将科学实践带入课堂

从“科学探究”到“科学实践”唐小为2014/07/06从“科学探究”到“科学实践”“科学探究”是1996年《美国国家科学课程标准》的核心概念；我国2001年科学课标将科学探究作为主要学习内容与学习方式，列于内容标准之首；“科学实践”（scientificpractices）是美国科学2011年教育新框架、2013年《下一代科学标准》首位关键词我国2016新课标强调科学素养的综合培养，包括科学知识，科学探究，科学态度，科学、技术、社会与环境四方面。科学探究和科学实践

究竟有何不同？

光到底是一种什么东西？古希腊：光是粒子流与光相关的现象光沿直线传播光可反射和折射光束可以互相穿过观测到“水波状”的衍射条纹不能绕过障碍物传播光的色散彩色且明暗交错的“牛顿环”双缝干涉圆盘衍射中间会出现泊松亮斑1881：迈克尔逊－莫雷：“以太风”对光速无影响黑体辐射光电效应17世纪格里马第：光是以“以太”为介质传播的波1704：牛顿：光是作周期性振动的粒子1690：惠更斯：光是纵波1819：菲涅尔：光是以“以太”为介质传播的横波1900：普朗克发现必须接受“量子”的这一假设1905：爱因斯坦的“光量子”1801：托马斯杨：光是波长在1/36000至1/60000英寸的波讨论如果以上都属于科学实践，那么科学实践应该包含什么？这样的科学实践和传统意义上的科学探究相比，有什么相同点和不同点？关于科学科学是一个理论主导、不断进化的过程，其驱动目的是寻求对自然现象具有更高一致性的解释；科学没有单一的方法，方法为解决问题服务，观察和实验为理论的生成、发展、检验、评价提供证据；科学需要逻辑推理，但逻辑推理不是科学思维的全部，联想、想象的能力同样很重要；科学还是以交流、合作、辩论等形式进行的社会性活动。为什么美国课标提“科学实践”从“科学方法”到“科学探究”科学方法=模式化实验方法“理论性科学讨论的水太深，一旦踏进去，就会完全抹煞学生的科学学习兴趣。”科学方法=“思维五步”及其变式“没有什么比要求学生记忆并遵循一套一成不变的步骤来理解自然现象离科学更远的了！”科学探究=“动手做”“只强调动手，怎么能保证脑也会跟着一起动？”科学探究=“思维五步”及其变式继续主导实践……从“科学探究”到“科学实践”并不是要否定探究，而是避免将探究缩减为过分强调实验、与内容相分离的单一步骤集合体；用复数形式的“实践”来描述科学，避免读者在解读时陷入两类思维定势，即认为存在唯一的、普适性的“科学方法”，或认为“有关科学的一切都是不确定的”；避免因探究概念不统一，产生理念上千差万别的课堂探究教学实践更好地阐述探究在科学中的含义，强调长期以来因过分看重实验探究而忽视的其它科学活动，如建模、发展解释、参与辩论等。科学实践的三个维度NGSS关注的8类科学实践问问题及定义待解决问题▲构建和使用模型设计与实施研究分析与解读数据使用数学与计算思维▲构建解释和设计解决方案▲参与基于证据的辩论获取、评价与交流信息理论性探究——构建解释“理论性探究”真的合适小学生么？--布鲁纳对如何教六岁孩子微积分的回应--美国人和中国人眼中的理论--只要情境合适，一年级小学生也可进行理论性探究课堂案例预测书和纸“谁先落地”（构建因果解释/基于对机制的理解进行预测）Ebony:呃，书会先落地，因为，呃，书的力气比纸更大一些，纸几乎就没有什么力气。如果你把他们放在称体重的秤上，纸几乎就没重量，而书

有好几磅重呢。……还有，纸落下时会像这样飘来荡去[Alison：是风，风可以吹动纸！]……当纸落在地下的时候，不会像书那样发出很大的响声。课堂案例预测书和团起的纸“谁先落地”（检查各推理路线间是否存在矛盾）Alison/Julio：团起来的纸比原先重了一点儿。Rachel：团起来的纸比原先力气更大了。Brianna：团起来怎么就会更重了呢，纸还是和原来一样大啊（将团起的纸展开给大家看—许多同学转而同意这个看法）Diamond：纸团起来以后页数变多了，就是说它看起来像是由许多张纸组成的了。而且当你把纸给团起来之后，它就不会这样晃来晃去了。Brianna：就是，团起来以后它就像本书一样直接掉下来了。理论性探究：构建解释体现理论在探究中的主导地位：“动手”要为“动脑”服务--以构建最合理的科学解释为目标--在证据基础上通过合理想象构建解释--“动手”是为了寻找新证据，在这个基础上检验、筛选和深入发展解释--给学生构建解释的机会，不盲目追求确定的结论和概念[溶解度案例]理论性探究：构建解释要能听懂学生的想法理论性探究：构建和使用模型模型有很多种：-实物模型（如玩具小车）、绘图（如结构图）-概念模型（如枣糕模型、行星模型）-模拟实验（如用乒乓球探究月相）-图表-数学建模……共同点是1）用于描述对系统的理解；2）可用于推测系统的可能行为；3）可进一步收集数据检验修正理论性探究：构建和使用模型构建模型可帮助学生表达想法社会性探究：科学辩论应凸显科学的社会性特质：“动嘴”的重要性--共享证据、分享想法--明确和解决想法争端--检验、筛选、修正和发展科学理论[点亮小灯泡案例]社会性探究：科学辩论构建支持科学辩论的课堂往往是一个长期过程--自由分享多样性的想法--从教师引导的互动走向自发的想法碰撞--走向想法（解释和理论）的筛选教学目的要如何改变一课一得

概念的长期建构（允许“未完待续”；允许不下结论）[液体的溶解]实验探究

进行各类实践活动的机会与能力教师行为要改变什么？教师主导的结构化探究

增强开放度和生成性课本给出教学内容和活动设计

课标提供方向/课本提供主题/参考课本根据学生问题和认知状况自主设计活动[指南针是什么材料做的？]固化教学步骤和结构

发现式教学课堂要改变些什么？追求“正确答案”

追求“科学理性”提问-回答-评价（IRE）

科学共同体（平等自由的交流、学生部分掌控话语权、关注他人想法的本质、对他人的想法和学科规则负责）问题？点亮小灯泡案例能点亮小灯泡的连接有什么特征？-有电又有线-电池正极连小灯泡的一个接触点，电池负极连小灯泡的另一个接触点-要形成一个圈，让电有前进的路右图的连接能不能亮?-能亮，因为连了正极和负极，正极发的电和负极发的电在灯泡里碰撞，灯泡就亮了-不能亮，因为没形成一个圈，电循环不过去溶解度案例再加糖块还