科学探究的涵义

科学作为一种知识体系，是科学研究活动的结果。为了掌握科学知识，领悟科学的本质，发展科学探究能力，以便更好地促进科学和社会的发展，人们设想教学也可以采用科学研究的形式来进行，于是便有了探究教学研究及实践。因此，要揭示探究教学的本质首先要分析什么是科学探究。
什么是探究？什么是科学探究？按照我国的（汉语大词典）的解释，探究是指“探索研究”，即努力寻找答案、解决问题。人们解决问题的活动即探究虽然复杂多样，但大体上可将其分为广义和狭义两种。广义的探究泛指一切独立解决问题的活动。人们通常所说的追根究底、好奇、好问，企图自己弄清事理，实际上是广义探究的日常表现。可以说，它既指科学家的专门研究，也指一般人的解决问题的活动；既包括成人那种深思熟虑式的“思想实验”，又包括儿童那种尝试错误性的摸索或探索；既有自觉的，又有自发的；既可能是新颖独创的，又可能是模仿的。可以说，广义的探究倾向是人类的天性，人皆有之。狭义探究专指科学探究或科学研究。与广义探究相比，科学探究有很大区别，在对象和方式上有其特殊性。对此，美国学者韦尔奇等人作了简单的说明：“探究是人类寻求信息和理解的一般过程。从广义上说，探究是一种思维方式。科学探究是一般探究的‘子集’（subset），它的对象是自然界，是在某种信仰和假设的指导下进行的。”即科学探究是对自然界的一种有理论指导的探究。另一美国学者彼得森对科学探究的特征作了更进一步的说明，指出科学探究要遵循一定的程序，采用一定的方法。他说：“科学探究是一种系统的调查研究活动，其目的在于发现并描述物体和事物之间的关系。其特点是采用有秩序的和可重复的过程；简化调查研究对象的规模和形式；运用逻辑框架作解释和预测。探究的操作活动包括观察、提问、实验、比较、推理、概括。表达、运用及其它活动。”上述科学探究的定义和说明启示我们，要全面理解科学探究的涵义，须把握以下3方面：

第一，科学探究的本质。科学探究在本质上是科学家用来解决自然领域或科学问题的一种思维方式，它追求知识的确凿性，即对任何理论不轻信盲从，不迷信权威，而是用证据来证明。与其他形式的思维相比，科学思维具有广阔性、深刻性、独立性和敏捷性等特点。正因为科学思维具有这些特点，它才能揭示客观世界中纷繁复杂现象的本质，发现它们之间的相互关系，掌握自然发展的规律。

第二，科学探究过程。科学探究是一种过程，有一定的活动程序或阶段。尽管科学有许多门类，科学家都有各自的研究领域，不同科学家研究问题的方式、途径和手段也有所不同，因而不存在统一的研究模式，但无论他们从事哪一门类或哪一领域的研究，从发现问题到解决问题，都要大体上经过这样一些类似的活动过程或阶段：形成问题，建立假设，制定研究方案，检验假设，作结论。正是上述这些活动过程构成了被称为“探究”的科学过程，进而也成为判断某种活动是否是科学探究活动的依据。

第三，科学探究技能。探究活动除了遵循一定的步骤外，还要采用一系列的方法。科学探究所使用的方法即科学方法，作为科学活动的必备心理素质，科学方法又常被称为科学过程技能（processSkills）或探究技能。关于探究技能的种类，目前尚无统一看法。为使大家有个初步认识，这里仅列出20世纪中期的课程改革运动中，美国科学教育促进会（AAAS）为给小学制定以过程为中心的SAPA课程，从各种科学研究活动中所抽取出来的13种过程技能：

1．观察：包括通过感官和凭借仪器设备两方面。要进行研究必须先占有资料，而要获得可靠的资料就需要作观察。不进行观察或缺乏观察技能，就不能获得有价值的科学事实。在科学研究活动中，科学家必须亲自动手作直接的观察，以便取得第一手资料。俄国生理学家巴甫洛夫十分重视观察在科学研究中的作用，写下了“观察、观察、再观察”的座右铭。

