11.8第1章 科学探究与探究性实验教学2

二、科学探究的特征
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由于知识经验、认知水平等 的差异，儿童与科学家的科学 探究在具体的表现形式上必然 存在着一定差异，但两者在本 质上是相同的，都属于科学探 究的范畴，具有科学探究的基 本特征。
1．问题性
科学探究作为一种个 体认识自然的活动，是以 科学问题为起点的。所谓 科学问题，是针对客观世 界中的物体或事件而提出 的。
3.在教育学领域
研究者们主要是将探究作为个体 的一种学习方式来进行研究。例如， 美国著名教育家施瓦布认为，探究学 习(Inquiry learning)是儿童通过自主 地参与获得知识的过程，掌握研究自 然所必须的探究能力；同时，形成认 识自然的基础——科学概念；进而培 养探索未知世界的积极态度。
我国一些学者提出， 探究学习是“学生在教 师指导下，为获得科学 素养以类似科学探究的 方式所开展的学习活 动”。
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陈琴等学者认为，科学探究主要 包括观察和提出问题、形成假设、检 验求证、得出和解释结论、交流与应 用五个步骤。
1．观察和提出问题
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观察是科学探究的基石。 通过观察可以发现自然世界中 未知的各种事物和现象，从而 提出问题，确立探究的主题。 因此，观察和提出问题是密不 可分的。
• 但是，并不是所有的观察都能 导致提出问题，很多时候，我 们会深陷于“已知的幻觉”之 中，也就是说，当你“掌握” 某些知识的时候，会使你所看 到的现象符合自己理解的事物 模型并从中得到解释。
狭义的探究：
是指个体围绕着一个明确的问 题或任务，通过假设、推理、验证 等一系列的探索过程而最终解决问 题或完成任务的各类活动。狭义探 究作为一种比较系统的研究活动， 要求具有较广泛的知识和较强的思 维能力，并遵循一定的研究程序等。
科学探究：
所谓科学探究，就 是个体通过自主地调查 和研究来认识和解释自 然的活动。
2．形成假设
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假设源于个体所提出的 问题，是对于问题的一种简 洁的陈述，它试图解释一种 模式或预测一种结果，是个 体在已有的知识经验的基础 上所提出的关于问题的可能 性解释。
•假设是科学发展的必经之 路。虽然假设只是一种试 验性的观点，必须通过观 察或实验加以验证，但它 能帮助探究者澄清思想和 说明关系。
初中化学探究性实验设计 理论与实践
熊 言 林
xyl5711@163.com
安徽师范大学化学与材料科学学院
2010年11月08日
演示一个实验：
• 实验现象：滴有酚酞试液的氢氧 化钠溶液，由无色变成红色，再 由红色变成无色。 • 问题： • 假设：（1）（2） （3）（4）……
假设可归纳为6个方面：
3．检验求证
• 检验是对观察和假设的一种验 证，通过检验，假设就可能被证实 或支持，也可能被否定或推翻，而 那些由“权威”传递的错误观念也 可以被抛弃。检验使我们能够探查 自然世界中那些隐藏在自然现象和 事物背后的奥秘，揭示自然的本质。
检验的方式主要有两种
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一种是引证式，即根据 已选择的方案去收集支持假 设所需要的事实和证据，经 分析、概括而得出结论，从 而证明假设成立或者不成立；
在社会学家看来，探 索的一个突出特点是未知 性。因此，社会学中的探 索是对未知事实的一种摸 索性的初步研究。
2.在心理学领域
研究者们主要是对个体的探 索活动及其行为(Exploratory behavior)进行了探讨。
著名心理学家朱智贤(1989) 指出，探索是个体解决问题时为搜 索解决问题空间的道路而使用的一 种策略。可见在心理学家看来，问 题是探索产生的主要动因。
一、科学探究的本质
我国1989年版的《辞海》将探究 界定为“深入探讨、反复研究”。 1996年版的《现代汉语辞典》也将探 究定义为“探索研究；探寻追究”， 即努力寻找答案、解决问题。由此可 见，从基本含义上讲，探究的目的是 获得知识、真理，探究的途径或方法 是搜寻、调查，研究、检验。
1．社会学对于探究的理解和界定 所谓探索性研究(exploratory study)是指研究者在对研究题目的范 围和概念不甚清楚，对研究对象的内 在联系不熟悉，不能确定假设和研究 方向，并且缺乏前人的研究信息和理 论的情况下，无法提出适合这类问题 的具体方法以进行深入、细致研究时 所采用的一种研究方法。
