《義務教育科學課程標準》（2022年版）提出素質立意、注重綜合、加強實踐、注重思維的價值導向，要求注重探究實踐過程學生思維的深度參與，這是目前科學教學改革的重要方向。本文從對科學教育發展歷程中科學探究的剖析入手，探討科學探究的內涵，以思維型教學原理為指導，提出思維型探究的設計方式和施行要點。
對自然科學課程發展歷程中科學探究的剖析
在自然科學相關課程步入正規課堂的百年歷程中，科學探究一直被覺得是科學學習的重要方式，同時科學探究的內涵得到豐富。
19世紀中葉，以斯賓塞為代表，提出科學教育要為個體發展服務，每種學習都應當從實驗入手，經過充分觀察后進行推理，科學教育是為了獲取知識和發展推理能力[1]。20世紀初期，杜威在《科學》雜志上發表文章，提出科學教育是要為培養社會須要的人服務，需使用歸納、演繹、數學邏輯和實證等科學方式解決實踐的問題，發展思維能力[2]。20世紀下半葉，施瓦布提出科學教育要為培養有效的公民而服務，科學內容和科學方式是密不可分的，科學是因新證據出現而被更改的概念結構，學生應當以探究的方法學習科學[3]。1996年，美國《國家科學教育標準》正式提出科學探究的概念，對科學探究的內涵、方法、實施步驟作了劃分，科學探究是要幫助中學生獲取科學知識，領悟科學方式和科學思想觀念。在新一輪全球課程變革的背景下，科學課程指出對科學概念的探究建構與實踐運用，強調思維探求，強調把思維探求與動手活動相結合，同時將科學教育從科學領域擴充到工程領域，提出了科學探究和工程實踐?！读x務教育科學課程標準》（2022年版）也明晰提出培養科學核心素質要從科學觀念、科學思維、探究實踐和心態責任4個方面綜合考慮，首次將教學中仍然被忽略的科學思維列為科學素質的重要方面。
從觀察、實驗到歸納、演繹、數學邏輯和實證，再到探究方法的提出，再到科學探究的提出，再到探究實踐、科學思維的提出，可以發覺：科學教育從誕生之初就飽含著探究的思想，科學探究從一開始就與科學思維互相伴隨。作為一線科學班主任，在新課標背景下怎樣基于科學思維舉辦有效的科學探究，是教學施行中面臨的重要問題。
新課程背景下對科學探究內涵的再思索
《義務教育科學課程標準》（2022年版）對科學核心素質的探究實踐維度進行了劃分，指出了科學探究的組成要素、基本程序及本質。教學中，需要深入理解新課標中科學探究的內涵。
對新課標中科學探究內涵的解析
《義務教育科學課程標準》（2022年版）提出，“科學探究能力彰顯在：理解科學探究的通常過程和技巧；提出科學問題，并針對科學問題進行合理推測與假定；制訂計劃并收集證據，分析證據并得出結論；對結果進行解釋與評估；準確抒發觀點，反思探究過程與結果?！?span style="display:none">whQ物理好資源網(原物理ok網)
科學探究主要包括問題、證據、解釋、結論四個基本要素，一般具有提出問題、猜想假定、制訂計劃、搜集證據、處理信息、得出結論、表達交流和反省評價的八步基本流程。在探究教學過程中探究動量定理的實驗，要關注中學生親歷探究解決問題，也要關注中學生獲得對科學探究本身的理解。
對科學探究內涵的再思索
胡衛平將科學探究的內涵定義為：這是一個復雜的教與學的實踐行為，是激活中學生情感與思維的實踐行為，是依據事實證據建構科學解釋的實踐行為。從科學探究的目標和結果來看，不僅要幫助中學生產生科學探究能力、理解科學探究、形成科學觀念，還要感悟科學的研究方式[4]。從以上對科學探究內涵的劃分可知，科學探究的本質是認知建構的過程，是科學思維的過程，是合作交流的過程，是情感互動的過程?？茖W探究不僅僅是對中學生操作技能的培養，也不僅僅是一套中學生能背下來的標準化操作程序。
科學探究是一套動手實踐的操作體系。它起源于一個中學生可以研究的科學問題，在找尋問題答案的過程中，學生圍繞問題提出初步假定，針對假定舉辦觀察、測量、實驗、調查等活動，獲取信息和證據后，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生之間的交流與論證，形成共識。
科學探究是一套深入思索的方式體系。它是屬于科學學科的一套奇特的方式體系，需要將動手實踐的過程與科學方式、科學思維構建聯接。能夠支撐科學探究的科學方式主要包括觀察、實驗、測量、推理和解釋等，具有科學學科特性的思維方式主要包括科學推理、建構模型、科學論證和指責批判。
