论中学化学“探究教学”的偏失

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内容摘要:由中学化学“探究教学”实践与中学化学课程标准的不一致,揭示化学探究教学的应有之义,分析其实践要点。

关键词:中学化学,探究教学,科学探究过程技能,理解,科学本质

GB/T 7714-2015 格式引文:[1].论中学化学“探究教学”的偏失.[J]或者报纸[N].中学化学教学参考,(7):3-6

正文内容

  当今,化学课程中教与学的好坏似乎都以“探究”来区分,或者说与“探究”联系在一起。因此,我们有必要审视化学课程标准中的“探究教学”,并关注其实践状况。

  一、中学化学课程标准中的“探究教学”

  《全日制义务教育化学课程标准(实验稿)》参考了美国《国家科学教育标准》(NRC,1996)中某些拓展了的科学探究概念,且开宗明义地指出:“作为科学教育的重要组成部分,新的化学课程倡导从学生和社会发展的需要出发,发挥学科自身的优势,将科学探究作为课程改革的突破口。”我国新的化学学科课程标准强调所有学生应提高探究和研究能力,包括应用科学方法,如观察、收集信息、比较、分类、综合、概括、判断和推理建构科学概念及独立思考和问题解决的能力。以科学探究作为课程改革的突破口,提倡体验探究过程,养成科学的态度,获得科学的方法,通过“做科学”的探究实践培养探究能力。强调科学探究既是学生的学习内容,又是重要的教学方式之一。在内容标准中,将“科学探究”列在五个一级主题之首。在《普通高中化学课程标准(实验)》中,研制者更是高屋建瓴地指出:“高中化学课程应有助于学生主动构建自身发展所需的化学基础知识和基本技能,进一步了解化学学科的特点,加深对物质世界的认识;有利于学生体验科学探究的过程,学习科学研究的基本方法,加深对科学本质的认识,增强创新精神和实践能力;有利于学生形成科学的自然观和严谨求实的科学态度,更深刻地认识科学、技术和社会之间的相互关系,逐步树立可持续发展的思想。”中学化学课程标准中作为课程内容的科学探究实际上是指包括八个要素的探究技能环节,而作为教学方式的探究目的则是通过探究技能的八个主要环节来获得化学概念知识、对化学科学本质的理解。

  二、中学化学课程实践中的“探究教学”

  中学化学探究教学实践状况如何呢?某省近年的化学优质课评比获奖课中,代表某地区的一节优质课“二氧化碳的探究之旅”,预设的教学重点是“设计实验方案”,教学难点为“学生科学探究思想与方法的初步形成”,课上教师把科学探究概括为四个步骤“提出问题、设计方案、实验探究和得出结论”。前一段时间,由中国教育学会化学教学专业委员会组织召开的全国化学特级教师论坛暨第十三次学术年会邀请某特级教师在“化学探究教学”论坛上做主旨发言,该报告“化学探究教学与学生科学素养的培养”中是这样理解探究教学的:“探究教学就是使学生像科学家搞研究那样独立地探究事物,其要素有:提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等。”其指出,实施科学探究是提高学生科学素养的重要途径,它的方法是“提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流”。

  我们中学化学教师对以上的教学设计及发言内容当都能认可,事实上,如果不怀疑当前特级教师及省级优课竞赛获奖者教学业务素质及其教育专业素养的话,以上探究教学实践大抵能反映一线优秀化学教师对探究教学概念的认识。不难看出,全国化学特级教师论坛的主旨发言反映的是对探究教学的理解,与某省的获奖优质课一样,仅指“提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流”八大探究过程要素,也即把通过动手做实验来学会一些科学过程技能理解为科学探究的全部。科学过程技能是“探究教学”的题中应有之义吗?科学过程技能能完成当今拓展了内涵的“科学素养”目标吗?“探究教学”即是动手做科学吗?问题不一而足,又必须理清。

