蓦然回首，那人却在灯火阑珊处 ——再看科学探究 蓦然回首，那人却在灯火阑珊处 ——再看科学探究 方红峰 浙江省教育厅教研室

提纲 1、从课程看科学探究 2、从教学看科学探究 3、从文化看科学探究

1、从课程看科学探究 课程的主要问题： 教什么？（内容） 怎样教？（方法） 教得怎样？（评价） 然而，首先面对的问题却是： 什么样的知识是有价值的？

1、1课程改革目标与科学探究 目标之一 实现课程功能的转变 目标之二 重建课程结构 目标之三 密切课程内容与时代和生活的联系 目标之一 实现课程功能的转变 目标之二 重建课程结构 目标之三 密切课程内容与时代和生活的联系 目标之四 改善学生的学习方式 目标之五 建立与素质教育理念相一致的评价和考试制度 目标之六 实行三级课程管理体系

目标之一 实现课程功能的转变 改变课程过于注重知识传授的倾向，强调形成积极主动的学习态度，使获得知识与技能的过程成为学会学习和形成正确价值观的过程。

目标之三 密切课程内容与时代和生活的联系 改变课程内容繁、难、偏、旧和过于注重书本知识的现状，加强课程内容与学生生活以及现代社会、科技发展的联系，关注学生的学习兴趣和经验，精选终身学习必备的基础知识和技能

强调不再以学科为中心组织教学内容，不再刻意追求学科体系的严密性、完整性、逻辑性，重视将新知识、新概念的形成建立在学生原有经验的基础上，进而调动学习者的主动性和积极性。

目标之四 改善学生的学习方式 改变过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力。

首先，通过课程结构的调整，使学生自主活动的时间和空间得到保证 其次，在课程标准中倡导改变学生学习内容的呈现方式，促进学生积极主动学习 再者，提倡将学习过程应转变成学生不断提出问题、解决问题的探索过程，并能根据学习的内容，选择接受、探究、模仿、体验等丰富多样的适合个人特点的学习方式 重要的观点：由于获得知识的过程和方法不一样，对学生终身的影响也有可能不同

过程与方法 新课程 情感 态度 价值观 知识与技能 课程价值观的转变 传授知识

新课程与原来课程在价值追求上有一显著不同，就是将过程和方法作为一个重要的目标，鲜明地提了出来。 新课程价值追求的实现是需要通过一定的途径的，显然科学探究是重要课程内容，也是重要的途径之一。

1、2课程内容与科学探究 作为课程内容的科学探究，第一次将原来所提倡的“科学方法”以显性的方式呈现出来，那么，科学探究的内容是什么？ 有如下的认识： [1]是一套科学发现的程序 [2]是一套科学研究的技能 [3]是进行科学探究的能力和对探究的理解

[1]是一套科学发现的程序 科学探究就是如下一套程序： 观察→发现问题→提出假设→制定研究计划→收集数据→分析和得出结论→评价与交流 科学探究远不是一套程序那么简单，这套程序，也不能保证能获得正确的结论。

[2]是一套科学研究的技能 科学家探究科学的行为虽然很复杂，然而这些活动可分解为较单纯的6个基本过程及6个综合过程。这些科学家探究科学的方法也被称做科学探究的过程技能（Science Process Skill）

6种基本技能 1．观察（Observation） 2．分类（Classifying） 3．测量（Measuring） 4．预测（Predicting） 5．推理（Inferring） 6．交流（Communication）

6种综合技能 7．控制变量（Manipulated Variables） 8．解释数据（Interpreting Data） 9．形成假设（Constructing Hypotheses） 10．确定操作性定义（Forming Operational Definition） 11．完成实验（Finishing Experiment） 12．建立模型（Making Models）

这些技能经过学习，学生是可以获得的。组织一系列探究教学活动，可以帮助学生从简单的基本过程开始，然后逐渐进展到分类、测量、预测、推理，进一步发展控制变量，下操作型定义，如何做实验，怎样解释实验结果等。 如果将科学探究仅仅理解为一套技能，这是不全面的。

[3]是进行科学探究的能力和对探究的理解 探究能力：能将科学探究的过程技能与科学知识结合起来，利用科学的推理既批判性思维来提高对科学的理解。 与传统的探究差异之处： [1]强调过程技能与知识的结合 [2]强调对科学知识的评价（利用证据及分析工具获得科学观点，同时能客观地评价这些观点的优势和局限性）

