从_科学探究_到_科学实践_科学教育的观念转变_卢姗姗
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课程与教学
从“科学探究”到“科学实践”*
——科学教育的观念转变
卢姗姗 毕华林
[摘 要]美国新的科学教育标准采用“科学实践”取代了之前的“科学探究”，其原因主要在于，在理 论上对科学探究的理解缺乏统一的认识，在实践中科学探究未达到预期的效果，以及科学学习心理学 的研究促进了科学教育观念的转变。从“科学实践”与“科学探究”两者描述的对象、与科学知识的 关系、水平的界定三方面来看，科学探究重视完整的研究过程，科学实践关注具体的学生活动；科学 探究与科学知识是并列的，科学实践与科学知识是融合的；科学探究按要素多少划分水平，科学实践 按知识理解界定程度。 [关键词]科学探究；科学实践；科学教育 [中图分类号]G42 [文献标识码]A [文章编号]1009-718X（2015）01-0065-06
作为全球科技创新的核心，美国历来重视科学 教育，美国的一些组织如美国国家科学基金会 （National Science Foundation，NSF）、国家研究理事 会 （National Research Council，NRC） 等在过去的二 三十年里投入了大量的资金和精力，致力于促进学 生科学素养的全面提高，其中一项重要的目标是帮 助教师在教学中通过科学探究的方式，促进学生理 解科学概念。[1]1996 年，美国发布了第一套《国家科 学 教 育 标 准》（National Science Education Standards， NSES），提出以“科学探究”作为科学教育的核心 理念，让学生在“做科学”中理解科学并且培养和 发展探究能力。此后，对科学探究的理论和实践研 究成为国际科学教育的热点问题，在世界范围内涌
现出大量的相关研究成果，这也深刻地影响了我国 的科学教育改革。2001 年我国新一轮基础教育课程 改革也将科学探究作为我国科学教育改革的基本理 念和重要内容。
2011 年，NRC 发布了《K~12 科学教育框架：实 践、跨学科概念、核心概念》（A Framework for K~12 Science Education： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas，以下简称《框架》），提出“科学实 践”的概念，并确立该概念在科学教育中的首要地 位。[2]依据《框架》，2013 年 4 月，NRC 发布了《新一 代科学教育标准》（Next Generation Science Standards， NGSS），将“科学实践”作为首要的关键词列入该 标准中，取代了之前的“科学探究”。为什么该标
卢姗姗 山东师范大学化学化工与材料科学学院 博士生
250014
毕华林 山东师范大学化学化工与材料科学学院 教授 博士生导师 250014
* 本文为高等学校博士学科点专项科研基金“青少年科技创新能力发展水平测查研究”（20133704110007） 和
山东省自然科学基金项目“青少年科技创新能力发展研究”（ZR2012GM022） 的成果之一。
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准中突出了“科学实践”而不再继续使用“科学探 究”？“科学实践”与“科学探究”有什么区别和联 系？这一变化会给科学教育带来什么样的转变？这 些问题值得我们深入理解。
一、从“科学探究”到“科学实 践”的原因
（一） 在理论上对科学探究的理解缺乏统一的 认识
“科学探究”一词源于美国芝加哥大学施瓦布 （Schwab， J. J.） 教 授 于 1961 年 在 哈 佛 大 学 所 作 的 题为《作为探究的科学教学》的报告。在报告中，他 从两个方面对科学探究进行了说明，一是“科学的 本质是探究”，科学教育的目标是学生理解“作为 探究的科学”；二是“通过探究进行教学”，这是实 现科学教育目标的重要途径。他的观点引发了研究 者对“科学探究”的两种主要理解：一种认为“科 学探究”是“科学中的探究”（inquiry in science）， 将科学探究看作是学生获得科学知识的一种重要的 学习方式；另一种将“科学探究”理解为“关于科 学 的 探 究 ”（inquiry about science）， 认 为 科 学 的 本 质是探究，科学教育的目标是学生理解科学本质及 获得探究能力。
