科学探究活动指南

《中小学科学探索学习实施指南》研制与实验

研究成果之一:《中小学科学探索学习实施指南》(试行稿)

《中小学科学探索学习实施指南》研制与实验项目组

教育部基础教育课程教材发展中心

二〇一〇年十月

目录

中小学科学探究学习实施指南 ................................................ 1

一、科学探究学习的涵义与目标 ......................................................................................................... 2

(一)科学探究学习的涵义 ................................................................................................................. 3

(二)科学探究学习的目标 ................................................................................................................. 4

二、中小学科学探究学习的基本要素 ................................................................................................. 5

(一)提出问题 ..................................................................................................................................... 5

(二)猜想假设 ..................................................................................................................................... 6

(三)制订计划 ..................................................................................................................................... 7

(四)收集证据 ..................................................................................................................................... 8

(五)分析论证 ..................................................................................................................................... 9

(六)反思评估 ................................................................................................................................... 10

(七)表达交流 ................................................................................................................................... 10

三、科学探究学习的实施原则、途径及策略 ................................................................................... 11

(一)科学探究学习的实施原则 ....................................................................................................... 11

(二)科学探究学习的实施途径 ....................................................................................................... 12

(三)科学探究学习的实施策略 ....................................................................................................... 14

(四)实施科学探究学习应注意的问题 ........................................................................................... 16

四、中小学科学探究学习的评价 ....................................................................................................... 18

(一)科学探究学习评价的维度 ....................................................................................................... 18

(二)科学探究学习评价方法建议 ................................................................................................... 21

(三)科学探究学习考核与评价的组织与管理 ............................................................................... 23

《中小学科学探究学习实施指南》

(试行稿)

前言

20世纪以来,科学技术的迅猛发展推动了人类社会的巨大进步。进入新世纪,以科技竞争和人力资源竞争为核心的国际竞争日趋激烈,世界各国特别是发达国家都试图通过不断加强本国科学教育的改革提高全民科学素养,提升本国的科技创新能力,为国家生存与发展占得先机。我国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中指出,科技人才是提高自主创新能力的关键所在,要创造良好环境和条件,培养和凝聚各类科技人才特别是优秀拔尖人才,努力开创人才辈出、人尽其才、才尽其用的良好局面,努力建设一支与经济社会发展和国防建设相适应的规模宏大、结构合理的高素质科技人才队伍,为我国科学技术发展提供充分的人才支撑和智力保证。2008年,科技部、教育部等部委颁发的《关于加强创新方法工作的若干意见》要求,建立有利于创新型人才培育的素质教育体系,实现由应试教育向素质教育的转变,培养一大批掌握科学思维、科学方法和科学工具的创新型人才,大幅提升国家核心竞争力。

国家创新能力的增强要以普遍提高全体国民的科学素养和培养具有创新精神和能力的高科技人才为前提。为此,加快教育改革,转变教育观念,全面实施素质教育,改进人才培养模式,提高教育质量,成为我国建设创新型国家的奠基性工程。1999年,《中共中央、国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》指出,要把培养创新精神和实践能力作为深化教

育改革全面推进素质教育的重点内容。2001年教育部颁布《基础教育课程改革纲要(试行)》,强调要改变课程实施中过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状,倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手。广泛开展科学探究学习是落实上述文件精神的重要途径。

当代科学教育的理论与实践表明,科学探究学习是科学教育所应秉承的基本理念和学习方式。它不只是让学生单纯接受科学结论,而是让学生在经历科学探究的过程中理解科学知识,学习科学方法,发展科学思维,培养科学精神。科学探究学习留给学生更多的自主学习空间,有助于保护、激发和培养学生的求知欲和好奇心,促使他们以科学的态度对待世界,不断增强科学探索的勇气和信心,学会科学的生活,进而推动科学事业的不断进步。因此,科学探究学习是培养国民科学素养,提升创新精神和实践能力的重要途径,它已成为国际科学教育改革与发展的基本趋势和主要方向。自2001年起,伴随着新一轮基础教育课程改革的不断深入,许多中小学校积极开展了科学探究学习的研究与探索工作,取得了一定成绩,同时也面临着诸多困惑。为进一步发挥科学探究学习在基础教育阶段培养国民科学素养、创新精神和实践能力的作用,指导广大中小学全面开展科学探究学习活动,特制定本指南。以供广大的中小学教师、教学管理人员、教学研究人员和其他相关人员使用。

一、科学探究学习的涵义与目标

探究学习作为一种教与学的方式和指导思想,在世界范围内经历了近百年的理论和实践探索,并逐渐成为各国开展中小学科学教育的基本方式。科学探究学习不再仅仅局限于物理、化学、生物、地理等传统学科领域,也在向技术和社会等综合领域扩展;科学探究学习不再仅仅指向于科技精英人才的培养,也指向于引导青少年学生理解科学,整体提高科学素养。

