●蔣永貴

課堂視角下的科學(xué)本質(zhì)及其教學(xué)實(shí)現(xiàn)路徑*

●蔣永貴

課堂視角下的科學(xué)本質(zhì)是科學(xué)知識(shí)的習(xí)得與應(yīng)用過程，也就是由科學(xué)知識(shí)和科學(xué)過程兩密切關(guān)聯(lián)部分構(gòu)成。尤其是科學(xué)過程，則應(yīng)超越“科學(xué)過程即科學(xué)探究”這一傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，泛指學(xué)生習(xí)得科學(xué)知識(shí)以及決策、處理實(shí)際問題的任何過程，包括廣義的科學(xué)方法以及科學(xué)態(tài)度、情感與價(jià)值觀。體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)可從以下三位一體的路徑來實(shí)現(xiàn)：一是重視前概念成因分析，引導(dǎo)學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)科學(xué)概念本質(zhì)：二是強(qiáng)化科學(xué)過程教育意識(shí)，突出并顯化科學(xué)方法教育：三是注重榜樣示范，發(fā)展學(xué)生科學(xué)態(tài)度、情感與價(jià)值觀。

科學(xué)本質(zhì)；科學(xué)知識(shí)；科學(xué)過程；實(shí)現(xiàn)路徑

科學(xué)本質(zhì)的理解含以下三方面的內(nèi)容：[1]科學(xué)知識(shí)；科學(xué)探究；科學(xué)是一種社會(huì)事業(yè)。但進(jìn)一步考察以上三方面內(nèi)容的具體內(nèi)涵，發(fā)現(xiàn)多是從傳統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)或后現(xiàn)代科學(xué)觀視角下討論科學(xué)的本質(zhì)，其中較多觀點(diǎn)難以有效地指導(dǎo)中小學(xué)科學(xué)教學(xué)，甚至令教師存有困惑。為此，本文建構(gòu)了課堂視角下的科學(xué)本質(zhì)，并進(jìn)一步在實(shí)踐中探索其教學(xué)實(shí)現(xiàn)路徑。

一、課堂視角下的科學(xué)本質(zhì)

（一）科學(xué)知識(shí)

1.科學(xué)事實(shí)

一般而言，科學(xué)事實(shí)是指對(duì)觀察到的自然現(xiàn)象或事件進(jìn)行的客觀、準(zhǔn)確描述。如，木塊放進(jìn)水中會(huì)上浮直至漂浮在水面上，而鐵塊放進(jìn)水中則會(huì)下沉；腦神經(jīng)有12對(duì)，脊神經(jīng)有31對(duì)；細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位等等。顯然，科學(xué)事實(shí)只有在與其它類型科學(xué)知識(shí)如概念、原理、理論等相聯(lián)系，并用來作出科學(xué)解釋時(shí)才有意義。

2.科學(xué)概念

通常，科學(xué)概念來自于經(jīng)驗(yàn)，指的是人們?cè)谝延薪?jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，將新的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行組織形成的觀點(diǎn)。不難理解，科學(xué)概念本質(zhì)上是一種從感性到理性認(rèn)識(shí)自然世界的思維形式，主要從大量科學(xué)事實(shí)中反映事物的本質(zhì)屬性，例如“力”是在大量科學(xué)事實(shí)中總結(jié)得出“力是物體對(duì)物體的作用”。當(dāng)然，任何科學(xué)概念包括科學(xué)原理、科學(xué)理論等都有其本質(zhì)和外延。

3.科學(xué)原理

簡(jiǎn)言之，科學(xué)原理是對(duì)科學(xué)概念間關(guān)系的概括。具體來說，科學(xué)原理是通過觀察和研究部分事件和情況，概括出一般性的結(jié)論，用來解釋其他相似的事件或情況。[2]可以說，相比科學(xué)概念，科學(xué)原理是更高級(jí)別的思維形式。例如“阿基米德原理”：浸在液體里的物體，受到向上的浮力（一個(gè)概念），浮力的大小等于物體排開的液體所受到的重力（另外一個(gè)概念），即F浮=G排液=ρ液gV排液（涉及浮力、密度等科學(xué)概念并反映出它們之間關(guān)系）。

