摘 要：科學(xué)實踐是對科學(xué)探究的繼承與發(fā)展，是在工程、技術(shù)等多學(xué)科指導(dǎo)下解決真實情境中的問題的過程。美國《K-12科學(xué)教育框架：實踐、跨學(xué)科概念與核心概念》及其衍生的《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》中描繪了多項科學(xué)與工程實踐活動，具體包括提出問題與定義問題，開發(fā)和使用模型，計劃和開展調(diào)查，分析和解釋數(shù)據(jù)，使用數(shù)學(xué)和計算思維，構(gòu)建解釋和設(shè)計方案，根據(jù)證據(jù)進行論證，獲取、評估和交流信息八個活動類型，各類實踐活動都具有其獨特的內(nèi)涵、重要的價值和具體的實施路徑。分析八類實踐活動能為科學(xué)實踐教學(xué)提供參考，賦能科學(xué)核心素養(yǎng)培育。

關(guān)鍵詞：科學(xué)實踐；科學(xué)教育；工程實踐

中圖分類號：G420 文獻標(biāo)志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3937.2024.11.09

一、引言

2012年，美國國家研究委員會（National Research Council， NRC）發(fā)布的《K-12科學(xué)教育框架：實踐、跨學(xué)科概念與核心概念》報告引入并確立“科學(xué)實踐”這一核心概念。[1]隨后，2013年美國《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》將科學(xué)教育領(lǐng)域原本占據(jù)主導(dǎo)地位的“科學(xué)探究”理念重塑為“科學(xué)實踐”[2]，這一轉(zhuǎn)變基于以下兩個關(guān)鍵考量。其一，原有的科學(xué)探究定義存在理論上的不完整性。盡管現(xiàn)行的探究活動已普遍包含實踐成分，但在教育實踐中，教育者往往對實踐的重要性認識不足或產(chǎn)生誤解，認為實施任何形式的實踐活動即可滿足科學(xué)探究的教學(xué)目標(biāo)，這在一定程度上導(dǎo)致科學(xué)實踐本質(zhì)含義的淡化和簡化。其二，對科學(xué)探究的傳統(tǒng)解讀往往將其固化為一種機械的程序或單一的“科學(xué)方法論”。相較之下，科學(xué)實踐則能夠提供一個更為豐富和完整的平臺，使學(xué)生在與其年齡段相適應(yīng)的層次上進行多元化的探究，模擬科學(xué)家嚴謹?shù)姆治稣撟C過程，同時融合運用多樣化的科學(xué)方法手段。[3]

近年來，隨著我國科學(xué)教育課程改革的不斷發(fā)展，2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》將探究實踐的地位提升，探究實踐取代科學(xué)探究成為學(xué)生核心素養(yǎng)的構(gòu)成要素之一。我國學(xué)術(shù)界對于科學(xué)探究與科學(xué)實踐之間的關(guān)系及其區(qū)別也有了更為清晰的認識?？茖W(xué)實踐，主要體現(xiàn)在通過理解和探索自然世界來獲取科學(xué)知識、解決問題，并在參與技術(shù)與工程實踐活動的過程中，逐漸發(fā)展和完善學(xué)生的科學(xué)探究能力、技術(shù)與工程實踐能力和自主學(xué)習(xí)能力。[4]從內(nèi)涵和外延上看，科學(xué)實踐包含了科學(xué)探究，其中科學(xué)探究聚焦于課堂環(huán)境中科學(xué)知識的結(jié)構(gòu)化構(gòu)建和科學(xué)思維方式的培養(yǎng)。而科學(xué)實踐則更深入地側(cè)重于將科學(xué)知識應(yīng)用于解決實際問題，從而深入培養(yǎng)學(xué)生的高階科學(xué)思維能力。此外，相較于科學(xué)探究主要在單一學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)展開，科學(xué)實踐更主張跨學(xué)科融合，它嵌入工程、技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的知識內(nèi)容，更加凸顯實踐在科學(xué)教育整體架構(gòu)中的核心價值與作用。

