劉景世

（寶雞文理學院物理與光電技術學院，陜西 寶雞 721016）

我國2010年7月頒布的《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中明確指出高等院校要著力培養(yǎng)一批高素質專門人才和拔尖創(chuàng)新人才.近年來，不少學者紛紛思考當前中國教育如何培養(yǎng)創(chuàng)新型人才這一問題，并對此問題做出了初步的回答.熊丙奇提出教師要為學生提供良好的教育和學術環(huán)境；［1］許愛紅指出，要培養(yǎng)創(chuàng)新型的學生，首先要培育個性化的教師，教師的個性化教學有利于培養(yǎng)創(chuàng)新人才；［2］傅國亮認為學校教育要適合不同學生的需求，并盡快實現教育公平，使教學質量高的學校的優(yōu)質資源能夠被更多的學生共享；［3］龔放則認為要將形象思維與抽象思維有機結合，從小學生開始就可以引入抽象思維教育，［4］使學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)貫穿于整個學校教育過程之中.

外因是變化的條件，內因是變化的根據.這些研究都是富有啟發(fā)性的，但也存在著一定的局限性，如并未指出創(chuàng)新人才自身應具有的潛質.我國新一輪基礎教育課程改革的目標之一就是要培養(yǎng)創(chuàng)新人才，為此，高中物理課程標準提出了科學探究的7個要素，為提高科學探究質量指明了方向.課程改革提出來的新理念只有得到一線教師的認同、理解并且轉化為相應的教學行動，才能獲得真實的改革成效.［5］回顧科學探究教學的發(fā)展歷程，對我國基礎教育提高科學探究教學質量，培養(yǎng)創(chuàng)新人才有重要借鑒意義.

1 科學探究教學的歷史回顧

有學者認為，美國著名教育家杜威在歷史上第一個提出科學探究的概念.1980年之前，對科學探究教學的研究與實踐主要集中在美國.1980年以后，探究教學已經成為全世界教育界都熟悉的一種教育理念，這種教育理念在各國基礎教育課程改革中得到了廣泛的應用.

到目前為止，國外已有不少學者研究關于科學探究教學的理論，并取得了一些研究成果.［6－8］例如，有學者認為科學探究可以培養(yǎng)學生對科學的正確態(tài)度以及學習科學的動機，從而提高學生科學方法與技能，這與我國基礎教育新課程提出的“三維目標”之二——“知識與技能”、“過程與方法”不謀而合.有學者通過自己制定的教師效能量表來預測課堂教學中是否發(fā)生了某種“變革”；有學者制定了探究教學的操作定義和分析框架；有學者提出了可以判斷美國科學教育標準是否在課堂教學過程中得到實現的科學教師探究準則.隨著課程改革的不斷深入，教師的課堂觀察要素、步驟及能力培養(yǎng)得到了越來越多的研究者的關注.美國零點研究集團從整體視角對課堂進行分析后提出了課堂觀察的基本框架.Sawada等人利用Liken量表來評價建構主義性質的課堂教學，提出了基于建構主義教學理論的課堂觀察框架.Sampson則從課堂管理和教學時間有效利用的角度出發(fā)，提出了課堂教學觀察框架.美國教育家施瓦布則認為教師應該用探究的方式展現科學知識，學生應該用探究的方式學習科學內容.這些研究使教師們明確了如何在科學探究課堂教學中收集自己需要的資料，并根據資料調整自己的課堂教學步驟，從而有力地促進了教師的專業(yè)發(fā)展，提高了學生的學習效果.

我國從2001年開始的基礎教育課程改革在立足本國實際的基礎上充分借鑒了上述研究成果.教育部2001年7月頒布的《全日制義務教育物理課程標準（實驗稿）》和2003年4月頒布的《普通高中物理課程標準（實驗）》先后提出了科學探究的7個要素：提出問題，猜想與假設，制訂計劃與設計實驗，進行實驗與收集證據，分析與論證，評估，交流與合作，并對學生應該在科學探究及物理實驗能力方面達到的要求進行了詳細說明.隨著我國基礎教育新課改的深入推進，科學探究教學已經被基礎教育科學領域類課程任課教師普遍采用.此后，根據我國和國際物理課程的發(fā)展、改革情況，在多次調查研究、專家座談的基礎上，教育部對《全日制義務教育物理課程標準（實驗稿）》進行了修改，并于2011年12月正式頒布了《義務教育物理課程標準（2011年版）》.2011版課程標準對“科學探究”中有關內容進行了調整，增加了科學探究實例及分析，指出了學生科學素養(yǎng)與科學探究能力的關系，進一步明確了學生科學探究能力的要求.