4.科學(xué)理論

科學(xué)理論是對(duì)某（些）科學(xué)事實(shí)、科學(xué)概念、科學(xué)原理等的系統(tǒng)解釋，本質(zhì)上是一個(gè)嚴(yán)密論證組成的知識(shí)體系。例如“物體的浮沉條件”是由如下科學(xué)事實(shí)、科學(xué)概念、科學(xué)原理等建構(gòu)的知識(shí)體系：浸在液體中的不同物體以及浸在不同液體中的同一物體表現(xiàn)出來的科學(xué)事實(shí)（如有的上浮，有的下沉，有的漂浮，有的懸?。慌c物體在液體中浮沉相關(guān)的科學(xué)概念（如浮力、重力）；解釋浮沉的相關(guān)科學(xué)原理（如力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系、阿基米德原理）。

5.科學(xué)模型

科學(xué)模型是指用物質(zhì)形式或思維形式對(duì)原型客體本質(zhì)關(guān)系的再現(xiàn)，一般可分為實(shí)物科學(xué)模型和思維科學(xué)模型兩大類。前者是人們觀察、實(shí)驗(yàn)的直接對(duì)象，如現(xiàn)實(shí)生活中“斜拉鎖橋梁”，逐步建模發(fā)現(xiàn)其本質(zhì)上是一個(gè)“杠桿模型”；后者屬于思維形式，是客體的一種抽象化、理想化等形態(tài)，如“物體的浮沉條件”的圖示。顯見，建立科學(xué)模型可幫助我們透過現(xiàn)象或?qū)μ幵诙喾N因素交錯(cuò)的復(fù)雜紛亂狀態(tài)中的客觀事物，基于原型客體的本質(zhì)屬性，撇開那些次要的問題，將主要因素、關(guān)系和過程突出地呈現(xiàn)出來，以便于觀察和理論分析。

（二）科學(xué)過程

為真正厘清科學(xué)過程的內(nèi)涵，至少應(yīng)從兩個(gè)層面理解：一是把握科學(xué)探究的本質(zhì)——“提出問題、進(jìn)行猜想和假設(shè)……”只是科學(xué)探究的一些基本要素而不是線性流程、科學(xué)探究的過程和方式是多樣的、“真”科學(xué)探究的關(guān)鍵是要整個(gè)過程要始終貫穿著各種思維活動(dòng)[3]等；二是“超越”科學(xué)探究，即科學(xué)過程不僅僅是科學(xué)探究，泛指學(xué)生習(xí)得科學(xué)知識(shí)以及用科學(xué)決策、處理實(shí)際問題的任何過程。

綜合以上理解，科學(xué)過程主要包括廣義的科學(xué)方法以及科學(xué)態(tài)度、情感與價(jià)值觀。

1.廣義的科學(xué)方法

科學(xué)方法作為科學(xué)本質(zhì)的重要內(nèi)涵，對(duì)此，物理學(xué)大師費(fèi)恩曼有著獨(dú)到的見解：“科學(xué)是一種方法，它教導(dǎo)人們：一些事物是如何被了解的，不了解的還有些什么，對(duì)于了解的，現(xiàn)在又了解到什么程度（因?yàn)槿魏问挛锒紱]有被絕對(duì)了解），如何對(duì)待疑問和不確定性，依據(jù)的法則是什么，如何思考問題并作出判斷，如何區(qū)別真理與欺騙，真理與虛飾……在對(duì)科學(xué)的學(xué)習(xí)中，你學(xué)會(huì)通過試驗(yàn)和誤差來處理問題，養(yǎng)成一種獨(dú)創(chuàng)精神和自由探索精神，這比科學(xué)本身的價(jià)值更巨大。還要學(xué)會(huì)問自己：‘有沒有更好的辦法來做？’”[4]在費(fèi)恩曼看來，科學(xué)的核心或者說全部就是科學(xué)方法，主要表現(xiàn)為思維方式和操作技能。但實(shí)際上，科學(xué)方法的發(fā)展依賴于科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)與理解，它們之間是相互影響的。因此，從長(zhǎng)效教學(xué)看，科學(xué)方法比科學(xué)知識(shí)更重要；但我們應(yīng)明白，科學(xué)方法是在習(xí)得科學(xué)知識(shí)過程中發(fā)展的。

綜合以上分析，廣義的科學(xué)方法是指習(xí)得科學(xué)知識(shí)以及用科學(xué)決策、處理實(shí)際問題的思維方式和操作技能，并蘊(yùn)含著綜合能力價(jià)值。就中小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)而言，較常用的科學(xué)方法有觀察、猜想與假設(shè)、測(cè)量、分類、推理、控制變量、解釋、比較、類比、轉(zhuǎn)換、等效替代、理想實(shí)驗(yàn)、建模、估算（測(cè)）、圖示、表達(dá)與交流、數(shù)學(xué)等（詳見表1）。

