• 倪娟老师主持江苏省政府博士后资助项目0802062C“中学理科课程与教学变革研究”的部分研究成果
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  • 探究教学实践问题的理论思考
    发布时间:2009-6-3    阅读25

    理科“探究教学”实践问题的理论思考*
    倪娟[1] 沈健[2]  
    (南京大学化学化工学院,江苏,210093)

    [摘 要]不同国家,社会背景不同,课堂探究的实践问题也各不相同。在课程、课堂材料、课堂教学和评价这些具体实践环节,是否执行了探究,如何执行,执行到何种程度,以及影响其执行的因素有哪些?就这些问题,对英国、美国、澳大利亚、以色列、中国等国家的“探究教学”课程实践分别作一考察,发现这些国家在国家课程文件层面表述不一,但在实践层面,基本上都只能强调探究技能的掌握,并且误以为“动手做”就是探究实践。因此,对探究教学以及对如何执行探究教学的理解普遍存在问题。这些方面对于引领我国理科课程探究教学实践,对于实践问题的理论思考,对于课程文件的修订都具有重要启示作用。  

    一、问题的提出

    用德勃尔(DeBoer, 1991)的话来说,“从20世纪50年代后期开始的30年中,如果要选择一个词来描述理科教育的目标,这个词便是探究”,应该说,直到今天,科学探究在理科教育界仍是如火如荼,方兴未艾。“理科教育中的探究”观念在全球勃兴,同时,在各个国家的教育实践中也出现了各种各样的问题。从文本角度看,在许多国家的改革文件中没有对探究教与学给予操作定义。对于中学理科课堂教学中怎样进行探究的教与学,在美国《国家科学教育标准》等一些文件中并无表述,仅有执行探究教学后可能发生的生动愿景。我们必须先把文件中呈现的这些愿景搁置一边,而去关注实际课堂中的探究。且不论过去的五十年里在课堂实践中探究以各种概念存在,也不提在这段时间里探究概念已发生了何种变化,只需对课堂中所真正执行的是何种探究作一持续的研究或描述,将会发现这是与改革文件中提出的探究背道而驰的。主要问题包括:探究哲学如何构建,尤其在具体国家的课堂中的探究是如何定义的,探究在课程、课堂材料、理科教学和评价实践中是否执行?如果执行了,又是如何执行的?执行到了何种程度?有哪些内因和外因适合于该国的基于探究的理科教育,又有哪些因素阻碍着理科教育中的探究?在全球化视野观照下对我国探究教学实践问题提供一些认识和启发。

    二、理科课堂探究的实践问题

    美国理科教育改革的历史已告知我们,当预设的探究概念遇到学校课堂教学的现实,以及相关的社会、政治、经济和文化领域,那些探究通常被转变成不相应的实践课程,随后转变成异化了的课堂探究实践。这种不一致早已被认识到,其中许多阻碍因素也都被作出过某种解释。有些是由于地方背景,比如在北美洲,从技术到政治,从与理科教师相关的因素到学校理科教学文化等许多方面,都有可能成为当地执行课堂探究的障碍。幸运的是,新的研究指出:在某种意义上,那些阻碍因素也正是有必要促进理科课堂教学中执行探究的动因。下面我们分析英国、美国、澳大利亚、以色列及我国的探究教学实践情况。

    (一)英国国家科学课程标准中的科学探究

    自1988年英国在英格兰和苏格兰设置国家统一课程以来,科学课在英国国家课程中的地位大为提高,与英语和数学并列为三大核心课程。英国国家科学课程标准中,首先将科学探究列为课程目标,强调科学探究是科学学习的核心过程,注重让学生主动积极地参与科学课程的学习过程。在1988年科学课程标准草案的基础上,英国先后颁布了5个不同版本的科学课程标准。其中,关于科学探究活动的内容和教学要求虽有调整和修订,但其地位和作用一直受到强调与重视。从1989年英国颁布第一个国家科学课程标准之后,对课程标准几经修订,其根本原因是由于教师在具体实施过程中所反映的困难和诸多问题。主要表现在两个方面:一是关于达成目标的问题。例如,1989年和1991年的科学课程标准中,对科学探究规定了十级水平的达成目标,每一级达成目标中又有详细陈述,作为对学生科学探究能力评价的参照标准,教师常常感到对这众多的达成目标难以把握。因此,1995年以后的科学课程标准中,对科学探究规定为8级和一个8级以上水平,这就在某种程度上简化了对达成目标的表述;二是对科学探究能力的评价问题。尽管英国中小学的班容量相对较小,一般为20-30个学生,但在科学探究的评价上,教师们仍感到负担过重,尤其是在课程的实施建议中,要求将形成性评价放在一个重要的地位。[i]

    (二)美国理科课堂中的“科学探究”

    已有研究指出,当前美国教育文件中对探究教与学给出普遍的观念是,认为已涉及到科学本质方面的学习和教育;但是美国《科学素养的基准》中预设和提倡的“探究教学”,在美国当前理科教学实践中并不满意。理科课程中的探究概念在美国是如何执行的呢?

