首页 -> 2007年第3期
中学理科探究教学中存在的一个“系统漏洞”
作者：孙海波 张 江 谭翠英 王 巍
一､科学探究的实质与实施的基本过程
1.科学探究的实质
《美国国家科学教育标准》对科学探究作了这样的表述:“科学探究指的是科学家们用来研究自然界并根据研究所获事实证据做出解释的各种方式。科学探究也指的是学生建构知识､形成科学观念､领悟科学研究方法的各种活动。”由此可见，科学探究可以是科学家､科研人员在科学技术研究工作中进行的探究活动，也可以是学生在学习科学课程中进行的探究活动。尽管这两类科学探究在探究的目的､探究者的知识技能与能力､实验条件､资源信息以及探究允许使用的时间等方面都存在较大差异，但是，我们认为二者科学探究过程的实质是相同的。只要在教学中使学生的探究活动遵循了科学探究的精髓､实质，我们就能够很好地使学生逐步体验并积累科学探究经验､掌握科学研究方法､领悟科学精神，并逐步形成科学探究能力､创新能力。
2.实施科学探究教学的基本过程
(1)学习者围绕问题展开探究活动
问题是在学生学习其所学科学知识的情境中，当学生遇到不能理解或不能解决的困难时，而产生的问题。如何解决这一问题呢?这就需要学生展开一系列的科学探究活动去解决它。所以问题不仅是学生探究学习的起点，而且又是引导学生探究活动的核心。当然，这些问题不能是学生不可能解决的问题，而必须是依据学生的知识和能力通过科学探究活动所能够解决的问题。开始实施探究学习时，问题一般可以由教师提出，然后逐渐过渡到由学生提出。当然教师在识别和判断这些问题上起着关键的作用。
(2)学习者提出解决问题的假设并收集能证明其假设的证据
假设在科学研究过程中占有非常重要的地位。假设是人依据自身独有的思维､想象能力和已有的相关知识经验，创造性地提出的能够解释问题或解决问题的设想。当假设提出之后，学生就要通过各种渠道去收集证据以验证假设是否正确。收集证据的途径的基本形式是学生通过实验，观察，测量或查阅有关书籍及其他信息资源来收集证据。这一过程可能不仅仅是一次，如果所提出的假设不能被所收集的证据证实的话，就要重新提出新的假设并重新收集证据。
(3)学习者依据所收集到的证据形成对问题的解释和回答
在学生获得了充分的证据证实了自己提出的假设之后，就可以根据事物､知识间的内在联系，进行逻辑推理，找出问题的症结所在，对问题中的因果关系形成自己的解释并对问题作出回答。
(4)学习者通过与其他可能的解释，尤其是与那些科学性的解释相比较，来评价自己的解释
学生通过与其他可能的解释进行比较，来评价自己的解释。这就要求学生参与讨论，比较各自的结论，或者与教师､教材提供的结论相比较以检验学生自己提出的结论是否正确。之后，学生要对探究的结果进行抽象概括从而获得新的知识，并与已有知识建立联系，纳入到自己的认知结构中去。
(5)学习者交流和论证他们得到的对问题的解释
在课堂上，学生公布他们对问题的解释，使别的学生有机会就这些解释提出疑问，审查证据，分析逻辑推理，指出解释中可能有悖于事实的地方，或者就相同的观察提出不同的解释。在与其他同学相互交流的过程中，还是学生进行自我反思的良好契机。其间，教师应要求学生对自己的整个探究过程进行回顾和反思，这将对培养学生的自我监控能力或元认知能力以及科学探究能力具有重大益处。
由此可见，科学探究教学过程的精髓就是:发现问题——提出假设——收集证据——形成解释——相互交流。
二､目前在科学探究教学过程中存在的一大“系统漏洞”
目前在我国实际的科学探究教学过程中，存在着一个严重的“系统漏洞”，它存在于科学探究过程中的重要环节----收集证据。学生在提出问题后，首先要开动脑筋创造性地提出能够解释或解决问题的假设，然后就要通过一定的途径来收集证据以求证实其假设。目前，我国实际的科学探究教学中，学生收集证据的途径主要有实验､观察､测量或查阅有关书籍及其他信息资源等。
然而，在实际的科学探究教学中，由于我国教学资源(实验设备､仪器､药品､实验用生物活体等)存在着严重的地域差异､城乡差异､校际差异，所以，有许多证据在中学教室或实验室里是无法获得的。这样，相关的科学探究活动将难以继续进行。即，有些证据本来是可以获得的，但由于受实验条件等因素所限，学生却无法直接获得这些证据;此外，某些学生所提出的假设，本身就是在中学阶段无法通过实验(需要大学中的大型､精密实验仪器设备)来获取证据的;另外，还有些学生所提出的假设，本身就是虚假的(通过理论直接可以判断出来)，但无法也无需通过实践手段来收集证据加以验证。这就是目前我国实际的科学探究教学系统中存在的一个严重的“系统漏洞”。然而，该“系统漏洞”无论是在教育理论界，还是在实际的科学探究教学一线，还尚未引起高度的重视!