(一)科学探究学习的涵义

1. 科学探究学习的内涵

科学探究学习是指学生在教师的指导下,围绕某一科学问题,根据已有的知识、技能和经验,运用科学方法体验研究过程,尝试解决科学问题的学习活动。

科学探究学习既是学生的学习和体验活动,又是教师开展科学教育教学活动的基本理念。在传统科学教育中,“科学即客观真理”的观念使得人们认为科学探究是一个验证知识的过程,教学实验活动往往成为对既定知识的验证。科学研究和教育实践的发展表明,科学需要建筑在证据和理性思维基础之上,科学探究的基本动力来自人的求知欲和好奇心。科学探究学习可以激发学生的学习兴趣,引导学生建构科学知识体系,在学习和体验过程中培养学生的创新精神和实践能力。

科学探究学习的主要特征表现在:

基于问题。科学探究学习关注问题情境的创设,科学问题是开展科学探究学习的前提和出发点,提出具有探究价值和科学意义的问题是科学探究学习的关键,没有问题就没有真正意义上的探究。

自主探究。探究学习是在教师指导下,以学生为主体的学习活动。教师主要发挥引导、组织和指导的作用,学生的自主活动贯穿探究学习的全过程。

科学思维。科学探究活动依赖于科学的思维方式和研究方法,培养学生良好的思维品质是科学探究学习的重要任务。

体验过程。科学探究学习要让学生经历思维活动或实践活动的过程,获得切身感受,加深对科学知识的理解,激发学习兴趣,养成科学精神,发展科学探究的能力。

2. 科学探究学习与科学研究

科学探究学习与科学家的科学研究原则上是一致的。科学探究学习与科学研究过程基本相同,都是在实证的基础上形成结论,都经历从发现问题到解决问题的基本过程。

科学探究学习与科学研究也有区别。科学研究的主体是科学工作者,而科学探究学习的主体是身心正处于逐步发展变化中的学生;科学研究的对象是未知的自然事物和现象,科学探究学习的对象相对学生来说是未知的,相对人类而言通常是已知的;科学研究的目的是解决科学问题,科学探究学习的目的是促进学生的发展。

(二)科学探究学习的目标

1. 建立和深化科学概念,学会应用科学知识

通过探究学习活动,帮助学生运用科学方法和已有的知识去构建或深入理解科学概念,进而应用科学概念去分析、判断、解决学习和生活中的问题,这既是科学探究学习的重要过程,也是科学素养形成的重要组成内容。

2. 发展科学技能,掌握科学方法

培养学生的观察能力、实验技能,以及应用数学工具处理数据、分析数据的能力,让学生经历科学探究的基本过程,学会并掌握科学探究的方法,运用这些方法去获得知识并进行知识创新,发展以科学语言与他人交流和沟通的能力。

3. 形成科学态度,培养科学精神

注重引导学生尊重事实,尊重证据,敢于依据客观事实提出自己的见解,善于听取与采纳不同的意见。对自然现象保持较强的好奇心和求知欲,与自然和谐相处;逐步养成善于与人交流、分享与协作的习惯;增强社会责任感,树立科学、技术与社会协调发展的意识。

二、中小学科学探究学习的基本要素

科学探究学习方式是多种多样的,在科学学习、研究性学习、综合实践活动及校外活动中皆可渗入此学习方式。科学探究学习主要含有“问题”、“证据”及“解释”等核心要素,为了便于教学,人们常将其细化为若干具体环节或要素。由于分类程度不同,对科学探究要素的划分也略有不同,本指南根据义务教育和普通高中的相关学科课程标准,将科学探究细化为以下基本要素,即:提出问题、猜想假设、制订计划、收集证据、分析论证、反思评估及表达交流。

在组织开展探究学习的过程中,教师应依据课程目标,分析教学对象、教学条件等具体情况,灵活进行探究活动,并非每次探究学习都强调所有探究要素,也并非一定按照以下呈现的科学探究要素的顺序进行。下面分别就各要素对应的能力要求及相关教学策略提出建议。

(一)提出问题

科学探究源于人类的好奇、疑惑、兴趣与求知欲,在组织探究学习中,探究活动应围绕一定的问题展开。教学中关注“提出问题”要素的落实,有助于激发学生的好奇心、求知欲,有助于培养学生的问题意识、质疑精神及提问能力等。

1.能力要求

要求学生善于观察、积极思考,能从日常生活、自然现象或实验观察中发现与科学有关的问题,能书面或口头表述这些问题。

2.教学建议

在组织开展探究学习过程中,提出问题是探究的前提。学生提出问题的意识、水平和深度是可以逐步培养的。在科学探究教学的初期,教师可从自己经历出发,以自己对某一现象的观察和思考为示范,让学生学习如何发现问题和提出问题等;当学生有一定基础后,教师可引导学生或让学

生独立地发现问题并提出问题。在具体操作中可安排学生发散性提出问题,通过教师引导或组织学生讨论,逐步将其聚焦到多数学生感兴趣的、有探究条件和探究价值的问题上。

通常,随意提出问题是容易的,但要提出一个有探究价值的问题却非易事。开始,学生可能不明白什么问题才是值得探究的,他们很有兴趣提出问题,但未经认真思考,有些问题过于简单,有些问题离题太远,有些问题则无法探究。教师应清楚什么才是值得探究的真正问题,注意分析学生所提问题的内涵并加以引导,注意将其逐步转变为有探究意义的科学问题。在引导和转化的过程中,教师还应循循善诱,尽量保护学生对科学探究的好奇心,注意激发他们对探究的兴趣。