2.科學(xué)態(tài)度、情感與價(jià)值觀

科學(xué)過程作為社會(huì)性建構(gòu)活動(dòng)，其中一定會(huì)有人的參與，并融有人的科學(xué)態(tài)度、情感與價(jià)值觀。由此，“科學(xué)態(tài)度、情感與價(jià)值觀”是中小學(xué)理科課程的分目標(biāo)之一，具體包括充滿好奇心、要有證據(jù)意識(shí)、要有質(zhì)疑精神、樂于運(yùn)用科學(xué)知識(shí)、要有合作精神、關(guān)心科學(xué)對(duì)人類生活和社會(huì)的影響等方面內(nèi)容，在此不再一一作一闡釋。

二、體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)

（一）重視前概念成因分析，引導(dǎo)學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)科學(xué)概念本質(zhì)

研究表明，學(xué)生在學(xué)習(xí)某科學(xué)概念之前，由于日常生活經(jīng)驗(yàn)和前期學(xué)習(xí)，他們頭腦對(duì)該概念的認(rèn)知并非是一張“白紙”，而是已有一定的認(rèn)識(shí)并形成了自己的看法，這就是大家所說的“前概念”，它具有普遍性、頑固性、隱蔽性和兩面性等基本特征。[5]

為有效、高效地暴露學(xué)生前概念，可針對(duì)課堂教學(xué)中的核心概念，設(shè)計(jì)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的問題，活用各種方法如紙筆回答、簡(jiǎn)要訪談、家庭小實(shí)驗(yàn)等，來了解學(xué)生已經(jīng)知道了什么、知道到什么程度等問題。而促進(jìn)學(xué)習(xí)的問題具有如下特征：一是容量小，不怎么增加師生負(fù)擔(dān)；二是比較聚焦，能切中要學(xué)習(xí)的核心概念，價(jià)值較大；三是生活化的情境，學(xué)生比較感興趣，樂于動(dòng)手和動(dòng)腦；四是較具開放性，學(xué)生無法照搬教材，但問題的答案實(shí)際又在教材中，更能促進(jìn)學(xué)生思考；五是層次性較強(qiáng)，有助于深入了解學(xué)生的前概念。

由于科學(xué)與生活中常見的現(xiàn)象密切相關(guān)，不難理解，前科學(xué)概念多是學(xué)生從各種現(xiàn)象的表象中且過于相信自己的直覺、視覺、感覺判斷等形成的，很多沒有抓住問題的實(shí)質(zhì)，所以往往是表面的，甚至是錯(cuò)誤的。例如前科學(xué)概念“用水平力F推放在水平面上的物體而沒推動(dòng)，推力小于摩擦力”，其形成原因?yàn)椤斑^分相信自己的直覺判斷，之所以沒推動(dòng)是因?yàn)橥屏比摩擦力f小，把f與fmax混淆了?！辫b于此，體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)應(yīng)通過一定策略引導(dǎo)學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)到“f就是為了平衡F提供的，沒有被推動(dòng)之前，f隨著F的增大而增大，由于平衡而一直滿足F=f，但f有一個(gè)最大值fmax，沒有推動(dòng)之前F＜fmax”。

（二）強(qiáng)化科學(xué)過程教育意識(shí)，突出并顯化科學(xué)方法教育

在新一輪基礎(chǔ)教育課程改革中，我國(guó)科學(xué)教育重視科學(xué)方法只在觀念上實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)變，但在課程內(nèi)容尤其是教學(xué)實(shí)踐中依然沒有發(fā)生太大改變。而課堂視角下的科學(xué)本質(zhì)則為科學(xué)方法教育落到實(shí)處提供了一種可能：強(qiáng)化科學(xué)過程教育意識(shí)，從教學(xué)最為重要的三要素——學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)活動(dòng)——著手，突出并顯化科學(xué)方法教育。

例如初中科學(xué)“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”這節(jié)課，其中蘊(yùn)含著較多的科學(xué)方法如觀察法、比較法、解釋法、分類法、推理法、理想實(shí)驗(yàn)法、建模法等。若突出并顯化這些科學(xué)方法，該課學(xué)習(xí)目標(biāo)可以這樣確定：

表1 中小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)常用科學(xué)方法①

①觀察（觀察法）跳馬運(yùn)動(dòng)的視頻，能用自己的語言準(zhǔn)確地說出機(jī)械運(yùn)動(dòng)的含義；

②比較（比較法）甲乙兩人對(duì)同一機(jī)械運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的描述，解釋（解釋法）甲說是運(yùn)動(dòng)而乙則說是靜止的原因，至少能說出核心概念；