然而，在國外探究教學發(fā)展初級階段，雖然不少教育專家大力提倡在課堂教學中進行科學探究的理念，仍然存在著教師很少采用科學探究的方式進行教學的問題.有學者認為，現在的學生解題能力普遍較強，但是需要他們運用已學知識解決新問題時，他們則普遍表現得束手無策.［9］有學者研究發(fā)現，大部分教師并不愿意采用科學探究教學，其原因主要包括時間不足、缺乏有力支持、缺少有效材料、難以組織教學等.［10］有學者認為影響教師采用科學探究教學的因素主要表現為：（1）部分教師認為科學探究教學活動只不過是一種完全由學生起主導作用的浪費教師和學生時間的活動.這種活動使教師難以按照預定教學計劃圓滿完成教學任務，也就無法激發(fā)教師開展探究教學的興趣.（2）有些教師認為自己在科學探究教學中缺少有效的支撐性材料，因而難以組織開展探究教學.（3）有些教師由于缺乏學科教學法、教育心理學、教師專業(yè)發(fā)展等教師教育類課程的相關理論知識和實踐經驗，不清楚應該在科學探究教學活動進行的哪一個階段開始干預學生的活動才能取得良好的教學效果.（4）部分教師對如何客觀評價科學探究活動中學生的表現心中無數.［11］維斯的研究則表明，美國K－5年級課堂教學中教師采用科學探究的方式進行教學的比例僅僅只有12%，9－12年級課堂教學中這一比例則大大降低，僅僅只有2%.此外，學生在科學探究活動中的安全問題、科學探究活動組織工作量大、難度大等因素也影響了教師順利實施科學探究教學.

這些研究結果說明，即使是在美國這個最早提倡科學探究教學的國家，其科學探究教學在課程教學中的實施情況也不盡人意.因此，我國基礎教育中科學探究教學開展情況不容樂觀也就可以理解了.探究學習作為目前課程教學理論領域和世界各國課程改革實踐共同關注的核心問題之一，是目前我國新一輪基礎教育課程改革的一大亮點、熱點、難點.探究學習不同于傳統的接受式學習方式.“接受”往往是把外在的東西強加給學生，學生通常是被動的，而探究則不然，它是一種在好奇心驅使下的以問題為導向的，學生高度智力投入且內容和形式都十分豐富的學習活動.探究學習是學生在主動參與的前提下，根據自己的猜想或假設，在科學理論指導下，運用科學的方法對問題進行研究，在研究過程中獲得創(chuàng)新實踐能力，獲得思維發(fā)展，自主構建知識體系的一種學習方式.探究學習有利于發(fā)展學生的主體性，有利于學生自主地學習個性發(fā)展所需要的知識，使人類群體的智力資源有效轉化為個體智力資源，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力.我國基礎教育新課程改革倡導教師在課堂教學中采用科學探究的方式教學，而教師們在教學實踐過程中產生了一些困惑，在此背景下，回溯科學探究教學的發(fā)展歷程，有助于深化我國科學探究教學改革，為在科學探究視野中培養(yǎng)創(chuàng)新人才指明方向.

