一、羅威爾探究式科學教育的基本觀點[3]

  羅威爾的探究式科學教育的基本觀點體現在科學教育理論與實踐的各個方面。從科學教學本身來說，從目標到過程，再到結果，都體現著教育以兒童為中心的基本觀點。

  （一）科學教學的目的

  在探究式科學教育的框架下，每節課的教學目的一般包括三部分：學生要學習的科學概念；學生要發展的探究能力；學生要獲得的應用能力。學生要發展的探究能力主要包括：提出問題、預測與初步的解釋、制訂調查計劃、搜集數據、使用證據形成解釋評估證據、交流看法等。學生要獲得的應用能力主要是指學生將一節課中獲得的科學概念運用於日常生活的能力。這兩部分內容我們比較好理解和接受。最讓我們印象深刻和受到震動的是加方專家對於科學概念的看法。

  在進行小學科學教學改革的很長一段時間，我國有許多小學科學教育的理論與實踐工作者認為：經歷探究過程比學習科學知識更重要。但羅威爾提示我們：那是對探究式科學教育的誤解，這種觀點在20世紀60年代很流行。事實上，學生對探究式科學認知過程的掌握不會、也不能脫離科學內容。學生總是從已知的東西通過探究式過程獲得對未知東西的認識。

  （二）核心概念

  在歷史進程中，人們對自然事件和現象的發生作出了許多有效的解釋，這種解釋適用於各種不同的情況，將這些解釋和觀點總結起來就形成了科學概念。科學教育的主要目的之一就是給學生提供機會學習用證據來解釋自然現象。當學生參與探究活動時，他們會在許多不同的情境中運用相同的觀點和概念，這樣，他們就開始逐步理解科學的核心概念。加方的專家強調：探究必須圍繞著核心概念（key concept）展開。

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  羅威爾比較和區分了兩種不同的陳述方式：概念性陳述和非概念性陳述。以下兩組例子，每組中呈現了兩種不同的描述：

  （1）A.了解人體的消化過程。（我國《課標》第19頁，4.1.2條）

  B.人的消化系統的不同組成部分具有不同的功能，目的是使食物被人體吸收。

  （2）C.能指認植物的六大器官，知道各種器官的作用。（我國《課標》第17頁，3.3.1條）

  D.植物由不同的部分組成，這些部分在植物的生長過程中發揮不同的功能。

  在上述兩組陳述中，A、C是我國《課標》中的描述，在羅威爾看來，它們都是非概念性的。在第（1）組中，A在我國一些教材中被具體化為知道主要消化器官的名稱，了解食物消化的流程。加方專家告訴我們，消化器官的名稱並不重要，重要的是不同消化器官的結構與功能；這才是概念的核心部分。陳述B是對消化系統的解釋，是對消化的核心觀點的概括，是核心概念。在第（2）組中，C的陳述是我國《課標》中的內容，它是建議學生學習植物的結構及其功能。陳述D是一個核心概念，旨在說明植物的組成結構要實現的特定功能：植物的各個部分可以幫助植物滿足其需要。加方專家進一步強調，說出植物每一部分的名稱並不重要，重要的是了解每一部分由於其結構不同而起到了不同的作用和功能。

  實際上，羅威爾認為我國《課標》中的許多描述是事實而不是科學概念，是短語而不是用完整的語句表述的概念。學科學意味著修正和拓展概念，而不是記住事實性信息和定義。把科學視為事實體系的人普遍很難區分概念和事實性信息。例如，「花朵有花瓣、柱頭、萼片和花蕊等部分」，這是事實信息；「花朵是由不同的部分組成的，每一個部分都發揮著獨特的作用」，這是概念。

  在科學教學中，所有的活動都應該與核心概念聯繫起來，教師在課上的每一個提問都應明確指向這些核心概念。因此我國新的《課標》中的要求（多為非概念性陳述）必須轉化為學生能夠學習、教師能夠把握的具體概念；《課標》中的一個條目，必須在兩種概念水平上加以描述：一般概念和具體概念。一般概念主要是針對教師的，是教師應該理解和掌握的；具體概念是針對具體事物的，是針對教師和學生兩者的，是教師引導學生探究的，換言之，是教師通過設計和實施教學活動，促進學生通過自主探究能夠獲得的概念。因此，在開發《四個主題資源》時，羅威爾教授就是把我國《課標》中的相關要求轉化成一般概念和具體概念。例如，關於消化系統：

