科学探究知识

1、科学探究的特征

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。我们认为,科学探究具有以下基本特征: 首先,科学探究是以问题为核心的,具有问题性特征。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。在日常生活中,当个体已有的科学知识与经验不足以对当前的客观现象或问题做出解释时,认知冲突就产生了。这种认知冲突促使个体产生探索的愿望和要求,引发其进行科学探究。动物学家康拉德·洛伦茨(Konrad Lorenz)在其著作《灰雁的时代》中提供了一个典型的例证。他写道:“当我一连几个小时坐在沙滩上……和我的鹅群呆在一起或坐在家里的热带鱼缸前……几乎每时每刻都有出乎我意料的现象发生。我不能马上解释这些新奇的现象,但他们确实引发我去进行更加深入的观察,同时更频繁地着手进行研究。[14]”因此,科学问题是个体进行科学探究的原动力,它驱使个体为寻求答案而进行科学探究。同时,在整个科学探究过程中,寻求什么样的假设,收集哪些信息证据,如何做出解释等活动都是紧紧围绕着问题来展开的,是在问题引导下做出的各种决策。因此,科学探究是以问题为导向的,科学探究的过程也就是发现问题、解决问题的过程。尽管儿童的科学问题与科学家相比在性质上有所不同。儿童探究的问题只是对于儿童个体来说是未知的,而对于成人或整个人类而言这些问题可能已经不属于未知领域,如“地球是什么形状的”、“为什么空中的物体会落回到地面”、“人为什么要呼吸”等等,但正是这些问题的存在,引发儿童去进行探究,从而不断地丰富和扩展其对于客观世界的认识和理解,建立科学的世界观。

其次,科学探究是一种主动建构的活动,具有建构性特征。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,以自己的方式对问题做出基于已有经验的分析和推论、综合和概括,将自己的发现与他人的发现进行比较,据此对自己的看法和做法做出反思与评价,并调节自己的活动等。在这一过程中,一方面个体以原有的知识经验为基础,通过将新知识与已有的、适当的知识经验相联系,主动地

建构对于新知识的理解；另一方面,个体又需要依据新经验对原有经验结构本身也做出某种调整和改造,形成新的认知结构。因此,科学探究既是一个对新信息的意义的建构过程,同时又是由于新、旧经验的冲突而引发的概念转变和认知结构重组的过程。尽管与科学家相比,儿童的科学探究多倾向于以已有的理论为基础来建构对于新信息的理解,儿童只有在获得了大量新的经历并且这些经历要求其做出改变的情况下,才会调整和改变原来的理论；并且,当通过实验所得到的证据与儿童自己原来的想法相矛盾时,他们经常或者忽视不一致的证据,或者通过调整证据以适合于他们的理论,认知重组会相对较少,但正是这种以已有知识经验为基础的探究,使得儿童不断地形成和获得对于客观世界的新的认识,实现对于客观世界的认知建构。

第三,科学探究是一种思维的过程,具有思维性特征。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。在这一过程中,个体不仅要使用观察、分类、交流、测量、推论、预测、假设等一系列的科学方法,而且要使用概括、分析、类比、归纳、推理等思维方法来形成并修正科学解释、识别和分析各种模型、交流和应用得出的科学结论。因此,科学探究的过程也就是科学思维的过程。美国教育家杜威曾经指出,探究是“对任何一种信念或假设的知识进行的积极、持续、审慎的思考”,探究的目的是通过使用解释、证据、推论和概括来证实信念。尽管与科学家相比,儿童的思维能力可能不足以阐明我们称之为科学的理论。如,他们主要以直接经验的感性认识而不是理性认识为基础来形成关于自然现象的知识,因此倾向于以自我为中心来看待世界；对于事物因果关系的思考表现出更多简单、表面化的特征,很难同时把握太多的因素等。但是儿童所建构的思想、观点,无论对错,都不是随意的,它们往往具有基本的逻辑性,是儿童逻辑分析和推理———尽管与成年人相比这种逻辑分析和推理尚是简单的、粗浅的、不严密的———的结果,并建立在证据和经历的基础之上。

第四,科学探究重视交流与合作,具有合作性特征。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。要使个体超越自己的认识,看到那些与自己不同的理解,看到事物另外的侧面,使理解更加丰富和全面,就必须通过彼此间充分的合作和广泛的讨论。另一方面,科学研究的一个突出特点就是可重复验证性。这就要求个体能够较清楚地说明所研究的问题、程序、证据、提出的解释以及对不同解释的考查,以使有疑问者能够进一步核实,或者他人将这一解释用于新的研究。科学发展的历史表明,科学研究离不开合作。与科学家相比,儿童由于知识经验、认知能力等的局限,其对于自然世界的认识和理解常常可能是片面、不完全、不确切的。因此,儿童要形成对于自然现象或问题的正确认识,建立正确的科学观念,更需要合作。同时,由于儿童在日常生活中已可能形成许多错误概念且可能较顽固,合作探究则能够促使儿童在表达自己的观点、交流和讨论不同意见的过程中转变原来不正确的看法,重构新观念,形成新的更为科学的理解。此外,对于儿童而言,合作探究不仅有助于丰富和深化其对于科学概念的理解,加深其对科学活动性质的认识,同时也有助于儿童科学探究所必需的思想方法、行为方式和价值观念等多方面的培养。因此,合作是科学探究的一个重要特征。2、科学探究的过程

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。如,特罗布里奇、拜比尔和鲍威尔等人(Trowbridge, Bybee & Powell, 1996)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。《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。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。《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。此外,还有一些学者认为,科学探究包括了猜想与解释、实验与操作、明显地看到操作结果、记录获得的信息、结论与交流等[16]；或者认为提出科学问题、进行假设或猜想、制定研究方案和收集数据、得