（课程与教学论专业论文）以科学方法论为核心的探究教学策略的研究.pdf

摘要 利学探究是指科学家以自然界为研究对象，为获得自然界的奥妙而从事的研究活 动。该过程形成并体现了人类认识事物的一切能力和精神态度。将科学探究引入教育领 域，使学生按照探究的方式学习，是教育现代化的重要标志。 2 0 世纪以来，探究学习理论受到众多教育家的推崇。2 0 世纪末，探究学习实践已 在眦界范围得以展开。反思我国近十年的化学探究教学实践可见，先后出现一些有代表 性的误区。表现在：其一，化学探究学习等同于实验探究；其二，探究教学过程公式化； 其三，重视过程，忽视结果；其四，化学探究学习的结果走向确定性与封闭性。走出误 区，需要认识到，探究学习作为过程性的学习，更多地表现为内在的认识状态。探究学 习过程是知识的动态的发展过程，学生只有理解了探究方法的运用，才能理解这一过程。 考察近现代以来化学科学的发展过程可见，化学科学研究可分为归纳模式、演绎模 式、以及现代的归纳一演绎模式。化学探究学习案例研究表明，以此作为化学探究教学 的策略，按照提出问题、建立假没、寻求答案，进而深化理解、验证假设、得出结论的 一般过程，有效运用预测、实验、观察、推理、解释数据、控制变量等一系列方法要素， 有利于在知识技能、过程方法、情感态度、价值观上实现发展目标，培养学生的科学素 养。 关键词：科学方法论；化学；探究学习；教学策略 a b s t r a c t s c i e n t i f i ci n q u i r yi sar e s e a r c ha c t i v i t yi nw h i c hs c i e n t i s t st a k et h en a t u r ew o r l da st h eo b j e c t a n da i ma ta c h i e v i n gt h em y s t e r yo fn a t u r ew o r l d ，t h ep r o c e s so fw h i c hf o r m sa n dr e f l e c t sa l lt h e c a p a b i l i t y a n da t t i t u d eo fh u m a nc o g n i t i o no fm a t t e r s i t sa ni m p o r t a n ts i g n o fe d u c a t i o n m o d e r n i z a t i o nt oi n t r o d u c es c i e n t i f i ci n q u i r yt ot h ef i e l do fe d u c a t i o n a n db r i n gt h es t u d e n t s l e a r n i n gi nt h ei n q u i r yf a s h i o n t h et h e o r yo fi n q u i r yl e a r n i n gh a sb e e na d v o c a t e db ym a n ye d u c a t i o n i s t ss i n c et h et w e n t y f i r s t c e n t u r y , w h i c hh a sb e e no u t s p r e a d e d w o r l d w i d eb yt h ee n do ft w e n t y f i r s tc e n t u r y s o m e m i s l e a d i n ga r e a sa r er e v e a l e di n t h er e f l e c t i o no n o u rc o u n t r y st e n - y e a rp r a c t i c eo fc h e m i c a l i n q u i r yt e a c h i n g ，w h i c ha r ea sf o l l o w s ：f i r s t ，e q u a t i n gc h e m i c a li n q u i r yl e a r n i n gw i t he x p e r i m e n t a l i n q u i r y ；s e c o n d ，f o r m u l i z i n gt h ep r o c e s so fi n q u i r yl e a r n i n g ；t h i r d ，e m p h a s i z i n gt h ep r o c e s sw h i l e n e g l e c t i n gt h er e s u l t s ；f o r t h ，r e s u l t so fc h e m i c a li n q u i r yl e a r n i n gg e t t i n gc l o s e t oc e r t a i n t ya n d o b t u r a t i o n g e t t i n go u to ft h em i s l e a d i n ga