《义务教育科学课程标准》（2022年版）提出素质立意、注重综合、加强实践、注重思维的价值导向，要求注重探究实践过程学生思维的深度参与，这是目前科学教学改革的重要方向。本文从对科学教育发展历程中科学探究的剖析入手，探讨科学探究的内涵，以思维型教学原理为指导，提出思维型探究的设计方式和施行要点。
对自然科学课程发展历程中科学探究的剖析
在自然科学相关课程步入正规课堂的百年历程中，科学探究一直被觉得是科学学习的重要方式，同时科学探究的内涵得到丰富。
19世纪中叶，以斯宾塞为代表，提出科学教育要为个体发展服务，每种学习都应当从实验入手，经过充分观察后进行推理，科学教育是为了获取知识和发展推理能力[1]。20世纪初期，杜威在《科学》杂志上发表文章，提出科学教育是要为培养社会须要的人服务，需使用归纳、演绎、数学逻辑和实证等科学方式解决实践的问题，发展思维能力[2]。20世纪下半叶，施瓦布提出科学教育要为培养有效的公民而服务，科学内容和科学方式是密不可分的，科学是因新证据出现而被更改的概念结构，学生应当以探究的方法学习科学[3]。1996年，美国《国家科学教育标准》正式提出科学探究的概念，对科学探究的内涵、方法、实施步骤作了划分，科学探究是要帮助中学生获取科学知识，领悟科学方式和科学思想观念。在新一轮全球课程变革的背景下，科学课程指出对科学概念的探究建构与实践运用，强调思维探求，强调把思维探求与动手活动相结合，同时将科学教育从科学领域扩充到工程领域，提出了科学探究和工程实践。《义务教育科学课程标准》（2022年版）也明晰提出培养科学核心素质要从科学观念、科学思维、探究实践和心态责任4个方面综合考虑，首次将教学中仍然被忽略的科学思维列为科学素质的重要方面。
从观察、实验到归纳、演绎、数学逻辑和实证，再到探究方法的提出，再到科学探究的提出，再到探究实践、科学思维的提出，可以发觉：科学教育从诞生之初就饱含着探究的思想，科学探究从一开始就与科学思维互相伴随。作为一线科学班主任，在新课标背景下怎样基于科学思维举办有效的科学探究，是教学施行中面临的重要问题。
新课程背景下对科学探究内涵的再思索
《义务教育科学课程标准》（2022年版）对科学核心素质的探究实践维度进行了划分，指出了科学探究的组成要素、基本程序及本质。教学中，需要深入理解新课标中科学探究的内涵。
对新课标中科学探究内涵的解析
《义务教育科学课程标准》（2022年版）提出，“科学探究能力彰显在：理解科学探究的通常过程和技巧；提出科学问题，并针对科学问题进行合理推测与假定；制订计划并收集证据，分析证据并得出结论；对结果进行解释与评估；准确抒发观点，反思探究过程与结果。”
科学探究主要包括问题、证据、解释、结论四个基本要素，一般具有提出问题、猜想假定、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流和反省评价的八步基本流程。在探究教学过程中探究动量定理的实验，要关注中学生亲历探究解决问题，也要关注中学生获得对科学探究本身的理解。
对科学探究内涵的再思索
胡卫平将科学探究的内涵定义为：这是一个复杂的教与学的实践行为，是激活中学生情感与思维的实践行为，是依据事实证据建构科学解释的实践行为。从科学探究的目标和结果来看，不仅要帮助中学生产生科学探究能力、理解科学探究、形成科学观念，还要感悟科学的研究方式[4]。从以上对科学探究内涵的划分可知，科学探究的本质是认知建构的过程，是科学思维的过程，是合作交流的过程，是情感互动的过程。科学探究不仅仅是对中学生操作技能的培养，也不仅仅是一套中学生能背下来的标准化操作程序。
科学探究是一套动手实践的操作体系。它起源于一个中学生可以研究的科学问题，在找寻问题答案的过程中，学生围绕问题提出初步假定，针对假定举办观察、测量、实验、调查等活动，获取信息和证据后，运用归纳、推理、论证、建模等思维方式进行解释，最后通过班主任与中学生之间的交流与论证，形成共识。
科学探究是一套深入思索的方式体系。它是属于科学学科的一套奇特的方式体系，需要将动手实践的过程与科学方式、科学思维构建联接。能够支撑科学探究的科学方式主要包括观察、实验、测量、推理和解释等，具有科学学科特性的思维方式主要包括科学推理、建构模型、科学论证和指责批判。
