探究式科学教学的三个基本维度
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【摘 要】探究式科学教学是科学教学改革中的最主要的教学形式，目前已引起国内外各界的普遍关注和探讨。但在理论界，对探究式科学教学的认识还存在一些问题。通过对探究式科学教学的知识观、方法观和价值观3个基本维度的探讨，以澄明认识，为之后继续对探究式科学教学进行深入地研究奠定基础。
【关键词】探究式科学教学;知识观;方法观;价值观
【中图分类号】G642.4【文献标识码】【文章编号】 1005-4634（2019）01-0058-05
0 引言
探究式科學教学不管是在国外还是国内，都被大力地宣传和推广，已成为当今科学教学改革中最主流的科学教学形式。从整体上来说，我国的科学教育还处于发展前期，不管是体制建设、社会机构的支持，还是专业科学教育工作者的培养都还没有一套完整的体系。并且，由于我国长期的分科教学，对科学教育的认识和理解都还不够成熟和深入。在这样的背景下，探究式科学教学在实施的初期就遭遇了许多的问题和挫折，对其本质认识模糊、实施过程僵化等现状都在考验着我国科学教育的未来。
1 探究式科学教学的知识观
在谈及探究式科学教学中，人们往往会将其与授受式教学对立起来，认为只要有讲授的成分在，那么就一定不是探究式的科学教学，将两者完全的分离和对立。在知识观上，两者的划分就非常明显。探究式科学教学的知识观来源于建构主义的主观主义知识观或相对主义知识观，授受式的知识观就是基于客观主义的知识观。其实，探究式的科学教学因其探究水平的差异，从理论上可以分为发现式科学教学、接受式科学教学和建构式科学教学，它们的理论基础和实践形态是有所差别的[1]。所以，探究式科学教学的知识观既包含客观主义知识观，也包含相对主义知识观。
1.1 客观主义知识观
客观主义知识观认为：“所谓知识，就它反映的内容而言，是客观事物的属性与联系的反映，是客观事物在人脑中的主观映象。”[2]从这个定义上可以得知，科学知识是客观存在的，人类所从事的一切教育活动都是在学习、获得已经存在的客观知识，它不会发生改变，也不会消失。根据哲学基础划分，客观主义知识观划分为两类：一类是以唯理论为哲学基础的理性主义知识观;另一类是以经验论为哲学基础的经验主义知识观。理性主义知识观认为知识是客观的公理，人只有通过理性思维才可以获得最真实、最可靠的知识。经验主义知识观强调经验和感官的重要性，知识并不是来源于书本和理性思考，而是纯粹经验的产物。虽然两者对于知识的获取有不同的看法，但它们对知识的本质是达成共识的：知识是客观的。
发现式科学教学的理论基础来源于布鲁纳的“发现学习”，属于经验主义知识观，认为学生在未接触教育之前是一张白纸，他们通过主动探索求知，不断地获得心智的发展与完善。接受式科学教学的理论基础是奥苏伯尔的“有意义学习”，属于理性主义知识观。接受式科学教学很容易被误认为是授受式教学，其实两者在学生的学习状态上是不同的。接受式教学要求学生主动地在新知识与已有的适当观念之间建立联系。这种联系是通过逻辑关系建立起来的。发现式科学教学和接受式科学教学都强调学生的主动性和探索性，只是由于它们认为知识是客观存在的，所以其目的是为了获得绝对的知识，这样在一定程度上限制了学生的创造性和想象力，导致了主客体之间的分离。
1.2 相对主义知识观
相对主义知识观认为，知识不是纯粹客观的存在。任何一种知识都是相对的，都是人类在认识世界的过程中所进行的一种假想、猜测和解释，有待检验和论证。同时，人类在认识世界的过程中不可避免地会带有感情色彩和主观倾向。时代和认识水平的局限性，决定了知识会随着认识程度的深化而不断地更新和完善，无限地接近真理，也永远达不到真理。相对主义知识观有4个明显的特征：一是不确定性。任何的知识都有可能被推翻，即使是在当今被认为公理的知识都有可能是错误的;二是开放性。知识不是固定不变的，它随时会与外界事物发生联系，从而建立新的知识体系;三是个体性。体验是因人而异的，知识背景、性别差异、种族等因素都会影响个体对知识的理解;四是批判性。对待任何的知识都要有一种怀疑精神，不唯上，不唯书，只唯实。