r e a sr e q u i r e st h er e c o g n i t i o nt h a ti n q u i r yl e a r n i n ga sa p r o c e s s i v el e a r n i n g ，i sm o r ea s t a t eo fi n t e r n a lr e c o g n i t i o na n dd y n a m i cd e v e l o p i n gp r o c e s so f k n o w l e d g e ，w h i c hc a nb eu n d e r s t a n d e do n l yi ft h es t u d e n t sc o m p r e h e n dt h eu t i l i t y o fi n q u i r y m e t h o d 。 e x a m i n a t i o no fn e o t e r i cd e v e l o p m e n to fc h e m i c a ls c i e n c es h o w st h a tc h e m i c a ls c i e n t i f i c r e s e a r c hc a nb ec a t e g o r i z e dt ot h r e em o d e s ：c o n c l u s i v em o d e ，d e d u c t i v em o d ea n dm o d e r n c o n c l u s i v e d e d u c t i v ed i a l e c t i cm o d ec a s es t u d yo fc h e m i c a li n q u i r yl e a r n i n gs u g g e s t st h a ti t i s b e n e f i c i a li na c h i e v i n gt h ed e v e l o p m e n tg o a la n dd e v e l o p i n gs t u d e n t ss c i e n t i f i cq u a l i t yr e g a r d i n g t h ek n o w l e d g e - s k i l l ，p r o c e s s m e t h o d ，s e n s i b i l i t y a t t i t u d e v a l u ev i e wt h a tw et a k et h et h r e em o d e s a st h es t r a t e g yo fc h e m i c a li n q u i r yt e a c h i n g ，a c c o r dt ot h eg e n e r a lp r o c e s so fr a i s i n gq u e s t i o n s ， a s s u m i n gh y p o t h e s i s a n ds e e k i n ga n s w e r s ，t h u sf u r t h e rd e e p e nu n d e r s t a n d i n g ，t e s t i f y i n g h y p o t h e s i sa n dd r a w i n gc o n c l u s i o n a n de f f e c t i v e l y u s et h es e r i e so fi n g r e d i e n t so fp r e d i c t i o n e x p e r i m e n t ，o b s e r v a t i o n ，r e a s o n i n g ，d a t ai n t e r p r e t a t i o na n dv a r i a b l ec o n t r 0 1 k e yw o r d s ：s c i e n c em e t h o d o l o g y ，c h e m i s t r y ，i n q u i r yl e a r n i n g ，t e a c h i n gs t r a t e g y 凡津人学域i 学位论文 以科学方法为怯心的探冗教学策略的i ! f t 1 问题的提出 随着社会政治、经济的迅猛发胜，我困的素质教育重心转移到培养学生的创新精神 和实践能力上。新一轮课程改革指出要建立新的教学方式，并将科学探究作为课程改革 的突破口。科学探究在科学界是指科学家以自然界为研究对象，为获得自然界的奥妙而 从事的研究活动。科学探究是一个过程、是一种活动。该过程形成并体现了人类认识事 物的一切能力和精神态度。将科学探究引入教育领域，使学生按照探究的方式学习，是 教育现代化的重要标志，也是世界教育改革的共同趋势。 在很长的一段时间内人们将科学仪仅作为一种知识，而忽视它还是一种过程，导致 科学教学中出现将知识硬性灌输给学生、死记硬背和机械应用的弊端。这样在学生头脑 中形成的仅仅是文字的堆砌，不仅挫伤学习热情，也难以使学生理解科学的真谛。