理科教学中的科学探究，本文主要内容关键词为：理科论文,科学论文,教学中论文，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。
在义务教育理科课程中，有一项共同的内容，这就是“科学探究”。初中阶段理科四学科(物理、化学、生物、初中科学)的课程标准，无一例外地都把科学探究跟科学内容相并列，并且作为课程内容的首个主题，足见科学探究在课程标准中的重要地位。修订后的课程标准，虽然在知识内容方面为减轻学生课业负担而略微降低了一些要求，但科学探究方面却得到进一步的强调。如何具体落实课程标准关于科学探究的要求，这是初中理科教学中共同面对的重要课题。
一、初中理科课程标准中科学探究能力的结构
科学探究教学把发展学生的能力作为重要目的，物理、化学、生物、初中科学四门课程，都在课程标准中对科学探究能力提出了具体要求。生物课程标准称之为科学探究能力，物理、化学、初中科学课程标准称之为科学探究要素，其本质是一致的，所陈述的都是科学探究的能力结构。
这四个学科的科学探究能力结构如表1。
从表1中可以看出，尽管不同学科关于科学探究能力结构的陈述有些细微差别，但总体上是一致的，都包含着提出问题、猜想、制订计划、收集证据、形成结论、表达交流等有关能力，四学科具有共同的科学探究能力结构。各学科都围绕着该共同结构来实施科学探究教学过程，这对学生形成科学探究能力具有重要意义，这也是课程标准课程和教学大纲课程显著不同的地方。
二、科学探究教学的实施
1.务必拓宽科学探究教学目标的视野
学生进行科学探究，绝不仅仅是为了获得一个科学探究的结论。但现实教学中，不少教师使用《科学探究手册》、《科学探究学案》等教学资料，过分地对学生的科学探究进行“指导”，这些以教师视角编写的《手册》或《学案》，让学生依既定步骤“按方抓药”，阻碍了学生科学探究能力的发展。
学生的科学探究跟科学工作者的科学探究不同之处在于，学生的科学探究是把提高科学素养作为重要目的，而不单单是追求得到一个探究的知识结论。
《义务教育物理课程标准(2011年版)》指出：“在科学探究中，教师不仅应关注让学生通过探究发现某些规律，而且应注重在探究过程中发展学生的探究能力，提高探索兴趣，增进对探究本质的理解，培养科学态度和科学精神。”这里所说的“发现某些规律”和“增进对探究本质的理解”，指的是科学探究的知识目标；这里所说的“发展学生的能力”，指的是科学探究的过程与方法目标，通过探究行为的积累过程发展学生的探究能力；这里所说的“提高探索兴趣”、“培养科学态度和科学精神”，指的就是情感·态度·价值观目标。很清楚，科学探究具有三维课程目标。
对于初中阶段的理科教学来说，知识的缺漏随时可以补足；但兴趣的缺乏、能力的缺失、态度和习惯的错误，不是短时间能改善的，它很可能影响整个高中阶段，甚至于一辈子。科学探究是初中理科教学的重要组成部分，因此，科学探究教学，应在学习兴趣、基本能力、思维习惯、科学态度和精神等方面为提高学生的素质发挥重要作用。
2.以课程标准为根据，落实学生的探究行为
学生科学探究能力的提高来自于他们科学探究行为的积累，科学探究教学的设计，很大程度上是对学生科学探究的行为进行设计。而理科各学科课程标准(2011年版)则为科学探究行为的设计提供了具体根据。
义务教育物理、化学、生物和初中科学的课程标准，都对科学探究的基本能力提出了具体要求，而且都是采用表格的方式。这些表格的左列均为科学探究能力结构的一级主题，而右列的二级主题，则是关于各种探究能力的具体要求：物理、生物课程标准把该二级主题称为科学探究能力的“基本要求”，化学、初中科学课程标准则称之为科学探究能力“目标”。这些“基本要求”或“目标”所罗列的，实际上就是学生在科学探究中的行为。它不仅为科学探究教学中学生行为的设计提供了根据，也为该设计展示了一系列的可操作思路。
