科学探究视野中的创新人才培养研究，本文主要内容关键词为：人才培养论文,视野论文,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。
我国2010年7月颁布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中明确指出高等院校要着力培养一批高素质专门人才和拔尖创新人才。近年来，不少学者纷纷思考当前中国教育如何培养创新型人才这一问题，并对此问题做出了初步的回答。熊丙奇提出教师要为学生提供良好的教育和学术环境；[1]许爱红指出，要培养创新型的学生，首先要培育个性化的教师，教师的个性化教学有利于培养创新人才；[2]傅国亮认为学校教育要适合不同学生的需求，并尽快实现教育公平，使教学质量高的学校的优质资源能够被更多的学生共享；[3]龚放则认为要将形象思维与抽象思维有机结合，从小学生开始就可以引入抽象思维教育，[4]使学生创新意识的培养贯穿于整个学校教育过程之中。 外因是变化的条件，内因是变化的根据。这些研究都是富有启发性的，但也存在着一定的局限性，如并未指出创新人才自身应具有的潜质。我国新一轮基础教育课程改革的目标之一就是要培养创新人才，为此，高中物理课程标准提出了科学探究的7个要素，为提高科学探究质量指明了方向。课程改革提出来的新理念只有得到一线教师的认同、理解并且转化为相应的教学行动，才能获得真实的改革成效。[5]回顾科学探究教学的发展历程，对我国基础教育提高科学探究教学质量，培养创新人才有重要借鉴意义。 一、科学探究教学的历史回顾 有学者认为，美国著名教育家杜威在历史上第一个提出科学探究的概念。1980年之前，对科学探究教学的研究与实践主要集中在美国。1980年以后，探究教学已经成为全世界教育界都熟悉的一种教育理念，这种教育理念在各国基础教育课程改革中得到了广泛的应用。 到目前为止，国外已有不少学者研究关于科学探究教学的理论，并取得了一些研究成果。[6-8]例如，有学者认为科学探究可以培养学生对科学的正确态度以及学习科学的动机，从而提高学生科学方法与技能，这与我国基础教育新课程提出的“三维目标”之二——“知识与技能”、“过程与方法”不谋而合。有学者通过自己制定的教师效能量表来预测课堂教学中是否发生了某种“变革”；有学者制定了探究教学的操作定义和分析框架；有学者提出了可以判断美国科学教育标准是否在课堂教学过程中得到实现的科学教师探究准则。随着课程改革的不断深入，教师的课堂观察要素、步骤及能力培养得到了越来越多的研究者的关注。美国零点研究集团从整体视角对课堂进行分析后提出了课堂观察的基本框架。Sawada等人利用Liken量表来评价建构主义性质的课堂教学，提出了基于建构主义教学理论的课堂观察框架。Sampson则从课堂管理和教学时间有效利用的角度出发，提出了课堂教学观察框架。美国教育家施瓦布则认为教师应该用探究的方式展现科学知识，学生应该用探究的方式学习科学内容。这些研究使教师们明确了如何在科学探究课堂教学中收集自己需要的资料，并根据资料调整自己的课堂教学步骤，从而有力地促进了教师的专业发展，提高了学生的学习效果。 我国从2001年开始的基础教育课程改革在立足本国实际的基础上充分借鉴了上述研究成果。教育部2001年7月颁布的《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》和2003年4月颁布的《普通高中物理课程标准（实验）》先后提出了科学探究的7个要素：提出问题，猜想与假设，制订计划与设计实验，进行实验与收集证据，分析与论证，评估，交流与合作，并对学生应该在科学探究及物理实验能力方面达到的要求进行了详细说明。随着我国基础教育新课改的深入推进，科学探究教学已经被基础教育科学领域类课程任课教师普遍采用。此后，根据我国和国际物理课程的发展、改革情况，在多次调查研究、专家座谈的基础上，教育部对《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》进行了修改，并于2011年12月正式颁布了《义务教育物理课程标准（2011年版）》。2011版课程标准对“科学探究”中有关内容进行了调整，增加了科学探究实例及分析，指出了学生科学素养与科学探究能力的关系，进一步明确了学生科学探究能力的要求。 