2 在科學探究教學中培養(yǎng)創(chuàng)新人才的策略

引導學生領悟科學思想方法，提高學生科學探究能力，使他們逐步形成科學態(tài)度與科學精神，是基礎教育新課改的目標之一.基礎教育新課標提出的科學探究要素是科學家群體成功經驗的高度概括，從科學探究的視野看，創(chuàng)新人才應具備的潛質是：敏于提出問題，大膽猜想假設，認真分析論證，善于交流合作，勇于評估反思.啟發(fā)學生提出問題，意在培養(yǎng)學生的問題意識，逐步培養(yǎng)學生發(fā)現問題、提出問題的能力.引導學生進行猜想與假設，意在培養(yǎng)學生的直覺思維能力，逐漸學會運用直覺頓悟的方法去探究解決未知的問題.教師在實施分析與論證這一科學探究要素時，不能把眼光僅僅局限在獲得結論上，而是要提高啟發(fā)藝術，培養(yǎng)學生獨立創(chuàng)造精神.交流與合作是改變學生學習方式的有效途徑，教師要精心組織教學活動，促進學生合作探究.評估的重點是引導學生領悟科學方法，教師在教學中要抓住評估重點，引導學生學會思考.具體來說，可從以下幾個方面做起.

2.1 創(chuàng)設教學情境，培養(yǎng)學生問題意識

問題是科學研究的出發(fā)點，也是開啟教育教學的鑰匙.沒有問題，就沒有求知欲、沒有思考，也就沒有學習.一個習慣于接受現成答案而不善質疑的學生，是沒有創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力可言的.因此，就學生創(chuàng)新精神培養(yǎng)而言，問題意識就是創(chuàng)新精神的基石，強化學生的問題意識就是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神的起點，培養(yǎng)學生的問題意識是造就創(chuàng)新人才的關鍵因素.為此，基礎教育階段應該重視培養(yǎng)學生的問題意識與解決問題的能力，發(fā)展學生的創(chuàng)新思維.［12］培養(yǎng)學生發(fā)現問題、提出問題的能力對于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是極其關鍵的.縱觀自然科學發(fā)展史，每一個重大的發(fā)明創(chuàng)造都是從問題開始的.正因為如此，教育部頒布的《義務教育物理課程標準（2011年版）》和《普通高中物理課程標準（實驗）》把“提出問題”作為科學探究的第1個要素，科學探究就是從問題開始的.

如何培養(yǎng)學生的問題意識是一個值得深入探討的重要問題.創(chuàng)設教學情境的目的之一就是為學生提供一個主動發(fā)現和構思問題的機會.基礎教育物理課程標準明確指出，在高中階段，教師很有必要對一些需要學生科學探究的物理問題創(chuàng)設物理情境，讓學生在觀察和體驗后自己提煉出應該探究的科學問題.［13］從這個角度上說，成功的教學情境必須具備以下兩個條件：一是能激發(fā)學生強烈的好奇心與求知欲，這是學生形成正確的情感態(tài)度與價值觀的基礎；二是學生在此情境中能提出問題，而且該問題就是本節(jié)課所要探究的科學問題.

2.2 重視猜想假設，啟發(fā)學生直覺頓悟

“猜想與假設”是科學探究的第2個要素，也是創(chuàng)造性思維中最活躍的因素，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力非常重要的一步，然而在過去的教學中卻常常被忽略.原教育部副部長陳小婭指出：教育科學研究應該直接面向當代中國基礎教育改革和發(fā)展的實踐，通過教育研究工作者與中小學校長、教師合作開展研究，創(chuàng)新當代中國的教育科學；應該始終貼近廣大中小學，貼近廣大校長、教師，貼近廣大學生，認真研究和解決中小學在辦學實踐中所面臨的實際問題.［14］因此，作為科學探究重要因素之一的“猜想與假設”，理應得到廣大教育工作者的認真研究，以期解決其被忽略的現狀.

學生的猜想與假設能力的培養(yǎng)需要他們在已有經驗的基礎上經常使用直覺思維，在學習過程中認真思考問題，從而做出自己對該問題的某種判斷.回顧物理學史不難發(fā)現，伽利略就是用直覺頓悟的思維方法發(fā)現了自由落體運動規(guī)律.一些著名的物理學家也曾先后肯定過直覺思維在科學研究中的作用.愛因斯坦曾經說過：“我相信靈感和直覺”.物理學家玻爾曾說過：“實驗物理的全部偉大發(fā)現都是來源于一些人的直覺”.

