中学物理教师对科学探究和科学本质的迷思性认识
何静
科学探究是科学知识产生的复杂过程，它包含过程技能和思维智能。物理课程标准中明确提出科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。学生在科学探究活动中，通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习物理知识与技能，体验科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神。新课程改革带动了中学物理教师课堂教学方式的变革，教师的教学观念也发生了积极的变化；但同时，他们在科学探究和科学本质的方面还存在一些迷思性认识。
一、中学物理教师对科学探究的迷思性认识
（一）科学探究是一套有系统的步骤
教科书所陈述的科学方法包括提出问题、假设和猜想、进行实验、资料分析与结论，但是科学探究并非教科书上“一套有系统的步骤”。这只是科学家用来收集资料、解答科学问题的简化过程，事实上科学家的问题很多来自于异常资料或者与原先想法不一致的发现，经过深思熟虑后，才提出假设，经由推论提出预测，再设计实验，检验假设的合理性。一旦假设被确认，他们才公开发表结果。同样科学家在探究过程中的步骤也不是固定不变的，科学研究也并不总是从问题开始，很可能是在收集实验数据的过程中发现了问题，又开始探究。科学家的整个探究过程是一个动态系统，步骤之间是相互联系、相互作用的，没有一套固定的方法。做探究也不一定按照固定不变的步骤进行，科学探究的确使用问题解决的逻辑性，但这并不说明科学探究需要遵照固定化的步骤，如果那样就不算是探究，而仅是一系列的实验操作程序。
（二）做中学就是做探究
给学生提供“做中学”的经验并不意味着他们在“做探究”。Minds of Our Own 录像中有这样一个例子，理发师每天在镜子前工作，但是他对光的反射认识与其他人一样存在迷思。经验本身不足以形成对科学概念的理解，传统食谱式的实验活动和只有动手操作的经验，不足以促进学生对概念的理解，不能提升学生的探究能力，也不能实现学生对科学探究的认识。食谱式的实验活动一般会事先规定好所有的探究过程，给学生逐步的程序，遵循线性模式寻求解决问题的方法；很多科学活动的结构性很强，常常会告诉学生需要回答什么问题、可以使用哪些材料、如何处理和解决问题，甚至提供给学生观察、测量、记录数据的图表，因此，学生在这样的活动中没有机会进行探究性的智力活动。科学探究做的部分，指计划和研究所必需的过程技能和方法，尽管大部分探究活动是动手做，但并不是所有动手做的活动都是探究取向的。
（三）探究无结构、无序
在一些学校，好教师的标志是能够控制班级纪律，保持课堂安静。课堂管理技能对探究教学来说十分重要，但是，活跃的、以学生为中心的课堂并不是非结构、无序的教学。当学生动手操作的时候，可以有活跃的气氛，探究可能表面看来是开放和非结构的，但当学生参与性较强时，教师需要管理课堂的进度。教师使用探究教学策略的时候，需要做更多的准备，并要预测学生比传统教学中可能出现的更多问题。
此外，科学探究并不是给学生提出很多问题，而是让学生学会探索问题和解决疑问，以及回答自己的问题；探究不是只适合小学阶段，高中阶段更需要培养学生高层次的思维技能，比如批判性思维；探究并不专门为高学业成就的学生准备。师生可以通过科学探究来生成知识和技能、理解知识产生的过程，从而建构新知识。
二、中学物理教师对科学本质的迷思性认识
（一）事实的积累可以导致知识的产生
在提及用归纳和演绎两种方法进行科学研究时，教师认为包括科学家所做的研究在内的所有探究活动中，收集和解释经验性证据的过程都运用到了归纳方法。培根（Bacon）在17世纪首先提出了近代归纳法，他批判了亚里士多德三段论式的演绎逻辑，从知识起源于经验这一原则出发，形成由个别感性经验上升为普遍必然性认识的归纳法。这种归纳法认为，经验的积累可以促进知识的产生，其相关过程如图1所示，该图也反映了大多数中国教师所持有的对科学本质和科学探究的迷思性认识。归纳法的问题在于既无法保证做出的所有观察都适合已给的情境，也无法保证所有相关的事实都能具有逻辑地在所有时间内适合已给的情境。在物理学科中，这种问题更为明显。