建构式科学教学是基于建构主义学习理论发展起来的一种探究式科学教学，强调情境教学的重要性。建构式科学教学重视学生的主动性，认为学生有自我教育的能力。教师不是在“传递”知识，而是为学生学习提供“支架”。学生也不是去寻求客观实在的知识，而是将自己与知识联结、融合。“知识不可能以实体的形式存在于个体之外，尽管语言赋予了知识一定的外在形式，并且获得了较为普遍的认同，但这并不意味着学习者对这种知识有同样的理解。”[3]鉴于此，学生学习知识要适应自己的经验世界，帮助自己的经验世界。建构式科学教学改变了知识的存在方式和地位，将它从至高无上的宝座拉回到了人类世界，成为为人类服务的工具，肯定了人的主观能动性。
2 探究式科学教学的方法观
美国国家研究理事会（NRC）于2011年7月发布的《K-12年级科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》一书，将首要关键词由“科学探究”变为了“科学实践”[6]。从1996年美国颁布的《国家科学教育标准》到2000年《科学探究与国家科学教育标准——教与学的指南》，“科学探究”一直作为科学教育的核心概念出现，为什么现在却将其换为“科学实践”？这是不是说明“科学探究”已经成为过去式了呢？“科学实践”相比起“科学探究”又有什么进步的地方呢？
2.1 为何“科学实践”取代了“科学探究”
“实践”取代“探究”并不是完全否认“探究”，而是对“探究”的本质的重新思考和实践反思。将“探究”改为“实践”是为了“更好地阐述探究在科学中的含义，即作为其题中应有之义的认知、社会、行为等多维度的实践活动。”[5] “科学探究”在具体操作过程中，因为多方面的原因，导致其成效甚微，甚至背离了初衷。 传统科学教育过于注重知识传授的弊端越来越被大众所认知，强调学习过程中能力和精神的养成逐渐成为主流思想，让孩子像科学家一样去追问、探索、发现世界已经成为共识，这似乎是科学教育的一次质的飞跃。然而，在科学教学实践中，笔者发现原本“探索”一词失去了它本身的价值，“披着羊皮的狼”“换汤不换药”。在某种程度上与传统的教学没有分别。归根到底，都是由于对“探索”本质的理解不够深入，才会在实践中出现各种偏差。
当科学探索引入科学教学活动中时，最容易出现的问题就是将“科学探索”直接等同于杜威的“五步教學法”。19世纪末的美国科学教育强调量化实验，科学教育的目的就是让学生掌握一系列的实验技能，对于学生思维发展关注度不够。在这样的背景下，杜威从批判传统教育的形式主义教育方法出发，提倡反省思维，并在《我们如何思维》一书中提出了“五步教学法”，简单概括为“情境——问题——资料——方法——验证”。这在当时为美国的科学教育注入了新鲜活力，无疑是一次重大的突破。然而，另一个问题出现了，这个问题也是教育改革中最容易出现的问题：从一个极端走向另一个极端。科学思维方法占据了绝对的主导地位，如果科学教学活动不按照这五步骤进行，那就是异类，是错误的。科学探究就这样被这“五步教学法”分解、束缚了，教育工作者只需要按部就班的实施就可以了。
科学探究包括科学知识的生成和论证。在科学知识的生成中，“科学知识的生成过程实际上充斥着变数和反复，经历着各种失败的沮丧和意外发现的惊喜，时时有着模棱两可的信息或者互相矛盾的结果。”[6]这段话说明，科学知识的生成过程有以下几方面特征。
1） 探究的灵活性。科学知识的生成并不是按照某种固定的模式顺利进行的，在探索的过程中，会运用多种方式方法。科学家在探究过程中，有时并不能完全依靠线索、资料和实验进行假设、推理的，想象力和创造力也是必不可少的，它们会带来不一样的灵感和收获。
2） 探究的非计划性。随着研究的开展，大量信息呈现在研究者面前，有些信息不在意料之中，但却影响着研究的进程和方向。“人们进行科学探究的时候，很多重要科学成果的获得，开始并不是出于直接预定的计划和功利目的，而是出于对大自然持久的好奇心。”[7]