在梳理科學(xué)實踐這一概念的歷史演進及其內(nèi)涵后，當(dāng)下面臨的一項緊迫任務(wù)是對科學(xué)實踐所涵蓋的具體實踐活動進行明確辨析?！禟-12科學(xué)教育框架：實踐、跨學(xué)科概念與核心概念》及其衍生的《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》中詳盡列舉八項科學(xué)與工程實踐活動的核心組成，分別為：提出問題與定義問題，開發(fā)和使用模型，計劃和開展調(diào)查，分析和解釋數(shù)據(jù)，使用數(shù)學(xué)和計算思維，構(gòu)建解釋和設(shè)計方案，根據(jù)證據(jù)進行論證，獲取、評估和交流信息。然而，這些實踐活動的深層含義、為何要在教育過程中積極推行，以及如何在遵循傳統(tǒng)教學(xué)模式的課堂環(huán)境中巧妙地嵌入與實施，尚需深度探討與解析。本文從內(nèi)涵解讀、實施價值和課堂教學(xué)策略三個維度入手，期冀為科學(xué)實踐高效恰當(dāng)?shù)厝谌虢逃龑嵺`提供抓手，從而實現(xiàn)教學(xué)理念與實際操作的深度融合與協(xié)同增效。

二、實踐活動

（一）提出問題與定義問題

1.內(nèi)涵解讀

此實踐活動橫跨科學(xué)教育與工程實踐兩大維度，其中提出問題環(huán)節(jié)對應(yīng)科學(xué)教育范疇，定義問題環(huán)節(jié)突出工程實踐領(lǐng)域的特性。普遍觀點認為，在學(xué)生面臨疑惑或需要援助的情境下會產(chǎn)生問題意識?！断乱淮茖W(xué)標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)的提出問題實踐則進一步闡述，學(xué)生主動發(fā)問的目的在于識別他們需要澄清的認知要點，以期解釋所觀察到的現(xiàn)象。這一過程富含激發(fā)性和互動性元素，有力地促使學(xué)生聚焦于待解析的現(xiàn)象核心。

科學(xué)實踐活動中提出能夠有效驅(qū)動探究進程的問題，必然離不開科學(xué)實踐目標(biāo)的定向指導(dǎo)?？茖W(xué)實踐旨在揭示自然界中各類現(xiàn)象的運作機理及其背后的因果關(guān)系。故此，一個優(yōu)質(zhì)的問題必須與欲求解釋的現(xiàn)象保持深度關(guān)聯(lián)。為了構(gòu)造出有價值的問題，需要超越簡單的事實確認型問題（如物體是否會發(fā)聲？）以及僅追求經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲取的問題范疇，轉(zhuǎn)而追求探索機制本質(zhì)的問題（如物體如何發(fā)聲？）。

2.實施價值

《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》及其他相關(guān)教育框架高度重視培養(yǎng)學(xué)生的詮釋性思維能力，而非單純的知識點記憶。在《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》中，學(xué)科核心概念被視作引導(dǎo)學(xué)生理解自然世界的動態(tài)建構(gòu)性思想工具，而“問題”與“挑戰(zhàn)”在構(gòu)建和應(yīng)用此類知識的過程中扮演著至關(guān)重要的角色。在課堂教學(xué)情境中，問題作為探究活動的起點，不僅明確有待解釋的現(xiàn)象內(nèi)容，而且是開啟對新現(xiàn)象深入探究的“啟動鍵”。在問題被提出或界定后，通常需要援引一般性的解釋模型，構(gòu)建并檢驗解釋。這一過程往往涉及運用數(shù)據(jù)作為證據(jù)來判斷不同假設(shè)之間的優(yōu)劣。由此可知，問題的提出與定義并非孤立的科學(xué)實踐活動，而與其他多種科學(xué)實踐活動緊密交織，共同構(gòu)成科學(xué)探究的基礎(chǔ)。

3.課堂教學(xué)策略

循環(huán)反思與問題迭代?？茖W(xué)實踐是一個包含多個相互關(guān)聯(lián)步驟的整體過程，其價值體現(xiàn)在集體促進對自然世界的探析與理解。問題提出的有效性，部分源于其與其他實踐環(huán)節(jié)的聯(lián)動性。在啟動新的實踐活動之前，學(xué)生應(yīng)回顧已有的問題清單，核查原有問題是否已獲解答，或是從中衍生出新的探究方向。師生共同參與這一過程，通過對既有問題的再思考與總結(jié)，確定哪些問題已解決、哪些尚需進一步探討。

提供認知支持結(jié)構(gòu)。教師可采取兩方面的策略來搭建問題導(dǎo)向的支持架構(gòu)。一方面，對主導(dǎo)實驗或驅(qū)動探究的核心問題進行分類，明確每種類型問題所指向的學(xué)習(xí)終點及其對學(xué)生實踐活動的指導(dǎo)意義；另一方面，助力學(xué)生擴展現(xiàn)有的解釋模型，誘發(fā)對現(xiàn)有解釋的批判性思考，進而提出更具層次性的問題，以問題為導(dǎo)向推動調(diào)查走向更深層次或調(diào)整模型，以此為橋梁連接其他類型的實踐活動，為學(xué)生形成高質(zhì)量問題提供隱性支持。

