科学探究过程技能

科学探究过程技能》单元的设计与思考 苏教版小学《科学》教材编写组 科学是一种知识体系。它是以确切的事实为依据、提出能对事实加以合理诠释的“想法与理论”。这些想法及理论之间经逻辑思考，建立起协同一致的、不相互矛盾的、可以相互援引的知识体系。 某一知识是否被视为“科学”，不仅要从知识的确实性、一致性、逻辑性去考核，也可从获得知识的“过程与方法”上去检验。因此，如何去获得知识的“方法和过程”也常成为检验“此一知识是否为科学”的依据。科学教育一种重要的目标就是培养学生在科学探究过程中所需运用的各项技能；设想学生一旦拥有这些技能，便可凭借这些技能来探究周围的世界，并且所获得的知识也就能具有“科学”的特质。 基于以上的考虑，苏教版小学科学教材特别突出了科学探究过程技能方面的训练，并为此特别安排了一个序列，来系统地训练儿童科学探究能力。本文将系统地介绍苏教办小学科学教材的过程技能单元的编排思路及特色。 一、国际科学教育领域中对科学探究过程技能的研究 美国在六十年代兴起改进“科学教育”的热潮，美国科学促进会（AAAS：American Association for the Advancement of Science）自一九六一年开始考查及分析科学家进行科学研究工作的过程及行为，并设法将科学工作过程所运用的技能纳入自然科学的课程及教学活动中。经过九年的研究与发展，提出一套称之为SAPA（Science-A Process Approach）课程。 这一课程的教学（或学习）活动就是仿照科学家在实验室中的研究工作所为，期望学童经过这样的教学模式，能熟练科学研究过程中所运用的各项技能。即使在他长大成人之后，在处理事情及解决问题时，能够像科学家一般地思考一般地做。 SAPA 课程中的“科学过程技能”首先考虑的是科学家在实验室或野外从事科学研究工作时，他们做些什么？怎么做？研发者将这些科学工作过程加以解析，共标示出：观察、应用时空关系、分类、应用数字、测量、传达、预测、推理、控制变因、解释数据、形成假设、下操作型定义、进行实验等十三项技能。 科学SAPA 课程研制者将“科学家的过程技能”探究与发现过程加以解析之后，把这些操作融入科学教学活动之中，形成了特别的“SAPA 课程”的过程技能。在 SAPA 课程中， “科学探究过程技能”和“科学知识”一样都是列为学生所应学习的内容。这种“以科学探究活动过程来进行教学”的课程，迅速流传到世界各国，并相继纳入自然科学的教学活动中加以培养；我国新课程改革以来的科学教育理念也吸收了SAPA 的过程技能的序列，苏教版小学科学教材也以此为依据之一来设计教材。 二、苏教版关于科学探究过程的表述 科学探究的过程： 从上述内容可以提炼出科学探究中的过程如下 提出问题 ?? 能提出与科学有关的问题。 ?? 能清晰表达自己的问题。 ?? 能够从问题中筛选出自己能够研究的问题。 收集证据 ?? 能针对问题，通过观察、实验等方法收集证据。 ?? 尊重事实，对收集到的证据能做好原始记录，并注意保留且不随便涂改原始数据。 ?? 能对收集到的证据用文字、图表等方式来呈现。 ?? 能根据需要，从更多渠道查阅有关资料。 分析与解释 ?? 能对收集到的证据进行比较、分类。 ?? 能在总结证据的基础上，做出合理的解释。 ?? 能对数据整理过程中发现的冲突或矛盾之处进行分析和判断。 交流与质疑 ?? 能条理清晰地陈述自己的观点，并为自己的观点辩护，阐明自己观点的合理性。 ?? 能对研究过程和结果、对证据和解释之间的逻辑关系，提出自己的看法和评论，并与他人交流。 ?? 能倾听和尊重其他同学的不同观点、评议或质疑，并反思和改进自己的研究。 结论与拓展 ?? 能对探究的问题做出初步的结论。 ?? 能运用语言、图、表等多种方式表述研究的过程和结论。 ?? 能把探究过程中习得的知识、过程与方法运用于新的情境中。 三、苏教版教材学探究过程的自定义及其说明 指提出①与科学有关的问题，②通过观察、调查、实验等探究活动可以获得答案的问题， ③不复杂（不需要丰富的知识、身边就能获得探究必需的材料）的问题，④道德的问题。威尼-哈恩[英]认为儿童的问题有4 类：①表现兴趣的问题；②获取信息的问题；③具有复杂性提出 问题 收集 证据 分析与解释 交流与质疑 结论与拓展 观察 调查 实验 测量 分类 假设 控制 科学思维 科学方法 和哲学性的问题；④儿童可进行调查的问题，即科学教育中最具有价值的问题。而学生可能提出的问题的类型：①描述性

