“让教学充满智慧”――论科学探究活动的程序开发

   (摘要)  国家《科学》课程标准中规定“科学教育”要以“科学探究”为核心。科学探究的有效进行必须依靠两个重要的条件:一是探究工具仪器的开发和应用,二是探究活动的程序设计。然而目前在我国,后者并未引起人们的广泛关注与认识。本文论述了科学探究中程序开发的意义以及对课~程领域的深刻启示,呼吁人们重视程序开发,让其与工具开发同步进行,相得益彰,共同实现科学教育的整体功能。
    (关键词)  科学探究  程序  程序开发
    (作者简介)  庄严/南京师范大学教科院课程中心03级硕士生  (江苏南京  210097)
    科学教育要以“探究”为核心。科学探究需要方法的引导,需要科学工具和仪器资源的支撑,但对于科学探索活动程序的设计,却一直被人们所忽略。实际上这是科学教育中的一个很重要的问题。科学探究统整着我们期望达到的科学知识、方法与科学素养;基础教育课程改革《科学课程标准》把小学阶段的科学课的性质定义为“科学素养的启蒙教育”,这里,我们通过什么途径们来对孩子们实现“科学素养的启蒙教育”呢?
    (一)
    科学探究,其意蕴应是丰富而且深远的,不仅是一种“教学方法”,一种“教学内容”,更是动态的“教学过程”。在这个过程中,它包括一系列的方法,课题研究、专题讨论、实验探索、现状调查、方案设计、专题文献等,与科学素养的四大要求(科学知识、科学方法、科学兴趣、科学精神)四种学习经验(关于世界的知识、方式经验、创造性活动经验、情绪一价值态度经验)和五种学习结果(言语信息、智能技能、认知策略、动作技能和态度)有着千丝万缕的联系。在这个过程里,它统整着科学知识,科学方法和科学素养,相互交织着共同发挥着课堂的整体性功能。在新一轮课程改革中,科学课的课程编制体现出很强的综合性和结构性,以苏教版的小学《科学》为例,基本上是一种大单元的构成形式,提取每单元的重大主题与核心概念,并以单元内容为知识载体设计相关的探究活动。《科学》课程的设计是以“学生动手探究,在探究中学会”为指导思想的,因此,科学的教与学与学生有效的探究息息相关。
    科学探究的有效进行依靠两个重要的条件。一是科学探究工具和仪器的设计与开发。美国科学教育基金会开发出三套典范的科学教材之一的foss将开发的探究工具和仪器称作“工具箱”。“工具箱”其实就是一种很有效的课程资源,它以生动的形式演示与孩子们贴近的科学现象,能把很深奥枯燥的科学知识原理清晰地呈现在孩子们的面前。它具有很强的趣味性、新颖性、可操作性,因此能广泛地吸引着学生。很多依托于科学探究而着手开发的先进教学仪器,如依托南京师范大学教科院而成立的苏威尔公司,专门研制了与中小学科学教育相关的探究仪器和设备,目前在江苏省产生良好的反响。
    然而,各种探究仪器在课程资源中的作用也是有限的。它必须依托一定的程序,才能发挥系统的作用。单纯对仪器本身进行探究容易停留在教具演示的功能层面,学生能观察理解科学原理和现象,但无法训练其它的技能。“在已有的材料下,程序的设计越缜密,结果就会越巧妙”,重视科学探究的程序开发和设计对科学教育的推行十分重要。 
     (二)
    “程序”,是一个含义宽广的概念。它原指计算机内部设计的一系列看不见的步骤、措施和方法,是一种人工智能的再现。这里科学探究中的“程序设计”,即是指在科学探索活动过程中的步骤和方法设计,也是一种人工智能,所不同的是,它更是依靠课程设计者,教师以及教师和学生共同开发的“人工智能”,其中教师处于核心地位。
    美国科学基金会出资研究了三套科学典范教材:foss,stc,insights,foss的全名(全部可选择的科学系统),其组成结构包括工具箱,foss教师指导书,录像带,foss科学教育活动记录表,以及教师临时分发的反馈材料。他们将小学到中学的科学分为28个大单元,其中涵盖了科学八十块的主要知识。值得令人深思的是,他们没有教材,其中工具箱即相当于我们的科学探究仪器,其实也是非常简单的工具,如学生熟知的图纸、画笔、沙盘之类,每个单元,他们都会让学生自己学,动手做,学生学完之后能对所学的东西终生难忘。科学中关于地球科学中“地形”和生命科学中“人体”的单元,其实是很非常难于理解的,但是foss却能轻易地解决这类问题。
    有这样一个培养学生观察力的活动:名称是“找朋友”。工具箱里只备给了每位学生一粒花生。每位学生和他的花生是“好朋友”。学生先是仔细观察自己的花生,画下来,然后与另外一个朋友的花生混合,再寻找自己的那颗,即自己的“好朋友”。然后4颗花生混在了一起,再扩展到8个,16个,混合的粒子越多,就越能培养学生的观察力;如果学生经过了全班几十颗花生的混合仍能找到自己的那颗,他一定会小心地把他揣在怀里,象宝贝一样地珍藏。
    再如教师出示一只普通的勺子,学生细细观察说出其中的特征。实验的结果让我们大吃一惊:观察力强的学生能说出勺子的60个特征来!