(二)猜想假设

在科学探究学习中,面对提出的问题,应启发学生根据已有经验和知识对问题的解决提出猜想假设。在解决问题中,猜想假设为收集、分析和解释信息提供了框架,也为制定探究计划或设计实验方案提供了参考。猜想假设能帮助学生进一步明确要探究的问题,激发其想象力,提升其逻辑推理能力及创新思维能力。

1.能力要求

要求学生能根据已有经验、已知信息和已学知识对所提问题的成因提出猜想,对探究的方向、解决问题的方式和可能出现的结果进行有根据的推测与假设。

2.教学建议

猜想假设是科学探究学习的重要构成部分。在探究教学的初期,教师可示范性地对一些探究问题的解决提出猜想假设,并说明理由,引导其学习如何猜想假设。待学生有一定基础后,可让其根据已有知识经验独立地提出猜想假设。在教学中,可向学生提出一些具体要求,如猜想什么,怎

样猜想,为何这样猜想等,可以让他们用“如果……又会怎样?”的模式来提出猜想假设。对于学生提出的猜想假设,应给予适当的比较和引导,分析其是否有依据,是否符合逻辑,是否对问题的解决有利等,以便其明白什么才是合理的猜想假设。

随意提出猜想假设是容易的,要使猜想假设有据、合理,符合逻辑就不容易了。教师应清楚什么才是合理的猜想假设,注意引导学生逐步从胡乱猜想假设向合理猜想假设发展,对于学生提出的不正确或低质量的猜想假设,教师应给予恰当的分析及引导,对于学生含有创意、见解独到、超越教学计划的猜想假设,教师应积极鼓励、回应,而不是轻描淡写敷衍,或者强行一致。

(三)制订计划

在探究过程中,面对提出的猜想与假设,必须进一步加以证实,为此,应梳理探究思路,精心设计可行、可靠的实验方案,制定清晰、可操作的研究计划,从而保证探究过程顺利进行。这有利于培养学生严谨的科学思维品质,提升其规划设计的能力。

1.能力要求

要求学生能明确探究任务和所需条件,会制定探究方案,会选择探究方法及所需的仪器与设备,能考虑影响探究结果的主要因素,会运用控制变量的方法。

2.教学建议

通常,制订探究计划是从操作的角度把猜想假设进一步具体化,因此这需要教师引导学生在明确探究任务的基础上制订探究计划。教师应注意引导学生对计划的科学性、可行性、逻辑性进行分析,并对探究计划提出修改建议;注意指导学生考虑自变量对因变量的影响,如何进行变量控制等;注意让学生学习选择实验仪器,选用恰当的研究方法,考虑可能遇到

的问题及相关对策等;注意引导学生分析活动中可能存在的安全隐患并提出解决措施。

探究计划会涉及到一系列的操作步骤,每个操作步骤都有一定的意义,教师在教学过程中不仅要让学生提出操作步骤,而且应让学生清楚每个操作步骤的意义,不能将制订计划形式化、表面化。

(四)收集证据

为了验证猜想假设是否合理,需要通过一定途径去寻找证据。这些证据来自观察、调查、实验或其它途径,并且应是科学的、客观的。学习收集证据,有利于培养学生求真务实、独立思考的科学态度和科学精神。

1.能力要求

要求学生能通过科学实验或者公共信息资源等收集证据,会使用基本的实验仪器,能进行基本的实验操作,能够进行调查研究、正确测量、如实记录数据等,知道重复并客观收集实验数据的意义,具有安全操作的意识。

2.教学建议

收集证据有多种方式,如调查、访谈、参观、资料查询和实验等。其中,在进行实验时,应让学生明确实验目的,知道实验的意义和用途,了解实验仪器的操作规范及实验条件等。在实验中,学生常常不经意或者有意识地修改数据,对此,教师应给予引导与教育,应让学生清楚只有客观如实地记录数据,才可能得到可信的结果,才可能发现实验现象与理想结果之间发生偏差的原因,才是实事求是的科学态度。另外,还应让学生明白重复收集实验数据的意义。当班级太大、课时有限时,可采取分组的方式进行学生实验,以便大家共享数据。另外,还应注意培养学生从其它信息资源中收集证据的能力,如从图书、报刊、杂志的文献中查找信息,并会用计算机网络扩大搜索数据信息的范围等。

在教学中,应注意让学生理解每个操作的意义,不能让学生仅按教师开出的“菜单”机械操作。在学生收集证据的实际操作过程中,可能出现这样或那样的问题,这是正常的现象,而且学生的错误还可以作为有效的课程资源,因此,在实验教学过程中,不能用包办代替的方法来避免学生出错,要注意让学生在做中学,在错中学。