科学教育专家期望国家文件给予“科学探究” 统一的界定，并设置相应课程支持学校中的探究教 学。1996 年，NRC 发布了第一套《国家科学教育标 准》，将“科学探究”定义为“科学探索指的是科 学家们用以研究自然界并基于此种研究获得的证据 而提出种种解释的多种不同途径。科学探究也指的 是学生们用以获得知识、领悟科学的思想观念、领 悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种 活 动 ” [3] 。“ 科 学 探 究 ” 的 这 一 定 义 ， 虽 然 引 起 了 国际科学教育研究者、课程改革专家、科学教师 的强烈反响，但从定义上看，“科学探究”既可以 指科学家的研究过程，也可以指学生学习的活 动，研究者对“科学探究”的理解没有因此而获得 统一。
2000 年，NRC 又发布了《科学探究与国家科学
教 育 标 准 —— 教 与 学 的 指 南》， 对 “ 科 学 探 究 ” 作 出进一步描述，指出科学探究具有两方面的体现： 其一，它表示学生需要发展的设计和实施科学实验 研究的能力以及应获得的对于科学探究本质的理 解；其二，它表示一种能使学生通过调查研究掌握 科 学 概 念 的 教 与 学 的 策 略 。 [4] 这 一 描 述 反 而 引 起 了 人们对科学探究理解的更大差异，如，有的人认为 “科学探究”既可以作为教学策略，又可以作为学 生 学 习 的 结 果 ； [5] 有 的 人 认 为 “ 科 学 探 究 ” 包 含 学 生需要发展的提出科学问题以及解决问题过程中的 一系列技能。[6]
从美国国家科学教育标准及相关文件对科学探 究的定义来看，“科学探究”可以是科学家的研究 过程、学生的学习方式、教师的教学策略及重要的 课程目标，这就导致了研究者和教师对“科学探 究”的理解缺乏统一的认识，由此衍生了“探究学 习 ”、“ 探 究 教 学 ” 以 及 “ 探 究 能 力 ” 等 各 种 名 词的混用。
（二） 在实践中科学探究未达到预期的效果 教师是将科学探究理念转化为教学实践的主 体，而教师对科学探究的多种理解甚至是误解，就 导致了千差万别的课堂教学。2004 年，国际科学教 育研究者专门针对课堂教学中科学探究实施的效果 召 开 了 一 次 国 际 会 议 ， [7] 他 们 发 现 ， 每 个 国 家 实 施 科学探究的情况各有不同，并且在实践中遇到了各 种问题，几乎所有国家在学校中开展的科学探究都 没有达到预期的目标。 针对课堂中各种形式的科学探究，此次会议总 结了国际背景下科学探究实施的三种取向及开展的 情 况 。 一 是 “ 内 容 - 过 程 ”（content- process） 取 向，认为学生不仅要学习科学知识，还要知道科学 知识是如何形成的，重视学生在探究过程中获得并 理解科学知识，在课堂中，教师通常是让学生从提 出问题开始，按照科学探究的基本环节一步步获得 结论，这往往导致了科学探究实施的机械僵化。二 是“发现-探究”（discovery-inquiry） 取向，认为科 学探究是一种社会活动过程，强调在探究中通过小 组合作的方式保证学生间的交流讨论，进而发现科
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学知识并理解科学本质，在课堂中，往往由于教师 分组的随意性导致科学探究的形式化。这两种取向 的科学探究都关注了探究的过程和技能，但忽视了 科学概念在科学探究中的重要作用。三是“证据解释”（evidence-explanation） 取向，该取向近几年 逐渐受到研究者和教师的重视，他们认为科学探究 是学生进行问题解决的活动，关注的是从经验调查 获得证据对事物或现象进行解释的过程，要求学生 不但要基于已有的科学知识选择证据，还要能够参 与经验调查及解释的活动，通过科学探究让学生相 信科学知识在问题解决过程中是有效的。