然而，在国外探究教学发展初级阶段，虽然不少教育专家大力提倡在课堂教学中进行科学探究的理念，仍然存在着教师很少采用科学探究的方式进行教学的问题。有学者认为，现在的学生解题能力普遍较强，但是需要他们运用已学知识解决新问题时，他们则普遍表现得束手无策。[9]有学者研究发现，大部分教师并不愿意采用科学探究教学，其原因主要包括时间不足、缺乏有力支持、缺少有效材料、难以组织教学等。[10]有学者认为影响教师采用科学探究教学的因素主要表现为：（1）部分教师认为科学探究教学活动只不过是一种完全由学生起主导作用的浪费教师和学生时间的活动。这种活动使教师难以按照预定教学计划圆满完成教学任务，也就无法激发教师开展探究教学的兴趣。（2）有些教师认为自己在科学探究教学中缺少有效的支撑性材料，因而难以组织开展探究教学。（3）有些教师由于缺乏学科教学法、教育心理学、教师专业发展等教师教育类课程的相关理论知识和实践经验，不清楚应该在科学探究教学活动进行的哪一个阶段开始干预学生的活动才能取得良好的教学效果。（4）部分教师对如何客观评价科学探究活动中学生的表现心中无数。[11]维斯的研究则表明，美国K-5年级课堂教学中教师采用科学探究的方式进行教学的比例仅仅只有12%，9～12年级课堂教学中这一比例则大大降低，仅仅只有2%。此外，学生在科学探究活动中的安全问题、科学探究活动组织工作量大、难度大等因素也影响了教师顺利实施科学探究教学。 这些研究结果说明，即使是在美国这个最早提倡科学探究教学的国家，其科学探究教学在课程教学中的实施情况也不尽如人意。因此，我国基础教育中科学探究教学开展情况不容乐观也就可以理解了。探究学习作为目前课程教学理论领域和世界各国课程改革实践共同关注的核心问题之一，是目前我国新一轮基础教育课程改革的一大亮点、热点、难点。探究学习不同于传统的接受式学习方式。“接受”往往是把外在的东西强加给学生，学生通常是被动的，而探究则不然，它是一种在好奇心驱使下的以问题为导向的，学生高度智力投入且内容和形式都十分丰富的学习活动。探究学习是学生在主动参与的前提下，根据自己的猜想或假设，在科学理论指导下，运用科学的方法对问题进行研究，在研究过程中获得创新实践能力，获得思维发展，自主构建知识体系的一种学习方式。探究学习有利于发展学生的主体性，有利于学生自主地学习个性发展所需要的知识，使人类群体的智力资源有效转化为个体智力资源，有利于培养学生的创新精神和实践能力。我国基础教育新课程改革倡导教师在课堂教学中采用科学探究的方式教学，而教师们在教学实践过程中产生了一些困惑，在此背景下，回溯科学探究教学的发展历程，有助于深化我国科学探究教学改革，为在科学探究视野中培养创新人才指明方向。 二、在科学探究教学中培养创新人才的策略 引导学生领悟科学思想方法，提高学生科学探究能力，使他们逐步形成科学态度与科学精神，是基础教育新课改的目标之一。基础教育新课标提出的科学探究要素是科学家群体成功经验的高度概括，从科学探究的视野看，创新人才应具备的潜质是：敏于提出问题，大胆猜想假设，认真分析论证，善于交流合作，勇于评估反思。启发学生提出问题，意在培养学生的问题意识，逐步培养学生发现问题、提出问题的能力。引导学生进行猜想与假设，意在培养学生的直觉思维能力，逐渐学会运用直觉顿悟的方法去探究解决未知的问题。教师在实施分析与论证这一科学探究要素时，不能把眼光仅仅局限在获得结论上，而是要提高启发艺术，培养学生独立创造精神。交流与合作是改变学生学习方式的有效途径，教师要精心组织教学活动，促进学生合作探究。评估的重点是引导学生领悟科学方法，教师在教学中要抓住评估重点，引导学生学会思考。具体来说，可从以下几个方面做起。 1.创设教学情境，培养学生问题意识 问题是科学研究的出发点，也是开启教育教学的钥匙。没有问题，就没有求知欲、没有思考，也就没有学习。一个习惯于接受现成答案而不善质疑的学生，是没有创新精神和创造能力可言的。因此，就学生创新精神培养而言，问题意识就是创新精神的基石，强化学生的问题意识就是培养学生创新精神的起点，培养学生的问题意识是造就创新人才的关键因素。为此，基础教育阶段应该重视培养学生的问题意识与解决问题的能力，发展学生的创新思维。[12]培养学生发现问题、提出问题的能力对于创新人才的培养是极其关键的。纵观自然科学发展史，每一个重大的发明创造都是从问题开始的。正因为如此，教育部颁布的《义务教育物理课程标准（2011年版）》和《普通高中物理课程标准（实验）》把“提出问题”作为科学探究的第1个要素，科学探究就是从问题开始的。 