構(gòu)建積極的提問文化環(huán)境。在某些課堂環(huán)境中，提出問題有時會被誤解為知識欠缺的表現(xiàn)，甚至與失敗掛鉤。真正接納知識建構(gòu)的理念并將問題置于核心位置，意味著要讓學(xué)生坦然面對自身的知識盲區(qū)，將提問視為一種積極的學(xué)習(xí)行為而非不足的表征。為此，教師可通過認可提問的潛在學(xué)習(xí)價值，積極鼓勵學(xué)生大膽提問，從而營造一個正面、和諧且富有啟發(fā)性的提問氛圍。

（二）開發(fā)和使用模型

1.內(nèi)涵解讀

在了解模型實踐概念前，需要先闡明何為模型。在科學(xué)教育領(lǐng)域，模型通常有以下兩種解釋。其一，模型是由它們的使用方式定義的?？茖W(xué)模型是幫助人們預(yù)測和解釋世界的意義構(gòu)建工具。[5]在工程中，模型用于分析、測試和設(shè)計。其二，模型不同于它們所采用的表征形式。它們可以采用圖表、文字、方程或計算機程序的形式，用于體現(xiàn)關(guān)于現(xiàn)象如何以及為什么發(fā)生的信息，或者用于表達關(guān)于被研究系統(tǒng)的組成部分和關(guān)系的信息。[6]美國國家研究委員會將模型概括為“思考、預(yù)測和理解經(jīng)驗的工具”[7]，開發(fā)和使用模型實踐是將這些想法具體化的過程，其本質(zhì)是找出并使用關(guān)于理論、實際對象，以及它們之間關(guān)系的具體想法，以解釋自然界或特定世界中的各類行為。因此，開發(fā)和使用模型實踐也被劃分為兩方面——思考模型和用模型思考。從思考模型角度來看，這類模型實踐指學(xué)生開發(fā)一個模型，該模型體現(xiàn)了理論和證據(jù)的各個方面，學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗證據(jù)和理論評估并修改該模型，使其更好地滿足解釋和預(yù)測的目標(biāo)?？茖W(xué)教育還幫助學(xué)生用模型來思考，這類模型實踐指學(xué)生需要使用或應(yīng)用模型以特定的方式預(yù)測和解釋現(xiàn)象。

2.實施價值

《K-12科學(xué)教育框架》指出，“科學(xué)家使用模型來代表他們目前對正在研究的系統(tǒng)的理解，幫助他們提出問題和構(gòu)建解釋，并與他人交流想法”。[8]基于此，可以從模型實踐本身的意義以及與其他實踐活動關(guān)系兩方面探討實施模型實踐的重要性。

建模是科學(xué)家智力工作的核心，有助于組織、整合理論和經(jīng)驗，以實現(xiàn)對現(xiàn)象進行理解的基本目標(biāo)。在學(xué)校中，建模也可以引導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)實踐。一方面，建?？梢源龠M學(xué)生對專業(yè)知識的深刻理解，并且通過引導(dǎo)學(xué)生參與科學(xué)實踐活動，來樹立對科學(xué)事業(yè)更深入的理解；另一方面，作為工具的模型和作為實踐的建?？梢詭椭鷮W(xué)生思維具體化，完善學(xué)生的想法，從而將學(xué)生帶入科學(xué)研究的實踐當(dāng)中。

同時，建模也是科學(xué)與工程實踐活動的關(guān)鍵部分。建?？梢允且环N錨定實踐，它可以激勵、指導(dǎo)其他實踐，并為它們注入更廣泛的方法，產(chǎn)生更有效的實踐意義。具體來看，模型有助于識別問題并預(yù)測答案、指導(dǎo)學(xué)生實證調(diào)查。模型也可以被視為解釋數(shù)據(jù)的模具、能夠被修改并應(yīng)用于回答或解釋、預(yù)測和解決問題。一般來說，數(shù)學(xué)、科學(xué)論證實踐過程中會建構(gòu)、評估模型，模型保存和組織相關(guān)信息的特征，也會成為交流信息時的焦點。