举例来说：物理教材“串、并联电路中各点的电流之间有什么关系”的科学探究实验，需要让学生先对串、并联电路各点的电流关系作出猜想，再根据猜想来设计实验。教学中怎样让学生经历猜想的过程？这就需要对学生的猜想行为进行教学设计。四个学科的课程标准对猜想都提出了明确的要求，如表2。
四个学科的课程标准对猜想的要求是一致的，都要求学生根据一定的理由对问题的可能答案提出设想。因此，要让学生对串、并联电路各点的电流关系作出猜想，就需要让学生获得与此相关的知识和经验。以下设计的一个学生探索活动，就是为猜想提供经验：
“公园的某一地块有两个游览点(用亭子表示)，其游览的入口和出口都已确定，请按以下要求设计该地块的行走道路：(1)游客由入口到出口，先后经过两个游览点；(2)游客由入口到出口，只经过其中任意一个游览点。”
本活动中，先后经过两个游览点的道路设计，为串联电路积累了经验；只经过其中任意一个游览点的道路设计，为并联电路积累了经验。
“如果在入口处和两个游览点各装一道门，这三道门每天通过的人数有什么关系？”学生对这一问题的思考，为串、并联电路各点的电流关系的猜想提供了根据。
本例表明，把课程标准中科学探究能力的基本要求转化为课堂上学生的行为，这是实施科学探究教学的一种思路。
3.处理好课堂内科学探究教学中的两对矛盾
在课堂内实施科学探究教学时，常常会遇到两对矛盾：一是课堂时间少和探究过程多的矛盾，不少老师觉得科学探究时课堂上的时间不够用；另一个是“学生自主”和“教师指导”的矛盾，教师指导太多学生就失去自主，教师指导太少学生又无法完成探究任务。
解决这两个矛盾的办法就是侧重部分环节。即对科学探究的各种能力的训练不必面面俱到，而是只侧重一两个环节。
属于本课侧重的能力目标，应该充分发挥学生的自主性，让学生独立完成；不属于本课侧重的过程，教师可以大胆指导。一个课题究竟需要强化哪一个能力，应该根据探究课题的特征进行合理规划。看起来一节课似乎只突出了某一两个能力，而实际上不同的课题分别突出了不同的能力，学生所得到的是深入和全面的发展。这也是课内科学探究与课外科学探究不同的地方。
4.课程标准(2011年版)关于科学探究内容的修订
根据义务教育课程标准(实验稿)实施以来的情况，课程标准(2011年版)对科学探究内容进行了一定的修订。以物理学科为例，新的课程标准除了在“教学建议”中强化了对科学探究的指导之外，还侧重修改了以下两处：
(1)在新的背景下改写科学探究实例
《物理课程标准(实验稿)》有两个科学探究案例，一个是课堂内的科学探究，另一个是课外的科学探究。根据当时的背景，教师对科学探究比较陌生，因此案例的主要功能是对科学探究的几个要素进行解读。然而，十多年来，科学探究要素的知识已得到普及，用于解读要素的案例已经过时，在新的背景下，广大教师迫切需要了解如何处理科学探究中的一些矛盾。为此，《物理课程标准(2011年版)》，重新撰写了两个课堂教学中的科学探究实例，并且在每个实例后面都增加了一段“评析”，用实例来消除当前教师对科学探究教学的某些困惑。因此，教师仔细阅读这些实例、斟酌后面的“评析”，对于优化科学探究教学是很起作用的。
(2)通过规定的学生实验项目明确和强化对科学探究的要求
物理、化学学科的课程标准(2011年版)，都对学生实验的具体项目作出了明确的规定，物理列出了20个学生实验项目，化学列出了8个。这些学生实验项目的规定，强化了学生在实验中的自主地位，也促进了科学探究教学。以《物理课程标准(2011年版)》为例，20个学生实验项目中，探究性实验有9个，占全部学生实验的45%。而在教学大纲物理课程中，所规定的17个学生实验，探究性实验只有一个半，占9%都不到。这体现了课程标准(2011年版)对科学探究教学的重视。
三、关于科学探究能力的考查
1.对科学探究考查的一些基本认识
对科学探究的考查，包括考查学生对科学探究的理解和考查学生的科学探究能力。通常侧重的是考查学生的科学探究能力。