当今 社会已进入信息时代，掌握知识的多少已经不是最重要的，而如何掌握知识才是最重要 的。教育的任务不仅仅是传授知识，更重要的是让学生掌握学习与研究的方法，培养终 身学习的愿望和能力。新课程改革为我们带来了新的教学方式和学习方法，强调加强科 学素养教育，在四个维度上实现教学目标：即科学探究( 过程、方法与能力) ；科学知 识与技能；科学态度、情感与价值观；科学、技术与社会的关系。其中，科学探究是基 础课程改革中使用频率最高的几个关键词之一。将科学探究作为基础教育课程改革的突 破口，即是提倡在探究中学科学。化学发展史清楚地表明：任何化学概念的形成与发展、 任何化学发现及其在生产和生活中的应用，都离不开科学探究。学生用探究的方法学习 化学的过程，是一种特殊的认识过程，是自觉的、体验的、积极的、基于感性的认识活 动，它是情境性、非线性的认识过程，因此蕴含了丰富的、潜在的教学价值。 教师开展探究教学的过程也是一个探究的过程，是对探究学习的理论与实践认识不 断深化的过程。当前，探究学习的方式为广大教师所接受。按照“提出问题、建立假设、 收集资料、数据证实或证伪假设、得出结论”的过程进行探究教学，也成为探究教学的 基本思路。但由于对探究学刿的实质理解不深入，对探究学习的方式也就易被机械化处 理或形式化处理。因此，有必要对探究教学实践进行理性反思，本研究在阐述科学探究 相关概念和理论的基础上，结合国内外教学实例，针对我国目前丌展科学探究活动中存 在的几点误区，从科学方法论角度阐明化学探究教学的策略，以推进新课程的顺利实施。 凡评帅范入学 l l i ! 卜学位论迁以科学方法为核心的探究教学策略的硎宄 2 相关概念的界定与理论综述 2 1 科学与科学教育的价值 2 1 1 科学的定义 科学究竟是什么? 最早给科学作出明确定义的要数亚里士多德了。他认为科学研究 是一种从观察上升到一般原理，然后再返回到观察的活动。科学的重要功能在于解释。 科学解释就是从有关某种事实的知识过渡到关于这个事实的原因的知识。从这里，科学 就和知识联系在一起了。这从拉丁文“s c i e n t i a ”一词的意思“知识”、“学问”，可见“科 学”这一含义的“一斑”。 但随着对科学本身认识的不断深入，人们发现仅仅把科学作为一种知识，是远远不 够的。因此，人们开始用动态的观点解释科学。科学本身不是知识，而是产生知识的社 会活动，是一种科学产生，我们从词义学的角度似乎也能看出这种趋势：由拉丁文 “s c i e n t i a ”演变为的“s c i e n c e ”，到1 7 世纪时已经取得了一个公认的、通用的形容词形 式：“s c i e n t i c ”，它的基本含义就是“创造知识的”。英国学者c 辛格在大英百科全 书中详细地分析了词义的这种变化，认为“如果我们考虑到大家认为科学是创造知识 而不是知识本身，那么，概念和形容词的这种相关就是可以理解的了。于是科学经常与 研究j l 乎等同起来，终于意味着一个过程，而不是一堆静态的学说。”f 1 】 把科学作为一个动态的过程，是科学认识史上的重大发展。正像人类对一切客观事 物的认识逐渐趋于完善一样，对科学本质的认识也在逐渐的加深，以下几种关于科学概 念的界定，有助于我们更全面地认识科学的本质： 前苏联科学史家g - 凯德洛夫和a 斯匹尔金说：“科学的概念既用于表示科学知 识的加工过程，也用于表示实践检验为客观真理的知识体系，还用于指明科学知识的个 别科学。”1 美国科学教育家v 舒密特和v 罗克卡斯特则认为：“人们通常都把科学定义为 组织化的知识体系。但是，科学除了事实、原理、定律、理论和假说等内容之外，还包 括了观察、实验、沉思、想象、预言以及获得知识的其他手段等活动过程。甚至还涉及 到包括好奇、客观、诚实和惊异等特殊的态度和感觉。”1 3 1 可见，随着科学的发生发展，人们对科学本质的认泌逐步由静态的知识体系发展到 i 】【。琏】( ：牛格罩_ i 学 m 转0 i 自：会哥论选编自然观j 科学观 m 知识j | 版礼1 9 8 5 ，3 7 6 2 】fr 。：儿德浒人和、a 。斯眺尔会科学 m 转0 i 白：金哥论选编自然删ij 科学脱 m 知识版= i _ 1 9 8 5 ，2 8 4 3 jvs c h m i d t ，vr o c h c a s t l et e a c h i n gs c i e n c ew i t he r e r y d a yt h i n g s m c g r a w i , 1 t t i l lb o o kc o m p a n y ，1 9 8 2 ，p 2 2 兀，p 帅地人学坝卜学位论义以科学方法为核心的椿，z 教学策略的研，： 动态的知识发生过程。这一动态的发生过程不仅包含有静态的知识体系，更为重要的在 于获得知识体系的方法与活动。 2 1 2 科学的特征 美国科学促进协会在其编制的面向全体美国人的科学一书中，从科学世界观、 科学的探索方法和科学事业的本质三个角度论述了科学的特征。 4 1 ( 1 ) 科学世界观：科学家对自己所从事的事业有一些共同的信念和态度。 世界是可以被认知的。 科学假定宇宙间的事物都是以恒定的规律发生和发展的，运用智慧和借助扩展感官 功能的仪器，通过认真的、系统的研究都是可以认知的。 