究竟什么是“真”科学探究，本文主要内容关键词为：科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中学理科新课程倡导学生自主学习，积极参与、乐于探究，勇于实验，勤于思考，从更深层次理解科学探究的本质。于是，大家非常关注并积极实践科学探究式教与学，相关案例可谓铺天盖地。我们冷静反思这些案例，所谓的科学探究到底有多少是“真”探究？究竟什么是“真”科学探究？本文通过对一个科学探究案例的质性分析，就此问题作一探讨。
一、一个值得深思的科学探究案例①
浙江省某中学不惧高考的压力，积极为学生提供进行科学探究的机会和条件，让学生通过自己的思维、动手、查阅文献等方式，体验科学探究过程的曲折和乐趣，发展科学探究的能力，增强对科学探究的理解，从而深入理解科学的本质。该校的一个学生科学探究案例非常值得深思。为了尊重学生的科学探究成果，突出其科学探究规范，本案例呈现将尽可能忠于研究小组提交的研究报告内容及格式（个别部分有删改，文中不再注明）。
（一）开题报告
由七部分组成：
1.探究主题：《验证动量守恒定律》实验中的“怪事”——神奇的能量。
2.小组成员：七位同学和一位指导教师组成，并由其中一位同学任组长。
3.问题背景说明：两个物体相碰，碰后系统的总机械能应小于碰前的总机械能。可按照数科书中学生实验《验证动量守恒定律》的装置得到的数据，发现碰后的能量较碰前大。由能量守恒定律知，教科书中实验装置存在问题。本课题就是科学探究机械能增大的原因，并针对问题来改进实验装置。
4.目的和意义：激发学生的学习兴趣，提升学生的动手能力、创新能力、交流和合作等能力。
5.分工及活动计划：(1)重做教科书中实验，以确定该实验中存在的问题；(2)查找原因，方法有：查阅资料（阅览室、图书馆、上网）、求助教师等；(3)设计实验来验证我们的分析合理性；(4)改进实验装置；(5)写出实验报告。
6.研究方法：做实验、查资料、采访、讨论。
7.预期成果：实验报告、制作仪器、论文等。
（二）探究过程
本课题历时近两个月，地点多是物理实验室，共进行七次小组活动：
1.目的：确定科学探究主题。时间：9月15日。
内容：主题确定为弄清教科书中学生实验《验证动量守恒定律》中碰后动能增大的原因，并设法改进实验方案。同时，明确后续活动的小组分工。
2.目的：重做教科书中实验，进一步确定碰后动能将增大。时间：9月17日。
内容：分三个小组各自独立进行科学实验。
结论：每一组实验中都发现碰后的动量比碰前要大，碰后的总动能也比碰前要大。
3.目的：通过查找资料、走访教师，确定实验中问题的起因。时间：9月19日至27日。
内容：先后在学校阅览室、县图书馆、上网查阅资料，但无实质性进展。后来在教师的启示下，才知道可能是滚动中的能量——转动动能造成的。
4.目的：通过实验表明入射球碰后的转速要变慢。时间：10月11日。
内容：通过慢镜头展示碰撞后入射球的滚动要变慢，再通过篮球相碰来模拟该过程。
5.目的：用理论解释碰撞后动能变化的原因。时间：10月13日。
内容：重做教科书实验，测出相关数据，理论上计算出小球与轨道的摩擦系数μ=0.241，从网上查阅出两种金属间的滚动摩擦系数一般在0.03～0.07之间。
结论：求出的摩擦系数偏大说明，小球从轨道上滚下时，其重力势能除转化为小球的平均动能和内能外，还有一部分要转化为小球的转动动能，当第一个小球与第二个小球相碰后，由于转速变慢，第一小球的转动动能就要减小，转移到另一个球上，从而使碰后的总动能（平动动能）变大。
6.目的：改进教科书实验方案。时间：10月17日。
内容：方案1用方块代替小球。考虑到落地点测量误差，被否决；方案2用单摆代替轨道，通过测量角度来确定碰撞前后的动量。考虑到测量角度比较困难且误差大，被否决；方案3用硬钢丝做轨道，给小球穿孔，让球套在钢丝中，从钢丝上滑下，就避免了滚动的影响。
