科学探究究竟探什么

陆启威

科学探究是学习科学、认知科学的一种重要途径和方法，也是科学课的核心品质和内在要求。那么，什么是科学探究？我们需要怎样的科学探究？笔者试从以下五个方面，例谈科学探究究竟探些什么。

一、在联系中导出生成

《道德经》言：“道生一，一生二，二生三，三生万物。”凡事都有起因，万物皆有一统，普遍联系是世界的本源和自然法则，认知和探究问题需要在既定的背景和环境下，寻求事物间相容相克的关系，并以联系为链接，形成科学探究的思维路径，并在这条路径上探求因果，推导出生成，进而化解问题的症结所在。比如教学轮轴时，如果仅就轮轴本身来讲轮轴，学生听来索然无味，也不会对轮轴的结构和工作原理有太深的理解和认识，因为轮轴是一个环形结构，或者说是一个变形的结构，从力学上理解它的工作原理很抽象也很费解。为了化解这一难点，老师可以将其和上一节课的杠杆联系起来，以杠杆的变形来分解轮轴的结构。如下图：老师用一根杠杆吊起重物，如果把它的阻力点和动力点运行的轨迹画出来，就是一个弧形（里面是小弧形，外面是大弧形）。如果把这根杠杆转上一圈，学生就会顿时惊叹并豁然开朗。因为，这时候很明显，杠杆运行的轨迹就成了一个轮轴的形状（里面的圆弧是轴，外面的圆弧是轮）。接下来，学生自然会把杠杆的动力点和阻力点分别与轮轴的轮和轴一一对应起来，从而很容易理解轮轴的结构和省力原理。这种联系既简便易行，又很有趣味，使科学探究过程变得自然顺畅、轻松活泼。

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二、在经验中寻求发展

事物是运动的，运动是一切事物存在的基本状态。所谓“此一时，彼一时”说的就是这个道理。同一事物，在不同时刻、不同地点，其呈现的状态是不一样的。这就要求我们在对待问题的态度上要施以发展的眼光，坚持具体情况具体对待。经验固然重要，但面对事物的发展变化，突破已有认知和超越经验更是科学学习的必备品质。比如：为了说明“空气占据空间”，老师在水槽里做一个烧杯倒扣蜡烛的实验，蜡烛熄灭了，烧杯里的水上升了一大截。一般而言，凭着经验，学生很容易作出解释，即：烧杯里的氧气用完了，所以要有一部分水进入烧杯来填补原来氧气占据的空间。如何立足经验，并实现超越和发展，这是需要关注的。只要稍加思考，就会发现经验性解释存在很多漏洞和不足。物质发生变化，不是物质没有了，而是变成其他物质了。氧气支持燃烧，并不是在支持燃烧时化为乌有，而是变成二氧化碳了。可见，烧杯上升的水，不能全部占有原来氧气的空间，还有一部分空间被新产生的二氧化碳占据了。另外，还有一个师生没有发现的疑点，就是烧杯里的空气原来是冷的，当罩住蜡烛时，烧杯里的空气就变热了，按理说，冷空气变成热空气体积会膨胀，空气体积膨胀后，会增大烧杯里空气的压力，外面的水不但不能进去，烧杯里面的水还应该被热空气挤压出来才对，水位怎么会反而上升呢？这一连串的追问和质疑，就对我们传统的解释形成挑战和冲击，但这些追问和质疑却能把我们的解释引向理性与科学。

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三、在定论中找准突破

世界是一个矛盾的共同体，任何事物都处在矛盾之中。正是基于这样的哲学认识，我们在进行科学探究时，要善于打破已有的定论和常规，能够以矛盾的观点去审视和甄别眼前的物象及其变化，尽可能换一种视角去质疑和追问有没有不同的，甚至相反的情况存在。这种事物矛盾性的把握，对准确认识事物的本质和内涵是极其重要的。比如《摩擦力的秘密》一课，学生通过实验探究，知道了“同一个物体，表面越平滑，摩擦力就越小”。这是绝对的吗？有没有不同的情况？如果这是绝对的，那么，雪橇为什么要在凹凸不平的冰面上滑行呢？为什么溜冰场上的冰面也是凹凸不平的呢？只要认真思考，学生就不难理解，在凹凸不平的冰面上滑行时，产生的压强增加，于是冰的熔点就减低，冰鞋和冰面之间产生了一薄层水，这样，溜冰的人可以自由滑溜了。所以，比起平滑的冰面，凹凸不平的冰面更滑。

四、在实验中引发思辨

真理是需要科学论证的，而科学论证包括两个方面：一方面是证，即实践，用事实说话；另一方面则是论，即理论，用规则和道理进行逻辑推理和判定。也就是说，科学论证既有实践探索，也有思想演绎，是“虚”与“实”的双向并行。同样，科学探究中的实验，也应该从这两个方面展开。爱因斯坦说过：“实验既包括物质实验，也包括思想实验，其中思想实验永远大于物质实验。”这是因为，从事任何实践活动，都需要有严谨的逻辑思维和演绎推理，这是促进实践活动深入开展，并得到有效提升的关键。大量实践证明，活动和实验并非科学课的标签，活动的高涨、实验的丰富也并不一定能成就一节成功的科学课。活动和实验是科学探究的重要途径和手段，但规范的思维、合理的想象却是科学探究的前提和基点。由此可见，科学课可以是实验的探索和活动的体验，也可以是纯粹的逻辑推理和思维历练。

五、在具体中归结抽象

科学探究直面问题，而且是具体问题，但是探究的结果却不能止步于具体问题。《周易·系辞》里说：“形而上者谓之道，形而下者谓之器。”科学探究，旨在通过对具体问题（器）的研究，触类旁通，推导出同一类问题的共同特点和本质规律（道）。这才是科学探究的价值和本意所在。“世上问题千千万万，道理只有那几个。”只要我们掌握了那为数不多的几条道理，我们就找到了解释一般问题的方法，于是，便会从容面对一切问题的挑战。

比如教学《蚕的一生》一课时，很多老师都让学生仔细地观察和记录蚕脱了几次皮？每次相隔多少时间？每次脱皮时，蚕有多长？蚕在结茧时是怎么进行的？甚至观察蚕结茧时用了什么样的架子？这些架子是什么材料做的？茧是什么形状？……细究起来，其实这些都不是重要的，重要的是通过对蚕的研究，了解同一类生物（昆虫）的基本特征，即生命周期（变态的轮回）和生存条件（一定的温度、食植物的叶等）。这是探究问题的归结点，也是探究蚕的根本价值和意义所在。

科学探究是探究科学的知识和真谛，更是培养学生认知事物的思维和方法。只要是有利于促进学生学习品质的历练和方法的习得，这样的科学探究就是我们需要的。endprint