  羅威爾提醒我們：兒童更適於學習具體概念，但教師不僅要能夠把握具體概念，也必須掌握普遍概念。加方的同行甚至強調：科學教學的目的是提供一些建立在兒童的有效概念基礎之上，並改變那些沒用概念的活動。因此，教師應識別兒童在教學中應該學習的具體概念，同時也應能夠運用一般概念來制訂教學計劃和教案。

  （三）探究的基本過程

  探究式科學教育大致包括以下基本環節和過程：①根據實際情境、觀察到的現象和可以獲得的信息，從兒童已有的知識、對問題的了解和已具有的科學概念（想法）出發，提出問題；②對問題的解答進行推測；③為證實推測而進行觀察或設計實驗；④收集證據收集和整理數據；⑤得出結論和進行交流；⑥提出新問題，在有些探究課題中，還鼓勵學生；⑦將學到的科學知識與日常生活相聯繫。

  一個「探究式」的 科學課堂將是什麼樣子的？下面是對每一個教學步驟中師生互動的目的和性質進行的描述。

  續表

  從上述描述中可以看出，探究的每一個環節都有其特定的內涵。

  羅威爾教授指出：探究是兒童科學學習的主要方法，但富有成效地學習科學需要運用各種方法和策略。這與我國新《課標》中的提法基本一致。在實際教學中，既不可能對所有科學內容運用探究式方法進行教學，也沒有這種必要。用一種方法學習所有的科學內容效率不高，而且也會因為方法單一令學生感到厭煩。在實施探究式科學教育時，最關鍵的是要深刻理解和把握探究過程每一個環節的特定內涵。

  在集中話題/提出問題階段，主要是要引起學生對某一科學問題、事件或現象的關注；並了解學生的初始想法。重要的是教師要引導學生用適當的方式記錄和展示這些初始想法，以便在活動之後進行對比和分析。

  探索階段主要是讓學生接觸相關的材料，並通過自由的擺弄、熟悉和探索，作出嘗試性的解釋；並認識到他們需要更多的信息和數據，認識到進行一個系統的調查的必要性。

  調查階段主要包括制訂調查計劃、實施調查計劃和記錄數據三個部分。科學探究的主要特點之一就是通過收集數據來支持解釋，根據所要收集的數據的性質，科學家進行不同種類的調查。因此也要給兒童提供機會，從事一系列有目的的調查。學生需要找出必要的信息來檢驗假設和回答調查性問題，需要設計一個流程來收集必要的信息。學生需要發展以下相關的能力：①觀察：學生要能識別調查細節的相同點和不同點。②測量：學生要理解進行嚴謹、可證實測量的必要性，並具備相應的能力。③公平實驗：找出將要變化的一個因素和其他保持不變的所有因素。④記錄數據：繪製圖表記錄調查過程中的測量數據。

  在解釋階段，主要是讓調查中獲得的信息發揮作用。一般來說，原始數據（數字表格）不能表現出數據的內在規律，學生很難認識到所收集數據的意義，應該教會學生如何使用不同的方法來展示數據，從而表現出其內在的規律。也就是說，測量和觀察結果本身不能作為證據來進行解釋，學生應該學會如何用數據作為論據支持或反駁對一事件或現象的解釋。在不同的年級，根據不同探究內容的特點，在科學課上，學生們常用的展示數據的策略包括：柱狀圖、線圖、標記圖、地圖、時間表、流程圖、餅狀圖、維恩圖、模型圖等。加方專家強調，解釋必須有論據的支持。

  在反思階段，主要是讓學生評估證據。學生要分析和思考收集的數據是否可靠，數量是否充足。反思階段另一個重要的任務是用證據修改先前的解釋，用新的證據形成有論據支持的解釋，並將新的解釋與初始想法相比較，從而改進自己的想法。