  三、中学化学“探究教学”的应有之义

  科学具有多面性,对科学的理解也呈多样性。为了大家能把握“探究教学”的应有之义,我们需要结合教育的培养目标来分析。而任何阶段的培养目标都是社会需求与个人需求的高度统一,因此,理解和把握“探究教学”的要义,不能离开我国当前的社会需求。随着社会的发展、基础教育的普及化及高等教育的大众化,教育的培养目标定位正在从培养“接班人”向培养“劳动者”转变,我们正处在从“精英教育”向“大众化教育”快速发展的过程中。在目标上不仅要体现培养一批拔尖人才(精英或接班人),更要体现培养大批高素质的普通公民(劳动者)。事实上,在许多英语国家的政策文件中,培养目标都是两者兼顾,既要培养未来的科学家,也要求提高大众科学素养。在这一共识之下,我们可以分析,作为化学课程改革重要突破口之一的探究教学,它能够达到培养化学专业精英人才和具有一定化学科学素养的“通才”这两个目标吗?当前实践对化学探究教学含义的理解足以包容以上两方面的目标吗?化学探究教学方式能促进化学概念、过程、态度和思维及化学科学本质的学习吗?思考这些问题,我们自然会明白,仅强调对探究过程技能学习的结果实则上是唯精英教育的延续,是对当前化学课程改革精神的误解,是不利于科学素养核心目标的达成的。我们要改变的是精英教育,那么,当前改革所倡导的自然是顾及大众。因此,与新课程中科学素养内涵联系起来,更为一致的“探究教学”应当更加侧重于对科学的理解。如,除了希望学生有能力设计一个有效的研究方案,还希望学生提高对科学的认识水平。比如,能认识到研究可以有多种形式,从事科学研究时,并不存在放之四海皆准而必须步步遵循的科学方法;能认识到普遍的和程序化的“科学方法”的观念是有违于科学精神的;能明白科学知识在很大程度上依赖于观察、实验证据、合理的论证以及怀疑的态度,但又不完全依赖于这些;能认识到观察渗透着理论,科学家需要创造性,科学知识具有暂时性特征,科学仅是一种解释自然现象的尝试,科学知识受其社会与历史环境所影响,科学具有渐进性也具有革命性,科学与技术相互影响,来自一切文化背景的人都能对科学作出贡献,科学理论不同于规律,科学知识具有可重复性等等。这些是八个国际科学标准文件中描述的对科学本质的一致性观点。国外有学者提出批评,美国的课程文件中将理解科学与科学探究过程技能的学习并置,事实上削弱了对前者的重视。在某种意义上讲也即造成了对理解科学本质的忽视。而在教育大众化走向之下,科学素养的核心目标却正是被忽视的对科学本质的理解。我国在参考过程中也传播了美国科学教育标准中对探究教学要义的误解。国外的研究指出,化学教学如果继续关注于探究过程技能的表现而排除对探究和科学本质的理解,把基本的学科主旨弃置一旁,当前的任何努力对科学素养目标的收获将不可能超越美国60年代的理科课程改革。这些努力仅能适度地提高学生执行一定的科学过程技能。学生可能会变得更善于观察,但他们不理解他们由此得到的结论或他们生产的“知识”本身。因此,另外的一些目标,比如,对于个人日常生活或与社会相关的科学问题做出明智的决定,这些需要有对科学本质的认识水平和相关能力的发展,学生并不能得到(也许在未来也得不到)。如果作为化学教育改革重要举措的探究教学继续出现严重的过程技能化倾向,即使对于科学过程技能的学习也因形式化而不能被完全落到实处,必然会导致课程标准中拓展了内涵的科学素养目标的培养终成一纸空文。理解化学科学本质在实践中遭到的冷遇,实际上是缺少对科学本质、科学探究与科学素养之间一致性关系的研究与认识。需要我们抓住新一轮化学课程改革目标之下对理解科学探究本质的强调,而非侧重于科学探究过程技能的学习。早就有研究表明,科学探究能力是一种具有复杂结构的高层次能力。它建立在多方面的知识和技能基础之上,但又并非这些知识技能的简单集合,采用还原论的方法将科学探究能力肢解为要素进行分别培养的做法是行不通的。各种相关技能的训练和发展是发展科学探究能力的必要条件,但不是充分条件。

