19.科学探究--思维方法|如何有效发展学生认知世界的科学探究能力？

本文为思维方法系列文章第18篇。

说起“探究”，我们会条件反射地认为这是一个“外来词”，其实不然。在百度中，可以搜索到“探究”这个词语的古文出处。

唐·元行冲《释疑论》
康成於窜伏之中，

理纷挐之典，
志存探究，
靡所咨谋。

宋·苏轼《寄周安孺茶》

高人固多暇，探究亦颇熟。

探究，可以探究问题、理念、数据、现象……在具体使用过程中，更多的是把“探究”作为一种活动方式，如：探究性学习。

探究性学习是指学生在学科领域内或现实生活情境中选取某个问题作为实破点，通过质疑、发现问题；调查研究、分析研讨，解决问题；表达与交流等探究学习活动，获得知识，掌握方法。

其特点是：主动性、实践性、过程性、开放性。

其核心是：学习者要有问题意识。

探究学习必须遵循科学的研究方法。这可能就是广义“科学探究”的意思吧！

科学探究活动又可以区分为科学家（泛指一切科学工作者）的科学探究活动和学生的科学探究活动。两者在对象、方法和结果上存在差异。

科学家进行科学探究活动的对象是人类未知的领域，方法既规范严谨又富于创新，结果往往可以深化人类对客观现实的认知并改善人类的生活质量。杂交水稻之父袁隆平教授的工作就是科学家的科学探究活动的典型。

学生科学探究活动的对象通常只是学生自己未知的，方法比较简单，而且需要教师的帮助，结果一般只能提高学生对某个事物、某种现象的认识。

例如，像“声音的传播和噪音的控制”这样的学生科学探究活动，其结果对学生而言是新颖的，但却是人类早已知晓的。

学生的科学探究活动与科学家的科学探究活动又有其共同之处：两者在过程或程序上是一致的，其探究都要经历这样的一般过程：

提出问题、猜测假设、制订计划、收集数据、处理信息、得出结论、表达交流、反思评价。

需要注意的是，这一过程并不是一个有固定顺序的过程，而是一个能动、多样、多层面、循环发展的过程。

科学探究活动要经历怎样的过程？

接下来，我们就分别理清过程中的几个层级吧！

 提出问题: 

层级1：从具体现象与事物的观察、比较中提出感兴趣的问题

层级2：从具体现象与事物的观察、比较中，提出可探究的科学问题 

层级3：从事物的结构功能、变化及相互关系等角度提出可探究的科学问题 

可以看出，提出问题，需要有一个出发点——基于基本事实与现象。

 猜测假设: 

层级1：依据已有的经验，对问题作出假设性解释。

层级2：能区分事实与假设，基于已有经验和所学知识，从现象和事件发生的条件、过程、原因等方面提出假设。 

层级3：基于所学的知识，从事物的结构功能、变化及相互关系等角度提出有针对性的假设，并能说明假设的依据。

猜测与假设，有两个方面需要注意，一是基于已有的经验和知识，二是提出猜测是有方向的。

 制订（实验）计划: 

层级1：明确科学探究需要制订计划。

层级2：能基于所学知识，制订简单的探究计划。

层级3：基于所学的知识，制订比较完整的探究计划，初步具备实验设计的能力和控制变量的意识，并能设计单一变量的实验方案。

制订（实验）计划，很重要的方面是：根据目的因地制宜选择实验材料，并逐渐具备“控制变量”的意识。

 收集信息: 

层级1：能利用多种感官或者简单的工具，观察对象的外部形态特征及现象。

层级2：能运用感官和选择恰当的工具、仪器，观察并描述对象的外部形态特征及现象。

层级3：能基于所学的知识，通过观察、实验、查阅资料、调查、案例分析等方式获取事物的信息。

收集信息，最重要的是根据需要客观全面地获取信息。

 处理信息: 

层级1：能用语言初步描述信息。

层级2：能用比较科学的词汇、图示符号、统计图表等方式记录整理信息，陈述证据和结果。

层级3：能基于所学的知识，用科学语言、概念图、统计图表等方式记录整理信息，表述探究结果。

处理信息方面，需要注意的是客观直观呈现信息。

 得出结论: 

