shè)計要緊緊圍繞科學(xué)核心素質(zhì)，實現(xiàn)教學(xué)評價的一致性。
圖2 思維型探究的教學(xué)資源
思維型探究教學(xué)模式的師生關(guān)系
在思維型探究過程中，教師與中學(xué)生既是課堂的共同設(shè)計者，也是科學(xué)探究的共同親歷者，教師要對中學(xué)生的思維過程、思維特征及怎樣發(fā)展中學(xué)生的思維進行監(jiān)控，進行主動設(shè)計。教師須要關(guān)注中學(xué)生學(xué)習(xí)的思維過程，幫助中學(xué)生學(xué)會抒發(fā)自己的思維過程，可以是口頭抒發(fā)、圖畫表征，還可以借助學(xué)習(xí)單幫助抒發(fā)；尊重中學(xué)生的思維特征，將中學(xué)生的自主探究與合作探究進行合理安排，促進中學(xué)生的思維互動，提高思維參與度；發(fā)展中學(xué)生的思維監(jiān)控，為了保證達到預(yù)設(shè)的素質(zhì)目標(biāo)，要引導(dǎo)中學(xué)生將自己的思維本身作為思索的對象，養(yǎng)成主動控制和調(diào)節(jié)的能力，完善中學(xué)生的思維方法和思維品質(zhì)。
思維型探究的操作要點
思維型探究的過程以解決科學(xué)問題為起點，以發(fā)覺其中的屬性、關(guān)系和規(guī)律為終點。在中學(xué)生探究過程中，要非常重視證據(jù)搜集和推理論證的指導(dǎo)。
圍繞問題，注重對中學(xué)生證據(jù)搜集的指導(dǎo)
科學(xué)以實驗證據(jù)解釋客觀世界的運行機制和事物發(fā)展的變化規(guī)律。要創(chuàng)設(shè)良好的環(huán)境條件，提供結(jié)構(gòu)化的實驗材料，幫助中學(xué)生完成證據(jù)的搜集。學(xué)生可以在實驗室、自然界、圖書館或其他場所，通過觀察、測量、調(diào)查、動手操作獲得證據(jù)。教學(xué)時應(yīng)關(guān)注以下幾點：①證據(jù)的搜集一般須要圍繞中學(xué)生對問題的解釋性假定展開，需利用實驗儀器、實驗器材等。②小學(xué)生對事物變化和發(fā)生緣由的假定一般較為簡單，經(jīng)常抒發(fā)為是或否、有或無，教師須要耐心引導(dǎo)，切忌拔高。③教師須要提早悉心打算探究動量定理的實驗，提供結(jié)構(gòu)化的實驗材料幫助中學(xué)生完成證據(jù)的搜集。
基于證據(jù)，注重對中學(xué)生推理論證思維的指導(dǎo)
基于證據(jù)進行推理論證的過程，是中學(xué)生概念知識建構(gòu)的過程，是一種較為復(fù)雜的認(rèn)知過程。需要中學(xué)生進行證據(jù)與推論之間的科學(xué)推理，需要對自己的論證展開批判性思索，需要在與其他朋友進行交流與分享、辯護與抨擊的過程中逐步建構(gòu)概念。推理論證能力彰顯在基于證據(jù)與邏輯，運用剖析與綜合、比較與分類、歸納與詮釋等思維方式，建立證據(jù)與解釋之間的關(guān)系并提出合理看法。
推理有歸納推理和演繹推理2種方式。
演繹推理的過程大致有以下幾個步驟：確定是那個誘因或變量與所解決的問題有關(guān)；分析該變量形成作用時，必須具備的前提條件是哪些；如果條件符合，就進一步根據(jù)獲得的證據(jù)進行推理。
歸納推理一般經(jīng)歷以下幾個步驟：仔細(xì)觀察和剖析搜集到的信息或數(shù)據(jù)，不急于得出結(jié)論；對幾組信息或數(shù)據(jù)間的聯(lián)系或規(guī)律進行對比，抽取其共同點；嘗試說明所發(fā)覺的共同點，得到某個推論；通過重復(fù)驗證，確定推論是否正確。
論證指基于證據(jù)的論證，構(gòu)建令人信服的論據(jù)，支持或駁斥對科學(xué)現(xiàn)象的解釋。論證時，要講求指導(dǎo)中學(xué)生分清哪些是觀點、什么是事實；能借助模型的思想剖析事物的特點及結(jié)構(gòu)，在事實與觀點之間構(gòu)建聯(lián)系；能借助具象概括的方式發(fā)覺事物的本質(zhì)特點，能比較全面地剖析問題的各類影響誘因，進而獲得推論。
下面以“力對物體運動狀態(tài)的改變”思維型探究教學(xué)為例說明。
在情景創(chuàng)設(shè)環(huán)節(jié)，學(xué)生觀察生活中人騎自行車、風(fēng)吹小風(fēng)車轉(zhuǎn)動、水流帶動水車轉(zhuǎn)動等現(xiàn)象，聯(lián)系自己的生活經(jīng)驗很容易做出解釋：給物體施加力，物體才能運動上去，而且力越大物體運動越快。
在認(rèn)知沖突環(huán)節(jié)，教師演示實驗：給貨車施加拉力，這個拉力來自曲別針的重力，1個、2個、3個……20個……學(xué)生發(fā)覺貨車并不能運動，并不是只要給物體施加力就一定能運動上去，這與最初的解釋偏頗，引發(fā)認(rèn)知沖突，使中學(xué)生將探究聚焦于力與運動的整個過程。
在自主建構(gòu)環(huán)節(jié)，學(xué)生首先要明晰假定，確定那個變量與問題有關(guān)，并剖析這個變量形成作用的前提條件；實驗設(shè)計時，要選擇實驗材料，控制起點、終點，準(zhǔn)確操作計時器，設(shè)計好記錄表格；對獲得的數(shù)據(jù)進行剖析時，要進行歸納推理和詮釋推理，并與朋友論證自己的推論。
在自我監(jiān)控階段，學(xué)生從探究過程、思考方式、數(shù)據(jù)搜集、小組合作等方面進行分享交流。
在拓展遷移階段，學(xué)生用獲得的概念、方法、技能解決實際問題，例如制做汽球動力面包車、橡筋動力面包車、重力貨車等，實現(xiàn)對科學(xué)概念、探究技能、思維方式的遷移應(yīng)用，發(fā)展問題解決能力。
聚焦科學(xué)核心素質(zhì)發(fā)展的科學(xué)課程與教學(xué)，對每個班主任都提出了新的挑戰(zhàn)，思維型探究教學(xué)明晰了思維深度參與探究的教學(xué)模式及操作要點，能有效培養(yǎng)中學(xué)生的批判性思維和問題解決能力，培養(yǎng)科學(xué)精神。使中學(xué)生在探究過程中感受科學(xué)知識形成的過程，潛移默化地理解科學(xué)的本質(zhì)。
參考文獻
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原文登載于《中國科技教育》2022年第6期專題欄目，作者：李霞／浙江省杭州市基礎(chǔ)教育研究室附屬學(xué)校。中國青少年科技輔導(dǎo)員協(xié)會會員可點擊“閱讀原文”登錄刊物官網(wǎng)免費瀏覽全文。
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