職業(yè)教育論文-科學探究與教學的啟發(fā)藝術.doc

職業(yè)教育論文-科學探究與教學的啟發(fā)藝術【摘要】科學探究教學存在訓練分立的探究技能、傳遞固定的探究思路的誤區(qū)。為此，我們需要深刻、全面地把握科學探究的心理機制：建構(gòu)性的科學歸納、以聯(lián)想和想象等方式進行的科學猜想。相應地，啟發(fā)性的科學探究教學可以從指導發(fā)現(xiàn)科學概念、科學原理以及激發(fā)相似聯(lián)想和科學想象著手?！娟P鍵詞】科學探究探究學習教學啟發(fā)藝術一、科學探究教學的誤區(qū)新課程標準倡導探究的學習方式，要求讓學生體驗、經(jīng)歷基本的科學探究過程，從而幫助學生更好地理解科學知識，掌握科學研究方法，形成科學探索精神和創(chuàng)新意識。然而，在具體的課程實踐中，這一要求卻難以得到落實。教材、教師傾向于直接教授、訓練科學探究的固定思路或操作技能，課堂教學中學生往往處于消極、被動的狀態(tài)，其探究流于機械化、表面化、形式化，學生很難親身體驗、經(jīng)歷真實的、反映科學探究本質(zhì)的科學探究活動。1訓練分立的探究技能這種做法背后的信念之一是實證主義科學觀，即科學發(fā)現(xiàn)的實質(zhì)就是忠實地收集、記錄、概括客觀事實，觀察、實驗是獲取客觀事實的可靠方法，嚴密的歸納推理是獲取科學知識的根本途徑。“在這種哲學(實驗哲學)中，特殊的命題總是從現(xiàn)象中推論出來，然后用歸納法加以概括而使之帶有普遍性的?！币虼?，科學探究無非是運用觀察、實驗、歸納等方法，科學探究教學無非是訓練觀察、實驗、歸納等操作或思維技能。訓練取向的科學探究教學的具體表現(xiàn)有：(1)脫離問題情境訓練觀察技能，如要學生觀看葉子的顏色、形狀、大小等等，越細越好，而不問為什么觀察(要解決什么問題)，怎么深入觀察(帶著某種理論設想或預期進行觀察，并不斷通過觀察檢驗、修正原先的設想、預期)。(2)排除理論猜想訓練實驗技能，教材往往先用下定義的方式教給學生一個個科學概念，如速度、加速度、力等等，然后將這些概念放在一起，告訴學生概念與概念之間的關系，“物體的質(zhì)量一定時，受力越大，其加速度越大；物體受力一定時，它的質(zhì)量越小，加速度也越大”，接著讓學生通過實驗探究加速度、力和質(zhì)量三者之間的定量關系，即牛頓第二定律。探究的問題成為教材、教師明確布置的任務，探究活動成為按要求設計、操作標準實驗。這種探究的意義是使學生獲得變量操縱、實驗操作、數(shù)據(jù)收集和處理等程序性知識，而不是使學生獲得真實的科學探究體驗。(3)與上述兩方面問題緊密相連的就是把科學歸納等同于純邏輯的經(jīng)驗概括，甚至觀察數(shù)據(jù)的整理。總之，訓練取向的科學探究教學把觀察、實驗和科學歸納人為地分割開來，忽視了觀察、實驗過程總是伴隨并指向理論歸納。觀察、實驗和科學歸納是內(nèi)在聯(lián)系、不可分割的：觀察、實驗是滲透理論的主動建構(gòu)活動，科學歸納是理性的自由創(chuàng)造活動?？茖W探究并不是先通過觀察、實驗獲得客觀事實，再通過歸納獲得普遍規(guī)律的純邏輯的線性過程。2傳遞固定的探究思路造成前述那些做法的依據(jù)是：科學探究往往遵循一套相對固定的程序，即“發(fā)現(xiàn)疑難、提出問題、做出假設和猜想、實驗檢驗、做出結(jié)論或修正假設”。但是，課程實踐者往往不了解程序背后具體的心理機制，比如由模糊的困惑、疑難到界定清晰、有探究價值的科學問題需要經(jīng)歷哪些信息加工、整理的過程，又需要哪些知識儲備；再如科學猜想是如何進行的，它與我們?nèi)粘Ｉ钪械牟孪胗惺裁串愅?，它需要什么?nèi)部和外部條件。因此，他們常常無法引導學生結(jié)合具體問題情境創(chuàng)造性的展開這些程序展開為豐富多樣、充滿意外和偶然的探索路徑，而只能結(jié)合知識點確定一條固定不移的探究思路。