綜合分析科學家進行研究的成功經驗，不難發(fā)現，培養(yǎng)學生的直覺思維能力，啟發(fā)學生直覺頓悟，是落實“猜想與假設”這一科學探究要素的基本策略.在教學中要實施創(chuàng)新教學，就必須培養(yǎng)學生的直覺思維能力，而直覺思維能力要以豐富的專業(yè)知識為支撐.因此，教師在教學中首先要加強基礎知識的教學，當學生掌握了基礎知識以后，教師才能把一些演示、驗證性實驗變成綜合性探究實驗，引導學生進行“科學猜想”，在經驗的基礎上運用直覺頓悟的思考方法得出新的結論.因此，教師要轉變教學觀念，把主動權還給學生.對于學生的大膽設想及時給予充分肯定，對其合理成分適時給予鼓勵，愛護學生直覺思維的積極性.教師還應及時因勢利導，解除學生心中的疑惑，使學生對自己的直覺產生成功的喜悅感.教師若能在課程教學中長期堅持這種做法，就可以教會學生直覺思維方法，從而培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維能力.

2.3 提高啟發(fā)藝術，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神

愛因斯坦曾經說過，學校教育的價值并不是讓學生學到很多的專業(yè)知識，而應該是讓學生受到如何進行思考的訓練.［15］在教學中只有充分發(fā)揮教師的主導作用，不斷提高課堂教學啟發(fā)藝術，才能使學生的思維能力得到訓練，才能激發(fā)學生的學習興趣，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神.有學者認為，在課堂教學中教師要做到積極引導學生，就必須通過自己的啟發(fā)式教學引導學生思考如何解決他們遇到的每一個問題，并將在思考過程中不慎陷入“迷途”的學生引上正路，為冥思苦想以后依然“無路可走”的學生鋪路架橋，使學生享受從‘山重水復疑無路’步入‘柳暗花明又一村’佳境的喜悅與自豪感.

教育的秘訣就是通過對學生具體的尊重、理解、信任、欣賞、激勵和寬容等言行和神情，讓學生切切實實地感受到愛.［16］發(fā)揮學生特長，尊重學生人格，是培養(yǎng)學生獨立創(chuàng)造精神的前提和基礎.在長期應試教育的背景下，大多數教師期望學生能在應試中考出好成績，因此其行為往往是偏愛優(yōu)等生，討厭學困生，在課堂教學中不能平等對待每一個學生.這種人格上的不平等抑制了學生個性的發(fā)展，挫傷了大多數學生學習的自覺性和自尊心，不利于教師在教育教學過程中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神.

創(chuàng)設有效的實踐教學情境，激勵學生達到較高的教學目標，是培養(yǎng)學生獨立創(chuàng)造精神的關鍵.只有學生感到目標有意義，通過努力能夠實現時，它才能發(fā)揮出較大的激勵作用.教師要根據新課程的具體目標、學科特點和教學的具體內容，制定出不同層次的階段教學目標，激勵所有學生充分發(fā)揮自己的聰明才智，達到人盡其才、充分發(fā)展的教學目的.普通高中物理課程標準明確指出，實驗室應該盡快向學生開放，鼓勵學生主動做課外實驗.因此，對物理實驗的教學，除了課程標準上的基本要求外，教師可以向學生提出較高的目標：改進物理教材中的演示實驗或創(chuàng)新設計新的實驗方案，自制簡易實驗教具，撰寫實驗研究論文，或者設計實驗方案解決一些日常生活中的具體問題.在實現目標的過程中，教師要細心觀察，及時給予學生關心、支持、鼓勵、理解、表揚、肯定、寬慰、批評等，使他們在不斷的反饋中向目標前進.當一個具體目標實現后，要及時引導學生向新的目標奮進，使他們不斷保持高昂的學習熱情和積極性，并自覺自愿地達到一個又一個目標.

2.4 精心組織教學，促進學生合作探究

國家基礎教育課程改革倡導自主學習、合作學習、探究學習.這種新型學習方式要求教師必須精心組織教學，促進學生合作探究.愛因斯坦的成功經驗會使廣大的教師加深對基礎教育新課改提倡的新型學習方式重要性的理解.愛因斯坦在科學研究過程中經常與朋友們在一起研讀、討論社會科學和自然科學著作，愛因斯坦在這些討論過程中不斷受到啟發(fā)，陸續(xù)發(fā)表了5篇震驚物理學界的論文.愛因斯坦就是通過自主學習、合作學習、探究學習成為20世紀的科學巨匠.從愛因斯坦成功的典型事例中可以看出培養(yǎng)學生的獨立創(chuàng)造精神、合作精神和求證精神的重要作用.