5．交流和应用
• 在形成关于某一现象或问题的 结论、解释后，个体还需要与他人 进行相互交流。在这种交流中，一 方面，个体要准确地向其他人阐明 自己所探究的问题、方法、探究过 程以及结果，并倾听他人对证据和 解释的看法和态度；
另一方面，他人也有机会就 这些结论、解释提出疑问， 指出其中有悖于事实证据Biblioteka Baidu 地方，或者就相同的观察提 出不同的解释等。
(2)自主性
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探究性实验是以学生的直接 经验为基础而实施的，在选择 和探求问题的过程中，学生可 以依据自己的兴趣、爱好、特 长等去参与活动，在此过程中， 他们始终处于紧张、积极、活 跃、兴奋的状态。
(3)过程性
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与验证性实验重视获取 知识的目标不同，探究性实 验是注重过程性。它注重实 验过程中学生的思维方式、 个人体验及对信息的处理和 整合，注重培养学生的学习 能力和研究能力。
美国国家研究理事 会(2000)认为:科学探究
包括形成科学研究问题、 收集数据、建立假设、检 验假设和交流结果。
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《英国国家科学课 程》将科学探究过程划 分为:制定计划、获取并
表达证据、思考证据、评 价四步。
• 我国《全日制义务教育科学课 程标准(实验稿)》(2001)提出， 科学探究包括:
提出科学问题、进行猜想和假 设、制定计划和设计实验、获得事 实与证据、检验与评价、表达与交 流。
要培养学生的创新精神，就必 须改变学生的接受性的学习方式， 倡导新的化学课程标准提出的科学 探究式学习方式。探究性学习是与 接受性学习相对应的一种学习方式， 化学学科中的探究性实验更是体现 探究性学习精髓的一种有效途径。
• 再者化学实验本身就是科学探 究的过程，且为探究性学习中 的验证假说提供了科学方法， 因此，探究性实验是进行化学 探究式学习的主要方式，其地 位和作用是其他任何形式和方 法无法替代的。
科学探究作为一种科学研究，是一种多 方面、多层次的活动，它需要做观察，需 要提出问题，需要查阅书刊及其它信息源 以便弄清楚什么情况已经是为人所知的东 西，需要提出假设和预测，需要设计调研 方案，需要进行实验，需要运用各种手段 来分析和解释数据，需要提出答案和解释， 需要把研究结果告之与人等。
因此，科学探究的过程也就是科 学思维的过程。
(4)学会学习
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学会学习是现代学习的一种 新观念。探究性实验的显著特点 之一，就是要求学生逐步进入 “会学”的境界，它使学生通过 设计、动手、观察、总结、交流 而体会学习的价值，使之思维领 域不断扩大，开发出创新的潜力。
3．化学探究性实验教学的 基本环节
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探究性实验活动的基本 环节一般是：提出问题→猜 想、假设→设计实验方案→ 探究实验→解释与结论→表 达交流。
探究的实质：
就是发现问题、解决问题。 探究是个体在新的环境中通过 自主的探索、调查和研究来发 现和认识新事物、解决新问题 的活动。探究有广义和狭义之 分。
广义的探究：
是指一切发现和认识活动。人 们通常所说的追根究底、好奇、好 问、爱琢磨，实际上就是广义探究 的日常表现。广义探究强调的主要 是一种主动探索和发现的活动趋向， 而并不一定要围绕一个明确的主题 或经历一定的程序。
一、化学探究性实验教学的概述
1．探究性实验的界定
• 探究性实验来自“探究性学习”，是 指探究研究对象的未知性质，了解它具有 怎样的组成、有哪些属性和变化特征，以 及与其他对象或现象的联系等一种实验。 探究性实验的特点是根据实验的目的，利 用已知的、外加的因素去干扰或扰动研究 对象，看它会发生什么样的变化，出现什 么样的现象，产生怎样的结果。
必须明确如下方面：
• (1)科学探究的对象是自然界， 是对自然现象或问题的一种 调查和研究。 • (2)科学探究作为一种认知 活动，要经历一定的活动程 序或阶段。
• (3)在科学探究中，为了发现和 认识自然现象或事物的特征， 揭示自然的发展规律，个体要 运用一系列的科学方法来寻求 对于自然问题的答案，获得对 于自然世界的理解。 • (4)科学探究作为一种探索活 动，具有双重的含义。
（1）红色酚酞结构被空气中 的氧气氧化； （2）红色酚酞溶液与空气接 触时，吸收了空气中的二氧 化碳，使其溶液的pH降低到 8以下，红色酚酞结构又转 化为无色酚酞分子结构；
