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职业教育论文-科学探究与教学的启发艺术【摘要】科学探究教学存在训练分立的探究技能、传递固定的探究思路的误区。为此，我们需要深刻、全面地把握科学探究的心理机制：建构性的科学归纳、以联想和想象等方式进行的科学猜想。相应地，启发性的科学探究教学可以从指导发现科学概念、科学原理以及激发相似联想和科学想象着手。【关键词】科学探究探究学习教学启发艺术一、科学探究教学的误区新课程标准倡导探究的学习方式，要求让学生体验、经历基本的科学探究过程，从而帮助学生更好地理解科学知识，掌握科学研究方法，形成科学探索精神和创新意识。然而，在具体的课程实践中，这一要求却难以得到落实。教材、教师倾向于直接教授、训练科学探究的固定思路或操作技能，课堂教学中学生往往处于消极、被动的状态，其探究流于机械化、表面化、形式化，学生很难亲身体验、经历真实的、反映科学探究本质的科学探究活动。1训练分立的探究技能这种做法背后的信念之一是实证主义科学观，即科学发现的实质就是忠实地收集、记录、概括客观事实，观察、实验是获取客观事实的可靠方法，严密的归纳推理是获取科学知识的根本途径。“在这种哲学(实验哲学)中，特殊的命题总是从现象中推论出来，然后用归纳法加以概括而使之带有普遍性的。”因此，科学探究无非是运用观察、实验、归纳等方法，科学探究教学无非是训练观察、实验、归纳等操作或思维技能。训练取向的科学探究教学的具体表现有：(1)脱离问题情境训练观察技能，如要学生观看叶子的颜色、形状、大小等等，越细越好，而不问为什么观察(要解决什么问题)，怎么深入观察(带着某种理论设想或预期进行观察，并不断通过观察检验、修正原先的设想、预期)。(2)排除理论猜想训练实验技能，教材往往先用下定义的方式教给学生一个个科学概念，如速度、加速度、力等等，然后将这些概念放在一起，告诉学生概念与概念之间的关系，“物体的质量一定时，受力越大，其加速度越大；物体受力一定时，它的质量越小，加速度也越大”，接着让学生通过实验探究加速度、力和质量三者之间的定量关系，即牛顿第二定律。探究的问题成为教材、教师明确布置的任务，探究活动成为按要求设计、操作标准实验。这种探究的意义是使学生获得变量操纵、实验操作、数据收集和处理等程序性知识，而不是使学生获得真实的科学探究体验。(3)与上述两方面问题紧密相连的就是把科学归纳等同于纯逻辑的经验概括，甚至观察数据的整理。总之，训练取向的科学探究教学把观察、实验和科学归纳人为地分割开来，忽视了观察、实验过程总是伴随并指向理论归纳。观察、实验和科学归纳是内在联系、不可分割的：观察、实验是渗透理论的主动建构活动，科学归纳是理性的自由创造活动。科学探究并不是先通过观察、实验获得客观事实，再通过归纳获得普遍规律的纯逻辑的线性过程。2传递固定的探究思路造成前述那些做法的依据是：科学探究往往遵循一套相对固定的程序，即“发现疑难、提出问题、做出假设和猜想、实验检验、做出结论或修正假设”。但是，课程实践者往往不了解程序背后具体的心理机制，比如由模糊的困惑、疑难到界定清晰、有探究价值的科学问题需要经历哪些信息加工、整理的过程，又需要哪些知识储备；再如科学猜想是如何进行的，它与我们日常生活中的猜想有什么异同，它需要什么内部和外部条件。因此，他们常常无法引导学生结合具体问题情境创造性的展开这些程序展开为丰富多样、充满意外和偶然的探索路径，而只能结合知识点确定一条固定不移的探究思路。彭加勒说，“企图用任何机械程序代替数学家的自由的首创精神，将是多么愚蠢啊。”把标准的问题、假设、实验设计强加给学生，就将学生探究的兴趣和热情连同探究的自由，包括犯错误的自由一同剥夺了。在教学实践中，我们看到教材把学生提出的问题、做出的猜测、设计的研究方案全部以标准的形式直接呈现出来，既不加以任何启发和引导，也不容纳任何例外或意外，似乎这只是一个完全理性化、机械化的逻辑推演过程。与此相应，教师常常受这种标准化、逻辑化探究范式的诱惑，直接教授、反复讲解探究的过程、猜想的思路，似乎只要学生理解、掌握了这些过程、思路就算经历并学会了科学探究。更为严重的是，有些教材只是将原来学科化的科学知识按照现象问题猜想检验结论的格式重新组装一下，就当作科学探究课程了。重新组装后的课程不再符合学生逐渐分化的接受知识的心理“逻辑”，而由于内容仍然是学科化的抽象知识，又无法满足学生由具体而抽象、由现象而概念的探究的心理需要。