学生与科学家之间探究的差异及其对教学的启示

郑青岳

在不少文献中，都揭示了学生在课堂中的探究与科学家在科学工作中的探究的相似之处. 但是，如果我们只看到这一点，甚至因此将学生的探究与科学家的探究画等号，对达成科学教育的目标是不利的. 为此，我们需要通过比较，揭示学生的探究与科学家的探究之间存在的差异. 兰本达曾经这样说过：“孩子们的探究与科学家的探究有基本的相似之处，也有重要的区别，我们必须记住这两点. ”

那么，学生在课堂中进行的探究与科学家在科学工作中进行的探究究竟存在哪些差异？这些差异对科学教育又会有什么启示？

一、 科学家探究与学生探究的差异

1. 探究目标的差异

科学家进行科学探究的根本目标是揭示自然的规律，形成科学的理论，获得科学的结论. 而学生进行科学探究的根本目标是培养科学素养. 从这个意义上来看，科学课堂上的探究比之科学工作中的探究，所追求的目标要更全面.

2. 探究问题的差异

科学家探究的问题对于社会来说通常是新颖的，即问题的结论是尚未为人所知的. 虽然他们在探究的过程中也要经常与人交流，或主动地搜集他人研究的成果作为借鉴，但从总体上说，他们的探究是比较独立和自主的. 学生在课堂上探究的问题虽然对学生自己来说也具有新颖性，但对社会来说，一般是为人所知的. 学生在课堂中的探究是在教师的指导下进行的，对绝大多数问题而言，教师已经知道解决的方法和结论. 这使得教师设计的探究活动往往受问题的答案所支配，而不是遵循学生的认知特点. 例如，探究杠杆的平衡条件，教师通常的做法是：给学生如图1所示的杠杆，要求学生在杠杆的两边挂钩码，测出若干组动力、阻力和动力臂、阻力臂，然后要求学生通过比较“动力×动力臂”和“阻力×阻力臂”，得出杠杆平衡条件. 教师之所以这样设计是因为教师事先已经知道杠杆平衡条件是“动力×动力臂=阻力×阻力臂”，但学生在实验时却很纳闷：探究杠杆平衡条件为什么只需要测量这四量，你是怎样想到只去测四个量，而不做别的呢？测出了四个量，你怎么会想到去比较“动力与动力臂的乘积”和“阻力与阻力臂的乘积”，而不去对量进行别的组合，或去做别的比较呢？

3. 自我监控能力的差异

在探究过程中，科学家具有较强的自我监控能力，他们会经常有意识地对自己的探究活动进行评价和控制，及时调整自己的研究行动. 而学生的自我监控能力则相对较弱，他们比较难以发现自己在探究中存在的问题和缺陷.

4. 对客观事实与主观意愿态度的差异

训练有素的科学家在探究过程中，总是十分重视证据要素，他们会努力排除主观意愿，采用客观的描述和分析，能够区别证据与观念，对现象进行合理的解释. 而学生的探究带有较多浪漫的色彩，他们在探究的过程中，会赋予比较丰富的个人感情的色彩，容易以想象代替事实. 例如，对图2中串联电路各个部分电流的大小关系，有的学生会认为“电流流过灯泡后会越来越小，就像人走路会越来越吃力一样”。

5. 对实验精度要求的不同

科学家的探究为了获得精确的科学结论，对实验精度的要求较高. 为了达到尽可能高的精度，他们需要精密的仪器和器材. 但学生的探究许多是定性的或半定量的，即使是定量，有时还会因训练学生分析误差的需要，或受到教学设备的限制，相对而言，对精度的要求较低，也并不要求必须使用精密的实验仪器和器材.

6. 探究时限的差别

科学家的探究一般不太受到时间的限制，有的探究活动甚至可以延续多年的时间. 但学生在课堂上的探究受到时间极大的限制，他们需要在十分有限的时间内，完成探究的基本任务.

