“做科学”的内涵、理论基础及价值取向*

顾长明

“做科学”顺应科学教育发展的趋势，关注儿童内源性动机的激发与保持，尊重儿童的成长天性、科学学习的天然状态与科学课程的固有特质，并最终指向儿童科学素养的培养。

一、“做科学”的内涵及特征

1.“做科学”的内涵。

手和脑是儿童认识与改造世界最基本的工具，手脑并用不仅符合儿童的认知规律，而且契合科学课程的特质。若将动手表征为做，动脑表征为思，那么以做促思、以思导做、做思共生，则可以有效提高儿童的科学学习品质。“做科学”是以做为支架的科学教学方式及活动，是学生在教师的引导下，运用工具与器材，通过实际操作，在认知与非认知因素参与下进行的发现科学现象、理解科学知识、验证科学结论的操作活动与思维活动。做侧重于动手、操作、体验、经历与实践，主要指具有实践特质的科学活动，表现出个人的、主观的、感性的、淡化是非的特征，是有意思的科学学习；思侧重于动脑、思考、思路、思维与思想，主要指具有理性特质的科学活动，表现为公共的、客观的、理智的、强化是非的特征，是有意义的科学学习。儿童的科学学习理应是有意思的做与有意义的思相互作用的过程，并不断从有意思走向有意义。做是思的外化表征，思是做的内化引领，两者互为内外，始于手脑，发于做思，现于身心，成于共生。

“做科学”强调手脑并用和启思明理。真正有发展意义的做，与其说是外在的身体器官的动作，还不如说是外在的身体动作与内在的心理结构相互对象化的过程。也就是说，在做的过程中，儿童将操作工具运演于活动对象，并在运演过程中融入已有的知识经验和心智能力，同时活动对象与过程又以心理感受、经验再造、观念意识等形式丰富儿童的心理结构，同化与顺应儿童原有的认知经验和心智能力。“做科学”具有身心合一、具身体验、环境支撑、经验沉浸、统觉联生、知行相伴等特征，这样的学习让身心适得其所，不再疲倦，进而形成身心互益的良性循环。“做科学”改变着知识的获取方式与呈现样态，化离身为具身，化抽象为直观，化结果为过程，化静态为动态。同时，“做科学”也改善着科学学习方式，化被动接受为主动探究，化统一学习为个性化学习，化离身思辨为具身体验，化半脑学习为全脑学习。

2.“做科学”的特征。

工具的直观性与多样性。在“做科学”的课堂中，教师要充分考虑儿童的心理发展特点，多开展一些事实性、操作性的活动，通过开发和运用直观器材与工具，寻找科学概念在现实中的模型，通过操作使抽象知识直观化、形象化，从而便于学生理解。另外，科学是一门实验性学科，科学实验需要采用专门的仪器，在工具上具有明显的多样性特点。

内容的趣味性与情境性。做能彰显内容的趣味性，契合教学的活动性，满足儿童好动的天性。当儿童产生兴趣时，思维就会活跃，情绪就会高涨，行为就会持久。另外，“做科学”还富有情境性。杜威强调“教学要从具体开始”，这意味着在学习新经验时，教师需要关注儿童已有的经验和体验，要创设儿童所熟知的问题情境，使抽象的科学生活化、形象化。

过程的探究性与体验性。首先，探究既是科学学习的目标，又是科学学习的内容。“做科学”以现实问题为载体，以操作为手段，指导儿童自主探索与解决问题，其过程具有探究性。其次，“做科学”注重体验。学生在做中反思发生了什么、是怎样发生的、为什么会发生，通过身、脑、心有机统整产生丰富的、有结构性的、具有新意义的体验。“以身体之”是经历，“以身体之，以脑思之”是经验，“以身体之，以脑思之，以心悟之”才是体验。

结论的确定性与深刻性。首先，小学科学实验多为模拟实验，所要探索验证的结论具有确定性，做往往是再发现的过程，做的目的明确、过程可控、结论可验证。教学中，教师要合理安排做的进程，精心设计做的步骤。其次，做的结论具有深刻性，实验中既要注重实验现象的观察，也要注重对实验过程的提炼与概括，不能让认知停留于表象。

思维的参与性与创新性。与做相契合的思维形态为动作思维与具象思维，这两种思维体现了思维的参与性和创新性。动作思维与当前正在感知的对象紧密关联，问题解决的思维方式主要依据当前的实际操作与直观感知，而非表象或概念。具象思维以操作的物象为媒介，对事物进行具象化操作的过程，往往彰显着思维的创造性。