2．分类：这是将观察到的事物加以整理的过程，分类后有利于作进一步观察。科学家为了使调查研究条理化，创造了种种分类的方法。可以说，早期的生物学实际上就是在分类的基础上形成的。

3．应用数字：指把观察所得的结果用精确的数学关系表达出来。运用数学语言来描述和分析资料，既省事又能说明问题。所以科学家常常从事计算、测量、制图、列方程式等工作。

4．测量：运用尺子、天平、温度计、量杯等有助于获取准确的研究资料，复杂的测量涉及到高度精密的仪器，需要对仪器的误差加以计量和校正。

5．应用空间与时间关系：指使观察对象在时空架构中获得定位，包括对形状、距离、运动和速度的研究及应用等。

6．交流：就是将观察的结果呈现出来，方式包括数字、图表。图片或语言文字等。通过交流，观察结果才得以公开、沟通、检验，并有利于研究者本人发现现象之间的关系，以便进一步预测和推论。

7．预测：科学远不只是对所观察到的现象进行说明，提出聪明的猜想或预言，也是科学家工作的重要组成部分。他们常提出“如果……又会怎样？”这样的问题来提出猜想、设计研究思路，使心中怀着某种观念去作观察或进行检验。

8．推理：这是另一种猜测，是对观察到的现象作解释、思考和逻辑分析。推理能导致某种结果，它有时比观察本身更为有用。科学便是在不断的推理和验证中向前发展的。

9．下定义：定义可以使表达简练明了。科学家事先给某个词或某个术语规定明确的涵义后，那么就可以反复使用，以代替罗嗦的说明。设想一下，没有基本的科学概念，科学交流是如何的混乱和困难。

10．形成假设：假设是对所要研究的问题提出暂时性的回答，借这种回答以考察观察所得的结果，以便能直接地、清楚地判断观察结果是否支持原有的理论。事实上，假设是一种更高级的猜测，即系统的有理论依据的猜测。

11．解释数据：数据本身并没有什么意义，重要的是从数据中所得到的启示。解释数据的目的在于进一步产生推理、预测及假设，进而寻求所研究问题的答案。

12．控制变量：控制变量的技能在科学研究中至关重要，它涉及到实验能否成功，能否真正揭示事物的因果关系。它包括两个方面：一是抓住要观察的对象，将其突显出来，以便集中观察；二是减少或根本排除干扰因素，以便发现因果联系。

13．实验：实验事实上是人为的一种观察，所以有人说观察是被动的实验，实验是主动的观察。在17世纪伽利略发明这一方法之前，科学进展缓慢，举步维艰，随着实验法的产生和完善，科学进步简直是日新月异，故有“科学是实验的科学”之说。也可以说，一个科学家的实验能力的大小，是其研究水平的一个重要标志。

这些技能彼此紧密联系，统一在探究活动过程中。其中，前8种为基本技能，后5种为整合技能即综合运用数种基本技能的技能。

这里需要指出的是，科学探究的这3个方面是紧密联系不可分割的。科学思维是科学探究的核心和灵魂，对探究程序和方法起统帅作用，支配着探究程序的设计、方法的选择和使用。探究程序则把各种探究技能有机地联系起来，形成一个整体。可以说，没有科学思维，科学探究则是盲目的、徒劳的，而没有探究程序和方法，则根本不存在科学探究。

由上可见，那种将科学探究仅视为实际动手活动，或等同于科学方法的看法是片面的、不正确的。当今，科技正向社会大力渗透，学会科学思考，掌握科学方法正成为社会对个人的客观要求。尽管科学探究只是人们观察和了解世界的方式中的一种，但要揭示自然的奥秘，发现科学真理，就必须坚持科学的态度和科学思维方式，遵循科学探究程序，使用科学方法。所以，要大力提倡科学探究，并把它恰当地引入到教育尤其是科学教育中来。