问题。例如：什么物质在水里溶解？我的心跳有多快？②关联性问题。例如：盐比糖溶解得更快吗？谁具有更高的心率——男孩还是女孩？③因果问题。例如：水的温度影响糖的溶解速度吗？人受到突然的惊吓时心率会增加吗？ ?? 观察是一种收集证据的方法，当我们想要了解身边的物体或者现象的时候，就会运用自己的感官或借助仪器，来收集有关的证据。 ?? 许多证据的表现形式是数据，测量就是将收集到的数据信息，同一单位标准，进行比较。 [说明] 最简单的观察就是用眼睛看，然后是运用多种感官去感知，再后是使用仪器来进行，最后，它被扩展为一种综合的收集证据的方法，既存在于调查、实验之中，也独立地应对当前的、正在发生变化的事物或现象。 测量是具体的技术技能，既如影随形于观察，又一丝不苟于精确。它测长度、面积、体积、温度、重量、质量等物质特性。测量的两个基本条件是：有统一的测量单位，会使用测量工具。 ?? 排序是一种整理资料（数据，证据）的方法。探究者根据物体的同一种特征（如物体的轻重、软硬、厚薄、快慢）进行排列，以发现其中的规律。 ?? 分类也是整理资料的一种方法。探究者把具有相同或相似特征的事物组合在一起，找到其中的共同点。 [说明] 排序、分类好象是一个完整工作连续体上的不同位置。儿童天生有排序的热情，只要他们认准一个特征，就会展开这样的活动。因为他们是比试和不服输的高手。“去找一找，哪一种树叶最宽大？”“去采几根草茎，哪一种最经得住拉拽？” ?? 调查是一种收集证据的方法。如果不是事物正在变化或者将要变化，而是已经发生了变化，就需要我们明确问题后制订专门的计划，从不同的途径来收集该事物相对于当前变化的事实和证据。 ?? 预测是我们根据现有证据和已有的经验对事物的未来变化做出的推论。 [说明] 调查作为一种收集证据的方法，主要以时间为向度，与观察、实验相互区分。如果我们想要了解周围的生活，如果我们想要了解过去的情况，如果我们想知道发生在其他地方的现象与事件，我们必须从不同的途径同时进行有效的“调查”，科学的调查就是要养成尊重事实的素养。 习惯经验的觉醒，对变化迹象的识别，对发展趋势的觉察，对一般规律的掌握，会形成指引方向的判断，这就是预测。尽管预测也会出错，比如天气预报，但预测就是预测，它培养了科学的直觉思维。 ?? 经过分析、比较等思考后，对事实发展变化的原因、事实之间的关系等情况做出的说明，这就是解释： ?? 建立模型是我们用来解释自己的思想和发现的方法之一，模型可以直观地表达自己的想法，方便我们解释那些难以直接观察到的事物、事物的变化以及事物之间的联系。模型包括图画图表模型、物理模型、数学模型等。 [说明] 建立模型就是用模型来解释。如果说我们的学生，过去是弱于动手的，那么我们今天想要表达和有所改变的正是这一点：建立模型恰恰是提高动手能力的重要内容。大家都知道吴健雄是了不起的女性科学家，很少有人知道：她强于动手。正是她的实验和她所建立模型成就了丁肇中、杨振宁的诺贝尔奖。建立模型的另一个重要意义就是：它是更明确，是更高级的解释的形态。 推理或推断也是过程技能之一，但是我们把它置于下位的解释层面，因为他们同属于理性思维层面，所以我们将它们与其它思维过程与形式如分析、比较、判断等并列。 ?? 交流是用文字、口头语言或者其他方式发布自己的科学探究信息，与其他人交换看法、分享信息的过程。 ?? 质疑包括接受别人质疑、质疑自己和质疑别人，在相互质疑中评判科学探究的成果是否合理，是否准确，是否有价值，能否改进。 [说明] 交流和质疑一方面形成某种探究环节中特有的气氛，另一方面栽培着倾听、尊重、合作、诚实、信誉等重要的价值观念。 ?? 假设是探究者根据已有的经验，对什么原因或条件产生什么样的结果和变化的猜测。假设有待收集证据加以验证。“如果------那么------”是假设的一般表达句式。 ?? 实验是一种特别的收集证据的方法，它是通过认为自己“制造”的条件，收集事物如何变化的证据。实验通常有模拟实验和对比实验两种基本类型。 [说明] 狭义的科学家就是做实验的么？不，首先是做假设的。许多科学家是靠做出假设成就一生的。假设是一种极富于魅力的探究，假设是一种特殊的过程技能。假设通过将问题具体化而打开通往可能的路径，假设应该成为学生的探究习惯。 实验实际上是控制的艺术，如果我们想要反复收集精确的证据的话，需要用