(五)分析论证

在收集了大量证据后,必须通过分析、比较、归纳等方法,找到信息、事实或现象之间的本质联系,通过对相关信息的加工整理、对事实与证据进行分析归纳,用科学的方法进行概括总结,最后形成探究结论。通过这样的学习有利于培养学生处理数据和分析概括的能力。

1.能力要求

要求学生能对数据进行分析处理,知道描述数据的手段和方法,能比较并筛选所获的相关信息资源,能分析数据的变化趋势,并能从中找出探究结果,能将结果与科学知识建立联系,尝试得出合理的解释。

2.教学建议

在教学中,要注意培养学生分析数据,处理数据,由此得出结论的基本能力,引导学生对收集的证据进行比较、分析与概括,由此得出合理的结论。在进行数据处理过程中,注意让学生利用表格、框图、示意图、流程图或关系曲线等整理数据、描述数据。引导学生客观、准确和简要地描述结果,探索实验结果与科学规律的联系,注意不能牵强附会或主观武断地得出结论。如果探究结果只是在某种条件下得出的,那么还要客观指明得出这一结果的条件。

在引导学生进行分析论证的过程中,既要注意培养学生的分析概括能力,也要注意培养学生的发散思维能力,不要轻易否定学生对数据的分析与推理,也不要随便鼓励学生轻率得出结论,应找出他们这样做的问题所

在。

(六)反思评估

在科学探究中要不断反思、评价探究过程中所提出的问题、作出的猜想和假设、设计的方案和计划、所做的实验、收集的证据、得出的结论等,在此基础上对相关内容作出进一步修订,这将有助于培养学生的反思评估能力。

1.能力要求

要求学生具有反思评估探究过程和探究结果的意识,能注意实验结果与猜想假设间的差异,分析实验结果与预想结果不一致的原因,注意探究活动中未解决的矛盾,发现新的问题,能吸取经验教训,改进探究方案。

2.教学建议

在反思评估中,应让学生认识到若结果与假设吻合,则假设被证实;若结果与假设冲突,则假设未被证实,在经过分析论证形成探究结论后,还需要进一步对结果与假设之间的差异进行反思评估。另外,还应注意让学生反思评估已采用的实验方法、器材、步骤和数据处理等,如:探究方法是否科学?概念是否清楚?选择的实验器材是否合理?是否真的控制了变量?是否注意了个别异常数据?数据是否能支持所得出的结论?如何对探究方案与测量方法进行改进等。

在反思评估过程中,要注意培养学生的质疑精神,通过重新审视所获信息的科学性、探究过程的严密性、收集数据的可靠性,培养其反思评估的能力及严谨的科学态度。在此过程中,教师应注意不要将反思评估流于形式,应注意总结并表扬在探究过程中学生的良好表现及创新意识等。

(七)表达交流

表达交流不仅表现在探究结束后的成果展示,也贯穿于整个科学探究的过程。通过交流不但能梳理思路、相互启发,有时还会引发新的问题,

为进一步的探究提供新的线索。注重表达交流能力的培养,有助于加强学生对有关科学内容的理解,增强学生的团队意识以及勇于质疑、敢于发表见解的科学精神。

1.能力要求

要求学生有主动表达自己观点的意识,敢于发表自己的观点,能用语言、文字、图表、幻灯或模型等多种方式准确表述研究过程和结果,善于倾听不同意见,有合作意识、团队精神。

2.教学建议

在探究活动中,选择不同的形式将探究结果呈现出来,可口头表述,也可通过实验报告或科学论文的方式呈现;注意引导学生相互交流、相互评议,让学生有机会陈述或评价探究结果,在表达交流中,应让学生思路清晰、用词准确、逻辑严密。

在表达交流过程中,注意让尽可能多的学生得到平等交流的机会,既不能总让少数学生主导表达交流,或者由教师包办代替,也不能看似大家讨论,其实是表面热闹不着要领。

三、科学探究学习的实施原则、途径及策略

(一)科学探究学习的实施原则

1. 面向全体学生,促进学生潜能的发展

科学探究学习必须面向全体学生,适应学生个性发展的需要,体现科学教育的基础性、普及性和发展性。科学探究学习不仅仅是让学生掌握更多的科学知识和技能,还在于通过学习过程促进学生的潜能发展和科学素养提升。

2. 立足学生经验,激发学生学习兴趣

科学探究学习要贴近学生生活,结合其认知特点和已有经验,从日常生活中发现探究的主题,引导学生在熟悉的生活情景和社会实践中感受科

学的意义。科学探究学习要避免机械灌输和死记硬背,保护学生学习科学的兴趣,激发其与生俱来的好奇心和探究的欲望。

3. 加强学科整合,使学生获得对世界的整体认识

科学探究学习要关注不同学科间知识的联系、交叉与渗透,以及研究方法的借鉴与移植,让学生了解自然界事物之间的联系。在解决问题的过程中,学生通过对多学科知识的综合运用,树立整体的科学观。鼓励学生关心科学技术的新进展,关注科技发展给社会进步带来的影响,逐步树立科学的世界观。

