探究教学模式发展历程

1、探究教学模式发展历程原载：外国教育研究 2007 年第 3 期 摘要 当前，伴随着强调以“科学探究”为核心的科学教育改革，世界范围内形 成并发展了一些有代表性的科学探究教学模式。 “学习环”模式和随后对学习环模式的 修订以及由此发展出的数学模式，基本体现了强调科学探究的教学思想的发展过程。近 年来的一些研究者仍然在探索新的科学探究教学模式。 国际科学教育中的探究教学模式 及其发展对于我国的科学教育改革具有重要启示意义。 关键词 科学教育；探究教学；模式；“学习环”在当前的科学教育中，“探究”是出现频率极高的一个词汇，没有哪个观点像“探 究”或“探究教学”那样受到科学教育界如此广泛的关注。正如有

2、人所说：如果非要用 一个词语来描述近 30 年来科学教育工作者所努力追求的目的， 这个词一定是 “探究”1 在美国， 20 世纪 90 年代出台的两部纲领性科学教育文献 2061 计划和国家科学教 育标准 中均明确强调科学探究是科学学习的中心环节。 如美国国家科学理事会制定的 国家科学教育标准中就明确提出：“学科学的中心环节是探究”，教师“需要运用 多种不同的策略”来促进学生知识和能力的掌握 2 。在这样的背景下， 世界范围内广泛开展了一系列的探究教学实验研究， 也形成并发 展了一些有代表性的探究教学模式。在这里， 我们通过探讨当前国际科学教育中教学模 式的发展，以期对教师的探究教学乃至科学教

3、育改革与发展提供有价值的启示与借鉴。一、科学探究教学模式的内涵及其发展演变历程任何教学都会涉及方法和程序， 教师为达到某种目的或者实践某种理念而进行的教 学设计、活动以及评价，就会形成一套体现为特定步骤的过程，这就是教学模式。所谓 探究教学模式，就是在探究教学理论的指导下，在探究教学实践经验的基础上，为发展 学生的探究能力， 培养其科学态度及精神和按模式分析等方法建构起来的一种教学活动 结构和策略体系。一般来说，探究教学模式包含四大要素：理论基础、教学目标、操作 程序与实施条件。 探究教学模式表现为教学活动结构和教学策略体系。 之所以这样理解， 是由于探究教学模式从发展之初就是作为教学策略出现

4、的，更注重微观层面，因而具有 可操作性；同时，探究教学模式具有特定的顺序性和阶段性，因此，形成了一定的教学 活动结构。教学模式的本质是程序，是对教学设计、实施、评价与反思等程序的说明。 将模式中不可缺少的步骤抽离出来，用简练的语言概括出来就会形成模式图 3 。从科学教育的发展来看，出现过众多的教育模式，例如，探究训练模式( Inquiry Training Model )、科学探究模式 ( Scientific Inquiry Model )、概念获得模式 (Concept Attainment Model )、集体探究模式( Group Inquiry model )等等。从科学教育发展过

5、程中所偏重的目标和内容来看， 又可以从促进概念获得、 重视科学探究能力以及促进科 学价值判断等不同的角度对众多的科学教育模式进行分类。 而从科学教育中探究教学模 式的发展演变来看， 大致经过了以下的阶段和发展过程最初出现的探究教学模式是 “有 指导的发现”模式，这种模式主要是以一个有趣的问题或具体的材料引发孩子的探究， 进而使孩子探究具体材料并对发现的结果进行反思，在此过程中教师引导孩子讨论、倾 听并建立和检验自己的解释。在这种模式中，孩子能够充分体验探究的乐趣，教师作为 孩子探究过程的促进者、指导者，能够引导孩子进行探究并对结果进行解释。由于“有指导的发现”模式并没有特别重视科学知识，忽视孩

6、子的“错误概念”和 “朴素的理论”。进一步出现的“学习环”模式在“有指导的发现”模式的基础上，增 加了明显的“教师发展科学知识”来指导孩子的科学探究过程。这种模式主要由三步的"学习环" 即探究(exploration )、概念引入(concept invention )、概念运用(concept application )来拓展“有指导的发现”。在“学习环”模式的基础上，又进一步出现了 后来的“ 5-E 模式”、 预测机制学习环模式、四阶段学习环模式、元认知学习环(MLC)模式以及早期科学教育学习环模式等，这些都是学习环模式的进一步修订和发展。在探究教学模式发展的过程中，研