彭加勒說，“企圖用任何機械程序代替數(shù)學家的自由的首創(chuàng)精神，將是多么愚蠢啊?！卑褬藴实膯栴}、假設、實驗設計強加給學生，就將學生探究的興趣和熱情連同探究的自由，包括犯錯誤的自由一同剝奪了。在教學實踐中，我們看到教材把學生提出的問題、做出的猜測、設計的研究方案全部以標準的形式直接呈現(xiàn)出來，既不加以任何啟發(fā)和引導，也不容納任何例外或意外，似乎這只是一個完全理性化、機械化的邏輯推演過程。與此相應，教師常常受這種標準化、邏輯化探究范式的誘惑，直接教授、反復講解探究的過程、猜想的思路，似乎只要學生理解、掌握了這些過程、思路就算經(jīng)歷并學會了科學探究。更為嚴重的是，有些教材只是將原來學科化的科學知識按照現(xiàn)象問題猜想檢驗結(jié)論的格式重新組裝一下，就當作科學探究課程了。重新組裝后的課程不再符合學生逐漸分化的接受知識的心理“邏輯”，而由于內(nèi)容仍然是學科化的抽象知識，又無法滿足學生由具體而抽象、由現(xiàn)象而概念的探究的心理需要。這些教材呈現(xiàn)的問題、猜想、方案往往流于概念化、抽象化，既與學生的感性經(jīng)驗脫節(jié)，又缺少使新舊經(jīng)驗連接起來的固定點。學生理解這些充滿學術味道的問題、猜想、方案尚且有困難，更何況自己提出這些問題、猜想、方案呢?與這種趨向一致，許多教師滿口“問題”、“猜想”，實際上非常輕率、任意地把書本或自己的問題、猜想塞給學生，而不管以學生當前的經(jīng)驗和知識儲備、思維能力和習慣，他們能否在短時間內(nèi)提出那些問題、做出那些猜想。綜上所述，不管是偏向分立技能的訓練，還是偏向固定思路的傳遞，都沒有準確地把握科學探究的實質(zhì)。只有先全面、深刻、動態(tài)地把握住了科學探究的心理機制，才能采取有效的措施，啟發(fā)、引導學生主動活潑地展開充滿挑戰(zhàn)性和創(chuàng)造性的科學探究活動。二、科學探究的心理機制科學探究既不像實證主義者想象的那樣，是對特定方法論規(guī)范的嚴格遵循，或是對客觀事實純客觀的歸納。也不完全是科學哲學的歷史主義流派眼中任意的帶有神秘色彩的非理性活動。它是對我們獲得的感覺印象的整理和理解它不刻意背離我們的感覺印象，也不完全依附我們的感覺印象，相反它是在現(xiàn)象世界的基礎上自由地創(chuàng)造與之聯(lián)系的觀念世界的活動。簡而言之，科學探究是建立在經(jīng)驗基礎上的創(chuàng)造活動：從本體論上看，科學歸納具有建構(gòu)性；從方法論上看，科學歸納又常常借助聯(lián)想、想象等啟發(fā)性、創(chuàng)造性思維方法進行。前者要求教師重視理論猜想在科學知識發(fā)現(xiàn)中不可或缺的地位，后者啟發(fā)教師采用激發(fā)聯(lián)想、想象的方法來引導學生進行理論猜想。1科學歸納的建構(gòu)性由特殊到一般必須借助科學歸納，而作為一種不完全歸納，它之所以比簡單枚舉歸納推理更高級，就在于它蘊涵著理性能動的創(chuàng)造因素。盡管這一點常常被人忽視或否認，但建構(gòu)性和創(chuàng)造性確實是科學歸納的固有屬性。愛因斯坦曾這樣批評近代的實證主義科學觀，“那時的自然哲學家，大多數(shù)都有這樣的想法，即認為物理學的基本概念和假設，在邏輯意義上并不是人類思想的自由發(fā)明，而是可以用抽象法即用邏輯方法從經(jīng)驗中推導出來。實際上，只是由于出現(xiàn)了廣義相對論，人們才清楚認識到這種見解的錯誤。”科學歸納的建構(gòu)性首先表現(xiàn)為：觀察、實驗作為科學歸納的基本組成部分，從本質(zhì)上說是構(gòu)成性的，是離不開科學主體的理論知識和理論思維的。一方面，背景理論必然影響著科學主體對現(xiàn)象的感知、理解、描述和解釋，比如觀察和實驗所使用的特定的測量語言，實質(zhì)上就是相應的科學理論系統(tǒng)提供的意義框架。