科学探究如何编入小学科学课程标准

科学教育是一枚双面币，它既是着眼于科学知识的教育，又是着眼于科学探究的教育。科学知识代表了科学家现有的研究成果，反映了科学界在当前阶段上的认识水平，是科学教育的重要内容。而科学探究则反映了科学视野中的求知方式，融汇了科学的思维方法和探索精神，正是通过这种科学探究，科学家们才得以构建起今天的科学体系，科学探究构成了科学教育的另一个重要侧面[1]。
掌握科学探究的智力价值远远大于简单地重复科学知识或原理。然而，科学探究的过程并不是一套生搬硬套的规则，而是寻找问题答案的各种方式。小学阶段的科学探究内容标准究竟应该包含哪些内容？应该采取什么样的形式在科学课程标准中呈现出来？是一个众说纷纭，尚无定论的问题。
笔者通过对世界若干国家小学科学课程标准的研究后，发现科学探究在科学课程标准中的呈现模式大致有三种：按照科学探究过程技能与科学知识内容相结合的编写模式、科学探究过程技能镶嵌在科学知识中的编写模式、科学探究过程技能的内容顺序单独编写模式。下面笔者将结合具体国家的科学课程标准对这三种编写模式进行分析、比较，以期对我国新一轮的小学科学课程标准的修订起到一点借鉴作用。
一、科学探究过程技能与科学知识相结合的编写模式———以加拿大为例
在这种模式中，科学探究过程技能的具体内容被分化到具体的科学知识学习中去，科学探究技能的学习和科学知识的学习是个相互渗透的统一的过程。下面以加拿大1~8年级科学课程标准中的科学探究部分的为例作具体说明。
（一）加拿大科学课程标准中的科学探究过程技能是结合具体的科学知识编写的
加拿大课程标准中没有对学生应学习的科学探究过程技能的内容顺序做出界定，也没有对某一项具体的技能做出解释，而是把学生应该掌握的科学探究过程技能融合在具体的科学知识的学习过程中去。加拿大的科学课程标准把科学课程内容分类为五个系列：生命系统、物质与材料、能量与控制、结构与机械、地球与宇宙。每个系列中的具体内容都是按照1~8年级进行划分的。其中，每个科学知识系列根据年级的不同分为不同的科学知识板块。每个知识板块都是由概述、总目标、具体目标三部分组成。具体目标包含以下三个方面：基本概念理解、探究、设计和交流技能的培养、科学技术与社会生活的联系。其中的“探究、设计和交流技能的培养”就是科学探究过程技能在加拿大科学课程标准中的体现。下面以“生命系统”系列中的部分内容为例，对科学探究过程技能与科学知识相结合的编写模式做具体的分析、说明。
表1：“生命系统”系列中1、2年级涉及到的科学探究过程

探究是“生命系统”部分中很重要的内容。“在小学低年级可采取对常见的生物进行考察的形式，随着学生对一些基本技能的掌握，他们就能够进行更复杂更系统的调查活动，乃至进行一些实验室研究。”[2]科学探究在每个系列里与具体科学知识结合，从1~8年级都有说明科学探究过程技能的“探究、设计和交流技能的培养”具体目标。并且“探究、设计和交流技能”在不同的科学知识中是反复出现的，虽然结合的具体知识不同，但是都是围绕探究、设计、交流技能三大方面把观察、测量、绘图、实验等具体的科学探究过程技能蕴含其中。
如上表所示，科学探究过程技能不是单独列出来的，而是与具体的科学知识结合在一起。比如，科学探究过程技能中的“提出问题”这一基本技能，在一年级生物板块中，要求学生会“问有关生物方面的问题”、而在二年级的动物知识板块中则要求学生会“问有关自己熟悉的动物方面的问题”。
（二）加拿大科学探究内容标准编写模式的优缺点分析
这种把科学探究过程技能与科学知识融合在一起的模式，有利于减少教师教学和学生学习过程中因科学探究过程技能过于抽象，而难以掌握的弊端。另外，科学探究过程技能镶嵌在不同的具体的科学知识中的过程，其实也就是不断把某一技能迁移到新的知识中的过程，有利于培养学生运用科学探究过程技能，解决新的问题的能力。
然而，这种模式中的过程技能过于分散到科学知识中去了，未免过于片段化，难以形成一个系统科学探究过程的体系，可能会造成学生“只见树木，不见森林”的负面影响。
另外，同样的科学探究过程技能各个不同的科学知识部分反复出现，容易造成不必要的重复，增加教师的工作量与学生的学业负担。
二、科学探究过程技能完全镶嵌在科学知识中，基本不出现科学探究一词的模式———以日本为例
在这种模式中，科学探究过程技能作为学生学习科学知识的一种载体，完全和科学知识融合在一起。虽然课程标准中暗含了科学探究过程技能部分，没有出现类似于“探究”或“科学探究”的字眼。这种模式虽然涉及到了科学探究技能，但是科学探究过程技能部分的编写是内隐在与科学知识学习相关的部分中的，课标没有特别强调科学探究过程技能的学习，对学生学习科学的重要意义。虽然加拿大科学探究的编写模式也是与科学知识相结合的，但是其“探究、设计和交流技能的培养”就专门指出了科学探究的相关内容，年级12科学知识生物动物教育强调了科学探究的重要性。下面以日本的科学课程标准作具体分析说明。
（一）日本的科学探究标准内容部分的分析
日本的科学课程称为“自然科”。日本小学的自然科是从三年级开始到六年级结束的。自然科的课标分为两大板块：目标和各学年的目标及内容。日本的科学探究过程技能完全渗透在科学知识中，没有专门的篇幅说明。比如，在“目标”中指出：“培养儿童爱好自然，并以开阔的眼界进行观察与实验，除培养解决问题的能力与爱好自然的情操外，同时进一步图谋了解自然的事物与现象，培养科学的观念与思考的方法。”[3]其中的“观察与实验”即是科学探究过程技能的内容之一。也就说，目前国际上较为认可的科学素养包括科学知识、科学方法、科学态度三大板块。日本的自然科的课标实际也是围绕这三大部分进行编写的。只是其对科学探究过程技能强调的不多，基本上完全与具体知识融合在一起的。
“各学年的目标及内容”是按学年为学段进行编写的。如下表3、4年级的“目标”中的内容所示：每个学年的“目标”部分实际上包括了那个学段的学生该掌握的科学探究过程技能，只是与具体科学知识完全结合在一起了，没有特别强调。
表2：日本三、四年级的内容目标目标