7、究者发现即使经过了“有指导的发现”、“学习 环”等形式的指导，孩子仍有可能存在错误概念和对概念的部分理解，于是又有耐尔 (Neale )于 1987 年提出的概念改变的教学模式； 我国台湾学者钟圣校提出的结构性探 究教学模式以及诺瓦克(Novak)于1995年提出的概念图模式等，其目的在于培养学生 的探究能力，帮助学生真正实现错误概念的转化和修正。二、一种重要的探究教学模式：“学习环”模式及其发展如前所述，在科学教育发展的过程中，强调探究的教学模式很多，这些教学模式的 共同特点就是重视学生对科学现象的亲身感受和操作， 通过科学观察和动手操作等活动建立科学概念。在这些模式中，“学习环”模式最具有

8、代表性，是一种影响较大的、体 现探究教学理念的模式， 随后对学习环模式的修订以及由此发展出的数学模式，基本体 现了强调科学探究的教学思想的发展过程。（一）“学习环”模式“学习环”模式是卡普拉斯（Karplus ）于20世纪50年代末在美国国家科学基金 会（NSF ）支持下，通过开展一项关于小学科学课程的项目一一科学课程改善研究（scienee curriculum improvement study ，简称SCIS ）首次开发出来的一种科学教学策略，这套策略被命名为"学习环” （learning circle ）。学习环模式实际是围绕科学 概念而进行的一种科学探究教学的策略。研究者将

9、“学习环”看作是学生探求科学知识 的一种方式，通过此种方式引导学生进行知识的建构5（p.9 ）。学习环的基本模式图如下：图1学习环的三阶段教学模式图在探究阶段，教师主要是提供教学情境，提供令学生感兴趣的观察事件，引发学生 积极探索；而学生可以自由地操作、探究物质材料从而获得直接经验，在探究现象的过 程中，他们可以采用相关的研究发现如观察、分类、测量等来研究问题，在此过程中培 养他们的科学态度以及跟同伴合作、交流等科学精神。在概念引入阶段，教师适宜地引入一些有关的科学术语、概念、模式、规则，以帮 助学生澄清探究中出现的疑问， 帮助学生形成更完整的科学概念。学生能够在教师的引 导下表达探究结果，进

10、行讨论，归纳形成结论，从而形成科学概念。在概念应用阶段， 教师将上一阶段引入的概念运用于新的问题解决情境之中，以促 进孩子对概念的深入理解， 学生将发展出的新概念应用于新情境中，进而能解决相关问 题。可见， 概念的探究是儿童发现新知识的过程； 概念的引入是学生在教师指导下初步 获得新知识的过程； 概念的运用是儿童利用他们发现和获得的知识来建构新的理解的过 程。学习环模式出现之后即被广泛引用，也不断地被修改，从而不断发展。（二）学习环模式的发展1. “ 5-E 模式”5-E 学习环由生物科学课程研究（ Biological Science Curriculum Study ，简称 BSCS ）于

11、 1989 年创立，他们在学习环基本模式的基础上，增加了“引入”和“评价” 两个阶段。它主要由五个阶段构成，即引入、探究、解释、扩展、评价。在引入阶段， 教师可以了解学生的替代性概念，使学生过去的经验和当前的事物联系起来，能对目前 的活动进行思考并预测下一步的活动。 中间的三个中心阶段的内容实际上就是学习环基 本模式中的三个阶段。评价阶段是 5-E 学习环模式（如图 2）中的一个重要的环节，其 余四个阶段都需要评价的参与。“引入阶段”和“评价阶段”的增加，使学习环策略发 展成为具有完整过程的科学探究教学模式。 5-E 模式作为对学习环基本模式的进一步发 展，成为一套更完备、更符合学生认知特点的