    许多州在开发他们的理科学习标准中仿效了国家改革文件,然而,文件中那些错误概念也同时被广为传播了。许多州的相关专业发展活动都忽略了对探究和科学本质的理解。举个例子,美国俄勒冈州(Oregon)在对待科学探究的目的方面就有问题。不仅在理科课程与教学标准中,还出现在实践评价中。关于探究的得分题目、学生作业样例在俄勒冈州都只关注于学生科学过程技能(形成研究问题,开发和实行研究设计,和分析数据等)。这些可能是州或区有意无意地对当前改革的片面理解导致的。毕竟,关于探究和科学本质的理解在大部分地方的理科课程中并不一致,他们对探究的评价方式也不同。然而,这样的理解,这种理解上的忽略,对于改革文件而言,肯定是一种不幸。因为在当前改革文件中,科学素养的核心目标正是被忽视的对科学的理解。

    因此,科学探究和改革愿景是乐观的,却存在许多问题。在美国,当前改革的进展表现为已经影响到教授怎样的科学这一层面。有证据说明大部分都同意在教学和学习活动中更多的注意科学探究。然而,对未来最大的担心是,理科教学将继续关注于探究技能的表现而排除关于探究和科学本质的理解,把基本的理科学科教育主旨弃置一旁。若继续无视这一不足,当前的任何努力对科学素养目标的达成度将不可能超越60年代的改革。这些努力仅能适度地提高学生履行一定的科学过程技能的能力。学生变得更善于观察,但他们不理解他们由此得到的结论或他们生产的“知识”本身。因此,对个人日常生活或社会相关的科学问题做出明智的决定,这一知识和技能的发展,学生并不能得到(也许在未来也得不到)。

    在那些州、地区和学校,还有另外一个更为严重的问题,很可能妨碍美好目标的实现,那就是关于如何帮助学生理解科学。它直接影响了改革文件中学生对探究和科学本质理解的重要目标的实现。这个问题与对科学探究普遍的错误理解有关。特别是,以为通过“做”科学就能使学生理解探究和科学本质。事实上,使学生经历真实的探究是必要条件,但不是充分条件。30多年以来,已有大量研究都指出,作为一个经历真实探究或以探究为导向的课堂环境的结果,学生不会因此而形成对探究或科学本质的理解。(例如,Durkee, 1974; Tamir, 1972; Trent, 1965)不幸的是,隐含在国家研究委员会文件《国家科学教育标准》中关于教学探究和科学本质的方式并没有与这些研究结果保持一致。

    (三)澳大利亚课堂探究的实践情形

    在澳大利亚课堂教学中,探究的实际执行情况如何呢?据格杰尔等对科学学习活动的调查显示,小学选择每节课 “都是以告诉我们的方式做实验”占44%,有31%选择大多数课中如此进行。不同的是,对于“我的科学教师让我们做科学实验”这一问题的回答,选择每节和大多数课的分别占10%和16%。与此类似,59%的初中生提出教师从不让他们自己选择实验主题,每学期一次或根本没有检测自己观念的学生占47%。然而,初中生的报告中回答每周至少发生一次小组合作和共同讨论的占67%。以上数据虽然并不能直接显示理科课程在多大程度上进行了探究教与学,但至少表明在许多课堂实验研究中,指导发现(由教师指导学生开始)的实验很可能比开放的探究类型更多。最好的开放式探究例子虽不是正式课程的一部分,但由澳大利亚国际商业协会联合科学教师协会组织的科学竞赛及类似的科学活动中经常能提供。

    澳大利亚初中的实验装备通常很完善(由联邦政府提供),每个理科系都具有学校组织雇佣的一定数量的实验技术员。这些技术员有的具有学士学历,技术过硬,有的甚至达到熟练水平,当需要时通常能够确保理科教师从事实验工作。因此,这里的教师就没有理由不能从事实验工作,实验对于探究教学不成障碍。大部分初中,所有的理科课程都在实验室进行,以致基于实验的科学是科学教与学的整体面貌。在一些乡下的小学校,这种状况就有所不同,不能配备实验技术员或人员很少。另一个对实验工作的限制是12年级的最终测试;对于在澳大利亚大多数州和地区的大学研究来讲,测试结果的成功是实验得以进行的前提。这些课堂的实验工作很少有开放式的探究。相对而言,澳大利亚小学并不通常具有一些专业的科学实验室,尽管一些学校有专门的活动室可用于科学课。小学教师虽接受过基本的科学教师教育,但是,对于有效地进行基于探究行为的科学教学,并非所有的小学教师都具有自信。以上这些是促进或阻碍基于科学探究的理科教育的因素和状况。

