对科学探究学习的再认识

王云生

摘要： 高中化学教学要基于学生科学素养、化学学科核心素养的培养要求，分析并依据科学探究学习能力的构成要素，从发展科学探究能力、培养科学精神的高度认识和实施科学探究学习活动;防止单纯从形式上、从活动过程要素的呈现上看待和实施科学探究学习活动，提高科学探究活动实效，促进学生科学素养、科学探究能力的发展。

关键词： 科學探究; 科学素养; 学科核心素养

文章编号： 1005-6629（2019）11-0008-05            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

中学化学课程中的科学探究活动在中学的普遍开展始于2001年，至今已经经历了近20年。广大一线教师对科学探究活动的认识、实施能力有了极大的提高。随着课程改革的深入，学生发展核心素养、学科核心素养培养相继被提出，高中化学课程标准的修订，使科学探究学习的目标、探究学习能力的要求更为明确，也制定了相应的评价标准。探讨如何基于发展学生学科核心素养的要求，更有效地开展科学探究学习，提高学生的科学探究能力和培养科学精神，是一线教师探索的重要课题。

1  对化学课程标准提出的科学探究学习目标与学习要求的深刻理解

2001、2003、2011年，我国先后颁布、实施了三个中学化学课程标准： 全日制义务教育化学课程标准（实验稿）、义务教育化学课程标准（2011年版）、普通高中化学课程标准（实验）。三个标准都指出科学探究学习是化学课程的重要学习内容之一，也是化学课程的重要学习方式;要求化学教学要开展实验探究学习活动，培养学生的探究意识，提高探究学习能力。

义务教育化学课程标准（2011年版），在前言

中提出，要“引导学生体验科学探究的过程，启迪学生的科学思维，培养学生的实践能力;引导学生认识化学、技术、社会、环境的相互关系，理解科学的本质，提高学生的科学素养”。把科学探究学习与学生科学素养的提高联系起来。在“课程理念”部分指出，要“激励学生积极探究化学变化的奥秘，让学生有更多的机会主动地体验科学探究的过程，在知识的形成、相互联系和应用过程中养成科学的态度，学习科学方法，在‘做科学的探究实践中培养学生的创新精神和实践能力”，要“注重评价学生的科学探究能力和实践能力”。提出了科学探究的学习要求、学习内容、评价要求。标准还把“增进对科学探究的理解”“发展科学探究能力”作为课程内容的第一个主题。指出“科学探究对发展学生的科学素养具有不可替代的作用”“科学探究，是学生积极主动地获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动”“是一种重要而有效的学习方式”“实验是学生学习化学、进行科学探究的重要途径，观察、调查、资料收集、阅读、讨论和辩论等都是积极的学习方式”;规定了“增进对科学探究的理解”“发展科学探究能力”“学习基本实验技能”“完成基础学生实验”四项学习要求。在“发展科学探究能力”一段，用表格列出了探究学习活动过程的8个要素（活动的8个环节）：“提出问题、猜想与假设、制订计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等要素”[1]。

义务教育化学课程标准（2011年版）延续2001年颁布的全日制义务教育化学课程标准（实验稿）的精神，把科学探究列为课程内容的5个一级主题的第1个。对科学探究学习的理解、科学探究活动一般过程的八个要素（环节）做了论述。这对于帮助教师认识科学探究在培养学生科学素养的重要性与作用，了解科学探究学习活动的设计和组织框架都是非常必要的。限于当时各方面的条件和初中生的学习实际，标准没有对探究能力的构成要素做分析和阐述，也没有具体论述科学探究学习活动在提高学生科学素养上应该发挥什么作用。在实施建议中对实施科学探究学习活动的指导显得薄弱，没有提出相应的探究学习评价标准。

2003年颁布的普通高中化学课程标准（实验）承上启下，在课程基本理念中，提出了“通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究意识，促进学习方式的转变，在实践中培养学生的创新精神和实践能力”。在课程目标的“过程与方法”方面，提出通过科学探究学习活动，培养学生的“问题意识，能够发现和提出有探究价值的化学问题，敢于质疑，勤于思索，逐步形成独立思考的能力，善于与人合作，具有团队精神”[2]。更具体地阐述、规定了探究学习的意义、目标和要求。在内容标准中提出了“活动和探究建议”。但是，对高中生在科学探究能力的发展上缺乏具体要求，对高中阶段的学生如可开展科学探究学习活动，如何开展学习评价都缺乏可操作的指导意见。

