推進(jìn)基于探究實(shí)踐的科學(xué)教育

2022年4月，教育部印發(fā)的《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“2022年版課標(biāo)”）提出“激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，加強(qiáng)探究實(shí)踐”。2023年5月，教育部等十八部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見》（以下簡稱《意見》）提出“以學(xué)生為本，因材施教，推進(jìn)基于探究實(shí)踐的科學(xué)教育，激發(fā)中小學(xué)生好奇心、想象力和探求欲，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)興趣，引導(dǎo)學(xué)生廣泛參與探究實(shí)踐”。為此，教育理論工作者就推進(jìn)基于探究實(shí)踐的科學(xué)教育進(jìn)行了深度分析。

一、2022年版課標(biāo)在課程理念上彰顯探究實(shí)踐性

張勇、徐文彬在《基礎(chǔ)教育課程》2023年第3期發(fā)表的《〈義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）〉中課程理念、目標(biāo)和內(nèi)容的新變化》一文中指出：2022年版課標(biāo)在課程理念上，提出以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，進(jìn)一步彰顯育人性、結(jié)構(gòu)性、進(jìn)階性、探究實(shí)踐性、綜合性。

2022年版課標(biāo)在課程理念上彰顯了探究實(shí)踐性。前兩版課標(biāo)都非常重視學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生自主探究的方式改進(jìn)課堂教學(xué)。2022年版課標(biāo)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)“倡導(dǎo)以探究和實(shí)踐為主的多樣化學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生主動(dòng)參與、動(dòng)手動(dòng)腦、積極體驗(yàn)，經(jīng)歷科學(xué)探究以及技術(shù)與工程實(shí)踐的過程”。讓學(xué)生盡可能地經(jīng)歷科學(xué)探究和實(shí)踐過程，引導(dǎo)學(xué)生積極地動(dòng)手、動(dòng)腦、動(dòng)眼（觀察）、動(dòng)嘴（口述、討論、辯論）、動(dòng)筆（繪畫、畫圖），是科學(xué)課標(biāo)一貫的理念。在2022年版課標(biāo)中，“探究”一詞出現(xiàn)的頻次高達(dá)350次，“實(shí)踐”一詞出現(xiàn)的頻次高達(dá)148次。如此強(qiáng)調(diào)探究的重要性是因?yàn)榭茖W(xué)探究是促成學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)地思考，學(xué)會(huì)運(yùn)用科學(xué)證據(jù)，質(zhì)疑、反駁、辯護(hù)、論證、推理和建構(gòu)自己的科學(xué)理論的基本范式。本次課標(biāo)修訂從單純強(qiáng)調(diào)探究轉(zhuǎn)向強(qiáng)調(diào)探究與實(shí)踐并重是一大進(jìn)步，實(shí)踐也是科學(xué)教育的基本范式。

二、從課堂教學(xué)角度理解科學(xué)思維與探究實(shí)踐的關(guān)系

史加祥在《江蘇教育研究》2023年第2期發(fā)表的《新課程標(biāo)準(zhǔn)背景下科學(xué)思維與探究實(shí)踐的多元理解》一文中指出：落實(shí)2022年版課標(biāo)，圍繞科學(xué)思維開展探究實(shí)踐教學(xué)，需要對(duì)課標(biāo)要求進(jìn)行可操作解讀，并對(duì)課堂教學(xué)的實(shí)施模式進(jìn)行分析。

科學(xué)思維與探究實(shí)踐之間的關(guān)系看似明晰，實(shí)際上錯(cuò)綜復(fù)雜。探究過程包括科學(xué)知識(shí)、理論的發(fā)現(xiàn)階段，檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)階段，科學(xué)解釋與預(yù)測階段，不同的階段涉及的探究方法路徑存在差異。因此，教師在科學(xué)教學(xué)中，需要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平和教學(xué)內(nèi)容選擇不同的方法路徑。雖然探究的方法路徑不同，但涉及的要素卻基本相同。2022年版課標(biāo)劃分出8個(gè)過程要素，不同的探究階段由不同的要素組成。不同的要素在教學(xué)中既可以單獨(dú)呈現(xiàn)，也可以分階段組合或全過程參與。

