在探究中学习探究、理解探究

摘　要：以中美“密度”教材的比较与思考为切入点，对科学探究的本质特征、科学探究的课程理念、科学探究的教学策略等进行了较为详细的阐述，以期能使我们在比较中更好地开展科学教育和科学探究。

关键词：科学探究特征；科学探究课程理念；科学探究教学策略；中美“密度”教材比较与思考

探究学习是20世纪50年代美国掀起的教育现代化运动中由美国著名科学家、芝加哥大学教授施瓦布(J.J.J.Schwab)提出的。它在观念上倡导平等、开放、民主，在过程中倡导自主、体验、个性，在形式上倡导生动、多样、有趣。它不仅强调通过探究去学习知识，更关注在探究中学习探究、理解探究，提高学生的探究能力。

与探究学习相适应，有关科学课程教材内容的选择和编写与传统教材相比发生了很大的变化。科学作为一种社会精神生活现象和社会意识的一种特殊形态，它不仅仅是关于自然、社会和思维等各个领域和各个方面的具体规律性知识的理论体系(静态结构)，而且是人类获得知识的社会认识活动(动态构建)。本文在认真研读和比较中美“密度”教材的基础上，对科学探究本质进行研究。

1　科学探究的基本特征

科学是一种人类努力探究的事业。作为一种求知的过程，科学中的探究与科学教育中的探究有许多相似之处。科学探究活动一般包括这样几个环节：问题→事实(证据)→解释→评价→发表与交流。探究并不仅仅包含上述几个简单的环节，它们在流程上相互联系，在内容上更是相互渗透。

科学教育中的“探究是一种复杂的学习活动，需要做观察，需要提问题，需要查阅书刊及其他信息源以便了解已有的知识；需要设计调查和研究方案；需要根据实验证据来核查已有的结论；需要运用各种手段来收集、分析和解释数据；需要提出答案、解释和预测；需要把结果告之于人。探究需要明确假设，需要运用判断思维和逻辑思维，需要考虑其他可能的解释。”为促使学生形成探究的习惯和对探究特征的深刻认识，必须让学生直接参与探究的活动和不间断的实践，让他们在探究中体验探究、学习探究和理解探究。

2　科学探究的课程理念

科学探究指的是科学家们用于研究自然界并基于此种研究获得的证据提出种种解释的途径，科学探究也指的是学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。尽管学生是使用探究法学习科学知识，而科学家是在努力增进人类对自然界的了解，但学生和科学家所从事的活动和思维过程有许多相似之处；尽管学生的探究及其结果也大多不会如科学家那样对增进人类的知识有所贡献，但它对学生个体的成长和未来社会的发展却有着十分重要的意义。

科学探究对学生的认知能力有较高的要求，也需要学生较高的智力投入，因而有利于激发学生的智慧潜能、培养学生的内在动机、深刻领会和掌握探究的学习结果，而且有利于提高学生的探究技巧、发展学生的探究能力。爱因斯坦曾经说过：“结论几乎总是以完成的形式出现在读者面前，读者体会不到探索和发现的喜悦，感觉不到思想形成的生动过程，也很难达到清楚地理解全部情况。”这段话深刻切中目前世界范围内基础科学教育的要害。为了改变这一只重科学静态结果而忽视科学动态建构和发展的状况，《美国国家科学教育标准》把探究放在了十分突出的位置上，强调学生对科学的探究，在探究中学习探究、理解探究，在探究中学习科学、并进而在探究中体验科学的奇妙和伟大。科学探究业以成为现代科学教育最为重要的课程理念。

3　美国“密度”教材的探究特色

科学探究的课程理念的贯彻与落实最终体现在教材这一课程载体上。美国国家研究理事会和国家科学资源中心在国家科学基金会的支持下为科学教育的课程建设做了大量的工作，创造出一种以探究为出发点、以实验活动为中心、注重让学生“从做中学”的新课程，充分体现了科学教育的探究特色。

在这部教材中，有关“密度”的教学内容共有4课(Ｌ2—Ｌ5)，一共安排了8个探究性实验。在测定密度探究实验2.1中，要求学生在分别测量对应不同体积下水的质量的基础上，通过计算1ｃｍ3体积水的质量，从而发现这是一个(在当时室温下)不变的量。在探究实验2.2和2.3中，要求学生进一步测量和比较规则形状物体和不规则形状物体的组成物质的密度，理解密度是物质的属性，并可据此来鉴定物质。在测定空气密度的探究实验4.1中，让学生自己发现空气也有质量、也有密度，并要求学生思考各组测得的空气密度为什么彼此不同。探究实验5.1和5.2分别是让学生根据密度随温度的变化来制作液体温度计和气体温度计，而探究实验5.3则是教师演示双金属片的受热膨胀现象，学生观察、思考、讨论和探究。

“密度”教材的探究特色除了集中表现在上述以探究实验为中心、要学生自己思考并从中得出结论外，它还较多地介绍了科学的历史发展和科学的广阔社会背景，因而容易使学生感到：科学就在我们身边、科学探究无处不在、探究是学习科学的有效途径、我们的探究与科学家的探究没有什么本质不同。

4　选择与探究相适应的教学策略

科学探究的课程理念不仅反映在教材上，而且反映在教学方法、教学策略的选择上。这就意味着我们在教学中不仅要关注学生“知道什么”，更要关注学生“怎样才能知道”。

从教学策略的视角来看，科学探究更强调把教学策略建立在学生身上，因为这关系到谁是信息处理的控制点(主角)。在这种教学中，强调学生积极主动地把探究中获取的新信息与他们原有的认知结构联系起来，对信息的处理更加深入，并鼓励学生使用、实践和改善他们的探究学习策略，在提高自身学会学习的能力同时，更好地学习探究和理解探究。