这些教材呈现的问题、猜想、方案往往流于概念化、抽象化，既与学生的感性经验脱节，又缺少使新旧经验连接起来的固定点。学生理解这些充满学术味道的问题、猜想、方案尚且有困难，更何况自己提出这些问题、猜想、方案呢?与这种趋向一致，许多教师满口“问题”、“猜想”，实际上非常轻率、任意地把书本或自己的问题、猜想塞给学生，而不管以学生当前的经验和知识储备、思维能力和习惯，他们能否在短时间内提出那些问题、做出那些猜想。综上所述，不管是偏向分立技能的训练，还是偏向固定思路的传递，都没有准确地把握科学探究的实质。只有先全面、深刻、动态地把握住了科学探究的心理机制，才能采取有效的措施，启发、引导学生主动活泼地展开充满挑战性和创造性的科学探究活动。二、科学探究的心理机制科学探究既不像实证主义者想象的那样，是对特定方法论规范的严格遵循，或是对客观事实纯客观的归纳。也不完全是科学哲学的历史主义流派眼中任意的带有神秘色彩的非理性活动。它是对我们获得的感觉印象的整理和理解它不刻意背离我们的感觉印象，也不完全依附我们的感觉印象，相反它是在现象世界的基础上自由地创造与之联系的观念世界的活动。简而言之，科学探究是建立在经验基础上的创造活动：从本体论上看，科学归纳具有建构性；从方法论上看，科学归纳又常常借助联想、想象等启发性、创造性思维方法进行。前者要求教师重视理论猜想在科学知识发现中不可或缺的地位，后者启发教师采用激发联想、想象的方法来引导学生进行理论猜想。1科学归纳的建构性由特殊到一般必须借助科学归纳，而作为一种不完全归纳，它之所以比简单枚举归纳推理更高级，就在于它蕴涵着理性能动的创造因素。尽管这一点常常被人忽视或否认，但建构性和创造性确实是科学归纳的固有属性。爱因斯坦曾这样批评近代的实证主义科学观，“那时的自然哲学家，大多数都有这样的想法，即认为物理学的基本概念和假设，在逻辑意义上并不是人类思想的自由发明，而是可以用抽象法即用逻辑方法从经验中推导出来。实际上，只是由于出现了广义相对论，人们才清楚认识到这种见解的错误。”科学归纳的建构性首先表现为：观察、实验作为科学归纳的基本组成部分，从本质上说是构成性的，是离不开科学主体的理论知识和理论思维的。一方面，背景理论必然影响着科学主体对现象的感知、理解、描述和解释，比如观察和实验所使用的特定的测量语言，实质上就是相应的科学理论系统提供的意义框架。另一方面，当前的理论假设(清晰的或模糊的)又会潜在地影响科学主体对观察和实验的设计和实施。实际上，在探究过程中理论假设寻找它需要的科学事实，而获得的科学事实又促进理论的精致化和完善，使之具有相应的经验基础。这样，通过观察和实验获得的科学事实与概括、归纳的科学理论就成为相互支持、相互证明的循环论证系统。总之，观察和实验与归纳的内在联系、科学事实的理论渗透性，从基础上决定了科学归纳活动的建构性。在科学探究中，纯粹的事实归纳只是人们的幻觉。比如，培根的排除归纳法和牛顿的抽象归纳法似乎是从现象出发的纯逻辑的推导过程通过观察和实验排除一些无关的偶然的性质和因素，最后剩下的就是本质特征和相关因素。但实际上哪些性质和因素被考虑进去，甚至被考虑的性质和因素本身，都打上了人为的烙印，都与人的感知方式、背景知识、原初经验以及当前的理论预期紧密相关。科学归纳的建构性还集中体现为：科学归纳的主要目的和成果是对世界做出的统一的因果性解释，即给出因果关系之所以普遍与必然的合理性说明，而不仅仅是做出一般的描述。因此，统一的因果性解释不仅建立在经验的基础上，而且在很大程度上依赖于主体的理性力量。一般说来，经验性的概念和描述性的定律的发现更多地依赖于经验，有意识的理论创造成分较少；而随着理论研究向深度(因果解释)和广度(统一解释)的延伸和拓展，就为研究主体的理论创造提供了更为广阔的空间。比如牛顿建立的重力概念是对物体运动的因果关系进行创造性猜想的结果，而爱因斯坦创立的相对论修正牛顿力学的时间、空间、质量等概念，颠覆了牛顿的重力概念，是对直观经验的故意违反，堪称科学家自觉发挥理论创造性的典范，爱因斯坦本人就常常用“自由创造”、“自由发明”、“纯粹思维”、“纯粹虚构”、“幻想”等等来描述自己进行科学归纳时的思维状态。他说，物理学的最高使命是得到普遍性的物理学定律，然而要通向这些定律并没有逻辑的道路，“只有通过那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些定律”。