2013年启动普通高中课程标准修订工作后，制定颁布的

2017版普通高中化学课程标准，总结了化学课程改革以来课程实施过程开展科学探究学习活动的经验教训，紧密结合高中化学教学的内容要求，从提高科学素养、培养学科核心素养的角度做了更深刻的阐述，在探究学习能力的培养要求、探究学习能力的评价上，提出了明确的要求和具体的规定。标准在“课程理念”中，指出“开展以化学实验为主的多种探究活动”是开展素养为本的化学教学的一项重要措施[3]。在凝练的化学课程核心素养中，把“科学探究与创新意识”列为五大化学学科核心素养之一。指出5个方面的核心素养“各有侧重，相辅相成”[4]。新课程标准将化学知识与技能的学习、化学思想观念的建构、科学探究与问题解决能力的发展、创新意识和社会责任感的形成等多方面的要求融为一体，体现了化学课程在帮助学生形成未来发展需要的必备品格和关键能力中所发挥的重要作用。新课程标准制定的其他四个方面的核心素养，有的从化学学科的思想和方法提出要求，有的从实践层面激励学生勇于探究、创新，有的从“科学态度与社会责任”揭示了化学学习更高层次的价值追求。这些要求所包含的化学学科的思想和方法、化学学科学习的价值追求也是开展化学探究学习的指导思想和价值追求。它们从不同侧面对探究学习的意义、具体要求做了深刻的反映。

2017版普通高中化学课程标准，把科学探究素养划分为4个水平，规定了相应的学业质量水平。能更好地指导教师有计划地实施科学探究意识和能力的培养，由浅入深、由低到高地培养学生的科学探究意识和能力。明确了不同学段的探究学习能力的培养要求和评价标准，大大提升了课程标准对科学探究学习活动的指导力度，有利于探究学习目标的达成[5]。

例如，在必修化学课程的学习完成后，要达到学业质量水平2的要求（水平2涵盖了水平1的要求）： “能通过实验探究物质的性质和变化规律，能提出有意义的实验探究问题，根据已有经验和资料做出预测和假设，能设计简单实验方案，能运用适当的方法控制反应条件并顺利完成实验;能收集和表述实验证据，基于实验事实得出结论。”在完成选择性必修课程的学习后，应达到学业质量水平4的要求（水平4涵盖了水平3的要求）： “能列举测定物质组成和结构的实验方法，能根据仪器分析的数据或图表推测简单物质的组成和结构;能在复杂的化学问题情境中提出有价值的实验探究课题，能设计有关物质转化、分离提纯、性质应用等的综合实验方案;能运用控制变量方法探究并确定合适的反应条件，安全、顺利地完成实验;能用数据、图表、符号等描述实验证据并据此进行分析推理形成结论;能对实验方案、实验过程和实验结论进行评价，提出进一步探究的设想。”从化学核心素养及其相应的学业质量水平的划分，教师可以具体地了解和掌握，通过科学探究学习活动，学生在科学素养培养、科学探究能力发展应该达到的水平。

2017年版高中课程标准延续、发展了20年来化学课程实施中开展探究学习活动的要求。在科学探究意识、能力培养要求的阐述上和2017年前颁布的三个课程标准是一致的。随着社会发展对人才质量要求的提高、随着课程改革的深入，对化学课程的科学探究学习的认识和实施要求也在提高。2017年版高中课程标准顺应这一要求，以立德树人、培养学生化学学科核心素养、提高学生科学素养的高度，对开展科学探究活动的意义做了更深刻的阐述，对探究能力的培养要求，提出了更全面更明确的要求，对如何开展研究学活动、如何评价探究学习的成效，都做了更明确的阐述和规定。理解化学课程标准，特别是2017版普通高中课程标准对科学探究学习意义的论述，把握科学探究学习的要求和评价标准，是提高科学探究学习活动实效的前提。

2  对科学探究学习与探究能力、科学素养、学科核心素养关系的再认识

从理论上说，在化学课程中实施科学探究学习活动，可以发展学生科学探究能力、提高科学素养，落实学科核心素养的培养。但是，教学实践说明，要把理论认识转化为实际的成果并不容易。从不少地区的教学实际看，科学探究活动流于形式，走过场。化学教学中的科学探究活动从起始的活跃渐渐走向式微，以化学实验为主要手段的科学探究实践活动，有转变为笔头、纸面探究的危险。而且，即便是应对书面考试的探究试题，不少学生也感到困难。问题的症结之一，在于科学探究活动的设计、组织、指导，没有着眼于发展学生的科学探究能力的发展提高。一些教师对科学探究能力的构成要素不太了解，没有理清“开展科学探究活动——发展科学探究能力——落实学科核心素养培养——提高科学素养”四者间的关系，不能以发展科学探究能力为主旨，设计、组织和指导科学探究活动。