    (四)在以色列的“探究教学”案例

    位于亚洲西部的以色列是一个小国,但它却以其明确的教育与科技立国策略,不断增强自己的竞争力,以持续发展的经济和成功的高科技产业,跻身于世界20个最发达国家之列。为了发展教育,以色列政府投入了大量经费,投入比例名列世界第一。[ii]因此,我们也有兴趣关注这个小国的理科探究教学实践状况。在以色列理科课程中,探究类型的实验通过提供给学生一个真实探究的情景,为执行探究提供一个样例。在以色列,有许多理科教育者坚信,适度的发展探究实验,具有促进学生的建构学习、概念理解和理解科学本质的潜力(Hofstein and Lunetta, 1982, 2004)。这些实验包括构建问题、形成假设、设计实验、收集和分析数据和得出关于科学问题或自然现象的结论,假如让它们在某种情景下进行,并且使之与科学概念和科学过程的发展相整合,则尤为有效(Hofstein and Walberg, 1995)。这也就是以色列探究教学的概念。

    然而,他们预想中能成功执行的探究实验,如今也已成为一种挑战。以下是执行高中化学探究教学案例的经历。在课程材料、教学和评价的实践中探究是如何执行的呢?作为对理科课程改革目标的一种理解,在高中化学课程背景下执行探究实验(Tomorrow 98, 1992),旨在帮助所有学生形成科学素养。《化学:一个挑战》(Ben-Zvi and Silberstein, 1985)也为以色列的高中化学课程。对探究实验的介绍始于1997年,在这个课程中包括如下几个策略:实验的开发,对想要学生达到的目标成就的评价工具的设计,化学教师长期而精深的专业发展经历,在许多高中课堂中执行这些实验活动,等等。

    过去的几年,设计了大约有100个系列实验,用以帮助学生发展对科学概念的理解。包括:(1)化学课程中统一的化学概念。例如,物质的粒子和组成、酸和碱、氧化-还原反应、化合和能量,等等;(2)建构和判断科学结论的过程。设计学生小组合作实验,从定义良好的“封闭结论”到定义不良的“开放结论”的各种不同探究程度的实验。在这些实验中,学生有时只进行部分探究,有时也可以经历提问、假设、计划一个实验、收集、记录和解释数据和获得一个有效结论的完整过程。

    设计的这些探究实验都经过精心设计,避免了已长期阻碍理科教育通过实验进行教学不能达成大量预设的目标这一不足。在这些不足中,有些是长期以来教师专业发展活动的不足所造成的,教师的专业发展是促使教师有能力实现探究实验所固有益处的保证(Krajcik, Mamlok and Hug, 2001);也有持续的对学业成就进展和需要的实验结果进行评价的有效工具的短缺造成;同样还有教师使用实验探究教学经验不足的原因(Lazarowitz and Tamir, 1994),等等。因此,参与的教师需要进行长期的深入的专业发展活动,他们也要从事设计相关的评价工具,确认评价标准,能在有较高信度和效度的情况下使用工具。

    探究类型的实验有何利弊呢?研究显示,课堂中成功地进行探究实验的教学活动,是教师深入地专业发展活动的根本所在。教师表示这些活动减少了他们原有的顾虑,提高了他们使用以学生为中心的教学方式的自信。因为这些活动需要他们在课堂中转变角色,实现从知识的传递者到学习的促进者的角色重建。对于实验的体验,学生感到自己更加投入于学习过程了,普遍地表示他们的学习态度更积极了。这些体验提供给他们一些发展独立思考、理解化学概念和喜欢小组学习环境的机会(Hofstein, LeviNahum and Shore, 2001)。

    但是,以上的成功还需要很多资源的保证,需要做出巨大的努力。首先,要考虑开发实验的人力资源和物质资源,设计实验工具和教师的专业发展活动。并且,开发、研究小组要给教师持续的支持和指导,这些努力必须维持下去。尽管前景看好,但对于在整个以色列和理科各个内容领域,大规模的执行这样一种教学方式,认为困难并不少。无疑,这样执行将需要持续的肯定和全体有关人员通力合作,包括课程开发者,研究者和教师教育项目,学校管理者,理科教师和学生。这种努力也需要教育部的资金投入和政策支持。[iii]