传统的科学教学主要关注学生“知道什么”，因此大多采用课堂讲授方法，把科学知识作为一堆“静态的结果”告之学生。现代的科学教学更关注学生“怎样才能知道”，在“让学生自己学会并进而会学”方面下功夫，因而教学方法提倡采用学生分组进行的探究系列实验，通过探究实验促进学生对科学知识的“动态构建”，让学生在“做中学”，在构建对科学理解的过程中学习探究、理解探究。在这种科学探究的教学中，教师的任务是为学生创设情境、启发学生思考，引导学生在实验探究中不断地质疑和释疑。教师从不直接告诉学生结论。

5　中美“密度”教材的比较与思考

由于课程理念的不同，中美“密度”教材存在着明显的差异。中国教材更多地考虑让学生“知道什么”———关注科学的静态结果，强调学生的接受学习；美国教材则更多地考虑让学生“怎样知道”———关注学生对科学知识的主动建构，强调学生的实验探究。对探究的重视程度构成了中美“密度”教材或者说在科学教育方面是“讲科学”还是“做科学”的根本性差别。除此之外，在其他方面也表现出许多显著的不同。

5.1美国的“密度”教材注重归纳，中国教材则注重演绎

在美国的“密度”教材(例如Lesson2 Determining Density)中，科学教育更多从现象出发、从观察出发、从实验出发，通过学生自主探究获取信息、处理信息、提出假设、验证假设，总结归纳出物质的密度作为物质特有的属性，并据此来鉴别物质。教材通篇没有提及密度的定义式ρ=ｍ/Ｖ，但教材让学生通过多次测量不同体积(25ｍｌ、50ｍｌ等)的水的质量，进而提出改变水的质量或体积是否改变水的密度的问题，让学生在不知不觉中掌握了用比值定义物理量的方法，提高了归纳能力。与此相反，中国“密度”教材较为注重演绎，在初步介绍密度概念之后给出了严格的定义式ρ=ｍ/Ｖ，随后便是大量的习题演练了。

5.2美国的“密度”教材注重科学的历史发展和广阔的社会背景，中国教材则大多停留在纯理论的层面上

美国的“密度”教材表面看来理论体系不够严谨，实则注重与密度相关知识的大综合。中国的“密度”教材虽然强调学科体系上的完整，但从更为宽泛的科学视角来看实则各相关知识点较为零散。在美国的“密度”教材中，密度的测定、密度的预言、气体的密度、密度与温度等有机地联系在一起。教材把密度的学习放在十分开放且真实的背景中———质量与重量、阿基米德荣耀的时刻、为什么泰坦尼克号能漂浮水面、致命的气体(氯气用在战争中)、氧气面罩、热气球、气流、横穿阿拉斯加的输油管道、温度计的制作、温标的建立……正是这一开阔的背景和与生活紧密联系的特点，使得学生能亲身感到科学就在身边、学习科学有用，从而有助于激发学生学习科学的兴趣、孕育学生热爱科学的情感和培养学生的科学素养与科学价值观。相比之下，中国的“密度”教材的背景则较为单薄，科学知识大多仅停留在纯理论的层面上，学生学习科学除了会演绎计算一些纯理论的问题外，不太了解这些知识还有什么其它用处。这就导致了大多数学生学起来没劲、没趣，少数学生虽然凭着觉悟和责任心(准备高考)学得相对好些，但也只是表现在考试上，学得非常艰苦、用得非常呆板、缺乏主动性、更缺乏创造性。

5.3美国的“密度”教材注重培养学生之间的相互合作，中国教材则强调学生的个体努力

与中国教材的实验内容较少、更为关注解题的个体努力相反，注重培养学生的合作意识是美国“密度”教材的又一显著特点。在每一个探究实验中都特别注重小组内学生间的合作与讨论———与你的同伴共同完成……或与你的同组同学相比较以检验你的计算和结果。当然，这一关注是在每一学生都认真地填写实验记录表格(每人1份)并深刻思考的基础上，科学探究最终还是个体对科学意义的主动建构。在决定探究的方向和开展探究制作时，为预测问题可能产生的原因、挖掘探究结果的意义及获得最佳的制作程序，教材也十分关注全班学生的集体讨论，特别是通过“头脑风暴”(Brain-storming)的方式，让学生们充分发表自己的见解，使全班学生都能分享到每一学生和每一小组对探究的贡献。

中美“密度”教材的上述比较着意于如何在我国的科学教育中借鉴别人的长处，并非贬低我国教材在培养学生演绎推理能力和扎实理论功底方面所具有的传统优势。杨振宁教授曾经指出：“中美两种教育方式各具特色，长短互补，若能将两者的优点和谐地统一起来，在教育方法上无疑是一个突破。”我们相信：中美“密度”教材的比较研究将有助于我们对美国科学教育的探究特色更实在地加以把握；有助于我们进一步拓宽视野、开阔思路、更新观念、更好地开展科学教育；有助于我们更好地帮助学生改变原有的学习方式，促使学生在探究中掌握科学、真正理解科学的探究本质，在探究中学习探究、理解探究、获取探究的能力、养成探究的习惯、真正成为学习的主人。

参考文献：

1.[美]国家研究理事会编著。罗星凯等译。科学探究与国家科学教育标准(学与教的指南)。广西师范大学科学教育研究所，2001。

2.Smithsonian Properties of Matter(Student Guide and source Book).Carolina Biological Supply Company,2700 York Road,Burlington。

3.岳燕宁著.归纳与演绎.郑州：大象出版社，1999

4.赵凯华.从物理学的地位和作用看对中学物理教师的要求.物理教学，2000，(6)。

(南京师范大学物理科学和技术学院刘炳升教授和陈娴老师为本文提供了大量资料和指导，特此致谢!)