  四、中学化学“探究教学”实践的偏失

  结合以上对探究教学要义的分析,我们可以发现在已被广为传播和接受的探究教学的实践中,存在以下种种偏失。

  偏失之一:探究教学即为科学探究

  探究一词来源于美国,它是美国《国家科学教育标准》中教学标准的核心原则,“2061计划”出版的《科学素养基准》也不止一处讨论科学探究。研究者对探究提出了多种不同的看法,许多研究者认为“探究”不同于“科学探究”。前者指教学程序,后者指科学家所做的工作。美国的《国家科学教育标准》中的探究定义实际上认可了以上的划分:“科学探究指的是科学家们用于研究自然并基于此种研究获得的证据提出解释的多种不同途径”,探究也指“学生用以获取知识、领悟科学家的思想观念、领悟科学家研究自然界所用的方法而进行的种种活动。”后句中的探究指教学中的探究,它实际上是对科学探究的探究。卢瑟福(F.J.Rutherford)在1964年便指出,教师应当具备较高的科学史和科学哲学素养,否则不能认为他受过教育,能胜任作为探究的理科教学。在他看来,科学探究的含义是双重的。一方面科学探究是科学内容,指作为科学事业的探究;另一方面探究是教学技巧,指用来学习科学的一种方法。因此探究教学与科学探究是有本质区别的。探究教学更加侧重于科学认识论和方法论层面,而科学探究则侧重于科学本体论。

  偏失之二:科学方法具有普遍正确性

  在化学教育实践中,虽然通过科学探究让学生学习科学方法是必要的、重要的,但是,没有万能的、固定的科学方法。在科学哲学领域中,大家最感兴趣的是对科学方法论的研究,希望一旦找到科学方法、找到科学发现的逻辑,科学家就会事半功倍。实际上,近几十年来科学哲学的研究揭示出,根本不存在一种普遍有效的科学方法和永恒正确的科学推理程序,任何方法都是具体的、历史的。对方法的崇拜既反映了逻辑主义科学哲学的影响,也反映了在科学探究中的急功近利:把方法论当作点金术,以为有了新方法就有了新科学、新历史和新哲学。把科学探究看作方法与材料的结合,就如同把语言看成语法与单词的结合一样,必定忽略了许多有机成分,这些有机成分是历史的、非逻辑的,但却是更本质的。

  偏失之三:科学理论来自于发现归纳

  近年来,从科学哲学的角度对科学探究教学展开的批评比较多。现代科学哲学研究表明,有些科学理论不是归纳的结果,多数科学假说也不是由归纳而产生的。而且,观察需要理论,理论渗透于观察,人们总是在戴着有色眼镜来观察世界。马修斯(Matthews,1992)认为,对发现法趋之若鹜正是基于在科学观上对无偏见的观察的推崇,当今的理科教育普遍建立在建构主义的理论基础之上,建构主义的科学观认为理论渗透于观察。因此,发现法与建构主义观点相互之间的矛盾是显而易见的。科学探究的过程由于对归纳推理的严重依赖:仔细、精确、彻底的观察,准确地报告实验结果,识别各种规则和模式,然后得出结论——在“发现法”看来,这是科学家所使用的全部方法。这个观点无论在哲学意义上还是在心理学意义上都值得怀疑。因为,任何意义上的发现都需要先前观念的支持,离开了头脑中原有的概念不可能指望有任何意义的发现。现在一般认为,“发现法”能合理地探索概念间的联系,但不能确保新的概念和概念结构的形成。事实上,随着心理学、科学哲学等学科的发展,现代科学探究呈现了一些新的特征。例如,不再强调“科学方法”的唯一性,变化科学过程的程序性,增强科学探究的人文性等。