如何培养学生的问题意识是一个值得深入探讨的重要问题。创设教学情境的目的之一就是为学生提供一个主动发现和构思问题的机会。基础教育物理课程标准明确指出，在高中阶段，教师很有必要对一些需要学生科学探究的物理问题创设物理情境，让学生在观察和体验后自己提炼出应该探究的科学问题。[13]从这个角度上说，成功的教学情境必须具备以下两个条件：一是能激发学生强烈的好奇心与求知欲，这是学生形成正确的情感态度与价值观的基础；二是学生在此情境中能提出问题，而且该问题就是本节课所要探究的科学问题。 2.重视猜想假设，启发学生直觉顿悟 “猜想与假设”是科学探究的第2个要素，也是创造性思维中最活跃的因素，是培养学生创新思维能力非常重要的一步，然而在过去的教学中却常常被忽略。原教育部副部长陈小娅指出：教育科学研究应该直接面向当代中国基础教育改革和发展的实践，通过教育研究工作者与中小学校长、教师合作开展研究，创新当代中国的教育科学；应该始终贴近广大中小学，贴近广大校长、教师，贴近广大学生，认真研究和解决中小学在办学实践中所面临的实际问题。[14]因此，作为科学探究重要因素之一的“猜想与假设”，理应得到广大教育工作者的认真研究，以期解决其被忽略的现状。 学生的猜想与假设能力的培养需要他们在已有经验的基础上经常使用直觉思维，在学习过程中认真思考问题，从而做出自己对该问题的某种判断。回顾物理学史不难发现，伽利略就是用直觉顿悟的思维方法发现了自由落体运动规律。一些著名的物理学家也曾先后肯定过直觉思维在科学研究中的作用。爱因斯坦曾经说过：“我相信灵感和直觉”。物理学家玻尔曾说过：“实验物理的全部伟大发现都是来源于一些人的直觉”。 综合分析科学家进行研究的成功经验，不难发现，培养学生的直觉思维能力，启发学生直觉顿悟，是落实“猜想与假设”这一科学探究要素的基本策略。在教学中要实施创新教学，就必须培养学生的直觉思维能力，而直觉思维能力要以丰富的专业知识为支撑。因此，教师在教学中首先要加强基础知识的教学，当学生掌握了基础知识以后，教师才能把一些演示、验证性实验变成综合性探究实验，引导学生进行“科学猜想”，在经验的基础上运用直觉顿悟的思考方法得出新的结论。因此，教师要转变教学观念，把主动权还给学生。对于学生的大胆设想及时给予充分肯定，对其合理成分适时给予鼓励，爱护学生直觉思维的积极性。教师还应及时因势利导，解除学生心中的疑惑，使学生对自己的直觉产生成功的喜悦感。教师若能在课程教学中长期坚持这种做法，就可以教会学生直觉思维方法，从而培养他们的创新思维能力。 3.提高启发艺术，培养学生创新精神 爱因斯坦曾经说过，学校教育的价值并不是让学生学到很多的专业知识，而应该是让学生受到如何进行思考的训练。[15]在教学中只有充分发挥教师的主导作用，不断提高课堂教学启发艺术，才能使学生的思维能力得到训练，才能激发学生的学习兴趣，从而培养学生的创新精神。有学者认为，在课堂教学中教师要做到积极引导学生，就必须通过自己的启发式教学引导学生思考如何解决他们遇到的每一个问题，并将在思考过程中不慎陷入“迷途”的学生引上正路，为冥思苦想以后依然“无路可走”的学生铺路架桥，使学生享受从“山重水复疑无路”步入“柳暗花明又一村”佳境的喜悦与自豪感。 教育的秘诀就是通过对学生具体的尊重、理解、信任、欣赏、激励和宽容等言行和神情，让学生切切实实地感受到爱。[16]发挥学生特长，尊重学生人格，是培养学生独立创造精神的前提和基础。在长期应试教育的背景下，大多数教师期望学生能在应试中考出好成绩，因此其行为往往是偏爱优等生，讨厌学困生，在课堂教学中不能平等对待每一个学生。这种人格上的不平等抑制了学生个性的发展，挫伤了大多数学生学习的自觉性和自尊心，不利于教师在教育教学过程中培养学生的创新精神。 创设有效的实践教学情境，激励学生达到较高的教学目标，是培养学生独立创造精神的关键。只有学生感到目标有意义，通过努力能够实现时，它才能发挥出较大的激励作用。教师要根据新课程的具体目标、学科特点和教学的具体内容，制定出不同层次的阶段教学目标，激励所有学生充分发挥自己的聪明才智，达到人尽其才、充分发展的教学目的。普通高中物理课程标准明确指出，实验室应该尽快向学生开放，鼓励学生主动做课外实验。因此，对物理实验的教学，除了课程标准上的基本要求外，教师可以向学生提出较高的目标：改进物理教材中的演示实验或创新设计新的实验方案，自制简易实验教具，撰写实验研究论文，或者设计实验方案解决一些日常生活中的具体问题。