3.課堂教學(xué)策略

其一，關(guān)注現(xiàn)象和來自這些現(xiàn)象的數(shù)據(jù)。為了明確在建模單元中與學(xué)生一起做的內(nèi)容，教師需要厘清將圍繞哪些現(xiàn)象以及關(guān)于該現(xiàn)象的具體問題，并將這些問題集中在建模的話題上。教師必須清楚目標(biāo)模式、模型的表示方式，以及如何指導(dǎo)學(xué)生發(fā)展、測試、修改和擴展想法。其二，把握根據(jù)現(xiàn)象提出驅(qū)動性問題的機會。以解決一個重要的大問題為主導(dǎo)，在單元教學(xué)中解決大問題下轄的各個小問題，保持問題解決的連貫性，構(gòu)成搭建模型的各個必要組成部分。其三，讓學(xué)生參與模型評估和修訂的反復(fù)循環(huán)，并強調(diào)模型是基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)和證據(jù)的。在這個過程中確保記錄迭代模型的想法，鼓勵學(xué)生將各種信息和想法記錄在筆記本上，作為形成性和終結(jié)性評價的組成部分。其四，要求學(xué)生使用模型來解釋特定現(xiàn)象，由此鞏固和發(fā)展學(xué)生的理解能力。其五，讓學(xué)生體會建模的社會本質(zhì)屬性——在構(gòu)建和應(yīng)用模型時，通過論證對模型實施評估，依據(jù)交流、基于證據(jù)的解釋達成共識。

（三）計劃和開展調(diào)查

1.內(nèi)涵解讀

計劃和開展調(diào)查可以概括為“弄清楚實踐過程中需要什么樣的信息和觀察以解決有關(guān)現(xiàn)象的問題，并掌握系統(tǒng)地收集和記錄的方法”。它包含以下四項原則。其一，遵循調(diào)查的循環(huán)性。需要實施多次相互協(xié)調(diào)的調(diào)查，經(jīng)歷“發(fā)展假設(shè)—設(shè)計研究—收集新數(shù)據(jù)—表達和交流發(fā)現(xiàn)”的循環(huán)來開發(fā)新想法，實現(xiàn)從一系列“小”的解釋匯聚成為解決問題的最優(yōu)解。其二，注重調(diào)查的目的性。調(diào)查應(yīng)基于學(xué)生對當(dāng)前問題的解釋和已有的科學(xué)思想，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生識別他們目前的理解存在漏洞的地方，利用相關(guān)解釋與新的概念重新討論需要進一步探索的問題，以及如何在現(xiàn)有資源條件下收集數(shù)據(jù)。其三，明確調(diào)查的特殊性。幫助學(xué)生理解為什么要在探究過程中的特定時間以特定方式進行特定研究。其四，接受調(diào)查的復(fù)雜性。課堂上的科學(xué)調(diào)查通常是有效的，即經(jīng)常可以實現(xiàn)預(yù)期結(jié)果，但實際上科學(xué)調(diào)查的過程并非一蹴而就，要綜合運用多種科學(xué)方法和技能，具有一定的復(fù)雜性。

2.實施價值

科學(xué)是人類在研究自然現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律的基礎(chǔ)上形成的知識系統(tǒng)[9]，人們理解自然和解決問題都基于計劃和調(diào)查?？茖W(xué)觀念是基于觀察自然世界現(xiàn)象逐步形成的，即使是感官和儀器無法探測到的不可觀測物體，也能夠依據(jù)可觀測物體的規(guī)律來加以預(yù)測和判斷。如果說科學(xué)是可觀測物體與不可觀測物體的協(xié)調(diào)，那么數(shù)據(jù)是科學(xué)事業(yè)向前發(fā)展的基礎(chǔ)，而調(diào)查作為數(shù)據(jù)的來源，扮演著科學(xué)事業(yè)核心部分的角色。

3.課堂教學(xué)策略

首先，明確收集數(shù)據(jù)的思路。要明確在計劃和調(diào)查實踐中收集數(shù)據(jù)的目的，以了解事件間的相互關(guān)系、因果關(guān)系、時空特征，區(qū)分不同場景下可運用的調(diào)查類型，如通過控制實驗、模擬實驗獲取數(shù)據(jù)。其次，選擇測量和收集數(shù)據(jù)的程序與工具。教師可以創(chuàng)建收集數(shù)據(jù)的良好環(huán)境，幫助學(xué)生選擇專門的收集方法和工具。最后，系統(tǒng)地實施調(diào)查。教師與學(xué)生可以協(xié)同制定計劃，以有組織的方式獲取并記錄數(shù)據(jù)，最終將收集到的信息記錄在數(shù)據(jù)表等工具中。

（四）分析和解釋數(shù)據(jù)

1.內(nèi)涵解讀

分析數(shù)據(jù)指研究對象的各個方面或部分（如系統(tǒng)的各個部分）之間的關(guān)系；解釋數(shù)據(jù)指如何解釋這些關(guān)系的含義。因此，分析和解釋數(shù)據(jù)描述了賦予收集到的信息含義、意義及影響的過程。這個過程包括在數(shù)據(jù)中尋找模式、識別重要特征、描述關(guān)系、突出趨勢、識別異常等內(nèi)容，通常需借助圖表、數(shù)學(xué)公式、可視化技術(shù)等工具的幫助。