二、 科学家探究与学生探究的差异对教学的启示

基于学生的探究与科学家的探究之间存在以上的差异，为了有效地在课堂上实施探究式学习，教师应当注意如下几个问题.

1. 教师不但要关注学生在探究中是否获得了科学的结论，还要关注学生在探究的过程中，学会了哪些科学的技能和方法，思维得到怎样的训练，经历了怎样的体验，形成了怎样的情感、态度和价值观.

有人认为，科学探究必须在重点和难点内容上展开. 我并不认同这一观点，因为科学探究并非只是教与学的方式，它本身是科学课程的重要内容，有着独立的目标. 从某种意义上说，科学探究与知识学习存在着互为因果的关系. 即科学探究是科学知识学习的方式，而科学知识的学习又是训练探究技能的载体. 有的内容虽然在知识结构中地位不高，但对于训练学生的探究技能却具有独特的功能. 例如，吸尘器的结构和原理在初中科学中并非主干知识，但将它作为一个黑箱问题，让学生通过吸尘器外观表现出来的信息猜测内部的结构，却能很好地训练学生的探究技能.

2. 教师在设计探究教学的方案时，要善于稚化自己，使自己退回到初学者的地位和角度，来思考如何有效地解决问题. 例如在引导学生探究杠杆平衡條件前，让学生看到原来平衡的杠杆，通过改变力的大小，或者改变力臂的大小，可以使平衡受到破坏. 同样也让学生看到原来不平衡的杠杆，通过改变力的大小，或者改变力臂的大小，可以使杠杆恢复到平衡状态. 从而使学生认识到，要探究杠杆的平衡条件，既要考虑力这一因素，同时也要考虑到力臂这一因素，要寻找动力、阻力、动力臂和阻力臂之间的关系. 而且动力的增大和动力臂的增大所产生的转动效果是相同的，阻力的增大和阻力臂的增大所产生的转动效果也是相同的. 所以，应当对力和力臂的乘积作比较.

3. 学生在探究过程中，教师不能当一个清闲的旁观者，要给予学生恰当的指导，帮助学生建构科学知识. 既不轻易将结论直接抛给学生，也不无视学生的困难. 要积极启发学生，激励学生独立思考问题. 既要对学生探究活动的全程给予有效的监控，又要促成学生学会自我监控. 要对学生的探究过程进行中肯、具体的评价，肯定学生的杰出表现，帮助解决学生碰到的问题. 要及时纠正学生的错误，不要让学生在错误的道路上走得太远.

4. 教师要容忍学生的错误，因为自己在初学时也曾出现过类似的错误. 要倾听学生的心声，不要对学生有过多的抱怨和责怪，更不能讥笑学生，伤害学生的感情. 例如，在探究平面镜成像的特点时，虽然通过实验可以得出：平面镜成的像与镜前的物体大小相等，两者对称于镜面. 但学生总是认为物体在平面镜内成像的大小与物体和平面镜的距离有关，距离越大，像越小. 对于学生的错误观点，教师应当予以尊重、理解和宽容. 这是因为学生有亲身经验而形成的前概念，即人站在试衣镜前，离试衣镜越远，看到的像越小. 对此教师应该引导学生认识到：像的实际大小和像看上去的大小并非相同.

5. 要尽可能采用简易的仪器和器材，不盲目追求仪器的精密度. 要知道，从教学角度看，有时低精度的仪器和低成本的实验其教育的价值更高. 例如，对于力和运动的关系，如果用气垫导轨来做实验固然可以更容易、更精确地得出没有力作用时，运动的物体速度保持不变的结论，但利用斜面实验，却可以使学生在设计实验、控制变量，以及将已知结论进行外推等方面得到很好的思维训练.

6. 要合理控制课堂探究的密度和强度，使科学探究的难度与学生的认知水平相适应，并顺利达成课堂教学的目标.