在实现目标的过程中，教师要细心观察，及时给予学生关心、支持、鼓励、理解、表扬、肯定、宽慰、批评等，使他们在不断的反馈中向目标前进。当一个具体目标实现后，要及时引导学生向新的目标奋进，使他们不断保持高昂的学习热情和积极性，并自觉自愿地达到一个又一个目标。 4.精心组织教学，促进学生合作探究 国家基础教育课程改革倡导自主学习、合作学习、探究学习。这种新型学习方式要求教师必须精心组织教学，促进学生合作探究。爱因斯坦的成功经验会使广大的教师加深对基础教育新课改提倡的新型学习方式重要性的理解。爱因斯坦在科学研究过程中经常与朋友们在一起研读、讨论社会科学和自然科学著作，爱因斯坦在这些讨论过程中不断受到启发，陆续发表了5篇震惊物理学界的论文。爱因斯坦就是通过自主学习、合作学习、探究学习成为20世纪的科学巨匠。从爱因斯坦成功的典型事例中可以看出培养学生的独立创造精神、合作精神和求证精神的重要作用。 在基础教育新课标实施的过程中，教师要根据学科、专业特点和教育对象的年龄特征、心理特点、知识基础等，组织一些类似于爱因斯坦当年开展的教学研究活动，引导学生积极开展合作学习、探究学习。例如，在高中物理教学中，“研究自由落体运动”这节课就是一个教师组织实施探究教学的课题之一。教师可以先表演4个生动的演示实验：将一页纸和一本书从同一高度下落；将这一页纸揉成纸团后和这本书从同一高度下落；将两张相同的纸片，一张揉成纸团后和另一张纸片从同一高度下落；用牛顿管演示真空中鸡毛和石子从同一高度下落。连续4个演示实验为学生创设了良好的教学情境，有效激发了学生的好奇心和求知欲，让学生自己发现问题，从而提出问题并建立自己的假设。然后，教师再引导学生制订实验计划，设计实验方案，指导学生按照自己设计的实验方案进行实验，记录并分析实验数据，并由学生自己总结出自由落体运动的规律。最后，教师可以鼓励学生课后查找有关资料，了解伽利略对自由落体运动的研究在物理学史上的重大意义，从而使学生通过师生或生生合作探究物理规律的学习过程，了解物理学研究方法在物理学发展中的作用。教师精心设计教学环节并有效组织教学过程，是促进学生实践新型学习方式的关键。 5.抓住评估重点，引导学生学会思考 从科学家的科学研究过程中去探索如何开展创新教育，从而总结出物理教学方法，是一条“抓住评估重点，引导学生学会思考”十分有效的途径。众所周知，“自由落体运动”只不过是不同版本基础教育物理教材中的一节课，而从伽利略研究自由落体运动规律的艰辛过程中总结出的思维方法，却对培养学生创新精神意义重大。伽利略的成功经验不仅在于他找出了自由落体运动的规律，更重要的是开辟了一条物理学的研究之路。教师要引导学生学会思考，培养学生创新思维能力，就必须用伽利略的研究方法。教会学生科学思维方法比教会学生知识更为重要，这是基础教育新课程目标中为什么将“过程与方法”列为“三维目标”的原因之一。 “评估”是科学探究中的要素之一。如何提高评估的质量？怎样发挥评估在创新人才培养过程中的作用？爱因斯坦已经为我们作出了榜样，他在对伽利略的科学研究活动进行评估时，所看重的并不是自由落体运动公式，而是伽利略的科学方法。爱因斯坦成功的秘诀之一就是他非常重视借鉴他人的科学方法。很多人都曾向爱因斯坦请教过成功的经验，他说：“成功等于艰苦劳动加正确方法加少说空话。学习知识要善于思考、思考再思考，我就是靠这个学习方法才成为科学家”。不难看出，引导学生领悟科学探究中的科学方法应该是评估的重点，抓住评估重点，引导学生学会思考，是实施“评估”这一科学探究要素的基本要求。教师在教学中实施“评估”这一科学探究要素时应指导学生认真开展自评和同学之间的互评，通过师生、生生之间的评估交流，为学生树立学习榜样，使学生认识到交流与合作的重要性，努力做到在合作中既坚持原则又尊重别人。 广大的教育工作者崇敬爱因斯坦，不仅仅是因为他所写并发表的那些轰动科学界的学术研究论文，而是他的科学探究精神、独立精神和创造精神、科学思想方法、合作精神与合作态度、创新教育思想与成功经验以及高尚的情感态度与价值观，尤其是后者对我国正在进行的新一轮基础教育课程改革来说是一笔用之不竭的精神财富。标签：课堂教学论文; 科学探究论文; 科学论文; 教学过程论文; 实验物理论文; 数学猜想论文; 物理论文; 基础教育论文; 课程标准论文;