正反例来提示实验控制的要领，需要在动手和比试中显示控制的能耐。 ?? 拓展就是用学到的知识解释更多的事实：学习科学能开拓视野，使世界看起来不同；我们发现花木的青翠源自于阳光、空气和水，风源自于空气的流动，云源自于水蒸气的凝结和凝固，燃烧使花木回归尘土和大气，溶解可使部分岩石奔流入海。我们更进一步探讨植物是如何将阳光、空气和水形成养分滋长花木的，空气是怎么流动起来的，水蒸气的凝结或凝固、水的蒸发又是怎么发生的。用我们掌握的科学知识解释更多的事实，发现更多的事实之间的关联，提出更多的问题。 ?? 认知这些自然现象和自然的演变规则，使我们能应用自然运作的原理，于是就有了各种创造发明。例如人们利用磁场的改变产生电流、利用电流通过导线产生热和光、利用育种技术产生新的生物品种等。 [说明] 学习的结果总是突显在有限的重要方面，一个是对学习者精神世界的塑造：结构化与境界。通过科学与技术的进步，人类善用机具、材料、方法、知识和创意等资源，增强人类解决问题的能力。今天，气象预报让我们能多做准备、减少损失；食品的加工与保存让我们能享受到四季与各地的美味；利用材料进行制造，使我们便于生产物品、提升生活质量；使用机械节省了大量的人力；电力的发明与电器的使用更使生活变得方便、舒适；电话和电视使我们便于沟通讯息、传播知识；计算机和网络使我们便于处理数据、节省许多时间；营建房舍和桥梁，使我们便于居家外宿、跨越两地；舟车和飞机使我们便于交通往来、输送货物。这些都是科学与技术对我们生活的种种影响。 小学生科学探究过程技能培养是个重要而复杂的问题。在重要性上，科学探究过程技能培养对于小学生爱科学、懂科学、做科学具有的广泛价值；在复杂性上，它涉及与其他科学 素养培养的关系，也涉及自身所含内容的结构与关系。因此，在将过程技能具体落实到教材的过程中，需要解决三个问题： 1、如何以《课程标准》为上位，将属于下位的各项过程技能地排列成与儿童科学探究关联的过程技能？2、如何将它们显性化，即具体地陈述和适当地融合在儿童的活动中，使儿童的阅读理解尽可能准确，使儿童有关的心智技能和动作技能习惯化、程序化？3、如何自成一体，包括过程的和结构的整合？ 经过研究，我们发现现在使用的科学探究有两重含义，一个指科学家们的专业活动，另一个指学生构建知识、形成科学观念、领悟科学研究方法的各种活动（参见《课程标准解读》）。我们在后者的含义上使用科学探究。郝京华教授曾将探究区分为四个不同的类型：⒈提问法； ⒉发现法；①纯粹的发现；②指导下的发现；⒊实验法；⒋研究法（参见《什么是科学探究》郝京华）。 在分析国内现有资料的基础上，可以发现国内学者对科学过程技能有多种认识与把握的方式。 第一种，从简单、低级向复杂、高级排列，序列为：观察，交流，估计，测量，搜集数据，分类，推断，预测，制作模型，解释数据，制作图表，假设，控制变量，下操作性定义，探究(《科学探究过程技能评价手册》，DR.KARENL.OSTLUND 著,王春华主译；高等教育出版社)。 第二种，将科学过程技能分为基本科学过程技能和综合科学过程技能两类，前者包括：观察、推断和预测、分类、测量，后者包括确认变量、制作图表、假设、实验论证、分析结论（《小学科学教育概论》陈华彬、梁玲编著，高等教育出版社）。 第三种，先确定几个基本的范畴，再在其中分解出内涵的类型（《科学探索者》，浙江教育出版社）。①科学家使用的技能；②动手测量；③科学研究（提出问题，构想假说，实验设计[控制变量，自定义]，分析数据，得出结论）；④理性思维（比较与对比，应用概念，理解图表，因果推断，归纳，做出判断，解决问题）；⑤信息处理（概念图，比较/对比表，维恩图，流程图，循环图）；⑥绘制图表（记录表，柱形图，折线图，扇形图）。 基于上述考虑，我们提出把科学探究发生的过程与由简单到综合的技能学习连贯地结合在一起也是一种认识与把握过程技能的方式。因此，本教材是按如下方式来处理其中的关系：一方面，以课程标准的单元内容为教材内容的展开面，在其中贯穿和渗透有关的科学过程技能培养；另一方面，将全八册教材视作一个过程整体，每册编写一个独立单元，对小学生的 科学过程技能予以专门培养。 苏教版小学《科学》教材科学探究过程技能学习与训练的内容与安排顺序 三上 提出问题 三下 观察与测量 四上