7.目的：动手做实验器材，并用改进的实验装置来验证动量守恒定律。时间：10月18日至11月5日。
内容：分两小组各自独立进行科学实验。
结论：两组实验数据都表明，在误差允许的范围内，碰撞前后的动量是守恒的；碰撞后的总动能都较碰前小，说明该碰撞是非弹性碰撞。
二、对科学探究案例的质性分析
学生针对被视为权威、鲜有人质疑的教科书中《验证动量守恒定律》实验的不完善，以实验探索和理论演绎等科学手段，揭示了实验中出现的碰后动能增大的实质。然后，学生提出了实验改进方案，并动手制作了相应实验器材来重新验证。可以说，不论是从科学探究过程，还是科学探究规范看，这都是一个难得的、非常值得深思的科学探究案例，有很大的质性分析价值，有助于我们厘清科学探究的“真”与“伪”。
（一）探究问题是适合学生认知结构的科学问题
科学探究始于探究问题。“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许是一个数学上的或实验上的技巧而已，而提出新的问题却需要有创造的想象力，这标志着科学的真正进步。”[1]而实践上的困惑是，什么样的探究问题才能促使有效科学探究？
1.必须是科学问题。当代科学认识论研究表明，就性质而言，科学探究中有两类问题，一类是“科学问题”，另一类是“简单问题”。[2]这一探究问题的“二分法”让我们思考，“简单问题”难道就不是“科学问题”吗？“科学问题”一定就很复杂吗等。其实，科学探究问题的关键在于一定是“科学问题”，简单与否跟学生的认知水平有关。案例中学生通过理论分析和实验验证两者结论的矛盾，基于“能量守恒定律”，提出科学探究问题“碰撞后动能增大的原因是什么”。从中不难理出辨别“科学问题”的尺度：(1)问题对象是否探讨自然界机理。因为科学（指狭义的自然科学）是探索自然的。(2)问题结果是否暗含着理论假说。如果没有一定的理论假说，或者理论假说难以穷尽，这将是因“过开放性”而没有结果的问题，更谈不上是一个科学问题。(3)问题解决是否需要观察、实验或推理等方法。不管是早期的博物科学，还是现代的数理科学，都强调用数据来解释问题，而数据获得的主要方法是观察、实验或推理。
2.适合学生认知结构。根据奥苏伯尔的研究，认知结构就是学生头脑里的知识结构。广义地说，它是某一学习者的观念的全部内容和组织；狭义地说，它是学习者在某一特殊知识领域内的观念的内容和组织。[3]案例中“转动动能”计算本来是大学物理刚体力学内容，超出了学生的认知结构，并且难以在学生原认知结构上将其讲清楚。案例好在学生变换一种路径来解决此问题，即变转动为平动。由此，适合学生认知结构的内涵应是：(1)“超出”学生认知结构的科学问题不等于“不适合”学生进行科学探究。因为科学问题的解决往往有多种方案，有时“超出”学生认知结构恰能激起其科学探究的主动性、积极性、创造性。(2)适合学生认知结构的科学问题不等于“容易问题”。在当前的科学探究中“容易问题”较为普遍，过于适合学生认知结构，基本是学生不探就知。这样较利于科学探究的“表演”，从而变成“伪”科学探究，结果是学生厌恶科学探究，不利于学生的发展。(3)适合学生认知结构的科学问题一般较为封闭。相比开放性科学问题，封闭性科学问题的“变量”较少，有利于活动的设计、学具的选择，有利于教学目标的明确，有利于孩子们沿着活动所指引的、而不是教师规定的清晰的目标，顺利达到认知的彼岸。[4]
（二）探究过程一定要弥散着学生的科学思维
科学探究就是通过不断的科学思维获取科学知识、实践技能以及创新精神的过程，即科学探究本质上是科学思维的。实验原则和逻辑原则是近代科学思维的两个主要特征，即科学思维是一种建立在实验和逻辑基础上的理性思考。因为“西方科学的发展以两个伟大的成就为基础，那就是：希腊哲学家发明的形式逻辑体系（在欧几里德几何学中），以及（在文艺复兴时期）发现系统的实验可能找出因果关系。”[5]还有，中学理科新课程也非常强调对学生科学思维品质的培养。由此，科学探究过程中学生是否进行科学思维，这是判别科学探究“真”与“伪”的最基本尺度。案例中学生的科学思维弥散在科学探究的各要素，从中不难发现科学思维在科学探究过程的突出表现：