科学理念不是一成不变的。 研究科学过程是一个不断产生知识的过程。这个过程要依靠仔细地观察现象，并从 观察中创立各种理论。由于新的观察结果可能会对流行的理论提出挑战，故知识变化是 不i 丁避免的。如果新理论对一组现象的解释更完美、适用范围更广，旧的理论就会被修 改，有时还会被抛弃。 科学知识的持久性。 虽然科学家认为不可能得到绝对的真理，不确定性是事物的本性的一部分，但绝大 部分知识都具有持久性。科学家们会力求保存一个有影响的概念，通过修正，使其变得 更加精确而为更多人所接受。保存而不是彻底地否定一个概念，这是科学的准则。例如， 爱因斯坦创立相对论时，并没有摈弃牛顿的物体运动定律，而是指出在一个更广泛的概 念中，牛顿定律是一条只能有限度运用的近似的定律。连续性和稳定性如同变化一样都 是科学的特征。 科学不能为所有问题提供完整答案。 毗界上许多问题不能用科学方法加以检验，甚至在某些场合，有效的科学方法会招 致某些信仰人的反对。科学不能用来判断善、恶，但它有时能对善、恶的衡量有所帮助。 ( 2 ) 科学探索：科学探究活动没有固定不变的步骤，但科学家对什么构成有效的 科学探究有共识。 科学需要证据。 7 i ： 然环境里或完全人造的环境中，科学家利用自己的分辨力或借助增强辨别力的 4 1 歹：卅 促i 苴协幺兽i 啊向= 牟= 体荚困人的科学 j 中f ；1 4 科学技术卧会详科学普及版朴2 0 0 l ，4 1 l 3 天津师范大学硕士学位论文以科学方法为核心的探究教学策略的研艽 仪器进行观察和测量，从中得到可靠的证据来判断科学主张的正确性。 科学是逻辑和想象的融合。 科学的进步仅使用逻辑推理和检验证据是不够的，科学概念不会自动从资料或分析 中显现。提出假设和理论并在真实世界中予以检验是一个创造性的工作。 科学具有解释和预见性。 科学理论不仅能解释现已观察到的现象，而且可以预测未来要发生事件或过去仍未 被发现或研究过的证据。 科学应该努力鉴别，避免偏见。 科学结论是需要证据来证实的。然而，科学证据在资料解释、资料记录和报告、资 料选择顺序等方面可能形成偏差。科学家要努力避免由个人主观因素所引起的偏差。如 对同一个研究项目，采用多个研究小组同时进行，小组中组成成员有不同的信仰、年龄、 性别等。 科学不仰仗或屈从权威。 科学结沦是由科学家经过观察而得出的，没有一个权威有权利决定其他科学家是否 正确。 ( 3 ) 科学事业：科学事业具有个人、社会和团体三个层面科学活动是当今世界 的主要特征之一，与其它特征相比，科学活动或许最能把我们这个时代同以前的各个时 代区分开来。科学事业有如下性质： 科学是一项复杂的社会活动。科学工作由许多来自不同国家、职业、性别的人共 同参加。科学活动反映价值观，也受科学文化非正式的影响。 科学由不同学科内容组成，由不同机构研究 科学研究中有着普遍接受的行为道德规范。如；。要精确的记录数据、研究成果要 公开、研究结果可重复验证等。 2 1 3 科学与技术的区别 美国斯坦福大学荣誉教育学教授赫德博士认为，“科学按照世界的本来面貌来说明 世界，技术则改造世界以满足人类的愿望”，“科学提供知识，技术提供应用这些知识的 方法”，“按术在科学与社会之间起桥梁作用，并把不同的学科统一起来”。菲律宾原数 4 学理科研究所所长赫兰德教授把科学、技术与社会的区别联系总结如下“1 ： 表i | 科学、技术与社会 内容 说明 科学的性质 科学是在一定社会环境中对知识的探求 技术的性质技术就是用科学及其他知识解决实际问题 社会的性质社会就是科学技术发生变革的人类环境 科学对技术的作用新知识的产生促进了技术的变革 技术对科学的作用技术资源的可获得性将限制或促进科学的发展 社会对科学的作用社会通过提供经费等手段影响科学研究的方向 科学对社会的作用科学理论的发展可以影响人们对自身、对问题及如何解决问题的思 维方式 社会对技术的作用国家及私人的压力可以影响问题解决，从而也影响技术变革的方向 技术对社会的作用某一部分人掌握的技术对这一部分人的生活方式产生影响 综上可见，科学不仅不是静态的知识体系，而且不是象牙塔的杰作。科学是在开放、 公正、自由、民主的环境下，由研究共同体承担的认识活动。科学认识活动是连续的、 稳定的、客观的、推进性的。科学通过社会支持、技术革新而发展，也通过社会支持、 技术推动造福人类。 2 。1 4 科学教育价值 ( 1 ) 科学的智育价值 晟初，科学引入教育中，是具有社会功利性的，即为社会化大生产提供合格的劳动 力。随着社会发展和对科学本质认识的深入，人类对自身的发展越来越关注，科学的教 育价值也成为关注的焦点，体现在科学知识的智育价值和科学认识活动的智育价值两个 方面。 科学知识是人类对客观世界的事物、现象和规律的正确反映，是科学成果的文本形 态。它以文字和符号、物化的形式、精神的形态等形式存在。科学知识的价值表现在： 第一，科学知识可以武装人的头脑，使人具有适应世界、改造世界的能力，从而使 人们生活得更好。我们生活的世界是迄今为止所积累的人类知识物化而成的世界。很难 想象如果我们不懂科学知识，如何去适应和享受这个到处都打上科学烙印的现代生活。 科学知识是前人改造世界的成果，是后人能动改造世界的工具。