綜上可見，動手實踐是科學探究的外顯部份，科學方式是科學探究的內隱部份，而科學思維則是科學方式的重要組成部份，科學探究的過程既是動手實踐的過程，也是科學方式的運用過程，還是科學思維的過程。在探究過程中，始終伴隨著思索，始終不斷推動著中學生推理論證能力、模型建構能力、批判性思維和問題解決能力的發展。科學課堂須要施行思維型探究。
思維型探究的教學設計
作者經過多年課堂實踐，基于思維型教學原理提煉了思維型探究教學模式，即在一定的教學思想、教學理論指導下，圍繞教學目標，在一定的教學資源支持下，形成的具有相對穩定結構的教學范型。它是對復雜教學組織形式的簡潔表示，體現了教育價值取向，決定了行為規則，整合了教學方法和策略，是班主任設計課堂教學的重要契機[5]。一定的教學模式彰顯一定的教學理論或教學思想，它除了包括教學流程，還包括相應的教學目標、適切的評價標準和匹配的教學資源。同時，教師應具備相應的專業素質，并能營造良好的師生關系。
思維型探究教學模式的教學流程
思維型探究教學模式以思維型教學原理作為理論指導。思維型教學原理是由動機迸發、認知沖突、自主建構、自我監控、遷移應用5個基本原理組成的有機統一整體，既存在邏輯次序，又相互滲透[6]。思維型探究的教學設計包括5個基本環節，分別為“情境創設與問題提出”“作出假定并制定計劃”“收集證據與信息處理”“得出結論與抒發交流”和“總結反省與遷移應用”。5個基本原理支撐科學探究過程中的不同階段，在不同階段中都有科學思維的深度卷入（表1）。思維型探究要求在探究過程中，科學思維深度參與，凸顯對科學本質的理解。
思維型探究教學模式的評價標準
基于思維型教學原理，思維型探究的4條評價標準貫通整個探究過程（圖1）。
圖1 思維型探究的評價標準
教學導出誘發思維動機。教師須要創設有利于中學生積極思維的教學情境，提出恰當的探究問題，激發中學生的學習動機。
教學過程引起思維動力。明確中學生可以探究的問題，并圍繞問題設計才能引起中學生認知沖突的層級性問題，遵循科學探究的基本程序，動用科學思維方式，引導中學生親歷探究過程。
教學反省觸發思維監控。引導中學生對科學探究過程、方法、結論進行反省與交流，使得中學生對把握及運用的知識和技巧進行監控和調節。
應用拓展迸發思維遷移。需要引導中學生將獲得的科學概念、探究實踐技能和思維方式遷移應用到新的情景中，解決新問題。
思維型探究教學模式的教學資源
思維型探究是中學生主動建構概念、解決問題的過程，教師須要提供才能幫助中學生進行主動探究的系列資源，課堂教學時可以依托3種學習單支持中學生的主動思維和深入探究。
3種學習單分別為學習目標單、學習支持單和素質評價單（圖2）。學習目標的設計要聚焦科學核心素質的各個方面，從往年的三維目標轉變為新課程下的素質目標，特別是怎樣把科學思維方式目標提煉下來，對班主任而言是一個挑戰。教學設計時，只有確切提煉科學思維方式，才可能在探究活動中有效打動中學生思維的深度參與。學習支持單是課堂上供中學生探究使用的實驗記錄、觀察記錄、調查記錄、科學閱讀資料等，學習支持單的設計要基于目標，要由有效的驅動性問題鏈構成主線，在問題的支撐下，幫助中學生實現自主探究，使中學生完成低階思維到高階思維的過渡。素養評價單要基于學習目標進行設計，聚焦概念的深度建構和問題的解決。3種學習單的設計要緊緊圍繞科學核心素質，實現教學評價的一致性。
圖2 思維型探究的教學資源
思維型探究教學模式的師生關系
在思維型探究過程中，教師與中學生既是課堂的共同設計者，也是科學探究的共同親歷者，教師要對中學生的思維過程、思維特征及怎樣發展中學生的思維進行監控，進行主動設計。教師須要關注中學生學習的思維過程，幫助中學生學會抒發自己的思維過程，可以是口頭抒發、圖畫表征，還可以借助學習單幫助抒發；尊重中學生的思維特征，將中學生的自主探究與合作探究進行合理安排，促進中學生的思維互動，提高思維參與度；發展中學生的思維監控，為了保證達到預設的素質目標，要引導中學生將自己的思維本身作為思索的對象，養成主動控制和調節的能力，完善中學生的思維方法和思維品質。
思維型探究的操作要點
思維型探究的過程以解決科學問題為起點，以發覺其中的屬性、關系和規律為終點。在中學生探究過程中，要非常重視證據搜集和推理論證的指導。
圍繞問題，注重對中學生證據搜集的指導