    (五)我国课堂探究的实践情形

    执行理科新课程将带来丰富的变化是我们的希望。旧课程过于强调指定的验证性的探究活动,新标准的构建代之以强调引导和开放结果的探究活动。因此,通过被限制背景的改变,使原来被指导的、即严格的实验方案的“探究”活动,结构化的设置变得更少了,如更多的引入了日常生活问题。我国新课程文件中对探究的强调是鼓舞人心的。但是,以初中理科各学科课程标准中阐述科学探究的文本表述为例,可见有以下几个特征或不足:

    1.课程各学科课程标准即便是对于科学探究过程技能的教学要求还需作进一步统筹考虑。根据学生的发展阶段,考虑重点发展的能力等;在培养学生科学探究过程技能方面,7-9年级理科各学科课程标准中有关科学探究过程的水平描述并不一致,对科学探究的内容和目标的要求都不尽相同,学科间的协作似乎考虑不够缜密。作为课程内容和目标重要组成部分的“科学探究过程”应该成为一个共同部分,所有的学生都应该达到义务教育阶段所规定的最低要求。因此,共同一致的教学目标和要求,是保障实现课程统一要求的基础。

    2.九年义务教育阶段的科学探究过程的水平描述应当考虑学段街接。对于科学探究的水平描述,3-6年级科学课程标准应该同7-9年级科学课程标准在过程要素上完全一致,要结合年龄特点、知识基础等,从背景、科学概念、变量控制、证据获得、评价等方面,对各个要素的水平作出前后衔接的发展性描述。对各年龄段的科学探究技能的教学要求的描述,应力求清楚、明确,以利于教师在教学过程中的实施。需要对我国中小学生的实际情况进行切实的研究,以制定符合并可以促进学生发展的探究要求与目标。对各学段教学要求的表述要更加明确,此有利于教师在教学中的实施;对科学探究能力发展的水平表述,力求体现层次性、递进性,科学探究能力的评价上,充分考虑学生发展上的差异。

    3.生物、化学学科都把探究学习作为课程内容的一级主题,此处作为内容的科学探究的能力实际上是指包括基本相似的六个探究技能环节,具体要目也相似地分为五个部分,在物理课程标准中对科学探究过程技能各个环节作了最为细致的分析,但完全忽视了对科学探究的理解目标;而作为教学方式的探究目的则是通过探究技能的六个主要环节来获得科学概念知识等。

    4.即使生物、化学学科把科学探究的理解作为科学探究内容的一个主要部分,但也只是抽象简略地一笔带过,在所举探究案例中仍然更多的关注于探究过程技能的各个环节的设计。这与其它发展中国家对探究概念的理解层次及哲学定位类似,明显地落后于美国《国家科学教育标准》对科学探究的要求,与他们对科学探究的研究倡导则更是远不可及。侧重于探究技能的探究教学实际上在美国六十年代的理科课程改革中强调的科学探究较为相似。其结果当然也不可能比美国六十年代的理科课程改革效果好多少。

    如果以上文本显示了课程标准研制者本身对探究的理解和表述的欠缺,那么,在探究教学实践中就能反映基层教师对探究的认识水平。实践中师生只把握了探究过程技能的学习,而各项探究技能最终也只是作为学习科学知识内容的方式。这种举措不仅会导致学生并不能达到理解科学的理科课程改革目标,掌握科学过程技能的要求与为了大众的科学素养的理科教育目标极为不一致;而且,此举也似乎在无意间重蹈美国六十年代理科课程改革方法论阶段的改革实验的不足。在当前许多国家对科学探究概念的理解和执行尚处于美国60年代方法论理解阶段之时,已有研究指出,当前美国教育文件中对探究的教与学所给出的普遍观念,都认为已涉及到科学本质方面的学习和教育,可见其理科课程研究已进入价值论阶段。

    例如,近年江苏省教研室组织的化学优课评比中,代表扬州地区的一节课《二氧化碳的探究之旅》,定位的重点是“设计实验方案”,难点为“学生科学探究思想与方法的初步形成”,课上教师把科学探究概括为四个步骤“提出问题,设计方案,实验探究,得出结论”,新课程标准下基层教师对科学探究的理解由此可见一斑。理科课程的改革,已由过去强调科学为一知识体,转移到强调科学活动与探究的教学,但是此种转移让很多理科教育者认为,科学知识最好藉由实验或实务活动来加以传授,如此便能培养科学态度、过程技能及了解科学本质。而事实上,这样的教学,本质上还是实证主义所强调的归纳法,所呈现的只是一部份科学家的工作,并不能包含所有科学理论的研究历程(许良荣,李田英,1995年)。卡瑞依和史密斯(Carey and Smith, 1993)评论现在的理科课程时也指出,虽然强调实做的过程技能,有可能使学生学习到实验设计及操作能力,但是对于这些过程技能在建构科学知识的角色并没有帮助,也就是没有提供学生对于科学本质之认识。霍德逊(Hodson, 1988)、米勒和杰尔弗(Millar and Driver, 1987)等亦指出,科学教学若以单纯累积的方式介绍科学知识,会导致学生对科学有不正确且单纯化的印象。因此盖尔和斯尔伯(Gil and Solbes, 1993)强调学生必须了解新旧范式的迁移,也就是让学生知道真正的科学概念及方法如何发生改变,也就是从科学历史发展的眼光来看科学,如此才能了解科学知识的本质。