排序与分类 四下 调查与预测 五上 解释与建立模型 五下 交流与质疑 六上 假设与实验 六下 拓展与应用 本教材确定科学探究过程技能的依据，在回答下列问题的过程中，我们可以找到答案。 ①问题的起点：谁的探究？ 科学教育中的探究是在儿童探究的轨道上顺延，而不是在儿童的心智上重新铺设轨道。因为：科学家的探究是从儿童的探究通连出去的，而不是儿童的探究是从科学家的探究那里照搬过来的。 ②要不要“靠拢”甚至“迁就”儿童经验的“前概念”？ 回答是肯定的。在“分类”的时候，我们给儿童按照自己的特征标准进行分类，而不是统一了科学标准之后全体同学进行同样结果的分类。教师更有意义的努力在于立足儿童自主分类的基础上组织交流和质疑。你为什么这样分类，他为什么那么分类，我们的分类与科学 家的分类相同还是不相同？ ③要不要支持、鼓励、帮助儿童的探究？ 回答也是肯定的。怎么做？给自主探究的机会，给动手操作的机会，给独立思考自由表达的机会，还有，用“我们的观点”来表述。科学探究是最大限度释放人性、最自由的地方； 科学也是最强硬限制自由的地方。前者是就科学的创造性而言的，后者是就实事求是的科学 态度而言的。 ④要不要合乎科学研究方法分类的惯例？ 要把科学家代表着人类对未知世界的探究与儿童的学习式的探究有所联系，有所区别。可以这样做一个形象的比喻：我们要把东西放在规定的公认的大篮筐里，但是允许有摆放有先后次序和具体位置的差异。 ⑤有没有权威的、统一的或者趋向一致的表述？ 没有；同时没有必要去寻找权威、统一的或者趋向一致的表述。我们觉得有必要的是寻找更多的参照点。 ⑥要不要兼顾文化习惯等境遇性差异？ 科学无国界，文化有边界。民族精神、文化情怀从来就不是科学想要回避、超越的时空。我们或许应该公开承认我们所怀抱的一种情结：在可能的情况下我们要优先选用属于我们国家的科学教育素材。同时我们也把这样的情感通过教材的内容来表达，并期望并不丰富的它们能有限地影响它们的学习者。想编一个教材“通吃”中国的学习者从来就是一种妄想。可是哪怕是“莲雾”这样一种水果在教材的存在，也兼顾着学习者的家乡守望和深切怀想，兼顾着学习者对异地它乡的羡慕和张望。 ⑦能不能在课程标准的基础上作适当拓展？以及有没有自成一体的可能与必要？ 国家的《课程标准》代表了一个特殊群体对我国开展科学教育的认识。他们的责任心和工作热忱毋庸置疑。但是他们的工作显然是一个探究过程，他们也在改动和调整他们的工作成果。但是，无论怎样，他们都为我们留下的是一个开放的空间。就苏教版小学科学教材编写五年的历史看，我们对过程技能也在认识学习之中，现在的体系就是初步自成一体的面貌。 ⑧怎样与其他学科知识、智能、情感态度与价值形成的关联？ 把探究的价值放置在什么位置上？工具与手段的价值，还是内容与目的的价值，亦或人生一大乐趣？倘若你推倒儿童搭的积木，那么你的行为会被儿童理解为一种侵犯，孩子面对着你的行为不仅增加了负性情绪体验，而且会削弱搭积木的行为倾向，因为推倒意味着不赞成。倘若，他（她）若拆除一个玩具想探究个究竟，你看到的是饶有兴致和心甘情愿，看到的是追根问底和无怨无悔。她（他）获得的是正性情绪体验。 破什么和立什么，取决于我们的立场。 过程技能显性化是本教材主要编创人员的强烈诉求。我们认为唯有过程技能显性化，儿童才能将科学学习的热情投入进去，才能将他们的创新性表现释放出来。这一点，主编深受前苏联以加里培林、维果茨基等人的学术主张的影响。 苏教版小学《科学》教材编写组提出的科学过程技能比较类同于科学家在实验室或野外作调查时的工作历程（观察、预测、测量、分类、控制变因、分析、推断、下操作型定义、推理????由于许多科学家对于自己研究工作的“过程”有很大不同的体验，因此不同的科学 家对“科学过程技能”也就有了一些不同的看法，许多科学研究活动会偏重其中的某些段落，例如理论物理学家可能大半的时间都在从事演绎推理的工作。 一般来说，“能力”指“能够去完成一些什么????”的意思。在处理的过程中，总是进行着一系列的“活动”；这些活动若以内在心智运作来描述则用回忆、辨识、分析、比较、评估、推断、概念化、综合、统整等语汇来表示，可称它为思考技能。若以外显行为来表征，则用观察、测量、分类、寻找因果关联、解释、制作模型、设计等动作名称来表示，可称它