    一颗再普通不过的花生和一把再普通不过的勺子,也能围绕它们进行如此有趣而神奇的“探究”,问题的精彩在哪里?在他们探究的程序设计!它给了课程领域深刻的启示。于课程设计来说,这是一种专家和教师不断活动着的软件设计,是活动程序的缜密设想,是与生活紧密相关的有效教学。它切实地体现了教育向生活的回归,科学教育向身边的生活回归,科学在孩子们的眼中不再神秘、渺茫、捉摸不透;于课程内容来说,它改变静态的科学知识,静态的经验传授,不断的师生信息反馈和学生新旧经验的反馈生成着新的教育资源,科学探究的一个重要特征是“无预设性”的,在科学探究面前,任何人都不具备完全在预期的过程中进行操控的能力,教师只是准备着,给学生提示,他亲自参与的过程也是教师自身科学素养不断提升的过程。在这个“无预设”的探究过程中,没有人准确地知道结果会是什么样,课程资源便源源不断地更新着,生成着,就在这不断生成的过程中,课程资源会不断地变得丰富、新鲜和生动。精巧的探究过程程序设计同时还会给教师奇妙的暗示,哪些过程是重要的,哪些知识是学生还不熟悉的,课程资源主次轻重的遴选会清楚分明地呈现出来。它还成功地实现了新课程的三维目标,理解到概念、假设、判断、表达、推理、解释、说明、质疑、批判、态度、方法和气质,让人领悟到广袤的科学精神资源无穷的魅力。
    科学探究的“程序开发”同样启发着课程课价,可以不用唯一的单向度的评定方法。学生也可以通过这类程序设计来表现他们的能力和水平。当教学由“宽度”向“深度”发展,从求“一英里宽,一英尺深”到追求“一英寸宽,一英里深”,这才是有效的教学。精心设计的科学探究程序,是促进这种有效教学的最重要的方式。
    (三)
    科学探究不仅需要仪器的开发,更需要重视这种程序的设计应用。如果说探究工具更多的是专家以及科研工作者的任务,那么探究程序的设计则对教师提出了更高的要求。面对每一堂课,教师们必须更用心,更专心,更细心。有许许多多看似简单却很有价值的课题和方法,等待着我们精心的程序设计。教师们需要更细致和敏锐的领悟,因为通过这种程序的训练,学生获得了科学的思维方法。在思维的过程意义上,科学教育的中心也是科学方法的教育,这样的结果只直接作用学生的思维过程,他们会“重事实”“重证据”“重推理”,“重研究方法”,他们会变得更加聪明。
    “让教学充满思想,让思想充满智慧”。与科学探究的工具开发相比,程序开发还未广泛地被人关注和重视。科学原本叫人求真,求美,科学教育更应是教给人智慧的教育,我们亟待着越来越多的人关注和着手开发探究中的程序设计,以求科学教育更深地真、美和智慧起来。