例如“调查空气、水、物质的状态变化以及电的现象，并用力、热、电的作用之关系去调查，并发现问题。透过有趣的探讨活动，对有关物体的性质与作用有进一步的看法与想法。”
这是要求四年级的学生掌握的目标之一，表面上看是有关科学知识学习的知识目标，实际包含了科学探究技能中的观察、比较、提出问题、交流、推论等具体技能。
日本小学自然科课程标准中，除了“目标”部分之外，“内容”标准部分也暗含了科学探究过程技能。例如，四年级的“内容”标准中的“地球与宇宙”部分中，要求学生“观察月球及星星，探讨月球的位置与星星的亮度、颜色及位置，了解月球、星星的特征及其运转情形。”，这实际上涉及到观察、推论、交流、形成个人观点等科学探究过程技能的运用。
（二）日本的科学探究内容标准编写模式优缺点分析
总的来说，这种科学探究过程技能完全与知识学习镶嵌在一起的编写模式，虽然常用的科学探究过程技能在课程标准中都涉及到了，教师教学与学生学习时也都涉及到技能。但是由于科学探究其部分是内隐于科学知识中的，没有给予像“科学知识”部分一样的重视，这种编写模式，容易造成在实际教学中偏重科学知识部分的教与学，而忽略了科学过程、技能方面的学习。据笔者对若干国家科学课程标准的研究，采用把科学探究完全镶嵌在科学知识学习中编写模式，来编写科学课程标准中的科学探究部分的国家并不多。从日本参加的TIMSS、PISA项目测试中的科学成绩来看，日本的排名是比较靠后的。这从侧面说明，日本的科学课程标准由于过于偏重科学知识的学习，不太重视科学探究过程技能的学习，导致学生的整体科学素养较差。这也说明完全把科学探究过程技能镶嵌在科学知识中去的编写模式，其实际效果是不太理想的。
三、按照科学探究技能的过程序单独编写的模式———以美国为例
科学探究技能的过程序指的是科学探究所包含的具体内容和顺序。这些技能是小学阶段的学生，在进行科学探究时，所应掌握的基本能力。然而，不同的国家对科学探究技能的过程序的规定是有差异的，其在课标中的呈现模式也是不同的。下面将以美国为例做具体说明。
美国《国家科学课程标准》中的科学探究内容标准既包括科学探究的认知能力，也包括对科学探究本质的理解，并且科学本质的观念渗透其中。比如对科学探究的理解包括科学知识是如何根据新的发现的证据、逻辑分析以及经科学界争论得到修正的解释而改变的，还包括为什么会有这样的改变[4]。因此，笔者将结合标准中的内容，具体分析这两部分的编写特点。
（一）关于“科学探究所需要的基本能力”的编写特点分析
美国科学探究标准强调进行探究所需的基本能力指的是“认知能力”，超越了科学“过程技能”所指的如观察、推论和实验等含义。这里的探究能力要求学生能将这些过程与科学知识结合起来，利用科学的推理及批判性思维来提高他们对科学知识的理解。这部分的内容是分三个学段（幼儿园到四年级、5~8年级、9~12年级）进行编写的。
概括来说，美国的科学探究过程技能大概包括提出问题、设计调查计划和科学实验、收集数据、分析数据、得出结论和交流结果几大部分。但是美国在其科学探究内容标准中，并没有把这些具体的能力单独提出来，加以具体说明，而是直接分解到不同的学段里去了。美国的科学探究内容标准中所提倡的基本探究能力，虽然在相邻的两个学段非常相似，但随着年级的升高，对能力的要求也在逐渐的螺旋上升，越来越复杂。例如，以“提出问题”这一探究能力为例，对于幼儿园到四年级的学生要求是“对特定环境中的物体、生物和事件进行提问”，而对于5-8年级的学生则要求“判断可以通过科学实验或调查研究能回答的问题”。科学探究能力随着学生年级的上升而不断螺旋加深、加难的编写模式，是为了适应各学段学生的认知发展需要，也较符合科学学习心理学的要求。
表3：科学探究的内容标准：进行科学探究所需要的基本能力