在基礎教育新課標實施的過程中，教師要根據學科、專業(yè)特點和教育對象的年齡特征、心理特點、知識基礎等，組織一些類似于愛因斯坦當年開展的教學研究活動，引導學生積極開展合作學習、探究學習.例如，在高中物理教學中，“研究自由落體運動”這節(jié)課就是一個教師組織實施探究教學的課題之一.教師可以先表演4個生動的演示實驗：將一頁紙和一本書從同一高度下落；將這一頁紙揉成紙團后和這本書從同一高度下落；將兩張相同的紙片，一張揉成紙團后和另一張紙片從同一高度下落；用牛頓管演示真空中雞毛和石子從同一高度下落.連續(xù)4個演示實驗為學生創(chuàng)設了良好的教學情境，有效激發(fā)了學生的好奇心和求知欲，讓學生自己發(fā)現問題，從而提出問題并建立自己的假設.然后，教師再引導學生制訂實驗計劃，設計實驗方案，指導學生按照自己設計的實驗方案進行實驗，記錄并分析實驗數據，并由學生自己總結出自由落體運動的規(guī)律.最后，教師可以鼓勵學生課后查找有關資料，了解伽利略對自由落體運動的研究在物理學史上的重大意義，從而使學生通過師生或生生合作探究物理規(guī)律的學習過程，了解物理學研究方法在物理學發(fā)展中的作用.教師精心設計教學環(huán)節(jié)并有效組織教學過程，是促進學生實踐新型學習方式的關鍵.

2.5 抓住評估重點，引導學生學會思考

從科學家的科學研究過程中去探索如何開展創(chuàng)新教育，從而總結出物理教學方法，是一條“抓住評估重點，引導學生學會思考”十分有效的途徑.眾所周知，“自由落體運動”只不過是不同版本基礎教育物理教材中的一節(jié)課，而從伽利略研究自由落體運動規(guī)律的艱辛過程中總結出的思維方法，卻對培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神意義重大.伽利略的成功經驗不僅在于他找出了自由落體運動的規(guī)律，更重要的是開辟了一條物理學的研究之路.教師要引導學生學會思考，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力，就必須用伽利略的研究方法.教會學生科學思維方法比教會學生知識更為重要，這是基礎教育新課程目標中為什么將“過程與方法”列為“三維目標”的原因之一.

“評估”是科學探究中的一個重要要素之一.如何提高評估的質量？怎樣發(fā)揮評估在創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中的作用？愛因斯坦已經為我們作出了榜樣，他在對伽利略的科學研究活動進行評估時，所看重的并不是自由落體運動公式，而是伽利略的科學方法.愛因斯坦成功的秘訣之一就是他非常重視借鑒他人的科學方法.很多人都曾向愛因斯坦請教過成功的經驗，他說：“成功等于艱苦勞動加正確方法加少說空話.學習知識要善于思考、思考再思考，我就是靠這個學習方法才成為科學家”.不難看出，引導學生領悟科學探究中的科學方法應該是評估的重點，抓住評估重點，引導學生學會思考，是實施“評估”這一科學探究要素的基本要求.教師在教學中實施“評估”這一科學探究要素時應指導學生認真開展自評和同學之間的互評，通過師生、生生之間的評估交流，為學生樹立學習榜樣，使學生認識到交流與合作的重要性，努力做到在合作中既堅持原則又尊重別人.

廣大的教育工作者崇敬愛因斯坦，不僅僅是因為他所寫并發(fā)表的那些轟動科學界的學術研究論文，而是他的科學探究精神、獨立精神和創(chuàng)造精神、科學思想方法、合作精神與合作態(tài)度、創(chuàng)新教育思想與成功經驗以及高尚的情感態(tài)度與價值觀，尤其是后者對我國正在進行的新一輪基礎教育課程改革來說是一筆用之不竭的精神財富.

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