二、“做科学”的理论基础

1.具身认知理论。

具身认知理论认为，认知是心智、身体与环境三者相互作用的过程，且身体的所处环境、生理结构、活动状态、感知形式等都参与认知活动并影响认知过程。这无疑挑战着以“计算—表征”为特征的非涉身认知理论。非涉身认知理论把认知过程看作是大脑对符号系统的运演过程，是独立的、外在的抽象表征过程，将身体视为被动的躯体，身体仅仅是由大脑支配的外界信息的接收器和简单操作的机械手。其实，心智是身体中的心智，身体是心智中的身体，认知活动是在由认知主体、身体和环境所构成的动态系统中完成的。

因此，教师要引导学生在生活中学习，在互动中学习，在合作中学习，在活动中学习，在实践中学习，在探索中学习。让儿童身体进入教学场域，打通各种感官的隔阂，让感知通道相互挪移，进而体察声音的视觉、体验颜色的触觉、体悟动作的听觉、体认操作的嗅觉，使得“身体—心理”活动相伴而生，进而实现对学习内容的深度理解。学习活动中身体的参与意味着要发挥身体的主观能动性，用自己的身体去做、去体察、去经历，用自己的心灵去思、去感悟、去内化。这既是理解知识与内化知识的需要，也是激发生命活力与促进生命成长的需要。

2.儿童经验理论。

经验作为名词，是指由实践得到的知识或技能；作为动词，是指体验、经历。在教育领域，布鲁纳认为教学过程应是“已有经验—动作表征（直接经验）—表象表征（印象经验）—符号表征（符号表象）”的经验获得过程。泰勒认为经验是一种相互作用，这里所说的经验不同于教师开展的教学活动，也不是学科知识，而是儿童与使其发生认知反应的环境中的外部条件之间的相互作用。

近现代强调经验在教育中的巨大作用的首推杜威，他认为：教育就是经验的改造和重组。这里的经验包含经验的过程和经验的事物两重含义，表明经验是活动与过程的结合体。杜威强调经验是人能动地与所处环境相互作用的过程，该过程整合了观察、实践、意志、情感等理性因素与非理性因素。从学习的角度看，儿童的经验可分为自然学习经验、非正式学习经验和结构化学习经验。自然学习经验是儿童在日常生活中自主选择与萌发的经验，是未经预设的；非正式学习经验是儿童在成人引发的学习活动中形成的经验，成人会依据自己的经验进行某种程度的干预；结构化经验是儿童在由成人为其预设的正规的学习活动中所形成的经验，需要成人给予一些指导。具体到科学学科，科学课程不仅是抽象的符号世界，更是蕴藏着丰富教育意蕴的经验世界。儿童不仅是认知主体，更是经验主体。因而科学教学理应承担促进儿童科学活动经验生长与积累的重任。

3.实践活动理论。

学习作为个体基于对符号知识和经验知识的理解，探究外部世界并建立与客观世界之间关系的活动，本身就是一种特殊的实践样态。按照马克思主义哲学的观点，实践活动是主客体通过中介发生相互作用的过程。就实践与认识的关系而言，实践决定认识，认识对实践具有反作用和指导作用。人类的实践与认识的关系是如此，儿童科学教育中的实践与认识的关系也是如此。

科学教学实质上是科学活动，科学活动就形式而言，包括外在活动和内在活动。外在活动的工具是身体与双手，内在活动的工具是心理与大脑。外在活动是主体与客体之间相互作用和对象化的过程，具有外显性。内在活动是主体在大脑中进行的思维与建构的过程，具有内隐性。外在活动是看儿童做的内容以及做的品质，内在活动则是看儿童思的内容以及思的品质。科学活动强调通过儿童的内外活动来经历科学，进而促进科学素养的形成与发展。否则，在实施上就会出现异化：一是把活动囿于外在活动和感性认识，致使活动浅化与窄化；二是把儿童所做的一切都称为活动，致使活动泛化。

三、“做科学”的价值取向

1.符合儿童认知规律。

不同年龄段的学生对活动比例的要求是不一样的。年龄越小，活动比例越大，年龄越大，活动比例相对较小。杜威把儿童学习分为三个阶段，4～8 岁为通过活动而学习阶段，学的是“怎样做”，方法是“从做中学”；8～12 岁为自由注意学习阶段，这时可以学习间接知识，但间接知识必须整合在直接知识中；12 岁以后则属于反省注意阶段，学生开始掌握系统性和理论性的知识及其变化规律。可见，“从做中学”主要集中在前两个阶段。这与皮亚杰的认知发展阶段理论相契合，该理论将儿童心理发展的研究引入认知领域，把个体的认知发展划分为四个阶段，即感知运动阶段（0～2 岁）、前运算阶段（2～6 岁）、具体运算阶段（7～11 岁）和形式运算阶段（12 岁开始），每个阶段不能跨越，也不能颠倒。小学生处于前运算阶段和具体运算阶段，他们的做还应兼顾思维的两个方面：思维加工能力和思维加工材料。思维加工能力即心理操作能力，思维加工材料则指物象、具象、形象、表象、抽象等不同形式的表征系统。