不同的過程要素會(huì)涉及具體的思維方法，如作出假設(shè)可能會(huì)運(yùn)用到分析、綜合、抽象、歸納等方法，收集證據(jù)則會(huì)使用觀察、測量、實(shí)驗(yàn)等方法，有的要素以理性思維方法為主，有的要素則以邏輯思維方法為主，在教學(xué)實(shí)踐中需要教師依據(jù)要素、內(nèi)容進(jìn)行主動(dòng)的設(shè)計(jì)和扎實(shí)的實(shí)施。教師除了要進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)與課堂實(shí)踐外，還需要為學(xué)生提供認(rèn)知中介，如工具、儀器與設(shè)備等物質(zhì)工具，推理論證、模型建構(gòu)和創(chuàng)新思維等思維工具。

依據(jù)上述理解，基于科學(xué)思維的探究實(shí)踐教學(xué)可以展開不同的設(shè)計(jì)與實(shí)踐。技能級(jí)探究，主要關(guān)注物質(zhì)工具的使用技能掌握；思維方法級(jí)探究，聚焦某種具體的思維方法，如觀察、測量等；要素級(jí)探究，主要是對(duì)某個(gè)要素的重點(diǎn)培養(yǎng)，如怎樣讓學(xué)生提出感興趣、可探究的問題；過程級(jí)探究，聚焦某一個(gè)階段中多要素、多方法的綜合應(yīng)用；全過程級(jí)探究，是基于學(xué)生課程核心素養(yǎng)的整體表現(xiàn)的探究，是對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力和思維方法的最高要求。小學(xué)階段基于思維的科學(xué)探究主要以技能級(jí)和思維方法級(jí)居多，高年級(jí)可以涉及要素級(jí)和過程級(jí)，全過程級(jí)則需要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平和任務(wù)難度適當(dāng)涉及。

三、構(gòu)建實(shí)踐導(dǎo)向的科學(xué)教育體系

李志民在《教育家》2023年第32期發(fā)表的《培養(yǎng)科學(xué)精神，構(gòu)建實(shí)踐導(dǎo)向的科學(xué)教育體系》一文中指出：《意見》明確提出，通過3至5年努力，在教育“雙減”中做好科學(xué)教育加法的各項(xiàng)措施全面落地。做實(shí)中小學(xué)科學(xué)教育，認(rèn)識(shí)科學(xué)教育的本質(zhì)、以實(shí)踐為導(dǎo)向、培養(yǎng)科學(xué)精神，是其中的關(guān)鍵。

科學(xué)教育本質(zhì)上是認(rèn)知方式的教育。它不僅要傳播知識(shí)，更要引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)科學(xué)的殿堂，感受科學(xué)的魅力?；A(chǔ)教育階段開展科學(xué)教育的目的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)觀念、科學(xué)精神，引導(dǎo)他們通過觀察、實(shí)驗(yàn)等途徑理解更多的科學(xué)現(xiàn)象，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動(dòng)參與、實(shí)踐探究的過程，讓學(xué)生獲得科學(xué)的思維和認(rèn)知。

培養(yǎng)科學(xué)思維是中小學(xué)科學(xué)教育的核心任務(wù)?？茖W(xué)思維訓(xùn)練包括觀察、提問、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)、推理和評(píng)估等多個(gè)環(huán)節(jié)?？茖W(xué)研究是一個(gè)漸進(jìn)發(fā)展的過程，科學(xué)教育不能忽略科學(xué)發(fā)展史的教育。教師要通過講述充滿故事感的科學(xué)發(fā)展史，讓學(xué)生從全局性的角度理解科學(xué)理論的產(chǎn)生、發(fā)展、應(yīng)用以及被修正、被否定的過程，從而建立一種深度理解和思維。從歷史發(fā)展的角度對(duì)待科學(xué)教育，就會(huì)破除一些常識(shí)中的謬誤，還原科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)生的真相，對(duì)學(xué)生的思維發(fā)展具有重要的訓(xùn)練作用。

科學(xué)教育要注重跨學(xué)科融合。現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展呈現(xiàn)出兩種基本方式：一種是學(xué)科的不斷分化與深化，另一種是學(xué)科的綜合與多學(xué)科交叉。就中小學(xué)而言，科學(xué)與數(shù)學(xué)、語文、藝術(shù)等學(xué)科之間存在著密切聯(lián)系，各學(xué)科相互滲透和促進(jìn)。通過跨學(xué)科融合，學(xué)生能夠在科學(xué)實(shí)踐中體驗(yàn)到知識(shí)的綜合性和實(shí)用性，感受學(xué)習(xí)的樂趣和意義。