（3）仪器未洗干净，有其他 杂质影响的； （4）红色酚酞结构自动转化 成另外一种无色酚酞结构； （5）温度的影响； （6）不知是什么原因引起的。
4．合作性
• 一方面，科学探究作为一种建构 活动，每个人都以自己原有的知识和 经验为背景建构对于事物的理解，由 于不同个体已有的知识、经验以及对 经验的看法不同，不同人看到的是事 物的不同侧面，对同一个问题常会表 现出不同的理解。
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另一方面，科学研究的一个突 出特点就是可重复验证性。
三、科学探究的过程
(1)提出问题
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从日常现象或学习中，经 过老师或同学的启发，或独立 地发现一些有探究价值的化学 实验问题，并且能够清楚地表 达出来。所涉及的科学方法一 般有观察、阅读、调查、表达 等。
(2)猜想与假设
• 搜索原有知识经验，形成对实 验问题情境及其内部关系的初步理 解，建立起关于问题的猜想和假设， 这是—个动脑筋的过程，猜想必须 符合逻辑，同时又能有所创新和突 破，而且要有对猜想和假设作初步 论证的意识。所运用的科学方法有 预测、推理、形成假设。
• 二是实验式，即个体亲自 动手实验，通过分析实验 和总结实验结果来验证假 设的正确性和有效性。
4．得出和解释结论
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在对假设进行验证的 基础上，个体概括、归 纳其发现，得出并解释 结论，形成关于某一现 象或问题的科学认识。
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在此过程中，不仅要收集证据， 而且要将观察与实验的结果与自己 已有的知识经验联系起来，借助于 分析、推理提出现象或结果产生的 原因，并在实验证据和逻辑论证的 基础上建立各种变量间的联系，从 而形成以已有知识和当前观察与实 验结果为基础的新的理解。
2．化学探究性实验的基本特点
• (1)探究性
• 探究是人类认识世界的一种最基本的方 式，人类正是在对未知事物的不断求索中获 得不断的进步和发展，学生的认识尽管与人 类的认识过程在认识对象、认识条件和认识 方法上有差别，但我们在让学生通过“提出 问题一猜想与假设—设计实验一分析现象一 得出结论”的探究过程中，了解科学研究的 一般过程，掌握基本的科学方法。
•验证假设： •寻找证据： •获得结论： •拓展应用：
第一章 科学探究与探 究性实验教学
第一节 科学探究
我国教育部2001年新颁布的《全日 制义务教育化学课程标准(实验稿)》也 将科学探究列为化学课程目标之一，并 指出“将科学探究作为课程改革的突破 口”。可见，科学探究在本次基础教育 改革中的重要性。
2．建构性
科学探究作为一种认知活动，是 个体主动地建构对于客观世界的理解 的过程。在科学活动中，当个体已有 的知识经验不足以对当前的科学现象 或问题做出解释时，就会产生认知冲 突。为了解决冲突，实现认知的平衡， 个体必须不断围绕所面对的问题进行 思考，做出计划，通过各种途径获取 有关信息。
3．思维性
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当然，对于科学探究过 程的认识，我们不能采取 绝对化、机械化的理解， 以为只有经历上述五个阶 段的探究才是科学探究。
• 实际上，科学探究的问题是 多种多样的，针对不同问题， 人们所可能经历的探究过程、 采取的探究方式就可能不同， 不可能存在某一种绝对、固 定化的模式或统一化的模式。
第二节
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探究性实验教学
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对于科学探究的过 程，国内外的不少研究 者都提出了各自的观点。
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特罗布里奇、拜比尔 和鲍威尔等人认为:科学探
究的基本程序包括形成问题、 建立假设、设计研究方案、 检验假设、表达或交流结果 等。
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《美国国家科学教育标 准》提出，科学探究的过程 主要包括：观察；提出问题；
查阅书籍和其他信息资源来寻 找已有知识；利用各种工具搜 集、分析并解释数据；做出答 案、解释或预言；交流结果。