（二）关于“科学探究的基本理解”的编写特点分析
美国《国家科学教育标准》中指出的对科学探究的理解，指的是对科学探究本质应达到的理解，对于这部分的编写，美国也是采取分三段的编写模式，根据年龄段对学生理解科学探究的本质做了不同层次的划分。例如，“提出问题”这一过程技能，幼儿园到四年级要求“科学研究涉及提出问题和回答问题，以及将自己的答案与科学家对自然界已经给出的答案进行比较”，5~8年级要求“不同性质的问题提示我们要进行不同的科学探究”。标准对不同阶段之间，学生对科学探究应理解的水平要求也是不同的。
表4：探究所需要的基本能力，还包括对科学探究的基本理解

总体来说，美国《国家科学课程标准》中的科学探究内容标准部分的编写，不论是关于学生对于科学探究所学要具备的认知能力，还是学生对科学探究所应具备的基本理解，都因为分三个学段（幼儿园到四年级、5~8年级、9~12年级）进行编写的，而显得比较粗略、概括。这是因为美国除了国家标准外，各州还有自幼儿园~4年级5~8年级9~12年级的标准，在国家标准中没有具体的水平划分，各个州在其科学课程标准中，以国家科学课程标准的内容作为基本依据，对各种探究能力指标做了较为详细的水平划分。例如：加州的观察技能指标细则中，则对每个年级应学习的具体内容做出明确规定。
（三）美国科学探究内容标准编写模式的优缺点
美国的科学探究内容标准不仅包括了具体的科学探究过程技能，还包括了对科学探究本质的理解部分，比较全面的诠释了科学探究的内容，这也是美国科学探究标准的一大特点。另外，美国的科学探究标准部分包含了对科学探究的理解部分，强调对科学探究的过程和结果进行评估，较为深刻的体现了科学探究的本质。总体来说，美国的科学探究内容标准是较为合理的，以至于许多国家在编写小学课程标准时，不同程度上受到美国的影响。
然而，由于美国的科学探究的基本能力，强调的是超越单纯的过程技能的“认知能力”，教师只注重培养学生单项的探究技能，科学探究的总体的过程却没有得到足够的重视，容易造成学生对系统的科学探究过程缺乏深刻的认识和把握。
表5：加州科学内容标准———观察技能指标细则

综上所述，科学探究部分编入小学科学课程的标准的这三种编写模式，各有千秋，都有其可取与不足之处。笔者比较倾向于采用多种编写模式相结合的方式，即在科学探究内容标准中单独有一块对学生应该掌握的科学探究过程的具体内容作界定，且作相应的水平划分，然后在编写科学知识的标准时，再把这些技能与具体的知识点结合起来。这种模式既有利于帮助学生学会基本的科学探究技能、掌握基本的科学探究过程，又有利于学生把科学探究技能与具体的科学知识结合起来，培养学生在具体的情境中运用科学探究解决问题的能力。
当然，由于科学探究过程技能所包含的具体内容和过程的具体顺序，尚未有统一定论，特别是还要考虑到小学生的认知特点，该如何把科学探究部分编入小学科学课程标准？仍需要我国的科学教育理论界做出更多的理论与实践研究。特别是我国新一轮的小学科学课程标准正在酝酿之中，如何编写科学探究内容标准部分？也是我国小学科学课程修订过程中的一个重点和难点问题。希望通过本文对国际上的科学探究内容标准编写模式的分析，可以为当前小学科学新的课程标准的修订带来一些有益的启示。
参考文献：
[1]王磊等著.科学学习与教学心理学基础[M].西安：陕西师范大学出版社，2002.9.138.
[2]加拿大安大略省教育和培训部．胡军译、曲衍立校．加拿大1~8年级科学课程标准[M]．北京：科学出版社．2001.10.
[3]国外科学课程标准（大纲）框架整理．日本小学自然科课程标准.人民教育出版社综合理科室．2001.10.
[4]美国国家研究理事会科学、数学及技术教育中心《国家科学教育标准》科学探究附属读物编委会著.科学探究与国家科学教育标准：教与学的指南[M]．罗星凯等译．北京：科学普及出版社，2004.8~21.
 

注：本文原载《当代教育科学》2009.2，作者为郝敬云、郝京华