层级1：有运用观察与描述、比较与分类等方法得出结论的意识。

层级2：能依据证据运用分析、比较、推理、 概括等方法，分析结果，得出结论。

层级3：能基于所学的知识，运用分析、比较、推理、概括等方法得出科学探究的结论，判断结论与假设是否一致。

得出结论，需要运用科学的思维进行概括、推理。

 表达交流: 

层级1：能简要讲述探究过程与结论，并与同学讨论、交流。

层级2：能正确讲述自己的探究过程与结论， 能倾听别人的意见，并与之交流。

层级3：能基于所学的知识，采用不同的表述方式，如科学小论文、调查报告等方式，呈现探究的过程与结论(能基于证据质疑并评价别人的探究报告。

表达交流，是总结、检验自己结论的好方法，一方面是要清楚表达自己的观点，另一方面是要倾听别人的观点，双方就问题进行交流对话。

 反思与评价 

层级1：具有对探究过程、 方法和结果进行反思、评价与改进的意识。

层级2：能对自己的探究过程、方法和结果进行反思，作出自我评价与调整。

层级3：能对探究活动进行过程性反思，及时调整，并对探究活动进行总结性评价，完善探究报告。

需要注意的是，反思评价不仅仅是对结论进行反思，还需要对过程、方法以及表现进行反思。

 “科学探究”与其他学科的关联

科学探究不仅仅是科学学科相关，数学、语文、音乐、美术等学科以及综合实践活动等课程，都可以采用“科学探究”的方式进行学习。科学学科的学习，也需要这些学科的参与，如：

1.与数学的关联与互动。科学探究中的数据处理、模型建立都离不开数学。学生在探究的过程中， 应用数学知识和数学思维方式。例如，通过连续测量一杯热水的温度，绘制曲线图。

2.与语文的关联与互动。科学探究的表达交流也有很多听、说、读、写的机会，多提供这些机会，并设法使之带有科学色彩。例如，让学生撰写观察日记，阅读科普书籍，按科学探究的线索重组科学家传记中的信息，撰写科学小论文， 编写与表演科普剧等。

3.与综合实践活动的关联与互动。科学探究的许多课题可以成为研究性学习的内容，对这些课题的研究可因其情境的真实性和时间的机动性而使学生获益；综合实践活动也会因科学与社会问题的交织而相得益彰。与环境保护、 可持续发展有关的议题较为容易实现两者的互动与整合。

4.倡导跨学科学习方式。科学（science）、技术（technology）、工程（engineering）与数学（mathematics），即STEM，是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式，它将科学、技术、工程、数学有机地融为一体，有利于学生创新能力的培养。

▲学思维活动课程-科学探究

“学思维”活动课程从小学三年级开始就针对“科学探究”一般过程中的问题提出、猜测假设、制定实验计划等专项能力，设计了不同领域的探究活动。

让孩子们不仅仅是亲历了这些活动，更从“学思维”的角度去理解：科学探究过程中的比较分析、推理、概括等。

 生活中如何进行“科学探究”？

在生活中，我们怎么鼓励孩子更多地采用“科学探究”的方式来学习呢？

第一， 在生活中发现科学探究的问题。所有的探究都开始于问题，在饭后散步、假期踏青过程中，都可以去发现一些问题，哪怕是一些微不足道的问题。如：蚂蚁为什么有黑色和黄色的？天上的月亮为什么有时大（圆）有时小（缺）？

第二，提供“科学探究”所需物质资料。要进行探究总是需要物质材料的，父母们可以根据孩子提出的需求，购置一些小材料、小工具。

第三，加入孩子，一起完成最后的成果。孩子不可能一开始就能独立完成一个探究，父母们需要及时发现孩子的困难，主动提出帮助，最后能促成科学探究的完成。

最后，我们需要明确的是：科学探究并不是唯一的科学学习方式，只要能激发学生兴趣、符合学生认知发展规律，能充分调动学生积极性的教学方法和教学策略，如：戏剧表演、科学游戏、模型制作、现场考察、 科学辩论会等，都是科学学习的有效方式。

 张蕾 

《“学思维”活动课程》副主编，现代教学技术教育部重点实验室思维型教学基地教学总监、学优双创教育研究院STEAM+教学专家。2017年被授予全国第二届“课改优秀校长”。