综上可见，动手实践是科学探究的外显部份，科学方式是科学探究的内隐部份，而科学思维则是科学方式的重要组成部份，科学探究的过程既是动手实践的过程，也是科学方式的运用过程，还是科学思维的过程。在探究过程中，始终伴随着思索，始终不断推动着中学生推理论证能力、模型建构能力、批判性思维和问题解决能力的发展。科学课堂须要施行思维型探究。
思维型探究的教学设计
作者经过多年课堂实践，基于思维型教学原理提炼了思维型探究教学模式，即在一定的教学思想、教学理论指导下，围绕教学目标，在一定的教学资源支持下，形成的具有相对稳定结构的教学范型。它是对复杂教学组织形式的简洁表示，体现了教育价值取向，决定了行为规则，整合了教学方法和策略，是班主任设计课堂教学的重要契机[5]。一定的教学模式彰显一定的教学理论或教学思想，它除了包括教学流程，还包括相应的教学目标、适切的评价标准和匹配的教学资源。同时，教师应具备相应的专业素质，并能营造良好的师生关系。
思维型探究教学模式的教学流程
思维型探究教学模式以思维型教学原理作为理论指导。思维型教学原理是由动机迸发、认知冲突、自主建构、自我监控、迁移应用5个基本原理组成的有机统一整体，既存在逻辑次序，又相互渗透[6]。思维型探究的教学设计包括5个基本环节，分别为“情境创设与问题提出”“作出假定并制定计划”“收集证据与信息处理”“得出结论与抒发交流”和“总结反省与迁移应用”。5个基本原理支撑科学探究过程中的不同阶段，在不同阶段中都有科学思维的深度卷入（表1）。思维型探究要求在探究过程中，科学思维深度参与，凸显对科学本质的理解。
思维型探究教学模式的评价标准
基于思维型教学原理，思维型探究的4条评价标准贯通整个探究过程（图1）。
图1 思维型探究的评价标准
教学导出诱发思维动机。教师须要创设有利于中学生积极思维的教学情境，提出恰当的探究问题，激发中学生的学习动机。
教学过程引起思维动力。明确中学生可以探究的问题，并围绕问题设计才能引起中学生认知冲突的层级性问题，遵循科学探究的基本程序，动用科学思维方式，引导中学生亲历探究过程。
教学反省触发思维监控。引导中学生对科学探究过程、方法、结论进行反省与交流，使得中学生对把握及运用的知识和技巧进行监控和调节。
应用拓展迸发思维迁移。需要引导中学生将获得的科学概念、探究实践技能和思维方式迁移应用到新的情景中，解决新问题。
思维型探究教学模式的教学资源
思维型探究是中学生主动建构概念、解决问题的过程，教师须要提供才能帮助中学生进行主动探究的系列资源，课堂教学时可以依托3种学习单支持中学生的主动思维和深入探究。
3种学习单分别为学习目标单、学习支持单和素质评价单（图2）。学习目标的设计要聚焦科学核心素质的各个方面，从往年的三维目标转变为新课程下的素质目标，特别是怎样把科学思维方式目标提炼下来，对班主任而言是一个挑战。教学设计时，只有确切提炼科学思维方式，才可能在探究活动中有效打动中学生思维的深度参与。学习支持单是课堂上供中学生探究使用的实验记录、观察记录、调查记录、科学阅读资料等，学习支持单的设计要基于目标，要由有效的驱动性问题链构成主线，在问题的支撑下，帮助中学生实现自主探究，使中学生完成低阶思维到高阶思维的过渡。素养评价单要基于学习目标进行设计，聚焦概念的深度建构和问题的解决。3种学习单的设计要紧紧围绕科学核心素质，实现教学评价的一致性。
图2 思维型探究的教学资源
思维型探究教学模式的师生关系
在思维型探究过程中，教师与中学生既是课堂的共同设计者，也是科学探究的共同亲历者，教师要对中学生的思维过程、思维特征及怎样发展中学生的思维进行监控，进行主动设计。教师须要关注中学生学习的思维过程，帮助中学生学会抒发自己的思维过程，可以是口头抒发、图画表征，还可以借助学习单帮助抒发；尊重中学生的思维特征，将中学生的自主探究与合作探究进行合理安排，促进中学生的思维互动，提高思维参与度；发展中学生的思维监控，为了保证达到预设的素质目标，要引导中学生将自己的思维本身作为思索的对象，养成主动控制和调节的能力，完善中学生的思维方法和思维品质。
思维型探究的操作要点
思维型探究的过程以解决科学问题为起点，以发觉其中的属性、关系和规律为终点。在中学生探究过程中，要非常重视证据搜集和推理论证的指导。
围绕问题，注重对中学生证据搜集的指导