③通過實(shí)例分析，能在教師提醒下說明判斷（推理法和程序法）機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方法，應(yīng)用它解決其它問題的正確率90%以上；

④能至少依據(jù)兩種分類標(biāo)準(zhǔn)（分類法），對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分類，準(zhǔn)確率100%；

⑤比較（比較法）教材中的兩輛汽車的運(yùn)動(dòng)，解釋（解釋法）勻速直線運(yùn)動(dòng)的含義（理想實(shí)驗(yàn)法和建模法），并至少說出一個(gè)與此類似的概念及其形成過程。

相應(yīng)地，突出并顯化科學(xué)方法的學(xué)習(xí)活動(dòng)可這樣組織：如何觀察（定義機(jī)械運(yùn)動(dòng)）→如何比較與解釋（定義參照物）→如何推理（判斷機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方法）→如何分類（對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)分類）→如何做理想實(shí)驗(yàn)與建模（理解勻速直線運(yùn)動(dòng)）。

而有關(guān)科學(xué)方法的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，這是當(dāng)前課程改革的一大難題，受到諸多因素制約，但也可以通過設(shè)計(jì)一些相對(duì)開放性的問題來實(shí)現(xiàn)。比如，評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)“建模法”理解和應(yīng)用可設(shè)計(jì)問題：建模法是一種很重要的科學(xué)方法，請(qǐng)你任選初中科學(xué)中的一個(gè)模型，結(jié)合這一模型解釋什么是建模法并說明這一模型的建立過程。也可這樣設(shè)計(jì)問題：在現(xiàn)實(shí)生活中，真的存在勻速直線運(yùn)動(dòng)嗎？請(qǐng)說出你的理由。

（三）注重榜樣示范，發(fā)展學(xué)生科學(xué)態(tài)度、情感與價(jià)值觀

學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、情感與價(jià)值觀即“軟實(shí)力”的發(fā)展，這是當(dāng)前科學(xué)教學(xué)最為薄弱的環(huán)節(jié)。但從課堂視角下的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵看，其中的很多內(nèi)容如好奇心、證據(jù)意識(shí)、質(zhì)疑精神、樂用科學(xué)、合作精神、關(guān)心科學(xué)對(duì)人類生活和社會(huì)影響等，其實(shí)對(duì)學(xué)生成長(zhǎng)和社會(huì)發(fā)展的影響確實(shí)非常大的。因此，我們絕不應(yīng)忽視這一科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵的教育價(jià)值。

對(duì)此，我們?cè)鯓咏滩鸥行?？“如果你想點(diǎn)燃別人，你自己必須能夠發(fā)光發(fā)熱?！盵6]也就是說，榜樣示范是重要途徑之一。比如，要想培養(yǎng)學(xué)生好奇心，我們教師自己應(yīng)先對(duì)科學(xué)充滿好奇心和興趣。還如，關(guān)于證據(jù)意識(shí)，我們教師可通過這樣的“口頭禪”——我為什么這樣想、我的證據(jù)是什么——來影響學(xué)生。

注釋：

①部分內(nèi)容參考如下資料：教育部.初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011:14;[美]卡琳等.教作為探究的科學(xué)[M].北京：人民教育出版社，2008：44-53；王文軍.初中科學(xué)競(jìng)賽方法指導(dǎo)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2008：1-92.

[1]R.Driver，J.Leach，R.Millar，and P.Scott.Young People’s Image of Science[M].Buckingham：Open University Press，1996:18-20.

[2][6][美]卡琳等.教作為探究的科學(xué)[M].北京：人民教育出版社，2008:28;31.

[3]蔣永貴.究竟什么是“真”科學(xué)探究[J].當(dāng)代教育科學(xué)，2009（14）.

[4]約翰·格里賓等.江向東譯，迷人的科學(xué)風(fēng)采——費(fèi)恩曼傳[M].上海：上?？萍汲霭嫔?，1999：156.

[5]周中森.淺談針對(duì)物理前概念的“對(duì)話式反思教學(xué)策略”[J].物理通報(bào)，2012（5）.

（責(zé)任編輯：金傳寶）

*本文是教育部人文社科項(xiàng)目（11YJC880040）、浙江省教育規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（SB98）、浙江省課堂教學(xué)改革專項(xiàng)（2013年）的部分成果。

蔣永貴/杭州師范大學(xué)經(jīng)亨頤學(xué)院副院長(zhǎng)，博士、副教授，主要從事科學(xué)教育研究