12、教学程序和教学策略。图25-E学习环模式图2. 预测机制学习环模式随着认知心理学和人工智能理论的发展要求，研究者们把预测机制引入学习环模式，古德等人修订了学习环的基本模式，将“预测”作为科学教学的开始阶段，并且使 三个基本阶段形成一个反馈环6（如图3所示）。研究表明，“预测阶段”的增加有很 重要的作用，教师把学生的“预测”记录下来，可以使学生和教师都能够更清楚地意识 到学生已有的观点，而且还能够提高学生参与探索的积极性。图3预测机制学习环3. 元认知学习环（MLC ）从古德和巴曼等人对学习环基本模式的修订和研究，我们可以看出，在学习环基本 模式中增加“预测”或者“提出假设”的环节对于揭示学习者

13、已有的科学观点很重要， 为了使学习者有目的地去反思自己的科学观点，布朗克（Biank ）将元认知成分引入其中，并命名为“元认知学习环” （MLC ）。元认知学习环借鉴了巴曼等人修订的四阶段 学习环，并在此基础上增加了学生对他们已有的科学观点情况的揭示部分，以揭示学习者建构知识的四个条件，即不满意、可以理解性、合理性和丰富性7，如图4所示。研究发现，这种元认知学习环模式对于教师充分利用学生已有的学习经验有很大的指导和 帮助，使用MLC学习环的学生知识的建构程度更深刻一些。1图4布朗克等人的元认知学习环（MLC）上述的“学习环”模式及其学习环模式的几种演变模式，根本特点是不仅让孩子感 受到探究的乐

14、趣注重教师的适宜指导，即根据孩子前期经验引入相关概念，拓展孩子的经验，更为重要的是这些模式中的“概念运用”等阶段鼓励孩子将所获得的新概念新经 验运用于新的问题解决情景之中，注意了所学内容的理解与迁移。三、科学探究教学模式的新发展尽管学习环模式是比较有效的一种科学教育模式，符合当前科学教育发展的趋势，但是也有研究者对学习环模式基本阶段的必要性问题、最适宜的顺序性等问题提出质 疑。不仅如此，研究者发现经过学习环模式的指导，仍可能无法实现学生错误概念的转 变，因此近年来有一些研究者仍旧在探索新的科学探究教学模式。(一) 概念改变的教学模式概念改变的七步骤教学模式是耐尔于 1987 年提出的一种探究教

15、学模式。该模式主 要目的在于，通过此种教学模式帮助孩子重新思考他们自己的替代概念并形成新的理 解。该模式有七步。1. 导入( Introduction )：教师简单陈述目标、内容或所要进行的活动吸引孩子。2. 回顾( Review )：师生讨论以前学过的活动内容，激活相关的前期经验。3. 发展( Development )：教师呈现新信息，引导出孩子的想法，为孩子下一阶段 的调查提供一个适宜的框架。它相当于“学习环”的“概念引入”，但放在“调查和活 动”(相当于“学习环”的“探究”)之前，顺序发生了变化。4. 调查和活动( Investigation and Activities )：孩子操作

16、材料与大量的活动验证他 们自己的想法，教师通过提问、建议、暗示、提供必需的信息等方式给予指导。5. 表征( Representation )：孩子通过行动、图画、图表、测量、言语等方式呈现 活动的结果。教师鼓励孩子用适宜的方式表现活动结果。6. 讨论( Discussion )：师生讨论活动的结果。教师通过提问来指导孩子，对孩子 的错误概念、模糊观念予以澄清。7. 总结( Summary )：总结活动的结果与结论并将结论与其他活动相联系。可见， 概念改变的七步骤教学模式在关注学生探究学习的同时， 更注意学生错误概 念、模糊观念的澄清。二)概念图( concept maps )模式概念图是由诺瓦

17、克于 1995 年扩展了奥苏贝尔的理论而提出来的一种促进学生有意 义学习的科学教育策略，主要是利用奥苏贝尔的“先行组织者”思想并结合科学教育的 独特性而提出来的。概念图策略的实施步骤表现为以下 4 个方面。1. 教师活动前事先设计一个全面的概念图， 以帮助设计与组织某一科学主题的系列 活动。2. 活动开始时教师在黑板上呈现一个基本概念图。 解释每一部分对该主题理解的重 要性。这个基本的概念图起一个“先行组织者”的作用。3. 活动中，师生共同运用前期经验、动手活动、调查、书本或其他信息源，不断地 完善刚刚呈现的概念图。4. 活动结束时孩子建构、 总结自己的概念图。 将孩子的概念图与理想的概念图相