三､科学研究教学过程中必须“下载”的一个“补丁”
该“补丁”就是学生直接向教师提问，通过提问的方式来直接获取证据。“学生可以通过提出只能用‘是’或‘不是’作答的问题来从教师那里直接收集证据，这样的问题所提供的证据必须是通过实验､观察､测量或其他信息源能够获得的。这一途径只是为了弥补某些学校实验室设备､仪器､药品及其他资料源欠缺的一种替代措施。”
该“补丁”虽然在使学生体验科学探究､培养学生动手能力等方面不及“实验､观察､测量等”实践途径，但是它却能为标准的科学探究活动，提供必需的补充，以保证科学探究活动的顺利进行。
例如，教学示例:初中化学“催化剂”概念的科学探究教学片段。
教学阶段1:发现并提出问题
生:在教师的指导下，两名学生同时分别做两个实验室制取氧气的演示实验，实验1试管中加入6.0克的氯酸钾;实验2试管中加入6.0克的氯酸钾和2.0克的二氧化锰(事先研碎后混合均匀)。两学生分别同时对试管进行加热并随时用带火星的木条检验是否有氧气产生。
生:学生们通过观察发现实验2产生氧气的速度比实验1快得多。
师:大家通过观察这两个实验，能提出什么问题呢?
生:为什么实验2产生氧气的速度会比实验1快呢?(学生要探究的问题)
教学阶段2:提出假设和收集证据
师:大家开动脑筋､多方思考､可以互相讨论，看谁能提出一种能够解释我们所发现的问题的假设?
生1:因为二氧化锰受热也能分解放出氧气，而且速度很快。(假设1)
师:这位同学提出的假设确实能够解释我们的问题，但是这一假设是否真实正确呢?我们需要通过收集证据来证实它是否正确。
生:实验､观察:在试管中加入2.0克的二氧化锰，加热､并检验是否有氧气产生。结果发现二氧化锰受热并不放出氧气。从而否定假设1。(收集证据)
师:大家继续思考，提出新的假设。
生2:因为实验2中的二氧化锰与氯酸钾受热时很容易发生反应，很快放出氧气并生成一种含钾､锰､氯等元素的化合物。(假设2)(板书)
师:这位同学提出的假设也能解释我们的问题，是否正确呢?也需要通过收集证据来证实它是否正确。但是，这个假设根据我们所具备的实验条件是不能获得足够的证据以证实它的。你们可以通过向我提出只能用“是”或“不是”来作答的问题来从我这来直接获得证据。
生:请问老师，二氧化锰在这一反应中起什么作用?
师:对不起，这位同学的提问方式违背了我们关于通过提问来收集证据的原则，我不能回答。请重新提问。
生:请问老师，在实验2中发生的化学反应结束后，产物中存在一种含钾､锰､氯的化合物吗?(收集证据)
师:不存在。
生:学生通过直接向老师提问获得了证据，从而否定了假设2。
师:大家继续努力，看谁还能提出新的假设。
教学阶段3､4(略)
由此可见，该“补丁”对于我国目前实际的科学探究教学来说是何等的重要!它就是目前一线教师实施科学探究教学中必须“下载”的那个可以弥补“系统漏洞”的“补丁”!它对在我国实际的科学教学中实施科学探究教学具有非常重要的价值。
(参考文献本刊略)
(责任编辑 孙晓雯)