科學以實驗證據解釋客觀世界的運行機制和事物發展的變化規律。要創設良好的環境條件，提供結構化的實驗材料，幫助中學生完成證據的搜集。學生可以在實驗室、自然界、圖書館或其他場所，通過觀察、測量、調查、動手操作獲得證據。教學時應關注以下幾點：①證據的搜集一般須要圍繞中學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小學生對事物變化和發生緣由的假定一般較為簡單，經常抒發為是或否、有或無，教師須要耐心引導，切忌拔高。③教師須要提早悉心打算探究動量定理的實驗，提供結構化的實驗材料幫助中學生完成證據的搜集。
基于證據，注重對中學生推理論證思維的指導
基于證據進行推理論證的過程，是中學生概念知識建構的過程，是一種較為復雜的認知過程。需要中學生進行證據與推論之間的科學推理，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概念。推理論證能力彰顯在基于證據與邏輯，運用剖析與綜合、比較與分類、歸納與詮釋等思維方式，建立證據與解釋之間的關系并提出合理看法。
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；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，就進一步根據獲得的證據進行推理。
歸納推理一般經歷以下幾個步驟：仔細觀察和剖析搜集到的信息或數據，不急于得出結論；對幾組信息或數據間的聯系或規律進行對比，抽取其共同點；嘗試說明所發覺的共同點，得到某個推論；通過重復驗證，確定推論是否正確。
論證指基于證據的論證，構建令人信服的論據，支持或駁斥對科學現象的解釋。論證時，要講求指導中學生分清哪些是觀點、什么是事實；能借助模型的思想剖析事物的特點及結構，在事實與觀點之間構建聯系；能借助具象概括的方式發覺事物的本質特點，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“力對物體運動狀態的改變”思維型探究教學為例說明。
在情景創設環節，學生觀察生活中人騎自行車、風吹小風車轉動、水流帶動水車轉動等現象，聯系自己的生活經驗很容易做出解釋：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。
在認知沖突環節，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……學生發覺貨車并不能運動，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，引發認知沖突，使中學生將探究聚焦于力與運動的整個過程。
在自主建構環節，學生首先要明晰假定，確定那個變量與問題有關，并剖析這個變量形成作用的前提條件；實驗設計時，要選擇實驗材料，控制起點、終點，準確操作計時器，設計好記錄表格；對獲得的數據進行剖析時，要進行歸納推理和詮釋推理，并與朋友論證自己的推論。
在自我監控階段，學生從探究過程、思考方式、數據搜集、小組合作等方面進行分享交流。
在拓展遷移階段，學生用獲得的概念、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，實現對科學概念、探究技能、思維方式的遷移應用，發展問題解決能力。
聚焦科學核心素質發展的科學課程與教學，對每個班主任都提出了新的挑戰，思維型探究教學明晰了思維深度參與探究的教學模式及操作要點，能有效培養中學生的批判性思維和問題解決能力，培養科學精神。使中學生在探究過程中感受科學知識形成的過程，潛移默化地理解科學的本質。
參考文獻
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[2] J. Dewey. as - and as [J]. ，1910．
[3] （美）韋斯特伯里，威爾科夫主編．科學、課程與通識教育——施瓦布文集[M]．郭元祥、喬翠蘭主譯．中國輕工業出版社．
[4] 胡衛平．思維型科學探究教學的理論建構[J]．課程·教材·教法，2021（06）．
[5] 李霞．核心素質價值取向的科學教學模式研究[J]．課程·教材·教法，2018（05）．
[6] 林崇德，胡衛平．思維型課堂教學的理論與實踐[J]．北京師范大學學報（社會科學版），2010．
原文登載于《中國科技教育》2022年第6期專題欄目，作者：李霞／浙江省杭州市基礎教育研究室附屬學校。中國青少年科技輔導員協會會員可點擊“閱讀原文”登錄刊物官網免費瀏覽全文。
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