掌握科学知识不仅仅是 为了适应目前的社会，更是为了改造生活中对人类不利的因素，使当代人比前人生活得 5 】何少# ，毕卢林化学议程论 m 广两教育版扎，1 9 9 6 ，1 7 8 5 凡，_ 范j 、学坝i 学位葩空以科学方法为核心的探究教学策略的研究 更幸福。 第二，科学知识有助于培养学生的逻辑思维能力。逻辑思维，是以概念和判断的形 ，通过逻辑推理进行的。它有两个最基本的特征：思维所凭借的材料是由特定的语言代 表的概念和判断；思维通过一系列逻辑规则进行推理。科学理论知识是由一系列科学概 念和科学定律等组成的。当人们把这些由科学概念、定律组成的理论知识有效地组织成 教育的内容时，这些概念和定律及其理论就为学习者逻辑思维能力的发展提供了最有效 的材料。 第三，科学知识有助于培养学生的直觉思维能力。直觉思维是一种普遍存在，但又 很难定义的思维形式。它主要以迅速的顿悟、想象、联想等方式跳跃进行。在科学活动 中，直觉思维是普遍存在、不可或缺的一种思维形式。因此，科学对于人的直觉思维能 力的培养也就具备了内在的意义。 第四，科学知识为提高学生的观察的自觉性、敏锐性提供了条件。 观察的自觉性指有意识、有目的地去观察，而这种意识或目的又是在一定的理论的 主导下才能产生。例如，蜡烛燃烧的火焰是人们在生活中经常看到的，它对所有人在感 观上的刺激都一样，但是，对于一个具有基本化学知识的人来说，他却能比别人“看” 到更多的现象：外焰、中焰、内焰以及温度最高的不在内焰而在外焰。正像爱因斯坦说 的“是理论决定我们能观察到的东西”。 敏锐性是指人的观察能迅速在对象之间转换，善于捕捉各种偶然的、意料之外的事 实和现象。如果观察是有目的、有意识地进行着，当出现一些与预想现象不一致的事实 时，有准备的头脑就会立即捕捉到它。所以有丰富科学理论知识的学生观察能力更高。 科学的智育价值不仅表现在作为结果的科学知识的智育价值上，更表现为科学探究 活动与过程对人的发展与促进： 第一，科学实验可以激发学生的学习兴趣，帮助学生形成概念，获得知识科学实 验也能够训练学生灵活的动手能力、缜密的观察能力及感官与大脑思维的协作能力，即 培养学生的实验技能。还有助于培养实事求是、严肃认真的科学态度和科学的学习方法。 第二，科学与创造力。在学校教育中，传授基本知识和基本技能、发展智力和培养 能力，是智育的基本任务，而培养创造力是学校智育更高级的任务。创造力是各种素质 的综合体现，是逻辑思维能力、观察、记忆、直觉、想象、操作等能力最佳配合的结果。 科学知泌以及它的物化成果和科学过程都充分地显示了人类高度的创造性。“它能够引 导学爿者循着科学前辈的创造历程，领略与体会前辈们创造的历程，领略与体会前辈们 6 天津帅托大学硕士学位论义以科学方法为梭心的探咒教学策略的研，冗 创造的真谛。增长创造的本领。”“1 ( 2 ) 科学的德育价值 科学可以培养人诚实、勤奋、勇敢、合作的精神品质。 求真是科学事业的基本准则。所谓“真”就是客观真理，“是主体在科学认识中对 客体反映的内容，是客体在主体中实现宣己、跌现自己的结果，是主体向客体不断接 近的标志。”【7 】要想获得客观真理，就要老老实实、实事求是。科学家要尊重事实、 依据事实、反映事实、而不能杜撰事实、歪曲事实。学生在学习知识的时候应明确科学 知识都是经过当时所能达到的最严密的、最客观的实验条件获得的，不是科学家凭空想 象，臆断出来的。学习过程，同样也是求真的过程，教学中应使学生领会这种“真”的 理念，逐渐形成求“真”的态度、意志。 科学是一种连续的、不断发展和深化的、永无止境的探索活动。一项科学研究，往 往需要几代人、十几代人的共同努力，一个小小的科学问题，也可能要耗费人的一生精 力。因此，科学家常常发出居里夫人式的感慨：“我只惋惜一件事：日子太短，过得太 快。一个人从来看不出做成了什么，只能看出还应该做什么”面临探究多的事实， 弥补人生短的缺憾，只能是通过“勤奋”了。在科学的领域中，许多科学家都孜孜不倦、 废寝忘食地工作着。科学家的这种勤奋的精神是无形的教育力量。 科学活动不是一帆风顺的。更困难的是新思想的出现必定要面临着旧思想的排斥， 甚至需要科学家付出生命来捍卫自己的成果。因此科学家必须具有敢于进入未知领域的 勇气和坚韧的毅力。这不仅在情感上是对学生的鞭策，透过这样的事实，也可激发学生 的批判意识和大胆质疑的精神。 科学是人类共同的事业，爱因斯坦深刻指出“不管你们喜欢不喜欢，科学是，而且 永远是国际的。”科学研究日趋复杂，学科问的相互渗透日益明显，这都要求科学家们 要不断加强和扩大合作。当前，学生之间竞争意识强烈，合作意识淡薄，这一点不能不 引起高度重视。科学强调协作，肯定有序竞争。科学探究活动的开展有望改善学生问的 不良竞争，培养他们的合作意识和技能。 科学的教育价值远非这些，科学教育决不能等同于传授知识、培养智力，科学教育 更要发展学生的思想品德、美好情操。教师们应该全面地认识、发掘、实现科学内在的 教育价值，以培养全面发展的人。 6 lj 州川科学的教育价值 m 江苏教育小版 l 1 9 9 3 ，1 0 9 7 1h 川科学的教育价值 m 江芬教育m 版社1 9 9 3 ，1 6 3 7 天律师范大学硕上学位论文以科学方法为核心的探究教学策略的研，z 2 2 科学探究与探究学习理论 2 2 1 科学探究的含义 科学有丰富的内涵，科学在科学家的探究活动中形成和发展。