  給學生提供機會交流調查活動的結果非常重要，書寫和畫圖有助於學生將自己所做的事情和數據的意義聯繫起來。交流可以有口頭、書面或匯報等多種方式，實驗報告、日誌等都是常用的方式。羅威爾還特別強調，如果有真正的聽眾而不是本班教室的同學和老師（如另一個班的學生、父母、報紙編輯等），學生會在交流中發現更多的樂趣；並能學會根據實驗發現的性質和聽眾的不同，選擇適當的表述形式。

  羅威爾指出，在學校開設科學課的一個重要原因，就是讓學生能夠理解和參與到與管理自然環境相關的社區性問題中去，社會責任感是科學素養的一部分。學生將科學和日常生活建立聯繫的能力包括以下4個方面：①意識到問題。學生能夠意識到問題，提出使用科學方法來解決的問題。②找出爭端/爭執。學生能夠意識到不同的人有不同的觀點，並能夠和科學解釋發生關聯。③做出決定。學生能夠使用科學信息來為一個決定開展爭辯。④採取行動。學生能夠做出正確的行動，並願意投入行動。

  把握探究過程不同環節和階段的特定內涵，才能避免探究活動流於形式，保證探究活動的深入和富有成效。

  （四）兒童的初始想法

  兒童很早就對自然現象有自己的想法，教師了解兒童對科學的初始想法非常重要。這是兒童科學探究的起點，是教師指導和引導兒童探究的前提和基礎，正是根據兒童的初始想法，教師才能更好地為每一個教學階段設計指導活動和提出關鍵問題，從而對學生那些有誤解的初始想法提出質疑和挑戰。也只有當教師充分地了解到兒童的初始想法，鼓勵他們用適宜的方式表達出來、記錄下來，並在探究活動結束時，引導他們將新的認識與初始想法相比較，才能促進兒童認識的主動建構和概念的發展。

  羅維爾教授對兒童初始概念的研究已有30多年了，積累了許多經驗，總結出許多有價值的、有效的方法。她認為在有60多個學生的班級里，教師挨個問很難，我們可以讓孩子畫畫、畫圖、列表等，通過多種方式讓孩子表達他們的初始想法。

  所有學生都把自己的想法帶到課堂上，這些想法可能源於先前的經驗、民間傳說、課文、錯誤推斷或想像。研究表明，擺脫固守的信念非常困難，學生必須檢驗其信念和想法，思考他們如何以及為何相信這些概念。也就是說，學生應當對支持其初始想法的證據進行檢驗。

  探究式科學教學要求教師在學生現有的經驗和知識的基礎上進行拓展和修正一些已有的想法和概念。為此，教師必須了解兒童給課堂帶來了哪些想法和概念，教師可以通過提出下列問題達到這一目的。例如，我們對此有哪些了解？它有什麼令人感興趣的地方？你認為發生了什麼事情？這些問題會引起一些兒童發表自己的看法。但在一個大班上，並非每個人都有機會發言。所以，需要使用另外一些策略來吸引所有兒童的參與。引發學生初始想法的課堂策略有許多，常用的方法有：①圖畫，讓學生畫幅圖畫，顯示某個事件是如何發生的。②畫網狀圖，學生畫一個網狀圖，顯示腦海中浮現的與教學主題有關的所有詞彙。畫網狀圖活動可以由學生個別完成，也可以由學生集體來完成。③KWLH圖表，這種圖表包括4個欄目：我們知道（know）什麼？想（want）知道什麼？我們已經了解（learn）了什麼？是如何（how）實現這一目的的？教師準備一個分成上述4欄的圖表，學生在每一欄中表達自己的觀點。④概念圖，學生使用適當的連接詞將關鍵詞進行連接，以顯示關鍵詞之間的關係。此外，教師還可以在卡片上提供一系列插圖解釋，讓學生為某個事件或現象選擇一項解釋；或讓學生用圖畫或文字說明當某個事件的條件改變時會出現什麼情況。在不同主題和內容的探究活動中，教師可以選擇適宜的方式和策略來了解學生的初始想法。