另一方面，當前的理論假設(清晰的或模糊的)又會潛在地影響科學主體對觀察和實驗的設計和實施。實際上，在探究過程中理論假設尋找它需要的科學事實，而獲得的科學事實又促進理論的精致化和完善，使之具有相應的經(jīng)驗基礎。這樣，通過觀察和實驗獲得的科學事實與概括、歸納的科學理論就成為相互支持、相互證明的循環(huán)論證系統(tǒng)?？傊^察和實驗與歸納的內(nèi)在聯(lián)系、科學事實的理論滲透性，從基礎上決定了科學歸納活動的建構(gòu)性。在科學探究中，純粹的事實歸納只是人們的幻覺。比如，培根的排除歸納法和牛頓的抽象歸納法似乎是從現(xiàn)象出發(fā)的純邏輯的推導過程通過觀察和實驗排除一些無關的偶然的性質(zhì)和因素，最后剩下的就是本質(zhì)特征和相關因素。但實際上哪些性質(zhì)和因素被考慮進去，甚至被考慮的性質(zhì)和因素本身，都打上了人為的烙印，都與人的感知方式、背景知識、原初經(jīng)驗以及當前的理論預期緊密相關?？茖W歸納的建構(gòu)性還集中體現(xiàn)為：科學歸納的主要目的和成果是對世界做出的統(tǒng)一的因果性解釋，即給出因果關系之所以普遍與必然的合理性說明，而不僅僅是做出一般的描述。因此，統(tǒng)一的因果性解釋不僅建立在經(jīng)驗的基礎上，而且在很大程度上依賴于主體的理性力量。一般說來，經(jīng)驗性的概念和描述性的定律的發(fā)現(xiàn)更多地依賴于經(jīng)驗，有意識的理論創(chuàng)造成分較少；而隨著理論研究向深度(因果解釋)和廣度(統(tǒng)一解釋)的延伸和拓展，就為研究主體的理論創(chuàng)造提供了更為廣闊的空間。比如牛頓建立的重力概念是對物體運動的因果關系進行創(chuàng)造性猜想的結(jié)果，而愛因斯坦創(chuàng)立的相對論修正牛頓力學的時間、空間、質(zhì)量等概念，顛覆了牛頓的重力概念，是對直觀經(jīng)驗的故意違反，堪稱科學家自覺發(fā)揮理論創(chuàng)造性的典范，愛因斯坦本人就常常用“自由創(chuàng)造”、“自由發(fā)明”、“純粹思維”、“純粹虛構(gòu)”、“幻想”等等來描述自己進行科學歸納時的思維狀態(tài)。他說，物理學的最高使命是得到普遍性的物理學定律，然而要通向這些定律并沒有邏輯的道路，“只有通過那種以對經(jīng)驗的共鳴的理解為依據(jù)的直覺，才能得到這些定律”。他所說的直覺其實就是對事物因果性和對稱性、統(tǒng)一性關系的敏銳洞察力。2科學猜想中的聯(lián)想和想象既然科學歸納具有建構(gòu)性，并常常先以假設和猜想的形式出現(xiàn)，那么我們要繼續(xù)追問的就是猜想是如何產(chǎn)生的，它是否有跡可尋，是否可以創(chuàng)造條件使之產(chǎn)生。科學家往往把自己的猜想歸功于直覺，而實際上通過分析他們的思維過程，我們可以發(fā)現(xiàn)直覺并非完全神秘、不可捉摸，而是以潛隱的方式進行著合理的聯(lián)想、想象等創(chuàng)造性思維活動。具體說來，科學猜想有時以聯(lián)想的方式進行，即先通過相似聯(lián)想建立類比關系，隨后進行類比推理來進行。類比推理是科學探究中被廣泛運用的啟發(fā)性思維方式，盡管很多時候科學家的聯(lián)想處于不自覺、無意識的狀態(tài)。科學哲學家夏佩爾闡明了幾種科學發(fā)現(xiàn)的“推理模式”，這些模式表明科學發(fā)現(xiàn)是以由觀察、理論、方法等有關知識所組成的信息域為基礎的合理推斷過程，同時也表明信息域不具有決定意義，它往往啟發(fā)科學家將之與相似的信息域加以類比將那些信息域里取得成功或有預見性的理論、方法、模型“移植”到自己的信息域中，從而幫助形成理論假設?？茖W猜想有時又以想象的方式進行。首先，科學家通過科學想象來構(gòu)想經(jīng)驗不可能達到的理想情境，從而發(fā)現(xiàn)隱藏在紛亂現(xiàn)象背后的簡潔的普遍規(guī)律。