  偏失之四:探究教学即为动手做实践活动

  化学课程改革已由过去强调化学知识体系转移到强调化学探究的教学,这种转移让很多化学教育工作者认为,化学知识最好借助实验或实际活动来加以传授,如此便能培养科学态度、过程技能及了解科学本质。目前我国化学教师对科学探究这一概念的理解多是“科学过程”“动手操作”“让学生参加活动”等,而对通过科学探究发展学生的认识能力的重视是远远不够的。中学化学课程标准的科学探究与传统的科学过程有所不同。尽管也要求学生使用观察、推理、假设等一些科学过程,但科学探究强调的是逻辑、想象以及以证据为基础的思维来形成并修正科学解释、识别和分析各种模型、交流并捍卫自己得出的科学结论,即从科学认识论的角度让学生理解科学和科学探究的本质。而这一点正是传统的科学过程教学所忽视的。人们往往误以为学生经历了“动手操作”等以探究为导向的活动便能理解科学探究的本质,但实际情况并非都是如此。这就要求教师结合具体内容明确地向学生介绍一些科学观念,如“理论知识指导科学探究”“科学信赖技术手段增强收集和处理能力”等,这样才有助于对科学本质的理解。

  偏失之五:探究教学一定能帮助理解科学本质

  事实上,当前所理解的科学探究是否一定能帮助理解学科本质呢?这样的教学,本质上还是实证主义所强调的归纳法,所呈现的只是一部分科学家的工作,并不能包含所有科学理论的研究历程(许良荣,李田英,1995年)。卡瑞依和史密斯(Carey and Smith,1993)评论现在的理科课程时也指出,虽然强调实做的过程技能,有可能使学生学习到实验设计及操作能力,但是对于这些过程技能对建构科学知识的角色并没有帮助,也就是没有提供学生对于科学本质之认识。霍德逊(Hodson,1988)、米勒和杰尔弗(Millar and Driver,1987)等亦指出,科学教学若以单纯累积的方式介绍科学知识,会导致学生对科学有不正确且单纯化的印象。因此盖尔和斯尔伯(Gil and Solbes,1993)强调学生必须了解新旧范式的迁移,也就是让学生知道真正的科学概念及方法如何发生改变,也就是用科学历史发展的眼光来看科学,如此才能了解科学知识的本质。

  偏失之六:探究教学一定是最好的教学方法

  尽管探究教学被广泛推崇,但也有不少质疑。早在科学探究开始盛行的20世纪60年代,牛顿(Newton,1968)就提出,完全意义上的归纳式的科学探究是不可能的,首先,科学探究与学习者的本性并不一致。杜威认为,学习应能使学习者(未成年人)感到安全,但在科学探究中,没有权威,学生不知道自己处于什么位置,因而也就不可能取得成功。第二,科学探究的教学方法并不是大学的教学方法,因而也就不能为基础教育阶段提供师资的准备。第三,科学不只是结果,但也不只是过程。因此,科学教育工作太过热情于科学过程而忽视科学结果,与科学的本质不相吻合。最后,他认为,尽管科学探究被捧得高高的,但尚不能证明它是一个好的教学方法。他认为,传统教学的一些好的方面(例如讲解)却被科学探究的支持者所忽视或贬抑。这个写于40多年以前的关于科学探究的批评于现在仍有道理。

  偏失之七:探究教学是为科学过程技能的学习

  科学探究过程技能化倾向往往囿于经验主义科学观——归纳主义科学观抑或逻辑实证主义科学观,具有片面性和局限性,不能全面正确地反映科学的本质,不利于对概念的深层理解,不利于学生理解科学的本质。反而会使学生认为:假设都可以完全被证实;科学研究所揭示的是无可争议的、必然的绝对真理;科学理论经过不断的检验和证明终会成为规律,很难对科学本质形成辩证统一的认识,实则学到的是美国早期的科学探究教学模型。如,美国60年代的课程变革中,采用还原论的思维方式和过程分析方法,将科学探究过程分解为一系列独立的成分:观察、分类、假设、推论、预测等;相应地把科学探究能力分解成一系列独立的技能:观察技能、分类技能、假设技能、推论技能、预测技能等,称为过程技能。这是西方一种早期的科学探究能力模型,这种模型已经逐渐退出科学教育的历史舞台,但科学过程技能在我国理科课程中重视程度非同一般。就探究方面的变革发展而言,美国90年代末期的课程变革已明确指出探究教学不是仅仅帮助学生掌握一系列与探究相关的技能,而是发展他们对探究的理解。