学生要理解科学的过 程，就需要按照这样的过程来学习。 美国学者韦尔奇( w w e l c h ) 等人认为：“探究是人类寻找信息和理解的一般过程。从 广义上说，探究是一种思维方式。科学探究是一般探究的子集( s u b s e o ，它的研究 对象是自然界，是在某种信仰和假设的指导下进行的。”【8 】 “一般探究”指的是个体所具有的探究的本能，它既无明确的研究范围限制，也无 严格的程序、方法和规则，人们在日常生活中对任何事物的认识都具有一般探究的意义。 就一般探究的本能而言，它是科学探究的基础与起点；就一般探究的才能而言，它是科 学探究的目标和归宿。学生在学校从事科学探究式的学习，掌握探究的基本程序、方法、 规则，形成严谨的研究态度，当他离开学校步入社会时，这种科学意义上的探究会迁移 到对日常生活、社会生活的探究，形成理性的判断，这正是探究学习的教育价值所在。 美国国家科学教育标准指出，“科学探究指的是科学家们用以研究自然界并基 于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径”学生虽然不是科学家，但他们 可以模仿科学家进行探究活动。就像科学家在从事科学探究一样。因此，“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，包括观察、测量、制作、提出假设、进行实验、提出模型和交流 等。” 。 这样，科学探究有两个层面上的意思：一是把探究看作是科学家所做的工作，即科 学探究；二是把科学探究看作是学习科学的一种方式( 方法) ，一种学与教的活动。科学 探究教学本质上是将科学研究领域的探究方式引进课堂，使学生通过模拟类似科学家的 探究过程来理解科学概念和科学探究的方法，并培养科学探究能力的一种教学。这两者 之间既有区别，又有联系。 科学探究与科学探究教学的区别表现在： 科学探究的主体是科学知识渊博的科学家，科学探究教学的主体除教师外是知识相 对贫乏的学生； 科学探究的客体是人类从未涉足过的领域，科学探究教学的客体是已得到大多数人 8 1 【荚】b r u c ej o y c e 等蓍教学模式 岫荆建华等译中国轻工业出版社，2 0 0 0 ，1 9 4 8 人律师 王大学碘上学位论文 以科学方法为核心的揲究教学策略的研，v 承认的稳定的知识； 科学探究的目的是探索未知造福人类，科学探究教学的目的是培养新一代具有科学 素养的公民： 科学探究是研究者长期摸索，获得直接经验的过程，这个过程可能是相当漫长的， 也许需要几年的时间或更长。科学探究教学是学习者在教师指导下通过直接体验，获得 间接经验的过程。学生在一个学期内就可以学完人类几百年积累的知识。在这个过程中 教师是不可缺少的领路入； 科学探究与科学探究的教学的联系表现在： 科学探究和科学探究教学都是人类特有的认识活动，共同遵循由实践到理论再到实 践的认识规律，都要经历由感性认识到理性认识的飞跃； 科学探究和科学探究教学的本质过程都是人的一种心理活动过程，遵循着人的心理 活动的一般规律； 科学探究和科学探究教学都是人的一种探究活动。科学探究是探索未知创造新知的 活动，科学探究教学对于个体而言，也是一个探究自己不知别人已知的知识的过程。 正是科学探究与科学探究教学的这种关系，使探究学习作为一种“实践的艺术”而 成为一种较好的学习方式，使探究学习过程成为科学探究过程“简约化的精神复演”。f 9 j 2 2 2 探究学习的历史沿革 ( 1 ) 国外探究学习的发展 在西方科学教育的变革发展历程中“探究”的思想由来已久，它最初的雏形可以追 溯到苏格拉底的精神“催产术”及卢梭的浪漫自然主义。培根、赫尔巴特、夸美纽斯等 思想家、教育家也在其论著中提到了探究的主张。 但2 0 世纪之前，大多数教育者把科学看作是一种可以通过直接灌输让学生学到的 知识。1 9 世纪末2 0 世纪初，随着自然科学的进步，特别是达尔文进化论，对人们的思 想方法产生了极为重要而深刻地影响。它作为一场理智上的革命，改变了人们认识事物 的方式和思维方式，“把曾经认为是固定的和绝对的各种形式看作发生着和消逝着的东 西”0 0 是对科学研究的一项重大解放。 美国著名的教育家牡威清楚地认识到，学校必须进行变革，以应对大转折年代的美 9 】州川科学的教育价值 m 江岿、教育 10 】朴威省杜威教育论著选 m 赵麟 孵l 皈钾大 2 币卜枷孔华 译 9 坶编 鲔 礼承版卜 t 一+ 范凡学i 魄i 学位论义 以科学方法为核心的探究教学策略的研究 国提出的挑战。杜威以其深刻的哲学思想改造了教学中忽视儿童主动经验、忽视儿童内 在的学爿主动性的弊端。强调教育是在经验中，由于经验和为着经验的一种发展过程。 他提出在学校科学教育中要用探究的方法。1 9 0 9 年在美国进步联合会的发言中，杜威批 评了大多数人的科学教育方法。他认为科学教育过于强调知识积累，而对于科学作为一 种思维方式和认识态度等方面没有给予足够的重视。 1 9 2 5 年1 9 4 0 年，皮亚杰研究儿童认知发展的阶段性。在实验的基础上，提出“认 识阶段”理论，为探究学习提供了心理学的根据。1 9 6 0 年，伊诺利大学探究训练研究所 所长萨奇曼提出通过培养探究能力，从自然中自主地发现关系规则。