儿童认知以具体形象思维为主，其认知特点决定了我们的教学要充分利用儿童的各种感官和已有经验，通过各种形式的感知，丰富儿童的感性认知和直接经验，使他们获得生动的表象，从而使其思维加工能力与思维加工材料相匹配，使知识的发生与发展始终和行动联系在一起。“做科学”提倡为儿童创设学习情境，鼓励儿童在科学情境和日常生活中寻找问题，其目的是让儿童在“做科学”中体验科学探究和科学发现的过程，并通过发现问题、猜想假设、动手实践、收集证据、解释讨论、得出结论、表达分享等活动，发展儿童的科学素养。因此，“做科学”这种由外而内的学习过程，符合儿童的认知与学习规律。

2.契合儿童科学特质。

30 多年来，国际科学教育先后经历了从“知识的科学”到“过程的科学”，再从“探究的科学”到“实践的科学”的转变，这种转变体现了人们对科学本质理解的深化。科学教育的实践转向更加凸显了儿童亲身经历以实践为主的科学活动过程的重要性和必要性，珍视儿童个体在科学活动中的独特感受与经验生成，让儿童在多元的科学实践中体悟科学现象、理解科学事实、探索科学规律。科学教育的实践取向不仅传承了科学探究活动（解释“为什么”），也包含了工程技术活动（解答“怎么用”），其核心是围绕问题进行基于证据的解释。因此，科学实践可概括为三方面的活动：取证、解答与评价。取证是指在真实世界中通过实验、测量等做的手段来收集数据、检测方案，解答是通过猜想、推理、估算、预测等活动来作出解释、设计方案，评价贯穿于取证和解答的过程中。因此，科学实践包括四个方面：理解科学解释、产生科学证据、反思科学知识、富有成效地参与科学活动。实践的科学体现了“学科学”与“做科学”的统一，契合了科学课程的特质。

整合是当今国际科学教育实践转向的重要途径，旨在实现科学实践与概念理解的相互促进，渗透对科学本质的理解以及科学、技术、工程与社会等之间的跨领域整合。小学科学课程内容在原有的物质科学、生命科学、地球和宇宙科学三大领域的基础上新增了工程和技术领域，突出了科学的整体性、综合性和应用性。这一方面使得科学课程既包含了自然世界，也包含了人工世界，内容更加综合和全面；另一方面工程和技术领域为其他三个领域科学知识、科学方法的综合运用提供了多元的问题情境和广阔的活动场域，强化了四个领域之间的联系。可以看出，小学科学追求的是一种跨领域的综合学习。

3.切合儿童完整学习。

“做科学”旨在让学生享受完整的科学学习过程，在这样的学习过程中知识的构成要素发生了变化，知识不再是静态的、结论性的、符号表征的经验系统，信息、体验、情感、理解、互动、技能、态度和价值观等都成了知识的要素。“做科学”追求的是一种真实而完整学习的样态：学习者多种感官主动打开，在“问题—情境”的学习场域中操作体验、理解内化、探索未知乃至创造知识，形成意义建构的、属于自己的知识结构，丰富具有个性特色的精神图式，成为一个具有完整生命的个体。

完整的学习是为了培养完整的人，完整的学习具有多维化、结构化、情境化的特征。学习的多维化特征承认视觉型、听觉型和动觉型的学习类型，允许学生以擅长的方式进行学习。学习的本质是同化与顺应，在同化与顺应的过程中把知识打上个体的烙印，并将知识依照自己建构的方式纳入已有的知识结构，这样的知识是融入身心的，且存在于行为中，表现在言语中，彰显在交往中，蕴含在身体上，回味在体验里。学习的结构化要求体现知识间的联系、相互作用以及因果关系，并完善知识的层次，由基本到高级，由简单定义到复杂系统，形成结构化知识网络甚至结构化思维网络。这样的知识才能够用于实践、解决问题，并克服知识散装、迁移性差的弊端。学习的情境化是指以问题或任务为中心构成活动场域，在这个场域中完成知识的理解、探索甚至创造的过程。知识只有在情境以及情境活动中才更加形象具体、更加鲜活有趣。这种情境有自己的特点：一是完整的情境，贯通于整个教学过程；二是情境要有真实性或现实感。教学以生活实践情境和学习探索情境为载体，这就回归了知识生产过程的本源，还原了知识应用的实际过程，符合知识再生产过程的规律。

劳动创造了手，手的发展又塑造着人的大脑。手是意识的培育者，也是智慧的创造者。因此，在教学中，教师应尽可能地把儿童畅想的创造性和现实构想的操作性有机结合，促进做与思的有机融合，让儿童在做与思的相互循证与迭代中自我丰富、建构、完善与创新。此时，儿童还是那个儿童，但儿童已经不再是那个儿童。