    在出版的课程材料和评价实践中的探究成分又怎样呢?在过去的几年中,在开发课程材料时,其中所谓的探究只是围绕探究过程技能进行设计目标和案例等,并没有强调对科学的理解。我国台湾地区的理科教育研究水平有可能与美国等发达国家比较接近,如他们在不同年级的课本参考中表达了探究的程度,然而材料中不足的是,不同年级的探究程度差异很大。例如,小学科学课本是活动导向的和强调科学概念和科学技能(如,分类、观察、推断等),初中课本根据学生的兴趣和好奇心提供结构化的探究实验。特别是,每一章由两部分组成:第一部分以学生从事和讨论的实验科学活动为中心,第二部分呈现与活动和手头的主题有关的科学内容信息。在高中,科学课本和实验手册是分开的,手册是传统的描述性的实验,目的是执行那些学生在通常的科学部分要学习的内容。这样,科学探究的概念从小学到初中再到高中,至少在科学教材中逐渐离开了现代的观点(各种信息的收集和测试方法)变为更为传统的观点(传统的实验方法)。

    而且,我国小学和中学评价主要还是纸笔测试,测量的是语言和逻辑思维能力,而非技能表现。即使对于实验,学生被评价的是实验报告而非活动表现。实际上极少有评价学生探究技能的教师。学生在与技能相关的探究中的表现只是被零星的在相关的科学事件和业余活动中评价。

    在我国,看似对课堂强调了探究,但是,仅仅为了执行探究方式这一结果而去教授与学习理科课程,这一需要还不足以使之转变成为课堂实践。据我们的调查显示,在执行新课程的这几年,我国的课堂实践本质上运行的还是传统教学。主要是随意的验证性实验方式,更多的是说教的,以粉笔和谈话为主的教学方式。

    首先,缺少清晰构建的关于科学探究本质的哲学,这直接使得理科教师观念产生混淆。举个例子,教师希望通过探究方式还是作为探究内容来教学科学,或者两者兼而有之?课程有一点是清楚的,那就是鼓励教师通过探究方式教学科学。但科学作为探究内容又是指什么?通过探究方式教学的假设,可能会致使学生不能以理解科学为最终目标,导致这种假设下被强调的仅仅是一种学习方式,忽略了对科学本质的研究,导致学生最终无法达成理科教育目标。另外,还有一个潜在的问题是,课程中所呈现的探究定义视角很有限。这种定义似乎限制了探究的内涵,仅把它作为一些固定的通过(神话的)“科学方法”,探究也就变成为按顺序执行科学过程技能的集合。再有,更为严重的问题是,课程看似突出“动手做”的内容或“做科学”的探究,实则却忽视了探究本身的理解。这一点影响了理科课堂中有意义的执行探究,往往使得在实践中仅关注了表面的形式而不注意其实质。最后,在课程之外也要注意的是,假如希望学生经历丰富而完满的科学探究的话,其它内容,包括教学、课本质量和评价操作等,都是需要考虑的重要因素。举个例子,高标准的评价在我国教育系统中是一个重要特征。至今,这些评价与新课程文件中给予强调的探究内涵却并不一致。因此,教师缺少改变教学的激励机制,而教材作者和出版社缺少强调课本中探究的动机,这些都阻碍了理科课程改革的尝试和以探究为导向的努力。

    假如2001年9月起执行的新课程标准转变成实际的课堂实践的话,那么课程标准强调科学探究,且期望所有学生发展他们的探究技能。但是教师是否愿意和有能力执行这样一个基于探究的课程,这也极大地影响着新课程的实践。除了执行新课程,教育部也在致力于考试改革,试图改变基于内容的、基于竞争的传统测试,改变当前的测试系统。这将有望达到这种改变,将帮助达到新课程目标,以及使学生减轻传统测试的负担。然而,学校教师在实际中面临来自于学生、家长和学校管理人员的压力不断增加,从而不得不兼顾两种测试类型来教学,此在某种程度上反而加重了师生双方的负担,也背离了理科课程改革的初衷。这样,代替的依然是旧课程所强调的内容,大多数理科教师教学新与旧两个课程中的内容,以此确保他们的学生通过基于竞争的考试,确保学生在基于内容的测试中获得高分。