到了二十世纪五、 六十年代，探究作为一种科学教学的方式，它的合理性已经被许多教育者所接受。1 9 6 1 年，美国教育家、芝加哥大学的教授施瓦布在哈佛大学的纪念讲演中以“作为探究的理 科教学”为题，阐述了立足于科学之上的理科教学论。施瓦布首先使用了“探究学习” 一词，并对探究学习作了大量的研究，进一步推动了科学教育中“探究”观念的发展。 这时恰逢美国的“教育现代化运动”，许多同时代的教育家、心理学家都对探究学习理 论做出了贡献。1 9 6 3 年，加涅发表题为旨在探究的学习条件，为典型的探究学习的 实践( sa pa 模式) 研究奠定了基础。美国教育家布鲁纳提出“发现学习”理论。i 9 6 6 年，布鲁纳在与肯尼合著的认知发展研究中提出，要帮助学生掌握各学科的深层结 构，而不是让学生记忆那些不相关联的事实。这一深层结构意味着科学的基本观念、基 本方法与基本态度。 2 0 世纪7 0 到8 0 年代，以探究学习为基础重构基础教育课程成为世界各国课程改革 的突出特点。不仅将探究作为一种学习方式，而且将探究作为课程的内容标准。发展学 生的探究能力和把科学理解为探究过程的观点在世界范围内得到了广泛的传播，使得探 究学习成为世界科学教育现代化的一个显著标志。 2 0 世纪9 0 年代以来。在世界范围内的科学教育改革中，探究的思想更加受到了各 国科学教育界的重视。如美国的国家科学课程标准( 1 9 9 6 年) ，英国的国家科学教 育课程标准( 2 0 0 0 年) 等，都大力提倡探究学习。并进一步提出通过探究学习，培养学 生的科学素养。 ( 2 ) 国内探究学习的发展 探究学习在我国的研究与实践尚处于初始的阶段。2 0 世纪8 0 年代以来，与探究学 习十n 关的教学改革虽然取得了一定的成效，但是并没有从根本上动摇以接受学习为中心 的传统的学习与教学方式。1 9 9 9 年，我国j 下式启动了基础教育课程改革。这次改革的宗 1 0 天律帅范大学坝十学位论文以科学方法为核心的探艽教学镱昭的研，c 旨就是要进行学习方式的改革，改变传统的学习方式，提倡研究性学习。2 0 0 1 年，我国 出台了新的义务教育科学课程标准和义务教育理科各科的课程标准。标准一方 面强调科学探究是一种重要而有效的学习方式，在内容标准中对学生的学习提出了探究 活动的具体建议：另一方面，将科学探究作为义务教育阶段科学课程的重要学习内容， 在内容标准中单独设立主题，明确提出发展科学探究能力所包含的内容与培养目标。对 探究学习的理论研究与传播已大大改善了人们的教育理念和学习观念，探究学习开始为 广大教师和学生所接受。但是由于长期以来所形成的重视学习结果，轻视学习过程的教 学积习以及客观条件的制约，在我国推进探究学习实践还需要做出艰苦的努力与探索。 2 2 3 探究学习理论综述 ( 1 ) 杜威基于经验的反省思维学习 杜威反对把科学当作“诸多现成知识，由事实和定律组成的学科内容”，认为：“知 识的记录本是探索的结果和进一步探索的资源，但是人们却不顾知识记录所处的这种地 位，将之视为就是知识。人们的心灵成为它先前战胜环境的战利品的俘虏；这些战利品 不是作为战胜未知领域的武器和行动，而被用于固定知识、事实和真理的意义。”1 根据他的实用主义工具论，科学知识( 事实和定律) 只有在探究的背景下才有智力 活动价值。他解释说：“原子、分子、化学公式、物理中的数学命题，它们代表着科学 研究的工具。”这种知识既是科学研究的产物，又是进一步研究的概念工具。“正如其它 工具的情况一样，它们的意义只能通过应用来学习。我们不能通过观看它们所指的事物 而理解其意义，只能通过它们的工作，即把它们当作知识技术来应用才能获得对它们的 理解。” 于是杜威提倡儿童基本经验的主动学习与作业。杜威认为，经验中包含着思维。他 指出，没有某种思维的因素便不可能产生有意义的经验。因此，着眼于经验改造的教学 自然会重视思维能力的培养。他专门研究了人的思维过程，力倡“反省思维”( r e f l e c t i v e t h i n k i n g ) ”。这种思维乃是对某个问题进行反复的、严肃的、持续不断的深思。反省思 维包括五个要素、步骤或阶段：第一，问题的感觉：在一个真实的经验的情境中，令人 不安和困惑的问题阻止了连续的活动；第二，问题的界定：使感觉到的( 直接经验到的) 疑难或困惑理智化，成为有待解决的难题和必须寻求答案的问题；第三，问题解决的假 【i l 】 b i d 民生土义1j 教育 m ，江苏i i j 版 i ：，1 9 9 5 1 2 】j d e w e y m e t h o d i ns c i e n c e t e a e h i n g j i g e n e r a ls c i e n c e q u a r t e r l y , 1 9 1 6 , 1 ( i ) ：3 9 l l j 、t1 1m ”此人学坝l 学位论文 以科学方法为核心的探究教学策略的研咒 设：t l - 有知识资料，从事必要的观察，以对付疑难问题；第四，对问题及其解决方法的 逻辑推理：从理智上对假设进行认真推敲，看哪种假设能对付疑难；第五，通过行动检 验假设：通过行动来检验考虑中的解决问题的办法的有效性。