1.相信、尊重事实，谨慎求证结论。在案例提出问题环节，学生初步确定科学问题后并没有急于进行下一环节的探究，而是分为三个小组再次各自独立实验、分析数据、得出结论等进一步验证提出问题的科学性。学生深知，科学探究的起点如果是错误的，那么后面所有工作可能都是做无用功。如此严谨的科学态度，在分析与论证环节，学生更是灵活运用了经验归纳（篮球模拟小球滚动过程）和理论演绎（计算小球与金属导轨的摩擦系数）两种科学思维方式进行相互印证。
2.猜想不等于胡猜乱想，应以客观事实为依据。学生提出科学问题后，通过各种方式查阅资料，来猜想“碰撞后动能增大的原因”，均未取得实质性进展。这时，学生并不是随便乱猜一种可能原因以应付所从事的科学探究，而是选择请教老师的方式。经过老师的适当点拨，学生才最终猜想“可能是滚动中的转动动能造成小球碰后动能增大”。因此，科学探究的猜想也要求学生科学思维，以一定的经验、事实作为依据。
3.“问题→猜想→验证→反思”是科学思维的内在机制。这一机制本质上是强调科学探究过程中的学生思维活动。否则，就很容易成为“伪”科学探究。上述案例成功之处就在于学生对这一科学思维运作机制有着多次完整应用，譬如从提出问题到评估结论是一个机制运作，而从初步提出问题到确定提出问题其实也是一个小机制运作。所以，该机制的运转路径应是线性与非线性的统一，追求完整但也允许局部，关键在于经验归纳和理论演绎两种科学思维如何互补发展。
（三）对科学探究的其他相关问题的思考
1.科学探究应重“质”不求“量”。案例历时近两个月，占用大半个学期。如果照此安排，一个学期至多做两个科学探究课题。再除去学生复习、考试、其他活动安排等时间，实际上一个学期只能完成一个较为完整的科学探究课题。够吗？仅考虑科学探究的“量”，确实少了点；但如果能完成一个同“质”的科学探究课题，其实足矣。
2.科学探究的内容具有选择性。考虑到中学理科新课程改革现实，不可能也没必要对每个科学问题都进行科学探究，作为关键的是选择适合科学探究的科学问题。案例中的探究内容给我们启发，适合科学探究的内容应至少达到：(1)符合学生认知结构特点；(2)能够激发学生进行科学思维。
3.科学探究中教师是探究点“睛”者。新课程中教师角色的多元化，要求教师做好学生学习的组织者、引导者、合作者、协调者等。其实，科学探究中的教师不管做何者，关键要鼓励学生自主探究，发挥探究点“睛”作用。
4.科学探究的要素及时空安排具有灵活性。师生间的交流与合作不是集中某一科学探究环节或专门进行，而是弥散在整个科学探究过程中。科学探究并不一定都体现课程标准中科学探究各要素，也不一定严格按照“死”程序逐步执行。科学探究的时空不必拘泥于课堂和实验室，应是根据需要选取适合探究的时空。
三、判别“真”科学探究的尺度
判别“真”科学探究的分析量表
基于上面对科学探究案例的分析和思考，初步细化出判别“真”科学探究的分析量表（见上表），可供学生自评和教师评价。从操作层面上，本分析量表蕴含着三层涵义：
首先，要判别是否“真”，即科学探究“真”与“伪”的划界。这里的两个要素即探究问题和探究过程中表现出的特征，二者缺一不可。否则，就不能称为“真”科学探究。
其次，要看“品质”如何，即对“真”科学探究的综合评定。此处主要是基于科学探究各要素的特征描述，然后在案例分析基础上，最终确定的具体表现特征。
最后，强调科学探究评价过程化，超越传统上那种只注重目标取向而忽略过程的结果性评价，即不仅重视最后的结果，而且特别重视整个探究过程的回顾和反思。
注释：
①感谢提供本案例的浙江某中学课题评议组尹利群、郑荣强、张华等老师。