他所说的直觉其实就是对事物因果性和对称性、统一性关系的敏锐洞察力。2科学猜想中的联想和想象既然科学归纳具有建构性，并常常先以假设和猜想的形式出现，那么我们要继续追问的就是猜想是如何产生的，它是否有迹可寻，是否可以创造条件使之产生。科学家往往把自己的猜想归功于直觉，而实际上通过分析他们的思维过程，我们可以发现直觉并非完全神秘、不可捉摸，而是以潜隐的方式进行着合理的联想、想象等创造性思维活动。具体说来，科学猜想有时以联想的方式进行，即先通过相似联想建立类比关系，随后进行类比推理来进行。类比推理是科学探究中被广泛运用的启发性思维方式，尽管很多时候科学家的联想处于不自觉、无意识的状态。科学哲学家夏佩尔阐明了几种科学发现的“推理模式”，这些模式表明科学发现是以由观察、理论、方法等有关知识所组成的信息域为基础的合理推断过程，同时也表明信息域不具有决定意义，它往往启发科学家将之与相似的信息域加以类比将那些信息域里取得成功或有预见性的理论、方法、模型“移植”到自己的信息域中，从而帮助形成理论假设。科学猜想有时又以想象的方式进行。首先，科学家通过科学想象来构想经验不可能达到的理想情境，从而发现隐藏在纷乱现象背后的简洁的普遍规律。比如，伽利略由理想实验推想出惯性定律，爱因斯坦由思维实验推理出“钟慢效应”、“尺缩效应”等时空相对现象和狭义相对论。其次，科学家还通过科学想象创造关于世界的实在图景，将可观察之物与不可观察之物联系起来以获得对世界的深入理解。以太、真空、电流体、磁流体、分子、原子、电子、场、波等概念，不管它们后来的命运如何是被证实或证伪、保留或淘汰、修正或发展，原先都是观念构造物，是科学家想象的实体或实在。这些共同想象物构成特殊的研究传统，对科学研究产生深刻影响，“恰恰因为它们假设了某类实体和某些研究那些实体属性的方法，研究传统才能在特殊科学理论的建构中起至关重要的助发现作用”。总之，为了建立简单、和谐、能解释科学事实和解决科学问题的理论，科学家必须在基本不违背已有事实的前提下，最大限度地发挥创造性想象力，进行理想实验，建构理想模型和理论实体。正如贝费里奇所说：“科学家必须具备想象力，这样才能想象出肉眼观察不到的事物如何发生、如何作用，并构思出假说。”三、探究学习的启发艺术由于科学探究本质上是一种创造活动，它不遵循固定的思路、不依赖特定的方法，它不能被授予，而只能借助教学的启发艺术加以激发和引导。从课程的设计、编排到教学活动的动态生成，都指向一个目的，即给学生主动、自觉、自由的科学探究创造外部条件：知识、方法可以作为工具由教师提供，也可以作为结果由学生单独或合作发现，但都必须整合进完整、连续的探究过程；思路可以在教师点拨或同学启发下产生，但在本质上必须是学生自己理智的产物。启发学生进行自主、自由的科学探究不是为了复演一部简化的科学发现史，因为具体历史时期科学家面对的问题域、信息域和技术条件与学生的情况是很不相同的。科学家具体的探究路径既体现了科学探究共同的本质，又是特定历史条件与个人心理素质的产物，因此，教师引导学生经历的也应该是体现科学探究本质、同时结合学生具体条件的个性化的探究活动，而体现科学探究本质的心理机制就是建构性地进行科学归纳，借助联想和想象做出科学猜想。与此相应，启发性的科学探究教学可以从以下两个方面着手：1指导发现科学概念和科学原理把观察、实验和归纳分割开来的探究教学，必然导致科学知识与科学探究的割裂：先把科学概念和科学原理(概念与概念之间的关系)明示或暗示给学生，然后让学生观察相关现象或者设计、操作实验，最后归纳总结观察、实验的结果(实际上是印证原先传授的知识)。鉴于此，我们应该把观察、实验和理论归纳有机融合起来，把科学知识的学习整合进探究过程之中，即指导学生发现科学概念和科学原理。其一，引导学生利用观察和实验将非结构化的经验结构化。探索性观察和实验与验证性观察和实验的最大区别就在于：前者是结构化的过程，而后者面对的本来就是结构化的材料。没有确定无疑的解释框架，学生面对的是原初的纷繁复杂的现象。要关注哪些因素、排除哪些因素、操纵哪些因素、控制哪些因素，是学生根据先前的知识经验以及对普遍联系的直觉做出的猜测和尝试。经过不断的猜测和尝试，学生发现了将现象组织起来的结构概念和定律。实践表明，在教师的帮助下，借助必要的测量仪器，学生可以发现