4. 注重体验过程,培养学生的创新精神

科学探究学习要充分关注探究和实践过程本身对学生发展的价值,引导学生参与探究活动的全过程,为学生提供宽松的学习氛围和自由探究的心理环境。要有意识地培养学生的创新精神,为学生提供技术方法和规范方面的指导,让学生在自由探索的空间中体验创新的乐趣。

(二)科学探究学习的实施途径

1.学科教学是实施科学探究学习的主要途径

实施科学探究学习要落实到学科教学中,学科教学是实施科学探究学习的主要途径。2001年教育部颁布的数学、科学(或物理、化学、生物)、地理、技术等课程标准中明确指出科学学习要以探究为核心,探究既是科学学习的目标,又是科学学习的方式。亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径。随着我国新一轮基础教育课程改革的不断深化,在学科教学中实施科学探究学习已成为广大教师普遍接受的教学理念和教学方式。

在学科教学中实施科学探究学习,要求教师应向学生提供充分的科学探究机会,使他们根据学科的特点,像科学家那样从自然、社会和生活等开放的学习环境中选择自己感兴趣的科学问题展开探究活动,并综合运用

科学知识、科学思想方法,提出解决问题的方案,进而通过科学实验或观察获取证据,使问题得到解决。在问题解决的过程中,体验学习科学的乐趣,获得科学知识,提高科学探究的能力,形成尊重事实、善于质疑的科学态度。

2.通过研究性学习课程实施科学探究学习

研究性学习课程要求学生在教师的指导下从自然、社会和生活中选择和确定问题进行研究,并在研究过程中主动地获取知识、应用知识并解决问题。它能够改变单纯的接受式学习方式,构建开放的学习环境,使学生有机会将科学知识综合应用于具体实践情境。在实施科学探究学习中,中小学校可以充分利用这种课程形式,在研究性学习课程中引入科学探究的内容,以研究性学习课程作为载体推进科学探究学习的实施。

研究性学习课程在我国中小学课程计划中占有一定的课时比例,在开展科学探究学习时可以灵活运用这部分课时。根据具体的学习任务,可以集中使用该部分课时,也可以分散使用。研究性学习课程体现为一系列活动,主要包括探究活动、交流活动和表达活动。科学探究学习的开展也包括这类活动。在研究性学习课程中开展科学探究学习,其关键在于围绕科学问题设计研究方案,指导学生根据方案开展探究活动。

3.利用课外实践活动开展科学探究学习

利用课外实践活动开展科学探究学习,是科学探究学习的一种基本形态。这种科学探究学习具有更强的实践性、开放性和综合性,有助于学生围绕现实情境中的各种问题展开探究,识别现实问题的症结所在,努力探求问题的现实意义,积极寻求问题的解决方法,加深对自然、社会和科学的整体认识,实现知识与技能的整合、拓展和深化。

实施课外科学探究学习,要有资源和环境意识,对社区资源进行教育开发,转化为课程和教学资源,实现课内外的衔接与融通,从研究和解决

问题出发,着重提高学生综合运用所学知识解决实际问题的能力,使学生真正改变自身的学习方式,通过广泛地接触和参与社会获得课堂中无法获得的知识、情感和体验,促进学生个性及社会性的发展。

(三)科学探究学习的实施策略

1.充分发挥学生的主体作用

学生是探究的主体,组织开展科学探究学习要以学生为中心,充分调动学生的积极性和主动性。科学探究学习是让学生在“做”的过程中来学习科学知识,体验科学过程,掌握科学方法,形成科学态度和精神,理解科学与社会的关系。

要发挥学生的主体作用,必须明确教师的作用。在科学探究学习中,教师的作用不再是讲授“科学事实”,而是引导、示范和推动学生去提出问题和解决这些问题,并在解决问题的过程中建立和应用科学概念。教师要给学生提供充分的学习和探究的空间,鼓励学生充分发挥自主性和创造性。教师要转变自己的角色,从教学的中心、权威变成学生进行探究学习的指导者和支持者,为学生创造信息丰富、乐于思考和探索的学习环境。

2.引导学生综合运用多学科知识解决现实中的问题

现实生产生活和科学研究所遇到的问题大部分都是涉及多个科学领域的综合性问题,仅局限于从某一学科的角度来考虑问题解决的方法是不全面的,不利于学生的创新精神和实践能力的培养。

科学探究学习要鼓励学生在已有经验的基础上,多方位、多角度思考所遇到的问题,进而综合运用自然科学以及人文社会科学领域的知识,分析影响问题解决的多种因素,提出解决问题的恰当方案,使问题得到较为完满的解决。

3.引导学生开展合作学习

今天的科学研究往往是系统工程,需要很多部门和众多人员的参与和

配合,要求每一个部门和个人必需具有强烈的团队意识与合作精神以及良好的沟通能力,并能正确处理利益、荣誉和伦理等问题。

合作学习要求每一个学生都有明确的分工和责任,彼此相互支持、配合、监督和评估,并在沟通的基础上达成共识。由于学生的知识背景和思考问题的方式不同,以至对同一问题的认识角度和水平存在差异,因此合作学习能够起到加强交流和共同提高的重要作用。要引导学生根据探究学习的具体情况,逐步认识合作与交流的重要作用,进而通过合作学习使学生在知识与技能、过程与方法、情感态度和价值观方面得到有益的发展。