2.實施價值

分析和解釋數(shù)據(jù)是關(guān)鍵的科學(xué)實踐，是開發(fā)和改進模型實踐的核心環(huán)節(jié)?？茖W(xué)家和工程師通過分析和解釋數(shù)據(jù)來明確方案更迭的方向，經(jīng)歷多次迭代循環(huán)的實踐過程，最終獲得最優(yōu)方案。分析和解釋數(shù)據(jù)的實踐，能夠?qū)⒊橄蟮睦碚撚^點和具體的現(xiàn)實世界現(xiàn)象聯(lián)系起來，以此回答提出的問題，這種抽象和具體的相互作用發(fā)展和完善了對世界如何運作的理解，有助于思考和運用科學(xué)概念來解決問題。

3.課堂教學(xué)策略

首先，具有明確的處理數(shù)據(jù)的目標(biāo)。學(xué)生獲得相關(guān)數(shù)據(jù)后，并不知道此時的數(shù)據(jù)含義，他們需要朝著一個目標(biāo)進行思考和推理，在數(shù)據(jù)中找到關(guān)系，以此來理解世界的某方面是如何運作的。其次，借助工具。教師可以有目的地引導(dǎo)學(xué)生使用韋恩圖、條形圖、折線圖等可視化工具，嘗試平均值、函數(shù)等數(shù)學(xué)工具。學(xué)生可以借助這些工具對數(shù)據(jù)進行不同程度的推理，從而在證據(jù)與問題間建立聯(lián)系。再次，結(jié)合多種類型的實踐。引導(dǎo)學(xué)生將分析和解釋數(shù)據(jù)的實踐與其他的實踐活動結(jié)合起來。最后，關(guān)注分析和解釋數(shù)據(jù)的社會屬性?？茖W(xué)工作者是社會中的人，溝通、協(xié)作、交流、分享是基本的工作方式。在課堂中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生將個人處理的數(shù)據(jù)貢獻給更大的數(shù)據(jù)集，在比較分析和辯論的過程中發(fā)展學(xué)生的推理和話語技能，并形成對相關(guān)概念更有力的理解，最終解決目標(biāo)問題。

（五）使用數(shù)學(xué)和計算思維

1.內(nèi)涵解讀

數(shù)學(xué)和計算思維幫助科學(xué)家和工程師建立精確的預(yù)測模型，從而進行調(diào)查和分析。使用數(shù)學(xué)是指定量描述一個系統(tǒng)。尋找并記錄數(shù)據(jù)的模式和趨勢，對學(xué)生理解和建構(gòu)系統(tǒng)起著重要作用。這個過程中還包括找到測量方法，并將測量結(jié)果用單位表示，使該結(jié)果能夠比較。在確定數(shù)據(jù)的模式和數(shù)量關(guān)系后，學(xué)生需要用數(shù)學(xué)的語言和符號來描述它們之間的關(guān)系，這種關(guān)系也會隨著數(shù)據(jù)的持續(xù)收集而調(diào)整、完善。如果說數(shù)學(xué)思維重點在“量”上，那么計算思維則更加注重過程。從事計算思維實踐的學(xué)生將復(fù)雜的問題或過程分解成更小的步驟，以便更好地理解、描述或解釋。他們思考如何使用計算機工具和算法來使數(shù)據(jù)收集、分析和預(yù)測等工作變得更容易、更易于管理和更強大。因此，數(shù)學(xué)思維和計算思維的區(qū)別還在于后者通常用于探索復(fù)雜程度高、隨機性強且無法用數(shù)學(xué)描述的問題?？偟膩碚f，使用數(shù)學(xué)和計算思維的實踐就是找到精確的方法來描述形成科學(xué)和工程系統(tǒng)的模式和過程。

2.實施價值

使用數(shù)學(xué)和計算思維建構(gòu)的模型，能有效提供數(shù)據(jù)分析整合的新思路，協(xié)助人們探索科學(xué)實踐中不易直接觀察的內(nèi)容。與此同時，數(shù)學(xué)和計算思維能夠較好地幫助學(xué)生收集、組織和理解數(shù)據(jù)。