对科学的理解 包括科学知识是如何根据新发现的证据、逻辑分析以及经科学界争论得到修正、改变的，以及为什么会有这样的改变. 重要问题： [1]科学知识的可错性 [2]证据规则

中学科学探究的内容 应该包括2个方面的内容： 1科学探究能力 2对科学本质的理解

2、从教学看科学探究 2、1学生是怎样学科学的？ 2、2概念转变 2、3探究作为一种教学方式

2、1学生是怎样学科学的？ 案例1：电流做功与爬山 案例2：静止在桌面上物块的受力分析 案例3：酒精和水，温度哪个更高？ 学习是学生对概念建构的过程（“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”）

学习的认知建构过程

前概念与科学概念之间的关系 存在三种关系 [1]顺向关系——同化学习 [2]逆向关系——顺应学习 [3]迷失关系——改变和顺应

2、2概念转变 概念是科学理论体系中的基石，学生学习概念与其说是学习一个新概念，还不如说是在转变原有的观念。 理解概念的含义： 1联系性（解释性）原则 2应用性原则

联系性原则 联系性原则涉及个人的知识结构。 概念被理解应表现在，学习者会用适当的方式阐述概念，并能与其他概念相联系，特别是与学习者原有的知识和观念相联系。 [1]与学习者原有知识的联系； [2]与现实世界的事物和现象的联系； [3]与其他科学概念和观点之间的联系。 与联系性原则相对立的是孤立地学习某些信息

案例： 燃烧的理解 教学前 R：你对燃烧下的定义是什么？ S1：嗯，用热、火柴点火，碳和气体释放出来。就像我们去加热一个物体，物体的一部分转变成能量，或大概其中的某些部分转变成气体。 S2：物体加热后发生了变化。 R：变化的含义是什么？ S2：形式变化，有时是化学变化。

教学后： S1：燃烧是氧与物质发生反应，一种新物质生成，有时有些新材料的物质释放出来。 S2：燃烧是取一种燃料与氧反应，通常会产生——他与某物质反应生成其他物质，不必只是产生气体。

学生撰写学习日记，把所有科学学习经历记录，并组织自己的想法和对各单元的所学，以概念图的形式记录下来，以次理清概念之间的关系。

应用性原则 应用性原则涉及个人知识的功能和作用 概念被理解表现在：学习者能运用概念成功地完成他们生活的社会环境中的任务 [1]学习者有能力完成各种任务； [2]这种任务被普遍认为是有价值的 [3]学习者应当在一定的社会环境下用其他参与者认为合适的方式完成任务 学习者应当能成功地与公众分享、运用和评价科学知识。

案例 全球气温持续上升，你认为可采取哪些措施阻止这种趋势？

科学家的设想 1、撑起“太阳伞”一一一研究表明，要解决目前的气候变暖问题，只需把太阳光遮挡掉3％即可。按照计算，在空间支起一把“太阳伞”的伞面积需要有2000平方公里左右；伞面要用薄如蝉翼、厚度只有0．002毫米的金属薄膜或塑料薄膜制造。按设想，这个庞大的个面由4万个单位拼接而成，每个单元都由自动控制装置调节其位置和方向。这把太阳伞需要依靠太阳光压和星球引力维持在空间规定的位置上，这个空间位置应位于从地球亚太阳距离的1％处的某点上。在这个点上，任何物体相对于太阳、地球和月球的距离始终是保持不变的。

2、竖起“反射镜”——有些科学家指出，在空间安置一面反射镜，把部分太阳光集中反射到某个局部区域，就能改变这个局部区域的气候状况。制造和安装空间反射镜，在技术上已不再是天方夜谭。1993年2月 4 日，俄罗斯科学家在“进步”号宇宙飞船上，成功地进行了代号为“旗帜”的人造月亮试验，首次将太阳光反射到地球背阳的一面。这为空间反射镜的利用提供了很大启发。

3、制造“尘埃云”——科学家设想：如果在位于地球至太阳距离1％处的某个位置上，设法漂浮一片尘埃云，就可以遮挡太阳光。所用的尘埃可取材于月球，把装有月球尘埃的若干个圆筒反射到空间某个位置上。在每个圆筒内装有炸药。当圆筒抵达规定的位置时，让炸药爆炸，使尘埃扩散开，制造一片永久性的、具有一定密度的尘埃云遮挡阳光。