3） 探究的重复性。科学探究不是一帆风顺的，科学家为了证明某一种假设，可能需要付出几年、几十年的时间，进行上千次、上万次的实验。不是每一次的假设都是合理的，在长期的研究后，研究者有可能会推翻之前的假设，这样所有的过程需要重新再来一遍。
科学论证就是对已有结论的重新演示，按照严谨、规范的操作程序，一步一步地重演科学家的探究过程，最后得出与已有结论相同的探究结果。这个过程就类似于现在的科学教学，过滤掉一切意外、错误和复杂的探索过程。科学教育工作者直接将探索的过程设计完整，并且绝对正确，学习者只需要执行，最后得出规定的结论即可。这并不是说科学论证是不好的，前面已经说过，科学探究包含科学知识生成和论证的，知识生成与论证相辅相成。“科学知识的生成预示了新一轮研究的必要，新研究获得的观察或证据对已有知识和理解进行验证或提出挑战，循环往复，推动了科学知识不断发展。”[8]
以“五步教学法”为基础的科学论证型探究式科学教学是没有问题的，它确实体现了科学研究的过程，也为科学教育工作者提供了理论依据和实践价值。可是，当一套体系、一个理念、一个方法成为模板时，它就失去了活力和生命力。如同人的成长，在前期时是充满无限的可能和希望，是最完美的状态，这都是因为这个时候人处在发展期和未成熟期，他未来的发展是不可预测的。“教学有法，教无定法”或许就是对当前探究式科学教学的最好的建议。
2.2 “科学实践”的多重指向
正是由于“科学探究”在实践过程中遭遇了多重挑战，如何将科学探究从这个困境中解脱出来成为当务之急。“科学实践”不仅能够让大家重新认识科学探究的本质，还有自己对科学教学的独特看法和建议。
1） 认知层面。科学实践特别强调学生的具体活动，重视孩子的每一次科学探究时的理性思维。在传统的认知中，学习者的认知能力是受年龄限制的，“理论建构是高层次思维方式，需深厚的知识基础”[6]。尤其在小学的科学教育中，教师只是让学生进行简单的动手活动，做一个小实验，观察发生了什么样的变化等。其实，在生活中，人们经常会有类似于“你怎么这么聪明”“你这小孩说话像个大人一样”“你小脑袋瓜子里怎么有那么多稀奇古怪的想法”等之类的感叹。这都说明，人们在某种程度上低估了孩子的能力，有时候孩子比大人的想法要更接近于事情本身。孩子能更单纯、直接，能够没有杂念地直观到事情的本质。其实，每一个孩子都是一个小小的科学家。
2） 社会层面。随着信息技术的发展和全球化的深入，科学家们不再单打独斗，也不能“两耳不闻窗外事，一心只读圣贤书”。在科学教学中，教师首先就是一个研究者、探索者。贝尔纳对科学教育工作者有一个明确的要求：“一个教师知道如何从事科学工作比积累大量知识更为重要，这些书面知识在他将来执教学校中总是找得到的。”[9]其次，教师要与学校外部的科学研究人员密切合作。理论来源于实践，同时也指导着实践，两者精诚合作，共同推动科学教育的进步。同时，科学研究人员也要走出自己的研究室，走出去和迎进来。科学研究和科学成果不仅仅是科学家的事，它关系着整个社会，科学家需要主动宣传自己的研究成果，也需要社会各界的支持[7]。再次，教师要广泛收集各方的科学教育资源，为学生的科学实践提供资源、信息和来源。最后，教师要与学生建立良好的合作关系。在科学实践中，学生也是研究者，他们对问题的见解同样具有重要的价值。教师要有一颗和学生共同学习、共同探讨的心。只有这样，探究式科学教学才真正实现了其价值。
3） 行为层面。在以往的科学教学中，教师对学生的动手能力极为看重。换句话说，评价一节科学课堂是否是探究式的，是否摆脱了授受式的教学方式，最主要的标准就是学生有没有亲自动手。在行为层面上，科学探究直接被简化为了动手操作。其实，真正的科学探索应该包括3方面：动手、动脑和动嘴[6]。“动手”和“动脑”的重要性不必再说明了，需要特意留心的是“动嘴”。在科学教学的课堂上，笔者经常看到以小组形式进行的科学实验，但是小组的成员往往是各干各的，彼此之间交流甚少，出现问题了要么是停止实验，要么是询问教师，小组成员之间就某一问题的理性争辩更少。在“动嘴”的过程中，对别人的观点提出质疑、追问和补充，对自己的假设进行解释、反思和反驳，在这样的对话中，实现思维的又一次飞跃和升华。 3 探究式科学教学的价值观