使用數(shù)學(xué)和計算思維還與其他實踐有著緊密聯(lián)系。首先，數(shù)學(xué)與計算思維包括開發(fā)和使用強大且可預(yù)測的模型，這與建模實踐有許多共同特征，大部分建?；顒佣际腔跀?shù)字和計算開展的。其次，使用數(shù)學(xué)和計算思維為學(xué)習(xí)者提供了一種強有力的證據(jù)辯論方式。學(xué)生可以使用推理或模擬的方法生成理論數(shù)據(jù)，并用數(shù)據(jù)來支持自己的科學(xué)主張或挑戰(zhàn)他人的科學(xué)主張。此外，數(shù)學(xué)和計算還提供了將現(xiàn)實世界的證據(jù)與理論模型聯(lián)系起來的新方法。最后，使用數(shù)學(xué)和計算思維與分析和解釋數(shù)據(jù)的實踐、傳遞信息的實踐密切相關(guān)，學(xué)生可以使用數(shù)據(jù)支撐、模擬和圖形等方式精確地交流他們的發(fā)現(xiàn)。

3.課堂教學(xué)策略

使用數(shù)學(xué)和計算思維的目的是支持學(xué)生借助數(shù)學(xué)和計算工具以描述或測試的方式來發(fā)展他們的思維、觀察和論證。在此過程中，教師需要注意學(xué)生的觀察行為、比較方式和量化數(shù)據(jù)的過程，考慮如何引導(dǎo)學(xué)生闡述對現(xiàn)有模式的想法?？梢詫⑦@個過程中的談話、討論的內(nèi)容和書面材料作為形成性評估的組成部分。具體來說，科學(xué)教師可以從三方面著手。首先，促進學(xué)生的理解。讓學(xué)生在實踐過程中認識到，運用數(shù)學(xué)和計算思維對科學(xué)和工程實踐的模式建構(gòu)及趨勢預(yù)測是非常重要的。其次，建立課堂文化，引導(dǎo)學(xué)生主動使用數(shù)學(xué)和計算思維描述內(nèi)容、檢驗想法和做出預(yù)測，讓學(xué)生嘗試提出或評估各自定性的或定量的觀察結(jié)果和主張，淡化結(jié)果的重要性，關(guān)注測量和運算的過程。最后，尋找資源支持課堂。可以建立一個共享的數(shù)學(xué)和計算工具包，其中包含為學(xué)生設(shè)計的建模工具、數(shù)據(jù)分析工具和各類傳感器等數(shù)據(jù)收集裝置，為學(xué)生使用數(shù)學(xué)和計算思維的實踐創(chuàng)造條件。

（六）構(gòu)建解釋和設(shè)計方案

1.內(nèi)涵解讀

該實踐的核心內(nèi)涵是對某種現(xiàn)象如何或為什么發(fā)生做出解釋。日常生活中人們使用的解釋通常是一種描述，而構(gòu)建解釋的實踐是將科學(xué)理論與具體觀察或現(xiàn)象聯(lián)系起來的說明，它包含三個關(guān)鍵要素：其一，解釋的對象不是科學(xué)概念中的抽象描述或者定義，而是一個與真實情境相關(guān)聯(lián)的例子；其二，解釋的內(nèi)容包括對象是什么和為什么的闡述；其三，解釋的條件是基于證據(jù)，即構(gòu)建解釋的過程是基于證據(jù)推進的。

2.實施價值

構(gòu)建解釋和設(shè)計方案是學(xué)生主動使用學(xué)科核心概念來構(gòu)建、檢驗、迭代現(xiàn)有解釋的過程，是科學(xué)的一項重要實踐，也是科學(xué)學(xué)科的核心?？茖W(xué)家也嘗試以構(gòu)建解釋和設(shè)計方案的形式來回答某現(xiàn)象是什么、為什么發(fā)生的問題。開展構(gòu)建解釋和設(shè)計方案的實踐有助于學(xué)生清晰認識科學(xué)知識是如何建構(gòu)的，進而加深并完善科學(xué)觀念。

3.課堂教學(xué)策略

首先，要提出適當(dāng)?shù)膯栴}。根據(jù)某類吸引學(xué)生的現(xiàn)象提出相關(guān)問題，同時要確保提供這類問題具有一定的科學(xué)性，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生對現(xiàn)象是什么、為什么產(chǎn)生思考。其次，培育課堂文化和解釋習(xí)慣。教師注重在課堂上提供構(gòu)建解釋和設(shè)計方案的機會，由此幫助學(xué)生理解解釋的特點，形成一套實踐范式，并將這些思想融入其他學(xué)科領(lǐng)域當(dāng)中。最后，為學(xué)生提供書面解釋的腳手架。腳手架分為三層：第一層是一般性內(nèi)容支持，教師根據(jù)學(xué)生的實踐情況適時幫助學(xué)生解釋事件是如何，以及為什么發(fā)生，或根據(jù)情況為學(xué)生的自主探究創(chuàng)造條件；第二層是考慮“細節(jié)”和“長度”，即考慮學(xué)生的年齡、能力等細節(jié)要素，注意提出的問題是否冗長，學(xué)生能否理解等；第三層是逐步撤除腳手架，腳手架是臨時支持，最終目標(biāo)是使學(xué)生能夠在沒有任何支持的情況下獨立構(gòu)建解釋。