科学以实验证据解释客观世界的运行机制和事物发展的变化规律。要创设良好的环境条件，提供结构化的实验材料，帮助中学生完成证据的搜集。学生可以在实验室、自然界、图书馆或其他场所，通过观察、测量、调查、动手操作获得证据。教学时应关注以下几点：①证据的搜集一般须要围绕中学生对问题的解释性假定展开，需利用实验仪器、实验器材等。②小学生对事物变化和发生缘由的假定一般较为简单，经常抒发为是或否、有或无，教师须要耐心引导，切忌拔高。③教师须要提早悉心打算探究动量定理的实验，提供结构化的实验材料帮助中学生完成证据的搜集。
基于证据，注重对中学生推理论证思维的指导
基于证据进行推理论证的过程，是中学生概念知识建构的过程，是一种较为复杂的认知过程。需要中学生进行证据与推论之间的科学推理，需要对自己的论证展开批判性思索，需要在与其他朋友进行交流与分享、辩护与抨击的过程中逐步建构概念。推理论证能力彰显在基于证据与逻辑，运用剖析与综合、比较与分类、归纳与诠释等思维方式，建立证据与解释之间的关系并提出合理看法。
推理有归纳推理和演绎推理2种方式。
演绎推理的过程大致有以下几个步骤：确定是那个诱因或变量与所解决的问题有关；分析该变量形成作用时，必须具备的前提条件是哪些；如果条件符合，就进一步根据获得的证据进行推理。
归纳推理一般经历以下几个步骤：仔细观察和剖析搜集到的信息或数据，不急于得出结论；对几组信息或数据间的联系或规律进行对比，抽取其共同点；尝试说明所发觉的共同点，得到某个推论；通过重复验证，确定推论是否正确。
论证指基于证据的论证，构建令人信服的论据，支持或驳斥对科学现象的解释。论证时，要讲求指导中学生分清哪些是观点、什么是事实；能借助模型的思想剖析事物的特点及结构，在事实与观点之间构建联系；能借助具象概括的方式发觉事物的本质特点，能比较全面地剖析问题的各类影响诱因，进而获得推论。
下面以“力对物体运动状态的改变”思维型探究教学为例说明。
在情景创设环节，学生观察生活中人骑自行车、风吹小风车转动、水流带动水车转动等现象，联系自己的生活经验很容易做出解释：给物体施加力，物体才能运动上去，而且力越大物体运动越快。
在认知冲突环节，教师演示实验：给货车施加拉力，这个拉力来自曲别针的重力，1个、2个、3个……20个……学生发觉货车并不能运动，并不是只要给物体施加力就一定能运动上去，这与最初的解释偏颇，引发认知冲突，使中学生将探究聚焦于力与运动的整个过程。
在自主建构环节，学生首先要明晰假定，确定那个变量与问题有关，并剖析这个变量形成作用的前提条件；实验设计时，要选择实验材料，控制起点、终点，准确操作计时器，设计好记录表格；对获得的数据进行剖析时，要进行归纳推理和诠释推理，并与朋友论证自己的推论。
在自我监控阶段，学生从探究过程、思考方式、数据搜集、小组合作等方面进行分享交流。
在拓展迁移阶段，学生用获得的概念、方法、技能解决实际问题，例如制做汽球动力面包车、橡筋动力面包车、重力货车等，实现对科学概念、探究技能、思维方式的迁移应用，发展问题解决能力。
聚焦科学核心素质发展的科学课程与教学，对每个班主任都提出了新的挑战，思维型探究教学明晰了思维深度参与探究的教学模式及操作要点，能有效培养中学生的批判性思维和问题解决能力，培养科学精神。使中学生在探究过程中感受科学知识形成的过程，潜移默化地理解科学的本质。
参考文献
[1] 赫·斯宾塞．教育论：智育、德育和体育[M]．胡毅，译．人民教育出版社，1962．
[2] J. Dewey. as - and as [J]. ，1910．
[3] （美）韦斯特伯里，威尔科夫主编．科学、课程与通识教育——施瓦布文集[M]．郭元祥、乔翠兰主译．中国轻工业出版社．
[4] 胡卫平．思维型科学探究教学的理论建构[J]．课程·教材·教法，2021（06）．
[5] 李霞．核心素质价值取向的科学教学模式研究[J]．课程·教材·教法，2018（05）．
[6] 林崇德，胡卫平．思维型课堂教学的理论与实践[J]．北京师范大学学报（社会科学版），2010．
原文登载于《中国科技教育》2022年第6期专题栏目，作者：李霞／浙江省杭州市基础教育研究室附属学校。中国青少年科技辅导员协会会员可点击“阅读原文”登录刊物官网免费浏览全文。
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