4.重视科学技术史在科学探究学习中的作用

科学技术史提供重要的科学事实、概念、原理、方法以及技术发明的历史背景,有助于启发学生的思维,加深学生对所学科学知识的理解,形成正确的科学观点。科学技术史可以引导学生乐观地看待学习过程中的困难,增强信心、勇气,发扬不屈不挠的精神。科学技术史中也充满了道德与伦理规范、价值因素、社会责任、继承与发扬、成果共享和荣誉分配等现实问题,这有助于学生树立正确的人生观,提高科学素养。

在开展科学探究学习过程中,可以把科学技术史有机地融入科学探究的教学中。可以将科学技术史作为学生的扩展性阅读材料或活动素材,发动学生对与教学内容相关的历史人物及发现和发明作调研,用报告的形式作介绍,以锻炼总结与表达能力。但是也要注意一些问题,如避免对科学故事的过分渲染、过分强调科学发展的偶然性,以及合理分配学习科学技术史所需要的时间等。

5.重视科学探究学习的过程性评价

科学探究学习的目的是培养学生综合的科学素养,而不仅仅是科学知识的掌握。为了促进学生科学探究能力的发展、提高科学素养水平,在科学探究学习的评价中不应单纯使用终结性评价方式,不应仅仅关注探究活

动的结果,还要关注探究活动的过程,重视过程性评价。

在科学探究学习中,教师要重视对探究学习过程的评价。评价时不仅要关注学生科学探究活动的结果,更要关注学生在此过程中每个环节的表现;不仅要对学生的探究结果进行评价,还要对学生是如何得到这些结果的,以及学生在探究经历中的具体表现给出恰当的评价。

6.充分利用信息技术开展科学探究学习

信息技术为实施科学探究学习提供了丰富的资源和教学平台。一方面,借助信息技术所提供的丰富资源,学生可以迅速获得许多相关问题的信息,从而为开展科学探究学习奠定坚实的基础。另一方面,信息技术支撑的网络教学平台具有资源共享、自主探究与合作学习相结合、及时评价和反馈、便于互动和信息交流等特点,这为实施科学探究学习提供了新的模式。

为帮助和促进教师利用信息技术开展科学探究学习,各地教研部门应组织区域内的学校协同建设科学探究学习的网络平台,共同开发科学探究学习的网络资源,并对利用信息技术进行教学活动提出具体要求,全面提升教师在信息技术环境下实施科学探究学习的能力。

(四)实施科学探究学习应注意的问题

当前,在科学探究的认识和实践上存在着一些偏差和误区,主要表现为:

1.不能恰当处理发挥学生主体性与教师指导作用的关系

实施科学探究学习应充分体现学生学习的自主性,同时也要发挥教师的指导作用。然而,在实际教学中,有时把学生自主探究的课堂变成了放任自流的课堂,弱化了教师的指导作用,有时又不重视学生主体性的发挥,对学生的探究活动干预过多甚至包办代替,这反映了教学活动没有恰当处理好学生主体性与教师指导作用的关系。学生的科学探究是在教师指导下的自主探究,因此,应在提高教师指导水平的条件下精心设计探究内容,

贯彻指导的适时和适度原则,有目的有计划地开展探究活动。

2.不能恰当处理探究过程与探究结果的关系

在课堂教学中,有些教师把科学探究活动理解为重点是学习科学探究的过程技能,附带才是理解科学概念和原理,甚至有人极端地认为使用什么原理或获得什么概念在探究中是无关紧要的。有的教师则可能恰恰相反,认为探究的最终目的是掌握科学的概念与原理,因此探究过程只是实现探究结果的手段,相对于结果而言,过程并不是最重要的。这些都是无法恰当处理探究过程与探究结果的关系的表现。实际上,科学探究学习的展开需要一定的知识作为基础,学生只有在建立概念的基础上才能成功地进行科学探究。同时,只有在探究过程中,学生才能加深对科学概念的理解,发展科学探究的技能,体会科学探究的本质。因此科学探究学习既不能脱离知识基础去随意建构,也不能将探究过程仅仅视为掌握科学知识的手段,过程与结果在科学探究中是相互依存的。

3.将科学探究学习过程机械化、教条化

每项科学探究活动所涉及的探究要素是相对灵活的,并不是任何探究活动都必须经历探究的七个要素。但是有的教师在上课时往往将前述探究的七个要素程序化、顺序化,从提出问题到表达交流僵化的不敢漏掉和试图充分展开每一个环节,认为只有这样才是科学探究学习。其实这是一种对探究过程的的机械化和教条化的理解,既不符合科学探究的精神和实际情况,也不符合学生学习科学的规律。恰当的做法是根据科学探究学习的目的、内容及实施条件等,让学生体会和经历一些涉及主要相关探究要素的探究过程,避免生搬硬套,对科学探究学习的过程作硬性规定。而一项科学探究活动究竟会涉及哪些要素要根据教师在培养学生的好奇心和解决问题的过程中所给予学生思维的空间以及学习活动的内容而定。