从核心素养培养的视角看，“科学素养主要是指學生在学习、理解、运用科学知识和技能等方面所形成的价值标准、思维方式和行为表现”，“包括批判、质疑精神，理性思维能力和科学探究能力”[6]。这一认识和上世纪80年代人们对科学素养主要成分的认识相比，有了很大的发展和进步。

依据王泉泉、魏铭、刘霞的研究[7]，从核心素养培养的科学素养的涵义出发，个体的科学素养，应该是个体在特定情景下，面对一个需要处理、解决的问题时，表现出的理性思维、批判质疑、勇于探究三个方面的意识和能力。这也应该是对个体科学素养进行评价的依据。理性思维（即科学思维）的特点是： 崇尚真知、理解和掌握基本的科学原理和方法、尊重事实和证据、有实证意识和严谨的求知态度、能运用逻辑思维和辩证思维，认识事物、解决问题、指导行为。批判质疑能力，指在学习科学知识和技术的过程中，具有问题意识和批判质疑态度，能独立思考，善于从不同角度辩证地分析问题，做出自己的判断;勇于大胆尝试，获得解决问题的方法和能力。批判质疑能力是理性思维形成的外在表现，是科学探究能力形成的重要基础。科学探究能力，指个体在面对不同情境中复杂程度不同的问题，能基于理性思维和批判性思维，以严谨的科学态度，灵活地运用知识技能进行科学探究、做出合理的解释、合理的判断、解决问题。“科学探究能力是学生科学素养发展的内在思维品质，既是科学思维及批判质疑态度发展的内化结果，又是将二者有机结合灵活运用以解决问题的重要保证”，是科学素养的总体体现。

科学探究能力的培养和发展，科学思维、批判质疑态度、科学态度是核心。科学探究能力的形成又与以科学探究意识、勇于探究的精神的养成相辅相成。孩童时代，好奇、好动，爱问为什么，喜欢尝试，是探究意识的萌芽阶段，要通过科学探究活动得到保护和发展。社会责任感是科学探究能力发展的催化剂，关心、参与社会生产生活中各种科学问题的研究、解决，是驱动科学探究的恒久动力，帮助学生形成为社会可持续发展做贡献而学习、探究的崇高精神，也是科学探究能力发展的重要内容。可以说，探究意识、勇于探究的精神、科学思维、批判质疑态度、科学态度、社会责任感，都是探究能力的构成要素。

义务教育化学课程标准（2011年版）阐述了科学探究活动一般过程所包括的环节，这些环节的完成需要学生具有一定的科学探究能力;科学探究实践活动中这些环节的运行，又可以促进学生科学探究能力的发展，提高科学素养。

不少教师对科学探究活动一般过程的环节十分重视，把它作为开展科学探究活动的范式。一些教师由于没有认识科学探究能力的构成要素，没有或不理解诸环节（要素）中蕴含的科学素养、学科核心素养培养的要素，认为只要学生依照各个环节设计完成探究活动，就具备了科学探究能力。不知道（或忽视）在各个活动环节中要帮助学生形成和发展科学探究能力，提高科学素养。在探究学习活动中，教师和学生大都停留于活动形式的呈现、活动程序的完成上，把探究活动的各个环节程式化，使探究学习徒具形式、走过场。

科学探究活动环节（要素）中的“提出问题，做出猜想和假设”，原本应该是学生在一定的情景中，通过观察、思考基于已有经验、知识，发现问题，依据问题的情景和已掌握的有关信息，经过推理、判断，提出问题的可能答案或解答（解决）问题的思路、方法。但是，在学习活动的组织指导中，不少教师却一味地鼓励学生凭空“大胆猜测”，按形式逻辑，罗列一切可能。例如，组织初中学生运用科学探究学习方式学习质量守恒定律，只是硬生生地把“化学反应中物质的质量是如何变化”的问题抛给学生。实际上，学生完全可以通过实验和生活经验，发现物质在化学反应中有的质量“变大”（如生石灰变质、铁器生锈）、有的“变轻”（如蜡烛、木材燃烧）、有的“不变”（氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液混合），从而产生“化学反应中物质质量究竟会发生什么样变化”的问题。学生也可以依据已学的化学知识，从“化学反应是组成物质的元素原子的重新组合”做推理，得出元素原子重新组合，元素种类、原子个数、相对原子质量不变，可以得出“总质量应该不变”的假设。但教师很少会给予学生做这种思考、讨论的时间和空间。教学中虽然完成了“提出问题，做出猜想和假设”的环节，学生的思维能力、探究能力的发展卻没有达成。