从实践来看，科学探究在课堂教学中并未达到 预期的效果，尤其是“内容-过程”和“发现-探 究”取向的科学探究在实施过程中遇到很大的困 难。首先，教师对科学探究存在不一致的理解甚至 误 解 ， [8] 例 如 ， 许 多 教 师 认 为 科 学 探 究 是 学 生 学 习 科学的唯一方式，科学探究就是让学生进行科学实 验，科学探究重过程不重视结论等。其次，学校环 境不具备实施科学探究的支撑条件，主要的困难包 括：课堂教学的时间限制了科学探究的充分开展， 班级规模及学生人数限制了小组合作的科学探究， 学校缺乏适合科学探究的课程及场所。再次，教师 缺乏实施科学探究教学的教育教学知识，在学生的 探究活动中，教师应当是一个有经验的合作者和指 导者，然而，相关的调查发现，很多教师并不具备 通过科学探究进行教学的能力。[9]
（三） 科学学习心理学的研究促进教育观念的 转变
“科学探究”的理念显示了研究者将科学教育 从让学生记忆科学事实转向理解科学概念作出的努 力，[10]然而，美国的一项对全国科学教育评估的调 查发现，学生通过科学探究实则获得的是一些探究 技能和零散的科学知识，科学教育被称为是“里宽 尺 深 ”。 [11] 这 一 调 查 结 果 暗 示 了 科 学 探 究 难 以 帮 助 学生建立对整个学科连贯性的理解。研究者指出， 转变这种科学教育的现状，关键并不在于学习“里 宽”的科学知识，“少即是多”，即围绕少数学科核 心概念的学习将会省下更多的时间让学生参与科学
探究，将探究过程中的各项实践活动紧密地与学科 核心概念整合起来，将会促进学生逐步形成对整个 学科的理解。
近二十年来，科学学习心理学的研究提出了许 多新的观点：第一，儿童都是研究者。儿童学习科 学的起点是对周围世界的好奇心和最初的观念，虽 然在进入学校之前，儿童缺乏大量的知识和丰富的 经验，但是，他们在与周围世界的接触中形成了复 杂的推理方式，最初的观念和复杂的推理方式反映 了儿童已经知道了什么和会做什么，在任何年级都 应当基于学生已有的知识（包括错误概念）和能力进 行逐步深入的学习。第二，围绕学科核心概念的学 习有助于学生对科学形成连贯性的理解。确定及选 择学科核心概念主要通过对比新手和专家的认知结 构来进行，核心概念的理解与掌握不是短时间内能 完成的，而是一个较长时间的持续过程，这种对学 科核心概念连贯性的理解被称为学习进程（Learning Progressions）。 第 三 ， 科 学 不 仅 包 括 能 够 对 自 然 世 界运行机制进行解释的知识体系，还包括形成、扩 展和完善这些知识所进行的实践。儿童的科学学习 与科学家的研究在本质上没有什么不同，只是对科 学知识的理解水平和参与实践的熟练程度存在差 异。科学学习心理学的研究成果促使科学教育的观 念发生转变，研究者一致认为，科学教育必须建立 在学生最初观念的基础上，学生围绕学科核心概念 进行深入且连贯的理解，这个过程需要学生逐步参 与实践活动并达到科学家的熟练水平。
科学教育观念的转变促使研究者采用“科学实 践”取代“科学探究”，因为“实践 （practices） ” 这个术语描述的是学生的活动，并且具有“重复行 为使其熟练、深入学习使其成为习惯、应用知识使 其达成目标”的含义，[12]强调了学生在课堂中进行 的活动是一个重复的并且随着对学科核心概念的理 解而不断熟练的过程。《框架》制定者采纳了这一观 点，将“科学实践”定义为“科学探究所需要的一 系 列 认 知 的 、 社 会 的 和 行 为 的 活 动 ”， 并 且 指 出 “科学实践”一词可以消除之前人们对“科学探 究”的误解。首先，科学实践不是一系列要素构成
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的固定程序，而是科学探究所指向的不同类型的学
生活动；其次，科学实践解决了由于科学探究的要