19世纪，洋务派从西方引进自然科学，不仅看到了其实用的价值，同样也注意到了其改变人的思想观念的价值。20世纪，我国许多有识之士深入分析了自然科学的多重价值。“自然科学教育的价值不仅指向社会存亡，也指向个体的幸福生活，不仅指向人的物质生活，也指向人的精神生活。”[10]可是，这些声音都敌不过人们对自然科学的技术层面的狂热崇拜，自然科学教育更为关注的是其生产和实用价值。现在，教师不仅要重申自然科学教育中蕴含的人文精神，还要依靠科学教育来应对自然科学伦理问题。
3.1 探究式科学教学的人文精神
英国教育家斯宾塞在回答“什么知识最有价值”时，给出了明确的答案：自然科学。但是，斯宾塞意识到了自然科学的人文价值在当时社会的缺失。他曾说：“我们可以说在很多知识的家庭中，科学是个家庭苦工，默默无闻地隐藏着一些未被公认的美德。”斯宾塞在这里所说的“美德”就是人文精神。自然科学的物质价值太过于庞大和显眼，因此掩盖了其精神价值。就如在白纸上画一个黑点，绝大多数人首先注意到的就是那个黑点，在没人提醒的情况下，很难再发现那张白纸。自然科学教育现在面临的就是这个困境，现在笔者就是要做那个提醒者，让人们将视线放宽，关注到曾经被遗忘的部分。
自然科学的研究对象是物质世界，揭示物质世界的客观规律。这句话本身是没有问题的，可是人们对这句话的理解却出现了问题。首先，是谁研究？很显然，是人对物质世界进行研究，人是研究者。既然是人在研究，那么自然科学不可避免就烙上了人的痕迹，带上了感情色彩。其次，怎样进行研究？对于这个问题的解答，在上面的论述中已经给出了解释说明。科学家通过合作交流，采取多种多样的方式，进行着无数次的尝试、错误、再尝试、再错误等循环，直至最后得出正确答案。最后，研究的好处是什么？揭示客观规律、发展生产力、提高生活水平等等一系列的答案都是正确的，这也确实是自然科学所能带给人类的福利。可是，人们只关注了结果，忽视了过程。对于研究者而言，他在研究的过程中获得的益处远远大于研究的结果。研究的结果当它以定论的形式出现时，就意味着成为了过去。但研究者在进行研究的过程中实现了自我的成长和超越。这个会使其终身受用，其中包含了：批判、探索、执着、勇敢、乐观、创新的品质和精神。
探索式科学教学就是要让孩子像科学家一样去认识世界，主动去探讨教学情境中的问题。在多元发展的时代，社会对人才的要求不再仅仅只是某一方面的突出能力，更多的是要求综合能力的发展，即使是两种看似不相关、甚至是对立的能力。学生在学习科学知识时，并不是只为了习得书本上已有的结论，而是在学习的过程中培养其多种能力，最大程度的挖掘其潜能。在科学探究的过程中，学生像科学家一样，遭受挫折和黑暗，在苦苦探寻无果的情况下，找不到出路，突然，在某一时刻、某一地点、某一句话语下，灵光乍现，重新寻求到了生机和希望，最后走出黑暗，迎向光明。经过这个探索过程的学生，会对科学有不一样的认识，最后获得的也不仅仅只是结果，他们在不知不觉中学会了什么是真实和虚假，什么是创新和冥顽不灵，什么是坚持和放弃，什么是敬畏和侵占。不是所有的学生都能成为科学家或是从事科学研究工作，但他们可以成为拥有理性思维和人文精神兼顾的高素质人才，成为社会的佼佼者和栋梁。
3.2 伦理问题对探究式科学教学的挑战
自然科学发展至今，遭受到来自各方的批判和谴责。社会上出现的各种问题也都归因于科学，崇拜与批评并存，荣誉与谩骂随行。在众多的谴责声中，有一个问题确实是科学必须直面和应对的——伦理。从“克隆人”到“试管婴儿”，科学一直被诟病，而这个问题已经超出了科学能解决的范畴，“医者不自医”。“但通过科学教育，知道学生直面科学的伦理问题，将有力地回击反科学思潮的冲击。”[10]