教師是科學(xué)教育的關(guān)鍵。為了確保科學(xué)教育的質(zhì)量和深度，必須加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，提高教師的數(shù)字化素養(yǎng)。通過提供專業(yè)的培訓(xùn)和支持，提高教師的學(xué)科素養(yǎng)和教學(xué)水平，鼓勵(lì)他們參與科研和教學(xué)改革，才能更好地為學(xué)生搭建科學(xué)實(shí)踐的平臺(tái)。

科學(xué)教育體系需要全社會(huì)共建?？茖W(xué)教育涉及多個(gè)教育環(huán)節(jié)，課堂外、校園外也有豐富的資源。推動(dòng)中小學(xué)科學(xué)教育的實(shí)施，應(yīng)加強(qiáng)學(xué)校與科研機(jī)構(gòu)、企事業(yè)單位等的合作。資源共享能夠?yàn)閷W(xué)生提供更廣闊的科學(xué)實(shí)踐機(jī)會(huì)，培養(yǎng)他們的科學(xué)興趣和創(chuàng)新能力。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)校與社區(qū)、博物館等合作，組織實(shí)地考察和社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生感受科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用和社會(huì)意義。全社會(huì)齊抓共管、凝聚合力，才能打造高質(zhì)量的科學(xué)教育體系。

四、學(xué)校開展探究實(shí)踐要把握好實(shí)施要點(diǎn)

高云峰在《中小學(xué)管理》2023年第6期發(fā)表的《探究實(shí)踐：中小學(xué)推進(jìn)科學(xué)教育的關(guān)鍵點(diǎn)》一文中指出：探究實(shí)踐是一種學(xué)習(xí)模式，中小學(xué)開展探究實(shí)踐需要把握以下要點(diǎn)。

（一）探究實(shí)踐開始于觀察和提出問題

愛因斯坦說過：“提出一個(gè)問題往往比解決一個(gè)問題更重要。”問題本身就可以激發(fā)或者限制學(xué)生的創(chuàng)造力。好的問題有助于讓學(xué)生得出“與眾不同”的答案，而創(chuàng)造力的主要特征之一就是“與眾不同”。例如，物體在陽光下會(huì)有影子，不同時(shí)刻影子的長短和方向都會(huì)變化?！袄梦矬w的影子，我們可以做什么？怎么做？”就是一個(gè)值得討論的問題。學(xué)生既可以從不同角度進(jìn)行思考，也可以考慮如何具體實(shí)施。

（二）探究實(shí)踐以科學(xué)問題為中心

探究實(shí)踐都是從問題開始，以問題為核心激發(fā)學(xué)生思維，這也是科學(xué)學(xué)習(xí)的重要特征。問題的引入要適當(dāng)，最好與學(xué)生所學(xué)的科學(xué)知識(shí)有聯(lián)系，符合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮到學(xué)生的心理特點(diǎn)。引起探究的問題應(yīng)當(dāng)是那些雖超出學(xué)生現(xiàn)有水平但其通過努力能夠解決的具有挑戰(zhàn)性的高級(jí)問題。例如，關(guān)于中國重大科學(xué)項(xiàng)目“500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）”的問題：“球面并不能聚焦，為什么該裝置稱為‘球面’而不是‘拋物面’？”這一問題涉及物理、數(shù)學(xué)、地理、技術(shù)與工程等跨學(xué)科知識(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生先做理論分析，然后制作簡化的模型進(jìn)行驗(yàn)證。

（三）探究實(shí)踐要有趣味性，能激發(fā)學(xué)生自主參與

探究實(shí)踐應(yīng)該有趣味性，這樣才能激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的探究興趣，使其積極主動(dòng)地參與到探究活動(dòng)中。例如，人們觀察發(fā)現(xiàn)：大鳥展翅比身體長，小鳥展翅比身體短。針對(duì)這一現(xiàn)象，可以讓學(xué)生收集多種鳥類的數(shù)據(jù)，嘗試發(fā)現(xiàn)某種規(guī)律，然后提出假設(shè)，對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行解釋并做出模型進(jìn)行驗(yàn)證，最后對(duì)撲翼仿生飛翔裝置提出建議。