18、比 较，就可用来评估孩子对内容的理解程度。研究者通过实践发现， 概念图策略关注学生的科学学习过程，能够增强学生的学习 主动性， 对自己的科学学习过程进行监控并负责， 教师通过概念图可以持续了解学生对 概念的理解和掌握程度， 因而能够在真实情境中评估学生科学概念的获得以及变化。当 然，概念图策略也存在一些不足之处，比如概念图不适用于知识结构层次不强的主题， 以及了解水平的知识 8 。四、科学探究教学模式发展对我国科学教育的启示通过对科学探究教学几种主要模式及其发展的分析，我们认为， 它们可以为我们提 供如下启示。（一）关注科学探究教学过程中的共同要素通过上面的分析我们可以发现， 在这些科学探究教

19、学模式中， 存在着一些共同要素， 这些共同要素如同国外科学教育研究者在 2000 年探究与国家科学教育标准：教与学 的指导策略中所概括的，包括如下五个方面：首先，学生参与围绕科学型问题、事件或现象展开探究学习， 探究活动与学生原有的认识紧密相关，教师要设法激起学生认知 冲突，激发他们的求知欲望。第二，学生通过动手实验探究问题，形成和检验假设，解 决问题，解释观察结果。第三，学生分析、解释数据，对自己的观点进行综合，利用各 种资源构造解释客观世界的模式或模型。 第四，将所学知识运用于新情境， 以拓宽理解， 形成新技能。第五，教师与学生共同回顾与评价所学内容与学习方法 9 。(二) 科学探究教学模

20、式要符合儿童科学探究的特点探究教学基于探究学习而开展。探究教学模式要有效，必须紧扣儿童的探究活动。 学生的认知发展水平和科学探究的特点是科学探究教学模式的基础。因此， 使用和发展 科学探究教学模式必须要考虑与儿童的发展阶段和认知特点。例如，研究者在探讨教学 模式的应用过程中发现， 3 岁以下的婴儿处于意识水平，然后渐渐地发展到探索水平； 3-5 岁的幼儿能够发展到探究的水平，而 6-8 岁的儿童则能经历全部的四个阶段 5 (pp.10-11 )。因此，对于 3 岁的幼儿，先要让他们参与、感知、获得兴趣并认识到事 物的基本特点，然后才能过渡到观察、探索材料、收集信息、建构并表征个人的理解。 从这

21、个意义上来说，准确把握儿童的科学探究特点是非常重要的。(三) 科学探究教学模式的使用不能机械化， 要注意对各种探究教学模式进行有效 应用各种科学探究教学模式的出现与发展， 为教师指导学生开展科学探究学习提供了策 略，但是选择哪一种模式指导儿童探究学习要充分考虑孩子的特点、 活动的目标和内容， 这样指导才具有适宜性。因此，科学探究教学模式的使用不能机械化，要注意在实际的 科学教育教学过程中进一步应用探究教学模式，使其不断发展和完善。同时，尽管学生 的科学探究非常重要，但是这并不等于所有教师都应以同样的方式来教学生学习科学， 探究包含许多不同的方面，教师要灵活运用多种不同的策略来促进学生的科学学习

22、。 参考文献 1 徐学福美国探究教学研究30年J.全球教育展望，2001,(8):57-63.2 美国家研究理事会 .美国国家科学教育标准 M. 北京:科学技术文献出版 社,1999.2.3 钟圣校 .自然与科技课程教材教法 M. 中国台北 :五南图书出版公司 ,1999.134.4 Atkin,J.M.,Karplus,R.Discovery or Invention?J.The Science Teacher,1962,(29):45-51.5 Lind,K.K.Exploring Science in Early ChildhoodM.Delmar Thomson Learning,20

23、00.6 Good,R.Artificial Intelligence and Science Education J.Journal of Research in Science Teaching,1987,(24):325-342.7 Hewson,P.W.A Conceptual Change Approach to learning ScienceJ.European Journal of Science Education,1981,(3):383-396.8 Ruiz-Primo,M.A.,Schultz,S.E.,Li,M.,et al. Comparison of the reliability and validity of scores from two concept-mapping techniques J. Journal of Research in Science Teaching, 2001, 38(2): 260-278.9 National Research Council. Inquiry and the National Science Education Standards M.Washington. DC: National Academy Press,2000.24-27.On the Develop