这些同时也是“问题解决” ( p r o b l e ms o l v i n g ) 的要素、步骤或阶段。杜威认为这五个阶段的顺序不是固定的，而 目，这血个阶段中的每一阶段均可进一步展开。 ( 2 ) 布鲁纳的发现学习 布鲁纳深受皮亚杰、乔姆斯基和菜维斯特劳斯思想的影响，形成了自己的结构主 义溧程理论，对美国二十世纪后半叶“教育面向现代化”的课程改革有重大的影响。 布鲁纳认为教育应该努力使学生明白学科的基本结构，而不是那些学科结论。他在 教育过程中写道：“不论我们选教什么学科，务必使学生理解该学科的基本结构。 1 3 1 所谓课程结构，就是掌握某一学术领域的基本观念。不但包括掌握一般原理，而且还包 括对待学习和调查研究、对待推测和预感、对待独立解决问题的可能性的态度。这样看 来，学科的基本结构不仅强调学科的一般原理和概念的认知学习，更注重研究方法、研 究过程、研究态度的培养。获得学科的基本观念通过发现学习来实现。 所谓发现学习，就是不把学习的内容直接呈现给学生，而是由学生通过一系列发现 行为( 如转换、组合、领悟等) 而获得学习内容的过程。从这里可以看出发现学习的过 程就是个人思维探究的过程。布鲁纳认为“无论在哪里，在知识的尖端也好，在三年级 的教室里也好，智力的活动都一样。一位科学家在他的书桌上或实验室里所做的，一位 文学评论家在读一首诗时所做的，正像从事类似活动而想要获得理解的任何其他人所做 的一样，都是属于同一类的活动。其间的差别，仅在程度而不在性质【1 4 1 。小学生和科学 家的认识活动在程度上表现为知识的深度、广度和探究过程的复杂程度的差异；在性质 上则表现出基本研究方法、过程的一致。 ( 3 ) 施瓦布科学教育思想 1 9 6 1 年，在哈佛大学举行的纪念讲演会上，施瓦布作了题为“作为探究的科学教学” 的报告，提出了探究学习的教学方式。他认为，教学过程也应被看作一种探究过程，教 师应该以探究的方式将科学呈现给学生，学生则应通过探究活动学习科学知识。 施瓦布提出探究学习基于这样的哲学判断：科学知识是暂时的，相对的，而不是绝 对的。科学的本质是探究、发现，是不断的变化。科学探究是在一定信念指导下，通过 3 1 钟腑泉土编课程漉派研究 m 上海教育i ：版社，1 9 8 9 ，1 2 1 4 1 廿， ；譬纳省教育过程 m 邵瑞珍译文化教育出版社，1 9 8 2 ，2 9 1 2 天津师范人学琐j 学位论文以科学方法为核心的探究教学策略的研，z 提出问题、建立假设、寻求答案，进而深化理解、验证假设、构建理论的过程。归根结 底，反映着知识观的转变。即对知识的认识由过去强调知识的客观性转变为重视人与知 识的相互作用，重视人的主观能动性。 施瓦布认为学科的结构是指社会所拥有的知识体系的组织和联系。作为具体学科， 各门学科具有不同的出发点和目标，因而具有其学科的专门化特征即体现该门学科的一 组概念的结构和规定该学科领域特有的程序、方法的句法的结构。他认为：“不同的学 问素材是以非常不同的方法加以认识的。因此，被视为健全的知识或是探究的成果本身， 也是非常不同的。其结果，发现与验证的进程、结构、过程，也是不同的。验证和发现 方法上的这种差异，是适用于谓之科学的类似的诸学问的。”施瓦布认为，学生阅读 的材料包括各种可能的解释，不同的或者是相矛盾的实验资料，对研究及使用证据所依 赖的不同假设进行辩论的辩词，以及科学探究中的其它问题。通过这种方式，学生认识 到科学知识的构成以及科学知识是如何获得的。 施瓦布从教学方法和内容两个维度构建探究教学理论，把探究扩展到整个课程领 域，为科学教育中探究观念的树立起了重要作用。 综上所述，探究学习是过程性的学习，它在性质上等同于科学家的探究活动过程。 通过学科特定的研究方法，经历提出问题、猜想与假设、制定计划、收集证据、结论与 解释、反思与评价诸环节，达到对知识来龙去脉的理解和学科素养的养成。因此，以特 定的学科研究方法与学科研究方法论为核心是探究教学策略的最本质特征。 5 i h i ，启泉现代t ! l ! 程论l m i 毋 教卣f l ：版 = i ，1 9 8 9 ，1 4 5 3 天津帅范大学坝j 。学位论文以科学方法为核心的探究教学策略的研究 3 以科学方法论为核心的化学探究教学策略 理清科学、科学探究的概念、理论及其教育价值，可以帮助我们更加深刻地认识探 究教学实践，找出误区及其原因，进一步加强理论对实践的指导作用。 3 1 我国化学探究教学的现实误区 考察可见，在我国近十年的化学探究教学实践中，先后出现一些有代表性的误区。 其一，化学探究学习等同于实验探究。 化学是- - i 1 以实验为基础的自然科学。在化学实验中，学生的学习活动涉及到 对实验目的、原理的认知和估计实验的现象；对实验的方法和步骤、实验的时间 安排与工作顺序的运筹：对实验结果、数据处理、实验总结与解释等方方面面， 与其他学习活动相比，具有最大的教学效益。化学实验作为化学科学研究的基本 方法，表现出化学学科作为一门实验科学的最本质特征。也因此，探究学习被仅 仅等同于化学实验，探究的内涵被作出了表面化、形式化的理解。实践中，出现 了把探究实验的步骤等同于探究学习的过程与方法教学，甚至为了探究而探究的 作秀现象。其实，除了实验探究这种显性的探究方式之外，作为科学理论体系发 展的基本逻辑