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[摘 要]美国新的科学教育标准采用“科学实践”取代了之前的“科学探究”，其原因主要在于，在理 论上对科学探究的理解缺乏统一的认识，在实践中科学探究未达到预期的效果，以及科学学习心理学 的研究促进了科学教育观念的转变。从“科学实践”与“科学探究”两者描述的对象、与科学知识的 关系、水平的界定三方面来看，科学探究重视完整的研究过程，科学实践关注具体的学生活动；科学 探究与科学知识是并列的，科学实践与科学知识是融合的；科学探究按要素多少划分水平，科学实践 按知识理解界定程度。 [关键词]科学探究；科学实践；科学教育 [中图分类号]G42 [文献标识码]A [文章编号]1009-718X（2015）01-0065-06
作为全球科技创新的核心，美国历来重视科学 教育，美国的一些组织如美国国家科学基金会 （National Science Foundation，NSF）、国家研究理事 会 （National Research Council，NRC） 等在过去的二 三十年里投入了大量的资金和精力，致力于促进学 生科学素养的全面提高，其中一项重要的目标是帮 助教师在教学中通过科学探究的方式，促进学生理 解科学概念。[1]1996 年，美国发布了第一套《国家科 学 教 育 标 准》（National Science Education Standards， NSES），提出以“科学探究”作为科学教育的核心 理念，让学生在“做科学”中理解科学并且培养和 发展探究能力。此后，对科学探究的理论和实践研 究成为国际科学教育的热点问题，在世界范围内涌
现出大量的相关研究成果，这也深刻地影响了我国 的科学教育改革。2001 年我国新一轮基础教育课程 改革也将科学探究作为我国科学教育改革的基本理 念和重要内容。
2011 年，NRC 发布了《K~12 科学教育框架：实 践、跨学科概念、核心概念》（A Framework for K~12 Science Education： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas，以下简称《框架》），提出“科学实 践”的概念，并确立该概念在科学教育中的首要地 位。[2]依据《框架》，2013 年 4 月，NRC 发布了《新一 代科学教育标准》（Next Generation Science Standards， NGSS），将“科学实践”作为首要的关键词列入该 标准中，取代了之前的“科学探究”。为什么该标
卢姗姗 山东师范大学化学化工与材料科学学院 博士生
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毕华林 山东师范大学化学化工与材料科学学院 教授 博士生导师 250014
* 本文为高等学校博士学科点专项科研基金“青少年科技创新能力发展水平测查研究”（20133704110007） 和
山东省自然科学基金项目“青少年科技创新能力发展研究”（ZR2012GM022） 的成果之一。
EDUCATIONAL
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准中突出了“科学实践”而不再继续使用“科学探 究”？“科学实践”与“科学探究”有什么区别和联 系？这一变化会给科学教育带来什么样的转变？这 些问题值得我们深入理解。
一、从“科学探究”到“科学实 践”的原因
（一） 在理论上对科学探究的理解缺乏统一的 认识
“科学探究”一词源于美国芝加哥大学施瓦布 （Schwab， J. J.） 教 授 于 1961 年 在 哈 佛 大 学 所 作 的 题为《作为探究的科学教学》的报告。在报告中，他 从两个方面对科学探究进行了说明，一是“科学的 本质是探究”，科学教育的目标是学生理解“作为 探究的科学”；二是“通过探究进行教学”，这是实 现科学教育目标的重要途径。他的观点引发了研究 者对“科学探究”的两种主要理解：一种认为“科 学探究”是“科学中的探究”（inquiry in science）， 将科学探究看作是学生获得科学知识的一种重要的 学习方式；另一种将“科学探究”理解为“关于科 学 的 探 究 ”（inquiry about science）， 认 为 科 学 的 本 质是探究，科学教育的目标是学生理解科学本质及 获得探究能力。