科学探究学习是基础教育课程改革所倡导的重要学习方式之一,但并

非所有的课程内容都适合以探究的形式呈现,有些知识很难通过简单的探究活动来获得和概括。是否采取这种学习方式要根据课程内容的特点和要求、效果、难易程度、客观条件和时间等具体因素而定。即使有的内容适合采取探究的方式加以学习,在贯彻这一学习方式时也不能仅仅局限于表面的形式。有些强调动手做的活动并非真正的探究活动;有的教师设计一系列问题串引导学生理解科学知识,但这可能仅仅是启发而不是探究;有的教师还会极端地认为科学探究学习方式高不可攀,一般情况下无法开展;有的探究活动目标极不明确,只是遵循探究的各个要素,并不去考虑探究对学生的意义所在;因此科学探究学习方式的实施重要的是理解其精髓,避免陷入为探究而探究的误区。

四、中小学科学探究学习的评价

科学探究学习的评价是中小学生学业和综合素质评价的重要组成部分,目的是全面、准确地反映学生在科学探究学习方面所达到的水平,让学生更好地理解和掌握探究的要领,激发探究的动力和潜能,改进探究活动的效能和质量,提高学生的科学素养。科学探究学习的评价要坚持在真实的学习活动情境中评价,准确反映学生真实的探究能力,提高学生的实际探究水平;坚持过程性评价与终结性评价相结合,让学生在螺旋式上升的探究过程中体验进步的快乐;坚持方式方法的多样性,定性评价与定量评价相结合,全面而深入地了解每个学生科学探究的状况和特点,鼓励学生在探究中形成并保持自己的思维特点,使整个评价过程成为促进学生科学素养全面发展的过程。

(一)科学探究学习评价的维度

根据科学探究学习的目标,科学探究学习的评价可以从以下几个维度进行:

1.科学知识和技能

理解科学知识和掌握科学技能是形成科学素养基本标志,是科学探究学习的重要目标之一,因此它们也是评价的重要内容。

第一,一般而言,知识包括事实、概念、定理、定律、理论等。评价要关注学生对知识是否真正明了,是否掌握知识内容的脉络结构和关系,是否能在不同的知识之间建立起合理的联系以及进行合理的推论,是否能用知识解释、预测自然现象或解决现实问题;进而考量学生对科学本质的理解、对科学与社会发展之间关系的认识等。

第二,关注学生探究技能的发展状况,包括观察、质疑、实验、获取证据、辩护、交流等,并根据不同选题的探究或同一探究的不同阶段,分别考察学生探究技能的掌握和运用情况,如学生能否根据问题要求选择适当的仪器设备,能否正确有效地操作仪器和设备,能否准确读出和记录实验数据等。

2.过程与方法

科学探究学习评价要关注学生具体学习的情景与进步历程,把学生科学探究学习过程与方法作为评价的重要内容。探究活动是一种具有个人特性的活动,评价既要揭示出学生个体探究的不同特点,又要参照群体状况给出每个学生的大致水平,为学生今后探究能力的发展提供依据。结合科学探究学习过程的要素,评价可以重点考查七个方面的水平:

第一,问题的提出。重在考查学生提出问题的质量,关注问题是否是“真问题”,即问题是否来自学生真正的困惑,是否能真正地引发学生的探究欲望;问题是否有科学性,是值得探究的科学问题;问题是否适合学生现有的经验水平,学生通过探究能够提出可能的解决方案。评价要注意保护每一个学生提出问题的积极性,对学生提出的任何问题都要给以正面强化和引导,让学生逐步形成敏于发现问题、敢于提出问题并善于合理地整

理问题的品质。

第二,猜想假设。关注学生对相关概念的理解是否准确,概念框架的结构、运用是否合理、恰当,提出的猜想假设是否有理论依据、是否符合逻辑、能否接近对问题的解决;对学生独辟蹊径的猜想假设,要给以积极的鼓励和赞扬;通过评价促使学生反思自己的相关知识结构,修正相关概念及其框架,灵活运用所学的知识,提高学生的问题解决能力和创造性思维能力。

第三,制订计划。关注学生所制订计划的可行性和可靠性,是否有足够的条件保证计划的执行,计划的每一环节以及各个环节之间的关系是否合理,计划的执行能否得出有利于问题解决的结论;同时关注计划设计是否严谨、周密,进而培养学生良好的科学思维品质。

第四,收集证据。关注学生选择的研究方法、获得的数据资料是否符合要解决问题的性质,是否有新意;对各种仪器设备及研究工具的使用情况;在研究过程中是否坚持实事求是的科学态度,分工合作的状况及其效果等。

第五,分析论证。关注学生对分析、综合、概括等思维工具的运用;考察学生对问题的解释和证明是否具有合理的证据,证据的来源是否可靠;关注学生的判断结论是否符合科学逻辑,促进学生科学思维的形成。同时,不能忽略引导学生进行分散性思维,对相同的证据提出自己独特的解释,鼓励学生的创造性思维。