比如，伽利略由理想實驗推想出慣性定律，愛因斯坦由思維實驗推理出“鐘慢效應”、“尺縮效應”等時空相對現(xiàn)象和狹義相對論。其次，科學家還通過科學想象創(chuàng)造關于世界的實在圖景，將可觀察之物與不可觀察之物聯(lián)系起來以獲得對世界的深入理解。以太、真空、電流體、磁流體、分子、原子、電子、場、波等概念，不管它們后來的命運如何是被證實或證偽、保留或淘汰、修正或發(fā)展，原先都是觀念構(gòu)造物，是科學家想象的實體或?qū)嵲?。這些共同想象物構(gòu)成特殊的研究傳統(tǒng)，對科學研究產(chǎn)生深刻影響，“恰恰因為它們假設了某類實體和某些研究那些實體屬性的方法，研究傳統(tǒng)才能在特殊科學理論的建構(gòu)中起至關重要的助發(fā)現(xiàn)作用”?？傊瑸榱私⒑唵?、和諧、能解釋科學事實和解決科學問題的理論，科學家必須在基本不違背已有事實的前提下，最大限度地發(fā)揮創(chuàng)造性想象力，進行理想實驗，建構(gòu)理想模型和理論實體。正如貝費里奇所說：“科學家必須具備想象力，這樣才能想象出肉眼觀察不到的事物如何發(fā)生、如何作用，并構(gòu)思出假說?！比?、探究學習的啟發(fā)藝術由于科學探究本質(zhì)上是一種創(chuàng)造活動，它不遵循固定的思路、不依賴特定的方法，它不能被授予，而只能借助教學的啟發(fā)藝術加以激發(fā)和引導。從課程的設計、編排到教學活動的動態(tài)生成，都指向一個目的，即給學生主動、自覺、自由的科學探究創(chuàng)造外部條件：知識、方法可以作為工具由教師提供，也可以作為結(jié)果由學生單獨或合作發(fā)現(xiàn)，但都必須整合進完整、連續(xù)的探究過程；思路可以在教師點撥或同學啟發(fā)下產(chǎn)生，但在本質(zhì)上必須是學生自己理智的產(chǎn)物。啟發(fā)學生進行自主、自由的科學探究不是為了復演一部簡化的科學發(fā)現(xiàn)史，因為具體歷史時期科學家面對的問題域、信息域和技術條件與學生的情況是很不相同的。科學家具體的探究路徑既體現(xiàn)了科學探究共同的本質(zhì)，又是特定歷史條件與個人心理素質(zhì)的產(chǎn)物，因此，教師引導學生經(jīng)歷的也應該是體現(xiàn)科學探究本質(zhì)、同時結(jié)合學生具體條件的個性化的探究活動，而體現(xiàn)科學探究本質(zhì)的心理機制就是建構(gòu)性地進行科學歸納，借助聯(lián)想和想象做出科學猜想。與此相應，啟發(fā)性的科學探究教學可以從以下兩個方面著手：1指導發(fā)現(xiàn)科學概念和科學原理把觀察、實驗和歸納分割開來的探究教學，必然導致科學知識與科學探究的割裂：先把科學概念和科學原理(概念與概念之間的關系)明示或暗示給學生，然后讓學生觀察相關現(xiàn)象或者設計、操作實驗，最后歸納總結(jié)觀察、實驗的結(jié)果(實際上是印證原先傳授的知識)。鑒于此，我們應該把觀察、實驗和理論歸納有機融合起來，把科學知識的學習整合進探究過程之中，即指導學生發(fā)現(xiàn)科學概念和科學原理。其一，引導學生利用觀察和實驗將非結(jié)構(gòu)化的經(jīng)驗結(jié)構(gòu)化。探索性觀察和實驗與驗證性觀察和實驗的最大區(qū)別就在于：前者是結(jié)構(gòu)化的過程，而后者面對的本來就是結(jié)構(gòu)化的材料。沒有確定無疑的解釋框架，學生面對的是原初的紛繁復雜的現(xiàn)象。要關注哪些因素、排除哪些因素、操縱哪些因素、控制哪些因素，是學生根據(jù)先前的知識經(jīng)驗以及對普遍聯(lián)系的直覺做出的猜測和嘗試。經(jīng)過不斷的猜測和嘗試，學生發(fā)現(xiàn)了將現(xiàn)象組織起來的結(jié)構(gòu)概念和定律。實踐表明，在教師的幫助下，借助必要的測量儀器，學生可以發(fā)現(xiàn)