4、编织“激光网”——在人造卫星上配置激光发射装置和巨大的反射镜，形成“激光网”。据此设想，美国科学家提出了一个具体的实施办法：发射4颗人造地球卫星，4颗卫星发射的激光互相碰撞。这样，当太空中对海面温度有影响的红外线通过时，就会被与其能量相当的激光网阻挡，红外线就被反射并照射到海面上。海面温度便人为升高，产生气流，形成云雨，以此调节地球上的温度。

5、给大海“补铁”——美国海洋学家马丁在上世纪90年代初曾提出一项宏伟的实验设想：给太平洋或大西洋“补铁”（即在海洋某些区域倒入大量铁屑），为海洋中的浮游生物增加铁源。马丁发现，地球上约50％的光合作用是由海洋中的浮游生物所完成的。如能增加浮游生物的数量，就能使海洋变成一块“大海绵”源源不断地吸收大气中过剩的二氧化碳并释放出氧气，使大气降温。 新西兰在2000年组成了一支科研队实施马丁的计划，在南太平洋中投入大量铁屑。跟踪观察卫星发回的照片证实，投放大量铁屑确实具有促进海洋浮游生物繁殖的效果。

概念转变教学的条件 促进概念转变，不能简单地告诉学习者他们错了，以及什么是正确的观念。学习者一定要信服新的观念，才能真正理解。 概念转变教学的条件： [1]对已有的概念不满意 [2]有可理解的适合的替代物 [3]替代物必须被认为是合理的 [4]替代概念必须比原有概念更富有成效

不满足 案例：关于燃烧 学生原有的观念：有一种物质在燃烧过程中被破坏或转化成能量 现象：镁带燃烧后灰烬的质量比燃烧前重 学生对自己原有的概念产生不满足感

案例：关于力 情景：一本书放在桌上 问题：桌子是否推着书？ 回答： 否，桌子不能推 是，如果它不推着书，书就会落下 否，桌子刚好在那里，因此书不会落下 否，书在推桌子，因为重力在拉书

学生基于自己的已有知识和想法，建构新知识 [参考Piaget (1971)] 「我们如何看到东西」的课前，先利用「黑洞之谜」活动，揭示学生已有想法，好能针对性地计划教学，帮助学生建构新概念。

易于理解的替代物 情景：一本书放在一个学生的手里 问题：手是否推着书 回答： 对，他的手推着书，毕竟手能推 否，他的手只是托着书 当增加一些书本后，学生就能较好地接受无生命的桌子也能施加力的观念。

合理性 即使是一个替代的看法是有效的，易于理解的，但如果它不合理，学生也不会接纳太久。如无生命的桌子推着书本的观念，与学生的直觉是相反的，还有学生会怀疑可信的程度。原因有2: 1缺少桌子施力作用的过程 2假设桌子施力，那么这个力怎么就恰好平衡了书所受到的重力呢？ 增加一个研究活动：用弹簧类比桌子

学生通过改良和调整自己的已有概念，在已有的 知识上建构新的知识 [参考Posner et al (1982)；Driver et al (1985, 1994b)] 学生一般以为对象的浮与沉取决于质量，经过连串探究活动后，学生逐步意识到密度才是决定性因素。

有效性 学生运用新的概念思考相关问题的收获是有效的。 为什么你靠着墙，不会摔到？ 为什么有人用力推大桌子也推不动？ 这样能让学生更加接受这个成果，并确信这种思考方式的价值

学生能否把知识灵活应用于新情境，取决他们理解所学的程度 [参考Bransford, J. & Schwartz D. (1999)] 学生把不同课题甚至不同学科的知识应用在各式各样的解难活动(测量学校礼堂的高度、找出测量弹珠的体积)，和创意发明(把热胀冷缩的原理应用于发明创作)中。

结论 科学探究要紧密地与知识学习相结合，重在帮助学生实现概念的转变，那种将科学探究的过程技能单独进行训练的方式并不能达成科学探究在课程中的所有目标。

本质理解的越深刻， 越能产生兴奋感和充实感 人居然是猿变来的 有生命的物体居然是无生命的物体变来的 纯净的水里居然有那么多肉眼看不到的东西 悬浮在水中的微小颗粒居然在作杂乱无章的运动 圆形障碍物的后面居然有亮斑 浩瀚的宇宙竟然是由各种结构层次的系统组成 …………… 学了科学以后，我周围的世界仿佛变了个样子