    以上提及的改革压力中,教学时间是进行探究导向的教学的一个阻力。理科教师通常在教学实践中努力涵盖所有课本中提及的内容,以此帮助学生在最后测试中获得高分。因为他们认为这是教师应尽的责任,并且抱怨新课程只提出探究教学的变革目标,但是不能保证他们获得足够的教学时间。他们也为此争论,与通常使用讲义练习作比较,通过探究教学科学内容将花更多的教学时间。另外,教师对“教学效益”的追求成为进行探究教学的另一个阻力。因为,我国教师对于“教学效益”的重要性持有强烈的信仰。而那些“效益”似乎是根据花在教学上的时间和学生成绩来衡量的。从事探究所需要的“另外”的时间被认为比科学内容的讲演来得低效。由此,检测带来的相关的忧虑、责任感、缺少教学时间和效益的价值观直接影响教师在理科课堂中的教学方式。通过对这些阻力的说明,希望通过对这些问题的解决,使理科课堂中发生更多的探究教学,使得学生由此而形成需要的探究技能,进而理解科学及科学的本质。

    三、“科学探究”实践要义的理解及推进

    (一)当前广泛推崇的科学探究背后的哲学基础有异议

    早在科学探究开始盛行的20世纪60年代,牛顿(Newton, 1968)提出,完全意义上的归纳式的科学探究是不可能的,首先,科学探究与学习者的本性并不一致。杜威认为,学习应能使学习者(未成年人)感到安全,但在科学探究中,没有权威,学生不知道自己处于什么位置,因而也就不可能取得成功。第二,科学探究的教学方法并不是大学的教学方法,因而也就不能为基础教育阶段提供师资的准备。第三,科学不只是结果,但也不只是过程。因此,科学教育工作太过热情于科学过程而忽视科学结果将与科学的本质不相吻合。最后,他认为,尽管科学探究被捧得高高的,但尚不能证明它是一个好的教学方法。他认为,传统教学的一些好的方面(例如讲解)却被科学探究的支持者所忽视或贬抑。这个写于40多年以前的关于科学探究的批评于现在仍有道理。

    近年来,从科学哲学的角度即上文中的第三点对科学探究教学展开的批评比较多。现代科学哲学研究表明,有些科学理论不是归纳的结果,多数科学假说也不是由归纳而产生。而且,观察需要理论,理论渗透于观察,人们总是在戴着有色眼镜来观察世界。马修斯(Matthews, 1992)认为,对发现法趋之若鹜正是基于在科学观上对无偏见的观察的推崇,当今的理科教育普遍建立在建构主义理论基础之上,建构主义的科学观认为理论渗透于观察。因此,发现法与建构主义观点相互之间的矛盾是显而易见的。科学探究的过程由于对归纳推理的严重依赖:仔细、精确、彻底的观察,准确地报告实验结果,识别各种规则和模式,然后得出结论——在“发现法”看来,这是科学家所使用的全部方法。这个观点无论在哲学意义上还是心理学意义上都值得怀疑。因为,任何意义上的发现都需要先前的观念的支持,离开了头脑中原有的概念不可能指望有任何意义的发现。现在一般认为,“发现法”能合理地探索概念间的联系,但不能确保新的概念和概念结构的形成。

    事实上,随着心理学、科学哲学等学科的发展,现代科学探究呈现了一些新的特征。例如,不再强调“科学方法”的唯一性,变化科学过程的程序性,增强科学探究的人文性等。[iv]在理科课程中,虽然通过科学探究让学生学习科学方法是必要的、重要的,但是,没有万能的、固定的科学方法。在科学哲学领域中,大家最感兴趣的是科学方法论的研究,希望一旦找到科学方法、找到科学发现的逻辑,科学家就会事半功倍。实际上,近几十年来科学哲学的研究揭示出,根本不存在一种普遍有效的科学方法和永恒正确的科学推理程序,任何方法都是具体的历史的。对方法的崇拜既反映了逻辑主义科学哲学的影响,也反映了在科学探究中的急功近利:把方法论当作点金术,以为有了新方法就有了新科学、新历史和新哲学。把科学探究看作方法与材料的结合,就如同把语言看成语法与单词的结合一样,必定忽略了许多有机成分,这些有机成分是历史的、非逻辑的,但却是更本质的。[v]