  李德曼也指出,科学探究是科学知识的发展过程,科学探究与科学本质一样,属于认识论的范畴。但是,尽管科学探究与科学过程有很大联系,科学探究又不仅仅是过程技能的发展,科学探究包括传统的科学过程,也指这些过程同科学知识、科学理性和批判思维的融合而发展科学知识。但在我国当前的化学课程中,对探究还缺少一个较好的深思熟虑的具体分析。分布于化学教材中的关于探究教学的案例、探究的习题、学生作业示例及对探究实践的评价等,更多的是一些关于科学过程技能的、实验的和普遍的“科学方法”等一般观念,也都只关注于科学过程技能。而化学史、当代哲学和社会学的现代观点对学校化学教育中科学探究问题的影响还不够深刻。因此,造成了在所倡导的“探究教学”中没有能突出理解科学的地位,而其强调的只是整合的科学过程技能(例如,观察、展示和分析数据,得出结论),以及在一个固定步骤中(非批判式采纳)的“科学方法”。

  从历史文化哲学的角度来看,我国理科课程的发展经历了东西方两种文化的影响。与“探究教学”直接相关的东方文化主要指道家文化,认为它是使用整体化神秘方式思考物种规律;反之,西方文化要求它必须使用还原的、分析的和机械的方式“探究”自然。即便受到西方文化的外来影响,自古以来,我国人民并没有选择控制自然,而是宁愿遵从自然,宁愿在人与自然之间寻找和谐。因此,中国人的科学哲学仍被认为是属于道家的。与探测自然的心理倾向相比,中国的“探究”指的似乎更是人们在自然中的经历。19世纪初,中国引进西方科学。中国人开始认识到科学对国家利益的重要性。科学探究也开始逐渐成为达到“真理”而使用的严格、系统而客观的方法。这一科学探究观念也始终影响着中国的理科课程。在过去的几十年中,我国理科教育者极少对此探究定义质疑或认真讨论过,也很少有人追问理科课程中探究的哲学基础。这段时间,探究实则等同于传统的实验工作,学生在探究中从事描述性的实验,并由此掌握专业的科学概念知识。这种情况一直维持到教育部于2001年开发了新的化学课程标准。这也就不难理解我们化学教师认为科学探究含义即为科学过程技能学习的狭隘化,以及误解科学探究为经历科学探究过程的普遍化,因此,实践状况的偏失又似乎是历史必然的,是必然经历的一个过程化。

  针对以上中学化学教学实践中对探究教学理解的普遍性问题,在把探究引进化学课程与教学时要特别注意处理好以下三方面的问题:①对科学素养内涵的理解。做一个具有科学素养的公民,经常为一个与科学相关的人或社会问题做科学调查的需要并不多,而更需要的是关于对科学内容、科学探究和科学本质的理解,需要有能力理解科学主张和科学地做出必要的决策,这是新课程中科学素养的新内涵。教学过程、教学方法都要与这些新内涵相一致。②科学的复杂性。显然,应改变传统的科学本质观,不再把科学看作是一种不以社会利益或个人意志为转移的客观真理,取而代之,认识到科学是一种具有暂时性、相对性和社会性的永无止境的探究或认识过程。③科学与大众的关系。杜威与施瓦布的观点都表明,如何选择和重组真实科学情景并将其相应地呈现给学生,这个问题的解决主要取决于如何对待科学与大众的关系,或者更进一步说,取决于所要达到的社会目的。社会在不同发展时期会对教育提出不同要求,或培养科学精英,或提高科学素养,或者兼顾。而且这种要求往往是潜在的,我们必须对此有适当的把握和清醒的认识,能且仅能以此为基点界定化学教育中的科学探究。对于国际上倡导的,具有极高价值的,而现在尚未获得其正确意义的作为中学化学课程中教学方式和教学目标的探究,我们需要共同努力,来进一步发展探究教学理论,这将是引导我们设计出能够促成化学教与学的原理发展的理论。

参考文献

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