2、3探究作为一种教学方式 探究的层次 舒华布(Schwab)根据科学探究发现方法(discovery/openness)进行实验活动层次的分类：最简单的科学实验活动层次，为问题、方法及步骤均提供给学生。学生只要按着方法及步骤，即可找到实验活动的答案。第二个实验活动层次，为仅提供实验的问题，而方法与步骤，以及答案均未提供。第三个实验活动层次则为问题、方法步骤及答案均未提供，让学生自己去思考设计实验，去解决自己所面对的现象问题(Tamir，1989)。

荷伦(Herron)根据舒华布的三个层次的科学实验活动分类法，再加上另一个层次，他称之为零层次。所谓零层次的实验活动，即问题、方法步骤及答案均提供给学生，学生只要按此步骤去做实验，验证已知的结果。科学实验活动层分类表如1所示(Tamir，1989)。

层次水准 问题 方法步骤 答案 给 1 开放 2 3

探究教学的基本特征 1．学生围绕科学性问题展开探究活动 2．学生获取可以帮助他们解释和评价科学性问题的证据 3．学生要根据事实证据形成解释，对科学性问题做出回答 4．学生通过比较其他可能的解释来评价自己的解释 5．学生要交流和论证他们所提出的解释

探究教学的模式 学习环模式 5E模式（吸引、探索、解释、加工、评价） 萨其曼的探究训练模式 施瓦布的生物科学探究模式 社会探究模式

探究教学中的学习环 执行 阐述 评价

探究教学中的教学环 评价学生的进步 监督学生间的相互作用 布置学术任务

探究教学模式的共同构成 1、学生参与围绕科学问题、事件或现象展开探究活动，探究要与学生已有的认识相联系，教师要设法造成他们的思维冲突，并且刺激他们学习更多的知识； 2、学生通过动手做实验探究问题，形成假设并验证假设，解决问题，并为观察结果提供解释；

3、学生分析、解释数据，并将谈么的观点进行综合，构造模型，利用教师和其他来源所提供的科学知识阐述概念及解释； 4、学生拓宽新的理解、发展新的能力，并运用知识与新的情景； 5、学生和教师共同回顾并评价所学内容和学习方法。

3、从文化看科学探究 3、1什么是文化？ 3、2文化的力量 3、3理性与科学探究 3、4理性培养应关注的问题

3、1文化是什么？

文化在待己待人待环境 胡兰成描写他所熟悉的江南乡下人。俭朴的农家妇女也许坐在门槛上织毛线、捡豆子，穿着家居的粗布裤，但是一见邻居来访，即使是极为熟悉的街坊邻居，她也必先进屋里去，将裙子换上，再出来和客人说话。

穿裙或穿裤代表什么符号会因时代而变，但是认为“礼”是重要的——也就是一种对自己和对他人的尊重，在农妇身上显现的其实是一种文化的底蕴。 何谓底蕴，不过就是，没有学问、不识字的也自然会知道的礼数，因为祖辈父辈代代相传，因为家家户户耳儒日染，价值观在潜移默化中于焉而形，就是文化。农妇或许不知道仲尼曾经说过：“尔爱其羊，吾爱其礼”，但是，她举手投足之间，无处不是“礼”。

希腊的山从大海拔起，气候干燥，土地贫瘠，简陋的农舍错落在荆棘山路中，老农牵着大耳驴子自橄榄树下走过。他的简单的家，墙漆得雪白，墙角一株蔷薇老根盘旋，开出一簇簇然红的花朵，映在白墙上。 老农不见得知道亚里斯多德如何谈论诗学和美学，但是他在刷白了的粉墙边种下一株红蔷薇，显然认为“美”是重要的，一种对待自己、对待他人、对待环境的做法。他很可能不曾踏入过任何美术馆，但他起居进退之间，无处不是“美”。

在台湾南部乡下，我（龙应台）曾经在一个庙前的荷花池畔坐下。为了不把裙子弄脏，便将报纸垫在下面。一个戴着斗笠的老人家马上递过来自己肩上的毛巾，说：“小姐，那个纸有字，不要坐啦，我毛巾给你坐。”字，代表知识的价值，斗笠老伯坚持自己对知识的敬重。