    (二)科学探究实践要义需要重新理解

    关于科学探究的理解,需要结合社会发展对理科教育的目标。探究(inquiry)一词来源于美国,它又是美国《国家科学教育标准》中教学标准的核心原则,“2061计划”出版的《科学素养基准》也不止一处讨论科学探究。研究者对探究提出了多种不同的看法,许多研究者认为“探究”不同于“科学探究”。前者指教学程序,后者指科学家所做的工作。美国《国家科学教育标准》中的探究定义实际上认可了以上的划分:“科学探究指的是科学家们用于研究自然并基于此种研究获得的证据提出解释的多种不同途径”,探究也指“学生用以获取知识、领悟科学家的思想观念、领悟科学家研究自然界所用的方法而进行的种种活动。”后句中的探究指教学中的探究,它实际上是对科学探究的探究。卢瑟福(F. J. Rutherford)在1964年便指出:教师应当具备较高的科学史和科学哲学素养,否则不能认为他受过教育,能胜任作为探究的理科教学。[vi]在他看来,科学探究的含义是双重的。一方面科学探究是科学内容,指作为科学事业的探究;另一方面探究是教学技巧,指用来学习科学的一种方法。因此作为学习方法的探究与作为科学本质的探究是有区别的。

    目前我国理科教师对课程中的科学探究这一概念的理解多是“科学过程”、“动手操作”、“让学生参加活动”等,而对通过科学探究发展学生的认识能力重视不够。“国家科学教育标准”中的科学探究与传统的科学过程有所不同。尽管也要求学生使用观察、推理、假设等一些科学过程,但科学探究强调的是逻辑、想象以及以证据为基础的思维来形成并修正科学解释、识别和分析各种模型、交流并捍卫自己得出的科学结论,即从科学认识论的角度让学生理解科学和科学探究的本质。而这一点正是传统的科学过程教学所忽视的。人们往往误以为学生经历了“动手操作”等以探究为导向的活动便能理解科学探究的本质。[vii]但实际情况并非都是如此。这就要求教师结合具体内容明确地向学生介绍一些科学观念,如“理论知识指导科学探究”、“科学信赖技术手段增强收集和处理能力”等。

    而科学探究的实践也不能理解为“动手做”。虽然两者都倡导学生的主体性,都提倡体验式学习。但实际上它们却存在着一定的差别。科学探究是以问题为核心,它不否认对知识的学习,提倡学生通过亲身参与来积极主动地建构知识,但同时也承认通过查阅资料等间接形式来获取知识信息的重要性。而“动手做”提倡的是“做了才能理解”的理念,非常重视第一经验的学习。由此可见,“动手做”更强调的是动手,而科学探究则更强调动脑;“动手做”重视的是第一经验的学习,甚至认为是获得知识的唯一模式,而科学探究却不否认对间接经验的学习。把探究教学理解为活动教学的结果是,教师把精力过多地考虑到活动的设计和安排上,并没有充分地考虑到学生的思维问题。还有些人把科学探究机械化地理解为一种流程了。认为探究必须要按照提出问题、进行假设、做计划、设计实验、交流、验证假设这些步骤来进行。而事实上,对问题的讨论来寻求答案、对资料的分析来提取信息也都是一种探究模式。科学探究不一定都需要动手,也不必按部就班地一步步地来进行。尤其是随着年级的不断提高,对动脑的强调会越来越多。万不可只注重了科学探究过程技能训练中程序化的步骤,不能满足于步骤的有无,不能只为追求步骤的完整,而放弃了对科学本质的思考。每一个步骤都可以用以增进学生对科学的理解。总之,我们不能把探究看成一种机械形式,它的本质应是思维。否则,在短短的几十分钟的课堂上是无法完成探究教学的。可见,对探究教学理解的错误也是当前探究教学时间不够这一突出问题的原因。

    (三)探究和科学本质的知识的发生不是偶然的

    与我们仅仅通过让他们观察植物生长就希望他们发展对哲学的理解相似,学生更不会简单地通过经历探究而对科学的理解有任何更多的发展。在探究教学中,在关于“传统的”科学内容和过程技能的教学的同时,教师需要明确讲清楚基于改革的,与探究、科学本质相关的知识目标。通过让学生对这些活动和知识产生的本质进行反思后再做科学调查研究,这个目标就能较好地达成。当然,在此背景下的“讲清楚”并非指直接的教学。事实上,在详细的经历错误和问题反思的帮助下,允许学生形成自己需要的理解,是一个更为有效的途径。几年后的今天,有更多的实验对此提供了证据(例如,ABD-El-Khalick, Bell and Lederman, 1998; Akerson, Abd-El-Khalick and Lederman, 2000; Khishfe and Abd-El-Khalick, 2002),认为促进师生对科学探究和科学本质观念方面的理解,清晰的反思是一种成功的方式。