又如，“进行实验、收集证据、解释与结论”的探究活动环节，教师和学生也大多只是把它当作完成探究活动的三个程式，不理解这些环节在科学探究活动中的作用、各个环节间的逻辑关系，其中所蕴含的科学探究能力要素。进行实验、收集证据，为的是基于证据做推理、判断，有理有据地证实或证伪所做的猜想或假设，只有用证据证伪或证实猜想假设，才能做出合理的结论，只有用有理有据的解释说明，才能和他人进行交流、讨论。比如，为了探究可燃物在空气（或氧气）中发生燃烧的条件，指导学生观察用酒精灯加热铁片上的白磷、红磷样品，从它们燃烧所需要的加热时间不同，怎样得出可燃物在空气发生燃烧，温度要达到它的着火点？从不同的可燃物，要用不同方式点火引燃（如煤气用电火花就可以引燃，一根火柴要用一张燃着的纸才能点燃，一根粗木条要用几张燃着纸才能引燃，一块煤块要用几根燃着的木条才能引燃）的实验事实，如何分析、推理，得出不同的可燃物，在空气中燃烧，所需要的温度不同，不同的可燃物有不同的着火点？这些基于实验事实的推理论证过程，往往被忽视。如果在科学探究活动中，没有抓住培养学生理性思维、论证能力的契机，探究能力的提高就不可能得到落实。没有从探究能力培养着眼，只是机械地按探究活动的环节走过场，科学探究学习就可能沦为形式或伪探究。

科学探究能力的发展，是逐步形成、发展的，随着所学习的科学知识的广度、难度的扩展，随着个体身心发展阶段的提升，在科学探究的实践活动中逐步发展的。所能探究、解决或处理的问题的难度、情景的复杂、陌生程度不同，在解决问题过程中，个体行为表现的合理性，问题解决的完美程度都会有差异。

设计、组织、指导学生完成科学探究活动的各个环节，只是实现科学探究能力的培养和发展的运作过程，不能为活动而活动，追求或满足于活动过程的顺利进行。相反，在各个探究活动过程中，出现不顺利、差错、怀疑、偏离原来设想和计划、衍生出其他需要探究的问题，都是正常的。而且，可以利用探究过程发生的错误或问题的再探究，提高学生的理性思维，培养批判质疑和科学精神，提高探究能力。例如，组织学生探究电解质溶液的导电性强弱的因素。不少学生学习了强、弱电解质电离程度的差异后，往往会以实验室中常用的盐酸溶液导电性强于醋酸溶液、氢氧化钠溶液的导电性强于氨水作证据，形成“强电解质溶液导电性一定强于弱电解质溶液”的片面看法。可以用极稀的盐酸溶液的导电性可能会比一般的醋酸溶液差的实验，引起学生对自己看法的质疑，再引导他们思考、分析“溶液导电性——溶液中离子浓度、离子电所带荷数——电解质电离程度、电解质溶液浓度、电解质组成特点”三者间的关系，对影响电解质溶液导电性的因素做出全面的判断，并通过实验做比较，验证。通过批判质疑、理性思维、探究实验的过程，不仅纠正了原来的片面看法，还进一步提高了学生的理性思维、运用实验验证所做的分析的能力，也有助于科学态度、科学精神的培养。

基于学科核心素养培养的科学探究活动，应该以探究意识和探究能力的提升、科学素养的提高为主旨。在科学探究活动的设计、组织、指导上，把科学探究能力的发展放在首要位置上，依照科学探究能力的构成要素，把培养勇于探究的精神、提升科学思维能力、形成批判质疑态度、养成实事求是的科学态度、建立社会责任感落到实处。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准（2011年版）[S]. 北京： 北京师范大学出版社， 2012： 1～11.

[2]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（实验）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2003： 2， 7～8.

[3][4][5]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 2， 4～5， 91.

[6][7]王泉泉， 魏铭， 刘霞. 核心素养框架下科学素养的内涵与结构[J]. 北京师范大学学报（社会科学版）， 2019， （2）： 52～58.