科学教育专家期望国家文件给予“科学探究” 统一的界定，并设置相应课程支持学校中的探究教 学。1996 年，NRC 发布了第一套《国家科学教育标 准》，将“科学探究”定义为“科学探索指的是科 学家们用以研究自然界并基于此种研究获得的证据 而提出种种解释的多种不同途径。科学探究也指的 是学生们用以获得知识、领悟科学的思想观念、领 悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种 活 动 ” [3] 。“ 科 学 探 究 ” 的 这 一 定 义 ， 虽 然 引 起 了 国际科学教育研究者、课程改革专家、科学教师 的强烈反响，但从定义上看，“科学探究”既可以 指科学家的研究过程，也可以指学生学习的活 动，研究者对“科学探究”的理解没有因此而获得 统一。
2000 年，NRC 又发布了《科学探究与国家科学
教 育 标 准 —— 教 与 学 的 指 南》， 对 “ 科 学 探 究 ” 作 出进一步描述，指出科学探究具有两方面的体现： 其一，它表示学生需要发展的设计和实施科学实验 研究的能力以及应获得的对于科学探究本质的理 解；其二，它表示一种能使学生通过调查研究掌握 科 学 概 念 的 教 与 学 的 策 略 。 [4] 这 一 描 述 反 而 引 起 了 人们对科学探究理解的更大差异，如，有的人认为 “科学探究”既可以作为教学策略，又可以作为学 生 学 习 的 结 果 ； [5] 有 的 人 认 为 “ 科 学 探 究 ” 包 含 学 生需要发展的提出科学问题以及解决问题过程中的 一系列技能。[6]
从美国国家科学教育标准及相关文件对科学探 究的定义来看，“科学探究”可以是科学家的研究 过程、学生的学习方式、教师的教学策略及重要的 课程目标，这就导致了研究者和教师对“科学探 究”的理解缺乏统一的认识，由此衍生了“探究学 习 ”、“ 探 究 教 学 ” 以 及 “ 探 究 能 力 ” 等 各 种 名 词的混用。
（二） 在实践中科学探究未达到预期的效果 教师是将科学探究理念转化为教学实践的主 体，而教师对科学探究的多种理解甚至是误解，就 导致了千差万别的课堂教学。2004 年，国际科学教 育研究者专门针对课堂教学中科学探究实施的效果 召 开 了 一 次 国 际 会 议 ， [7] 他 们 发 现 ， 每 个 国 家 实 施 科学探究的情况各有不同，并且在实践中遇到了各 种问题，几乎所有国家在学校中开展的科学探究都 没有达到预期的目标。 针对课堂中各种形式的科学探究，此次会议总 结了国际背景下科学探究实施的三种取向及开展的 情 况 。 一 是 “ 内 容 - 过 程 ”（content- process） 取 向，认为学生不仅要学习科学知识，还要知道科学 知识是如何形成的，重视学生在探究过程中获得并 理解科学知识，在课堂中，教师通常是让学生从提 出问题开始，按照科学探究的基本环节一步步获得 结论，这往往导致了科学探究实施的机械僵化。二 是“发现-探究”（discovery-inquiry） 取向，认为科 学探究是一种社会活动过程，强调在探究中通过小 组合作的方式保证学生间的交流讨论，进而发现科
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课程与教学
学知识并理解科学本质，在课堂中，往往由于教师 分组的随意性导致科学探究的形式化。这两种取向 的科学探究都关注了探究的过程和技能，但忽视了 科学概念在科学探究中的重要作用。三是“证据解释”（evidence-explanation） 取向，该取向近几年 逐渐受到研究者和教师的重视，他们认为科学探究 是学生进行问题解决的活动，关注的是从经验调查 获得证据对事物或现象进行解释的过程，要求学生 不但要基于已有的科学知识选择证据，还要能够参 与经验调查及解释的活动，通过科学探究让学生相 信科学知识在问题解决过程中是有效的。