今天我们看见的巴黎雍容美丽一如以往，是因为，占领巴黎的德国指挥官在接到希特勒“撤退前彻底毁掉巴黎”的命令时，决定抗命不从，以自己的生命为代价保住一个古城。 梁漱浸在日本军的炮弹在身边轰然炸开时，静坐院落中，继续读书，思索东西文化和教育的问题。两者对后世的影响或许不同，“抵抗”的姿态却是一致的。

对“价值”和“秩序”有所坚持，对破坏这种“价值”和“秩序”有所抵抗，就是文化。

在一个文化厚实的社会里 人懂得尊重自己——他不苟且，因为不苟且所以有品位； 人懂得尊重别人——他不霸道，因为不霸道所以有道德； 人懂得尊重自然——他不掠夺。因为不掠夺所以有永续的生命。

3、2文化的力量 国家的竞争力 [1]硬件 [2]软件 [3]国民的素养

英国人为什么处变不惊？ 7月7日伦敦发生连环恐怖爆炸事件了！”整个世界都在为英国人着急、担忧，喜欢冲动的外国人甚至煽情出“对伦敦的袭击就是对人类的袭击”这样的语词。但英国人呢？他们平静得让人肃然起敬，谈论最多的是如何在地铁关闭的情况下仍能按时上班。

7月7日下午利物浦街地铁站附近的行人步行回家                                                                                                                                                                    

“这事早晚要发生” “谁让英国和美国肩并肩袭击伊拉克” “比起二战时期伦敦遭纳粹德国的大规模空袭，这事不算大” “你赢了这一回合，你的敌人会赢下一回合，就像拳击一样，没有常胜之说” ……

在伦敦遭遇大轰炸后（为避开英军雷达，德军常在夜晚轰炸）的第二天早晨，送牛奶的工人照样挨家挨户递送。在被炸毁的房屋前，他们照样放下一个牛奶瓶，只是多了一个动作：脱帽默哀。报纸头版上出现的大标题是：“最大规模轰炸，78比26，英国仍在发球。”意思是，空战中德军78架战机被击落，英军损失26架，皇家空军仍在开炮。多么洒脱！

3、3理性与科学探究 科学理性三个最重要的特征： 第一，以实证为判别尺度。必须诉诸科学检验，送交理性法庭，未经过检验的东西，无论是权威还是其他书本均无效； 第二，以逻辑作论辩的武器； 第三，以合理怀疑作为审视的出发点。这种怀疑是依据一些基本程序的，不是无端的怀疑，不是怀疑一切。

科学理性的养成，必须使学生经历科学探究的基本过程，在思考、辩论、矛盾、取舍、平衡的过程中，才能体验，才能内化。

3、4理性培养应关注的问题 教师应具有的思维和方法 第一：顶天立地——“顶天”即系统思维，“立地”即实际观察、考察和实验（试验）； 第二：实事求是——“实事”即注重经验，进行观察实验，归纳分析；“求是”即发现其中不变的关系和规律性； 第三：定量建模——即尽可能运用数学模型对经验事实和关系进行建模，然后给出定量解释。

应具有的态度： 宽容 鼓励 支持

初中阶段科学理性建立的关键 证据法则 科学家的解释要利用观察结果（证据）和对世界已有的知识； 科学的解释强调证据且证据在逻辑上要前后一致，并要运用科学的原理、模型和理论 运用逻辑和事实证据来构造和修改科学解释和科学模型

于细微处体现理性光辉 文化在一个人身上体现在细微处： 他走过一棵树，树枝低垂，他是随手把枝折断丢弃，还是弯身而过？ 一只长了癣的流浪狗走近他，他是怜悯地避开，还是一脚踢过去？ 电梯门打开，他是谦抑地让人，还是霸道地推人？ 一个盲人和他并肩路口，绿灯亮了，他会搀那盲者一把吗？他与别人如何擦身而过？他如何低头系上自己松了的鞋带？他怎么接过卖菜小贩找来的零钱？

同样，教师也应在细微处体现科学理性 如：在争论中，如何对待不同的观点？ 如何对待学生琐碎的问题？ 在无法回答的问题面前，如何处理？ 结论与证据不相符时，又如何解释？ 等等

其实，对未知事物的探究原本就是人类的天性，理性也正是在此基础上发展起来的。科学教育就是要利用人的这种与生俱来的天性，发展学生的理性。

——众里寻她千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处