图1 典型的培根知识产生论
（二）形式化和固定化的探究方法
很多物理教师认为科学探究过程可以用科学方法中若干步骤来阐述，他们倾向于按照图2步骤探究：①研究者进行观察；②观察后产生疑问；③对提出的问题进行思考，提出假设；④设计实验，对假设进行验证；⑤由实验产生结论，这一结果可以用假设进行解释，从这个结果中，研究者可以发现另一个问题，并导致新的假设和新的实验；⑥经过大量实验，研究者可能从实验得出的结论中概括、综合出一条自然法则；⑦最后，研究者还有可能构建一个理论。这种科学方法的结构其实不是完全固定的，但是多数教师将此步骤形式化理解，认为是科学探究固定化的步骤。
图2 假设的科学方法的结构
（三）假设可以成为理论，进而转变为定律
这一想法认为理论没有定律的科学性强，实际上，理论和定律是两种完全不同的知识，它们并非相同结构。理论和定律之间的确有关系，但不是简单的一个可以成为另一个的关系，不论有多少经验的积累，理论也不可能成为定律。定律是具有一般概括性的原理或者模型，而理论是对于概括性的解释。邓巴（Dunbar，1995）认为定律是“食谱式的科学”，而解释是“理论的科学”。在复杂的情境下，人们可以使用食谱式科学。
图3 假设的树状图：多种定义的举例
（四）假设是一种可以教育的猜想
假设至少有三种，如图3，预测、概括性的假设和解释性的假设。概括性的假设可能会成为定律，而解释性的假设可能会成为理论。教师在实际教学中，需要明确是哪一种类型的假设，假设的内容是什么，不能盲目地都用假设来指代。人们认为猜想是可以教授的假设方法，这种观点是片面的。学生在实验活动中所做的假设属于一种预测，而不是定律或者理论。
（五）实验是学习科学知识的主要途径
在学校中，教师鼓励学生做实验，不管是技术程序的、探索的，还是活动，所有动手的操作都称为实验。真正的实验需要考虑控制变量和检验数据的程序。通常情况下，实验需要建立一个有关因果关系的基本目标。实验在科学教学中具有重要的价值，但它并不是学习科学的唯一途径。很多科学家使用非实验的技术发明和创造，他们在研究中无法控制变量。天文学中很多基础性的研究都是基于大量的观察，而不是实验，哥白尼和开普勒的日心说都是基于大量的观察证据得出的。达尔文的进化论的发现方法与社会学中的定性研究方法相似，而不是运用自然学科的实验，他是通过大量的观察，并做笔记和注释。科学知识的获得有多种方法，包括观察、分析、预测、文献研究和实验。
综上所述，中学物理教师在科学探究和科学本质的诸多问题上还存在迷思，随着新课程改革的深入，教师的教学观念正在发生着深刻的变化，这些迷思性认识也得到不断反思和澄清，我们在一线教学中发现中学物理教师还有一些概念和操作上的误区，比如不能区分实验与探究，很多教师认为实验就是探究，他们不清楚科学知识的获得有多种方法，例如观察、分析、预测、文献研究和实验等。多数教师还不能区分发现学习、研究性学习和探究学习，在谈到对科学探究的认识时，经常和这些概念混淆，甚至有的教师从未考虑过。一些物理教师不能区分证据、数据与结论的关系，不清楚探究过程都是问题引导，并影响结果，探究始于问题并基于数据和已知，从而解释问题等科学探究的议题。
注：本文系科技部专项“中小学科学探究学习与创新人才培养实验研究”（2009IM010300）子课题“基础理论研究”和2010年首都师范大学教学改革研究一般项目——“中美物理教师职前教育课程的比较研究”的阶段性成果。
参考文献
［1］Llewellyn D. Inquiry within：Implementing inquiry-based science standards. California：Corwin Press，Inc，2002.
［2］AAAS. The Atlas of Science Literacy：Project 2061. AAAS Press，2001.
［3］邓小丽，方明生，孙可平.研究性学习案例解析［M］.上海：上海教育出版社，2003.
（本论文发表于《物理教师》2011年第10期，后被《中国人民大学书报资料中心》收录，2012年第1期）