考查学生的科学探究能力可以采取很多方式。首先，由于科学探究是一个过程，采用过程性评价的方式就能展示学生的科学探究能力，例如，让学生经历一个科学探究的过程，观察学生在这个过程中的表现，可以对他的探究能力作出评价。这种评价能体现学生个体差异性的特点，虽然比较费时。
当前应用比较多的是通过纸笔测验来考查学生的科学探究能力。值得注意的是，平时所说的“科学探究题”，指的是试题的内容，而不是形式，有的试卷专门设立一个“科学探究题”跟选择题、计算题并列，这不是恰当的做法。因为科学探究问题不是一种题型，选择、填空、简答、计算等各种题型都可以考查科学探究的内容。
科学探究的过程离不开科学知识，对科学探究的考查，实际上是和对科学知识的考查联系在一起的。因此，在进行试卷规划时，科学探究和科学内容是两个相并列的维度，而不应该把科学探究作为科学内容的一个分支。
2.现实中纸笔测验考查科学探究能力存在的问题
现实中，纸笔测验对科学探究能力考查的最大问题，就是试题本身的有效性。例如以下考查“猜想”和“设计实验”能力的物理试题：
“太阳光斜射在一水平放置的平面镜上，其反射光在墙上形成了一个光斑。随着太阳光射向镜面的角度发生变化，墙上光斑的位置也随之改变，由此，你对平面镜反射时反射光方向跟入射光方向之间的关系有什么猜想？请设计一个实验来验证你的猜想，说出你的实验方案。”
本题能考查学生猜想和设计实验的能力吗？不能。
因为光反射时反射角等于入射角，这是学生已学过的知识，是已被确认的规律，学生对这个问题的回答，不存在对结果进行假定和解释的过程，学生没有发生猜想行为。同样，本题也无法考查学生设计实验的能力，因为探究光的反射规律实验是学生经历过的、熟悉的，学生只要凭回忆来回答问题，而不需要具有设计的能力。
因此，以学生经历过的探究性实验来考查学生时，如果学生只需通过回忆就能获得试题的正确答案，这是无法考查学生的探究能力的。这种无效考查方式在现实中并不少见。
3.纸笔测验考查科学探究能力的思路
要使纸笔测验能考查学生的科学探究能力，就应该使学生在答题时具有科学探究的行为，试题答案并不是通过回忆就能直接提取的，试题解答的过程就是科学探究的过程，学生对答案的获取，完全是当场探究的结果。
例如以下南京市2011年中考物理试卷第29题：
在综合实践活动中，某兴趣小组的同学利用纸锥和小金属球来研究“空气阻力和速度的关系”。取三个相同的纸锥，每个纸锥的质量为m，并编号为甲、乙、丙，其中在乙纸锥内固定质量为3m的小金属球，在丙纸锥内固定质量为8m的小金属球。让它们从不同高度分别自由落下，并以竖直砖墙为背景，当进入竖直砖墙的区域时，用照相机通过每隔相等的时间曝光一次的方法记录纸锥的运动过程，如图是其中一段的示意图。请根据图示回答下列问题：
(1)(略)
(2)对于图中的这段运动过程，甲、乙、丙三个纸锥的速度之比是______；它们所受的空气阻力之比是______；由此可以得出的实验结论是________。
这是一道考查科学探究“分析与论证”能力的试题。本题选择“锥形物体在空气中运动时所受阻力的大小跟速度的定量关系”这一学生完全陌生的课题进行探究，便能体现学生的探究能力。本题的题干陈述了提出问题、设计实验、进行实验等环节，考生的任务是根据图中的数据通过分析论证形成结论，这就需要对题目所呈现的实验数据进行比较，寻找数据之间的数量特点，分析变量之间的相互关系，据此归纳科学探究的结论。学生解题的一系列行为，体现了课程标准分析与论证能力的基本要求，因而能够有效地考查学生的分析与论证能力。本题为纸笔测验如何考查科学探究能力提供了一条很好的思路。
关于新课程下理科的科学探究教学，除了以上所述的“能力结构”、“课堂实施”、“能力考查”等方面之外，如何设计科学探究的教学文本(如学案)、如何对科学探究教学进行点评等，也都是值得探讨的话题，本文不作赘述。