第六,反思评估。关注学生的反思、检讨是否深入细致,对数据资料的运用、解释是否符合科学逻辑、科学原理,提出的修正方案是否有充分的依据;注意引导学生关注假设、证据与结论之间的关系,让学生真正体悟科学探究的精神实质。

第七,表达交流。关注学生是否能通过各种有效的方式表达探究过程

和结论;引导学生运用多种形式(如文字阐述、数学公式、表格、图形等)自由表达思想;是否愿意并有能力与别人分享自己的思想,尊重并学会倾听别人的意见,善于吸收别人的建议。

3.情感、态度和价值观

学生对科学的情感、态度和价值观是长期科学学习积累的结果,但却能体现在每一个具体的科学活动中。因此,科学探究评价要关注学生这一方面的表现,并有意识地引导其发展。

第一,科学探究学习的评价要特别注意对学生情感、态度和价值观的培养与引导,促使学生形成尊重科学、热爱科学、有志于科学研究的情感体验。

第二,科学探究学习的评价要关注学生实事求是精神和态度的养成,形成学生尊重事实、重视证据的科学态度。

第三,科学探究学习的评价要关注学生是否善于领悟科学的本质,了解科学、技术与社会发展的关系及与个人生活的关系。

(二)科学探究学习评价方法建议

如同其他学习方式一样,科学探究学习也有许多具体的评价方法。当评价的主体、目标不同时,评价的指标、范围等会有不同,所采用的方法也不相同。就课堂科学探究学习而言,教师进行评价的方法可以包括如下几种:

1.现场活动评价法

现场活动评价法是通过给定或自选探究课题,让学生在完成具体探究课题的活动中表现出自己的探究能力和倾向,从而对其进行评价的一种方法。现场活动评价法适合于评价学生的综合探究能力和倾向,特别是学生的动手操作能力。

2.问题情境评价法

问题情境评价法是通过设定相对复杂的问题情境,让学生根据给定的问题及条件进行思维推理,尝试寻找解决问题的方法,从而对其探究思维进行评价的方法。问题情境评价法的问题通常是较为复杂的问题,其影响条件相对繁复,问题解决的途径也不拘泥于一种标准答案,而是有多种可能的分析方式和解决途径。问题情境评价法适用于评价学生的探究思维能力。

3.对话评价法

对话评价法是教师根据想要了解的学生的探究品质,拟定对话的主题和思路,通过与学生对话的方式,评价学生探究能力和倾向的方法。对话评价法可用于评价学生的综合探究能力或某一类型的探究能力(如提出问题的能力、逻辑推理能力等)。教师在进行对话评价的过程中,可以根据对话境脉即时调整对话方式和策略,从而深刻而细致地了解并评价学生真实的探究品质。

4.档案袋评价法

档案袋评价法是通过一定时期内收集学生的探究作品或探究过程中的相关资料,并对这些作品和资料进行相应的分析,从而发现学生的探究能力和倾向的一种评价方法。对同一学生而言,档案袋评价法可以通过对学生在一定时期内前后作品或探究资料的比对,发现学生探究能力和水平的发展变化,对之进行评价。而对不同学生而言,档案袋评价可以通过对某个学生作品和探究资料的分析,发现其自身特点并与他人相对照。

5.探究小组互评法

探究小组互评法是参与同一探究小组、通过分工合作解决同一探究课题的小组成员之间对彼此的探究能力和倾向进行相互评价的一种方法。探究小组互评法适用于评价学生的合作精神和能力。这一方法的运用要特别注意引导学生形成彼此尊重、相互欣赏、共同进步的风气。

(三)科学探究学习考核与评价的组织与管理

1.各地教育行政部门、教研部门应组织本地区专家指导组认真研究并提出科学探究学习考核与评价的指导性意见,由教研部门组织专题培训和研讨,学校负责具体考核与评价工作的实施。

2.学校专业指导组应认真做好科学探究学习的考核与评价指导工作,学生科学探究学习表现情况可通过相关学科学业成绩、综合素质评价、以及研究性学习成果等予以体现,科学探究学习的考核与评价,应根据评价具体内容,采用纸笔测验、实验操作考查和定性描述评价相结合的形式,客观准确地反映学生在科学探究学习中的兴趣、态度和能力等方面的表现。实验探究能力考查可根据当地实际情况,由学校组织考查或在学校组织考查基础上由市、县组织抽查。

3.小学、初中、高中学校应在综合素质评价中连续记载学生科学探究学习的表现情况,学校每学期应通过教师观察、成长记录袋评价、活动表现记录和科学探究学习成果分析等方法,在学生自评、互评基础上,由任课教师给出学生参与探究学习表现性评价,对探究能力表现评价优秀的学生,经学校专业指导组认定推荐,地市教育行政部门认定,在普通高中招生录取时可作为特长生保送。学校应为高校招生录取提供毕业班学生科学探究学习的考核与评价相关内容。


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