从实践来看，科学探究在课堂教学中并未达到 预期的效果，尤其是“内容-过程”和“发现-探 究”取向的科学探究在实施过程中遇到很大的困 难。首先，教师对科学探究存在不一致的理解甚至 误 解 ， [8] 例 如 ， 许 多 教 师 认 为 科 学 探 究 是 学 生 学 习 科学的唯一方式，科学探究就是让学生进行科学实 验，科学探究重过程不重视结论等。其次，学校环 境不具备实施科学探究的支撑条件，主要的困难包 括：课堂教学的时间限制了科学探究的充分开展， 班级规模及学生人数限制了小组合作的科学探究， 学校缺乏适合科学探究的课程及场所。再次，教师 缺乏实施科学探究教学的教育教学知识，在学生的 探究活动中，教师应当是一个有经验的合作者和指 导者，然而，相关的调查发现，很多教师并不具备 通过科学探究进行教学的能力。[9]
（三） 科学学习心理学的研究促进教育观念的 转变
“科学探究”的理念显示了研究者将科学教育 从让学生记忆科学事实转向理解科学概念作出的努 力，[10]然而，美国的一项对全国科学教育评估的调 查发现，学生通过科学探究实则获得的是一些探究 技能和零散的科学知识，科学教育被称为是“里宽 尺 深 ”。 [11] 这 一 调 查 结 果 暗 示 了 科 学 探 究 难 以 帮 助 学生建立对整个学科连贯性的理解。研究者指出， 转变这种科学教育的现状，关键并不在于学习“里 宽”的科学知识，“少即是多”，即围绕少数学科核 心概念的学习将会省下更多的时间让学生参与科学
探究，将探究过程中的各项实践活动紧密地与学科 核心概念整合起来，将会促进学生逐步形成对整个 学科的理解。
近二十年来，科学学习心理学的研究提出了许 多新的观点：第一，儿童都是研究者。儿童学习科 学的起点是对周围世界的好奇心和最初的观念，虽 然在进入学校之前，儿童缺乏大量的知识和丰富的 经验，但是，他们在与周围世界的接触中形成了复 杂的推理方式，最初的观念和复杂的推理方式反映 了儿童已经知道了什么和会做什么，在任何年级都 应当基于学生已有的知识（包括错误概念）和能力进 行逐步深入的学习。第二，围绕学科核心概念的学 习有助于学生对科学形成连贯性的理解。确定及选 择学科核心概念主要通过对比新手和专家的认知结 构来进行，核心概念的理解与掌握不是短时间内能 完成的，而是一个较长时间的持续过程，这种对学 科核心概念连贯性的理解被称为学习进程（Learning Progressions）。 第 三 ， 科 学 不 仅 包 括 能 够 对 自 然 世 界运行机制进行解释的知识体系，还包括形成、扩 展和完善这些知识所进行的实践。儿童的科学学习 与科学家的研究在本质上没有什么不同，只是对科 学知识的理解水平和参与实践的熟练程度存在差 异。科学学习心理学的研究成果促使科学教育的观 念发生转变，研究者一致认为，科学教育必须建立 在学生最初观念的基础上，学生围绕学科核心概念 进行深入且连贯的理解，这个过程需要学生逐步参 与实践活动并达到科学家的熟练水平。
科学教育观念的转变促使研究者采用“科学实 践”取代“科学探究”，因为“实践 （practices） ” 这个术语描述的是学生的活动，并且具有“重复行 为使其熟练、深入学习使其成为习惯、应用知识使 其达成目标”的含义，[12]强调了学生在课堂中进行 的活动是一个重复的并且随着对学科核心概念的理 解而不断熟练的过程。《框架》制定者采纳了这一观 点，将“科学实践”定义为“科学探究所需要的一 系 列 认 知 的 、 社 会 的 和 行 为 的 活 动 ”， 并 且 指 出 “科学实践”一词可以消除之前人们对“科学探 究”的误解。首先，科学实践不是一系列要素构成
EDUCATIONAL
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教育科学研究 2015′01
的固定程序，而是科学探究所指向的不同类型的学
生活动；其次，科学实践解决了由于科学探究的要