  （五）教學過程中的關鍵問題（key question）

  教學過程可以分為三個基本階段：集中話題；探索和調查；解釋和反思。在每一個步驟中，教師都需要提出一系列關鍵問題引導學生的探究。

  在集中話題階段，教師的任務通過提出關鍵問題，調動學生的原有經驗，引出學生的初始想法，使學生關注所要探究的主題內容，明確要探究的任務。

  兒童天生的好奇心為探究式科學教學提供了一個自然的起點。學生在進行系統的調查之前應該有機會對物體和事件進行探索，這一點很重要。探索階段包括交流對物體的看法，以及用一種不系統的方式對材料進行處理。隨後，再提出一系列的關鍵問題指導學生進行實驗設計或觀察方案的制訂。在探索和調查階段，不要給學生指示，但要用問題引導他們參與到開展調查活動之中。

  在解釋和反思階段，教師要通過關鍵問題的引導使學生明白數據所表明的意義，並鼓勵學生學習對數據進行評估——像科學家對待數據那樣採取一種批判性的立場。

  教師提供指導的程度將取決於學生開展調查過程中的經驗，必須以漸進的方式向學生介紹科學調查的各個階段。

  （六）學習成果的評價

  羅威爾教授強調，要用形成性評價了解學生科學學習的進展，並將評價聚焦在學生的科學探究過程。這就需要了解學生是否理解了核心概念、是否拓展了探究能力、是否能將課堂上的科學活動與課堂以外的世界、與日常生活聯繫起來。

  必須關注並及時評價每一個學生的發展，要將兒童的新經驗與初始想法相聯繫、相比較，教學目標必須被描述成能夠評價的學習成果，而且，學習成果的評價應該分成不同的層次和水平，一般分為三個層次水平。

  下面列舉一節我們在加方專家指導下設計的一個關於《食物與營養》的探究活動教案有關目標與評價的幾個部分，來說明評價的內容和不同水平的描述。

  題目/名稱：食物在口腔里發生了什麼？

  課程標準：4.1.2（《課標》第19頁）了解人體的消化過程，養成良好的飲食習慣。

  教學目的：

  1.學生要學習的科學概念

  （1）吃進去的食物首先要經過牙齒的初步磨碎，才能被身體所利用。

  （2）不同形狀的牙齒在磨碎食物的過程中，發揮著不同的作用。

  （3）我們應該細嚼慢咽，保證食物得到很好的磨碎。

  （4）我們應該保護好我們的牙齒，因為它們是很重要的工具。

  2.學生要發展的探究能力

  （1）根據已有經驗對牙齒的形狀與功能進行假設；

  （2）能制訂一個可行的調查方案；

  （3）能進行細緻的觀察，並正確地做記錄；

  （4）使用從觀察中得到的證據，解釋牙齒的作用。

  3.學生要獲得的應用能力

  認識到口腔衛生和保護牙齒的重要。

  4.學習成果及其評價

  學習成果可以描述為以下4個方面：

  （1）意識到口腔是食物消化開始的地方，食物必須被磨碎之後，才能被身體利用。

  （2）通過自己的觀察，能夠識別三類牙齒，並能描述它們的特點。

  （3）能描述三類牙齒在磨碎食物的過程中發揮著不同的作用。

  （4）意識到牙齒是重要的工具，能夠描述應該如何保護它們。

  概念發展：

  層次1：能描述牙齒不同的形狀，但不能清楚描述形狀和功能之間的關係。

  層次2：能識別牙齒的不同形狀，建立牙齒的形狀和磨碎食物之間的聯繫。

  層次3：能描述不同形狀的牙齒和在口中開始消化時發揮的作用，以便身體利用。

  探究能力：

  層次1：不知道如何進行仔細的觀察和記錄。

  層次2：能在教師的指導和提示下，進行仔細觀察、實驗和記錄下證據。

  層次3：能獨立進行仔細觀察、實驗和記錄下證據。

  應用能力：建立科學與生活的聯繫。

  層次1：通過學習活動沒有意識到口腔衛生、保護牙齒的重要。

  層次2：在教師的提示下，意識到口腔衛生、保護牙齒的重要。

  層次3：通過學習活動自覺意識到口腔衛生，能夠描述如何保護牙齒。

  上述概念發展、探究能力和應用能力的不同水平可以製成簡便易行的評價表，在每節課後對每個學生的學習成果進行及時的評價。

  事實上，評價是一種重要的教學策略，是探究式科學教學的重要組成部分。評價可以了解學生的需求和發展水平，監測教學指導的有效性，改進教學，並為學生提供反饋。