（七）根據(jù)證據(jù)進行論證

1.內(nèi)涵解讀

根據(jù)證據(jù)進行論證的實踐是學(xué)生通過積極地支持自己的主張、評估和批判他人的主張，進而調(diào)和自己觀點的過程。這個過程主要有書面論證和口頭論證兩種形式，包含三個要素：其一，提出自己支持的主張，這個主張可以是贊成的觀點，也可以是一個解釋、一個模型，學(xué)生需要列舉出能夠支撐主張的證據(jù)、參考信息等；其二，評價和批評，學(xué)生識別、評價和質(zhì)疑對方的主張，并為這些主張?zhí)峁撛诘姆瘩g理由，如果發(fā)現(xiàn)有人對自己的主張?zhí)岢雠u，可以對這些質(zhì)疑做出回應(yīng)；其三，根據(jù)交流的證據(jù)和觀點調(diào)和各自主張的差異，合作構(gòu)建更好的主張。

2.實施價值

科學(xué)中的觀點都是根據(jù)其他解釋進行評估，并與證據(jù)進行比較，最終決定哪種解釋是更合理的。知道錯誤的答案為什么是錯誤的，這可以幫助學(xué)生更深入和更直接地理解為什么正確的答案是正確的，這也是從證據(jù)出發(fā)對解釋進行論證。此外，科學(xué)論證創(chuàng)造了一個公平的課堂環(huán)境，基于論證的課堂支持所有學(xué)生參與，強調(diào)在這個環(huán)境中所有學(xué)生的想法都是有用的，因為最合理的想法是出現(xiàn)在比較、評估和修訂過程中的。

3.課堂教學(xué)策略

教師可以從引發(fā)論證、組織合作參與論證、明確評估標(biāo)準(zhǔn)三方面創(chuàng)設(shè)基于論證的課堂。引發(fā)論證是指教師在日常教學(xué)過程中，讓學(xué)生從事開放性的活動，如研究問題、調(diào)查設(shè)計等，引導(dǎo)學(xué)生對產(chǎn)生的問題和關(guān)注的話題進行討論。組織合作參與論證是將班級成員劃分為不同小組開展活動，小組合作是探究實踐的基本形式，組員合作收集信息，有利于提高證據(jù)的有效性并做出更高質(zhì)量的回應(yīng)。明確評估標(biāo)準(zhǔn)的過程中，教師要闡明對論證觀點的最終評價取決于是否具有證據(jù)支持和科學(xué)概念支撐。具體而言，在對學(xué)生書面論證或?qū)υ捳撟C進行評估時，要將重點放在學(xué)生論證的連貫性上，檢驗學(xué)生的想法是否合理，是否與現(xiàn)有的證據(jù)一致，以及他們在此過程中運用的學(xué)科核心概念，而不是一味評估學(xué)生最后結(jié)論的準(zhǔn)確性。

（八）獲取、評估和交流信息

1.內(nèi)涵解讀

獲取、評估和交流信息是指學(xué)生從各種來源獲取信息，評估信息的可信度和與手頭任務(wù)的契合度，以各種方式，面對不同的聽眾，為了各種目的就科學(xué)和工程有關(guān)的信息進行交流，這一過程可以概括為解釋信息、綜合個人理解和向他人展示自己的思維三部分。

2.實施價值

獲取、評估和交流信息的實踐讓學(xué)生參與到收集、批判性地檢查和使用資源的過程中，以促進他們對自然世界和人工世界的集體探究和感性認識。獲取、評估和交流信息是科學(xué)家和工程師為開展研究、設(shè)計和測試解決方案等而開展的經(jīng)常性工作，也是他們在工作過程中與他人、同事和公眾交流信息的過程。學(xué)生必須知道如何找到需要的信息，如何解釋和評估信息，以及如何利用媒介有效地交流信息。開展獲取、評估和交流信息的實踐有助于學(xué)生形成良好的信息獲取與處理能力，并做出更合理的決策。