    科学探究不是“做科学”。 “做科学”训练的是科学操作方法和操作技能,但“探究学习”的重点不在探究的操作方法和操作技能上,而在于对科学本质的理解。因此,“不仅强调探究中的动手,更要强调动脑。”[viii]教师在指导学生探究时,不必过多追求科学探究的操作方法及操作技能,这不是教师指导学生开展探究活动的重点。重点应当着眼于学生“基本科学素养”的提高,“基本科学素养”是指作为一个公民所应具备的对日常生活相关问题的科学认识和科学决策。具体说来,教师指导下的科学探究应该把重点放在以下四个方面:(1)通过探究满足学生求知欲;(2)通过探究获得关于身边世界的理解;(3)通过探究培养科学思维能力,锻炼问题解决能力、合作与交流能力,培养科学精神与态度,初步习得科学方法;(4)逐步获得对科学探究本身及科学本质的理解(科学探究是人类与宇宙之间的对话,科学是人类对宇宙的解读)。这里,尤其要应注意引导学生通过直接参与探究过程,并通过自己的反省与思考,从亲身体验中获得对探究特征的深刻认识,以及深刻理解探究是怎样导致科学发现的(人类已有的知识是如何获得的,我们是如何一步步加深对这个世界的认识的)等一系列与科学的本质有关的问题。

    当然,假如我们要实现改革文件中所强调的科学素养目标,首先要加强关于探究和科学本质的宽泛的教师专业发展。假如教师已经拥有关于探究和科学本质的知识,那么在教授学生时,目标中的要义不应该也不可能会被弃置一旁。在大多数教师接受理科教育期间或教师教育项目中,他们未曾直接经历真实的科学探究(Hahn and Gilmer, 2000)。基于这种考虑,在科学实践的实验活动研究中,专业发展的一个重要内容至少应该包括直接的经历,这是显而易见的。然而,支持这种经历的有价值的研究也是可以间接利用的。科学探究作为一种教学方式、一系列的过程技能和内容领域,教师需要精通全部。另外,教师还需要发展那些对于有效教学探究与科学本质所必须的教育技能,即关于探究和科学本质的教学论知识。最后,教师在认识上还必须把探究和科学本质的知识作为比“传统的”主旨更为重要的内容。假如他们没有认识到这些教学结果的重要价值,那么,在实践中并不会使用他们所具有的教学科学探究和科学本质的知识和能力。因为这些对教师和学生的重要性并非那么直观明显。如何促进理科教学的课程价值观,在这方面的强调应是一个重要的研究方向。

    参考文献: 

    * 本文为“省博士后科研资助计划”第二批资助项目“0802062C”研究成果之一。

    [1] 倪  娟, 女,。教育学博士,南京大学博士后。现任职于江苏省教育科学研究院,主要研究方向为理科(化学)课程与教学论、基础教育课程变革中的实践与理论问题

    [2] 沈  健,男,工学博士, 教授, 南京大学博士生导师。现任江苏省教育厅厅长,江苏省化学教学专业委员会名誉理事长,研究方向为理科课程与教学、高分子化学等


    [i] 陈彦芬, 高秀岭. 英国国家科学课程标准中的科学探究[J]. 上海教育科研, 2005. (6): 33.

    [ii] 张晓鹏. 以色列教育: “智慧的民族”立国之本. 上海教育, 2007.(11B): 37-39

    [iii] Eva Krugly-Smolska and Peter C.Taylor. Section Editors. Inquiry in Science Education: International Perspectives[J]. Science Education, 2004. 88: 397-419.

    [iv] 魏冰. 科学素养教育的理念与实践——理科课程发展研究[M]. 广州: 广东高等教育出版社, 2006: 81-82.

    [v] 吴国盛. 编者前言: 走向科学思想史研究《科学思想史指南》[M]. 成都: 四川教育出版社, 1994.

    [vi] 曹志江.《义务教育生物课程标准(实验稿)》有关概念的辨析[J]. 生物学教学, 2002. 27: 10.

    [vii] 魏冰. 科学素养教育的理念与实践——理科课程发展研究[M]. 广州: 广东高等教育出版社, 2006: 59-60.

    [viii] 任长松. 探究式学习: 18条原则[J]. 教育理论与实践, 2002: (1-2).

    Theoretical thinkings of Practical problems in Inquiry Teaching

    NI Juan  Shen Jian

    (School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University ,210093)

    Abstract:  The class practical problems are quite different in different countries. This article aims to explore the way of research teaching, the implementation of it, and the inside and outside reasons influencing it in the practices of courses, class materials, teaching and assessment in different countries. By exploring the curriculum practices in England, USA, Australia, Israel etc, we can get some theory insights for exploring teaching problems.

    Keywords: classroom practices; scientific research; implementation of research teaching

    注:本文引自北大核心、南大CSSCI刊物《教育学报》(双月刊)2009年第2期

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