9 月6日，由斯坦福大学组织的名为“人工智能百年研究”持续性项目发布了首项成果：《2030年人工智能与生活》。报告提出，“如今人工智能技术正在影响城市生活，未来这一影响还将进一步扩大和深化”[11]。由此可见，人工智能的发展已经势不可挡，人类即将迎来人工智能时代。然而，人工智能引发的伦理问题也不得不让人们担忧：人工智能的发展最后是不是会取代人类社会？智能机器人是不是比人类更优秀？人工智能究竟是造福人类，还是毁灭人类？
这些问题其实没有答案，因为人无法预料未来将发生什么。人工智能是好是坏现在还不能下定论，并且人们也无法阻止人工智能的发展。可是，科学教育带给学生的就是让他们正视这些问题，理性对待，不盲目肯定，也不全盤否定。探索式科学教学不仅仅只是让学生去探索、发现物质世界，获得对其规律性的认识，这是有结果的。它还将科学所带来的伦理问题呈现在学生面前，让学生去思考科学的真正意义和价值，辩证地认识科学，探讨事件背后的本质，不至于因为反科学的猛烈抨击而放弃科学。教师就要合理地收集和利用社会资源，不要将学校看作无菌实验室，将学生与社会隔离起来。除非能永远的隔离，否则学校最好在学生心智发展较成熟的时候，将大门打开，让“细菌”进来，学生与“细菌”的斗争中，会慢慢产生抗体，从而“刀枪不入”。
参考文献
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【10】 刘德华.“点击”学校课程——走在十字路口的科学教育[M].福建：福建教育出版社，2001：3.
【11】 王晓真.正视人工智能带来的伦理挑战[N].中国社会科学报，2016-9-21（3）.
Three basic dimensions of inquiry science teaching
Wu Qi-juan， Liu De-hua
（College of Educational Science， Hunan Normal University， Changsha， Hunan 4100000， China）
Abstract
This paper hopes to make educators have a comprehensive understanding of the three basic dimensions of inquiry science teaching.First，inquiry science teaching is divided into discovery science teaching，accepting science teaching and constructional science teaching，which embody two knowledge views： objectivism knowledge view and relativism knowledge view.Second，"scientific practice" is the name of "scientific inquiry"，so that people can re-understand the essence of "scientific inquiry".Finally，the values of inquiry science teaching are embodied in the process of scientific inquiry，and the ethical problems brought about by science education are dealt with.
Keywords
inquiry science teaching;knowledge view;method view;values
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