3.課堂教學(xué)策略

明確實踐要求。要明確獲取、評估和交流信息的目的是發(fā)展學(xué)生的信息素養(yǎng)，提高學(xué)生的實踐水平。如果學(xué)生從事這類活動只是為了獲得分數(shù)，那么這種練習(xí)的有效性和真實性會大打折扣。同時，要對不同年齡段的學(xué)生提出不同的要求。小學(xué)低年級學(xué)生可以通過視覺表征、討論和短文來理解與交流信息。小學(xué)中高段學(xué)生和初中生要在閱讀文字的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)如何解釋圖標(biāo)、數(shù)字、圖解等，還需要學(xué)習(xí)如何解讀專業(yè)術(shù)語和一般學(xué)術(shù)術(shù)語的含義，并在此基礎(chǔ)上逐漸理清各種概念的關(guān)系，使用科學(xué)語言來表達這些關(guān)系。針對更高年級的學(xué)生，教師應(yīng)當(dāng)找到更復(fù)雜、更廣泛的閱讀材料，嘗試讓學(xué)生以批判的眼光閱讀和討論大眾媒體的報道，使其了解科學(xué)從業(yè)者是如何傳播科學(xué)的。

選擇實踐策略。首先，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注并閱讀與特定文本捆綁出現(xiàn)的閱讀指南、問題指南等；其次，指導(dǎo)學(xué)生閱讀文本注釋和文本摘要；再次，要求學(xué)生利用學(xué)習(xí)日志篩選特定文本中有用的信息，便于后續(xù)處理；最后，借助圖形管理器（如概念圖、流程圖、表格、矩陣等）收集整理信息，實現(xiàn)信息的儲存提取。

三、啟示

基于前述研究，本文針對科學(xué)實踐教學(xué)提出以下啟示。一方面，加強專業(yè)理論交流。提出問題與定義問題、開發(fā)和使用模型、構(gòu)建解釋等實踐活動時常出現(xiàn)在科學(xué)課堂中，但囿于科學(xué)教師對實踐活動的核心內(nèi)涵和定位把握不準(zhǔn)，往往導(dǎo)致探究實踐活動無法取得預(yù)期效果。科學(xué)教師可以通過集體座談會、同事互助、在線專業(yè)發(fā)展、名校教師培訓(xùn)課堂等形式針對跨學(xué)科教學(xué)、科學(xué)實踐教學(xué)、STEM教學(xué)等特定主題展開交流，以擴大先進科學(xué)教育理念的覆蓋面，引導(dǎo)自身從明確“教什么”向理解“為什么這樣教”轉(zhuǎn)變。另一方面，加強專業(yè)理論的實踐應(yīng)用。豐富的教學(xué)內(nèi)容至多能保證課堂教學(xué)出色，而若要課堂出彩，則需科學(xué)教師在課堂實踐中融入專業(yè)理論。教師在構(gòu)思教學(xué)活動時可以試行雙師同課異構(gòu)、集體備課、創(chuàng)設(shè)工作坊等形式，考慮結(jié)合科技館、自然博物館等資源?？傮w而言，科學(xué)和工程實踐是構(gòu)建、測試、完善和使用知識來調(diào)查或解決問題的方式。八項科學(xué)實踐活動融匯交織，構(gòu)筑了學(xué)生參與實踐的新框架，為科學(xué)觀念、科學(xué)思維、態(tài)度責(zé)任等核心素養(yǎng)注入源頭活水，助推科學(xué)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生好奇心、求知欲的歷程，是實現(xiàn)科學(xué)與生活緊密相連的可行路徑。

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The Connotation， Types and Pathways of Scientific Practices in the United States

GAN Shencheng1 DU Lei1 XIE Xiaolin1 YANG Xiaoyi2 WANG Jingying1■

（1. The Research Institute of Science Education， Beijing Normal University， Beijing 100875， China;

2.College of Teacher Education， Capital Normal University， Beijing 100048， China）

Abstract： Scientific practice builds on and advances scientific inquiry， involving the process of solving problems in real situations through the application of engineering， technology and other multidisciplinary approaches. The Framework for K-12 Science Education： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas and its derivative Next Generation Science Standards depict various science and engineering practices， specifically including problem posing and definition， model development and usage， investigation planning and execution， data analysis and interpretation， application of mathematical and computational thinking， construction explanations and design scenarios， argumentation based on evidence， and information acquisition， evaluation， and communication. Each type of practice has its unique connotation， key value， and specific implementation pathway. Analyzing these eight types of practices can provide valuable insights for practical science teaching and empower the cultivation of core science literacy.

Keywords： Scientific practice; Science education; Engineering practice

編輯 朱婷婷 校對 呂伊雯