（四）探究實(shí)踐活動(dòng)要重視合作與交流

在探究實(shí)踐活動(dòng)中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生多進(jìn)行溝通交流。如果學(xué)生之間能夠不斷地交流討論，不同的思維火花在激烈的碰撞中就可以互相啟迪思維、拓寬視野。因此，科學(xué)探究實(shí)踐倡導(dǎo)小組合作，教師要為學(xué)生之間的合作交流創(chuàng)造條件。例如，考慮工作量的大小是否必須依靠團(tuán)隊(duì)合作才可能完成。

（五）探究實(shí)踐活動(dòng)要重視收集資料及分析、歸納、總結(jié)

科學(xué)重視數(shù)據(jù)。在探究實(shí)踐中，對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)解釋、做出科學(xué)推斷時(shí)，需要一定數(shù)量的可靠的數(shù)據(jù)資料。觀察、測量是獲得資料的重要途徑。一些情況下學(xué)生可以自制模型或作品，幫助獲取某些數(shù)據(jù)，這體現(xiàn)了科學(xué)探究與工程實(shí)踐融合的必要性。

需要指出的是，通過對(duì)外在現(xiàn)象的觀察和測量，可以得到局部的、零散的數(shù)據(jù)，我們還需要把這些局部零散的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工整理，這樣才可能發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)和規(guī)律。因此，探究實(shí)踐要教會(huì)學(xué)生處理數(shù)據(jù)的方法，包括篩選歸類、分析綜合、總結(jié)歸納、抽象概括等。

五、大學(xué)與中小學(xué)協(xié)同推進(jìn)科學(xué)教育發(fā)展

黃曉、吳琪在《中國科技教育》2023年第9期發(fā)表的《以大學(xué)—中小學(xué)科學(xué)教育協(xié)同為科學(xué)教育做加法》一文中指出：大學(xué)—中小學(xué)科學(xué)教育協(xié)同推進(jìn)科學(xué)教育發(fā)展是優(yōu)化科學(xué)課程內(nèi)容的關(guān)鍵路徑。

中小學(xué)生通常接觸到的是基礎(chǔ)的科學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)，而大學(xué)生則有機(jī)會(huì)接觸到更為先進(jìn)的科技設(shè)備和研究成果。高校牽頭開展與中小學(xué)教育研究部門的合作，共同研究科學(xué)教育從小學(xué)、中學(xué)到大學(xué)的銜接和一體化課程及教學(xué)實(shí)施方案，研究成體系、分階段的中小學(xué)科學(xué)教育教材，研究適合中小學(xué)生使用的工程教育教具與學(xué)具，為中小學(xué)開展科學(xué)教育提供教學(xué)資源支撐。大學(xué)—中小學(xué)科學(xué)教育協(xié)同有助于加大學(xué)?？茖W(xué)教育課程供給，拓展青少年科技創(chuàng)新實(shí)踐時(shí)空。

學(xué)校科學(xué)教育，一方面要面向全體學(xué)生，在課程中強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究方法的傳授、科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培育，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)；另一方面，要重視探索科學(xué)英才大中小學(xué)校一體化培育，為科學(xué)英才的科學(xué)識(shí)別和持續(xù)發(fā)展提供多樣化、可選擇的課程支持，讓科學(xué)英才的發(fā)掘與培養(yǎng)在基礎(chǔ)教育階段有效落地。

搭建大學(xué)—中小學(xué)科學(xué)教育協(xié)同合作交流平臺(tái)，促進(jìn)大學(xué)與中小學(xué)開展高效溝通。中小學(xué)可以獲得大學(xué)在日常管理、教育科研、特色課程開發(fā)等方面的大力支持，共享大學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教育教學(xué)場所、圖書館等資源。鼓勵(lì)大學(xué)與中小學(xué)嘗試多樣化的教學(xué)模式，比如基于現(xiàn)代科技手段的遠(yuǎn)程教學(xué)、探究式教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等，讓科學(xué)教育更加生動(dòng)、有趣、易懂。廣泛搭建科學(xué)教育交流合作平臺(tái)，積極拓寬交流合作渠道。

（責(zé)任編輯：趙昆倫）