中小学科学教学中的观察

摘 要 科学观察作为科学学习活动的重要部分，对于提升中小学学生科学知识学习、技能发展、核心素养培育具有基础性意义，但是在实际教学中却认识不足、关注不够。通过从如何认识科学观察、如何有效地开展科学观察、如何提升科学观察的水平等方面进行初步探讨，以期为广大一线科学类学科教师提供一定的参考和启示。

关  键  词 科学观察 核心素养 思维发展

引用格式 任建英.中小学科学教学中的观察[J].教学与管理，2022（05）：40-42.

《普通高中物理课程标准（2017年版）》提出了要培养学生的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等核心素养。四个核心素养作为一个有机的整体，彼此之间存在着重要联系，当学生参与到一项具体的物理学习活动或任务中，四个核心素养均发挥作用，同时，作为参与者的学生在四个核心素养上都会得到相应的发展。而观察或者说科学观察作为科学学习活动中一个重要环节，在实际的教学中，仍然存在着学生不知道如何有效观察，教师缺乏对科学观察的全面认识，以及科学观察指导方法不足等问题。这直接影响了科学学习的成效，也折射出教师对科学本质的认识不足，不利于学生正确科学观的形成和科学素养的培养。

2018年，经济合作与发展组织（OECD）在课程图谱分析项目（CCM）科学内容中融入了认知性知识。认知性知识是一种在科学知识构建过程中必不可少的关于构造和特征定义的知识（如假设、理论和观察），以及它们如何在证明科学知识的过程中发挥作用的知识。国际数学与科学趋势研究（TIMSS）将学生的“观察与测量”作为科学探究能力测评的五大目标之一，包括观察记录、简要叙述观察过程等。在此，我们重点探讨科学观察的问题，即面对中小学生的科学学习，什么样的观察才是有效的观察？学生应该怎样进行科学观察？观察的种类有哪些？进而初步探讨科学观察的不同水平。

一、科学观察的内涵

科学观察是学生获取事实、信息、资料的重要手段，而这些事实、信息和资料又将成为科学推理、科学思维的重要基础和支撑。观察和经验能够并且必须大幅度地限制科学概念的范围，但其不可能单独决定这种概念的特定实质，因为其中总是有一种明显的随意因素，包含个人与历史的偶然事件在内。

1.科学观察并非科学学习的目的

科学观察不是科学发现的起点，而是支撑，是引导。在学校里，常常使观察在理智上不起作用的原因是，进行观察却没有带着通过观察来确定和解决的有意义的问题。在小学，几乎是任意选择一些事物（苹果、书桌、粉笔）的形式和属性来观察，或者类似的观察针对几乎同样任意选择的树叶、石头、昆虫。在中学，观察在实验室中和显微镜下进行，就好像积累观察到的事实和获得操作技术就是教育自身的目的。

2.科学观察与记忆、想象和思维并行

观察是一个十分复杂的过程，实际上是已有认识和理论决定我们能够观察到的东西。也就是说，学生是带着个人的思维和知識背景去对待观察和观察结果，以及进行观察结果的记忆和呈现，并开启新的观察任务。经过认真思考的观察至少是思维的一半，另一半则是采纳和认真考虑多种多样的假设，特别是那些隐蔽的特征需要揭示、强调并且使之明朗化。在这一过程中，观察、记忆、想象和思维是伴随着、交叉着发生的，相互支撑与推进，在顺序上没有先后之别。

二、科学观察的有效性

1.观察应该包含主动的探索

观察是一个主动的过程。观察是探索，是为了发现以前隐蔽或未知的东西，并通过这些东西来达到某个实际或理论的目的。观察必须具有目的性，知识开始于观察，但我们并不满足于所观察到的东西，还想探究不能直接观察到的事物。思维运算能把观察到的资料联接起来并加以说明，以推测未观察到的事物，如物理学家从磁针的偏转推论出导线中有一种叫做电的不可见的实体。

2.观察应当激发学生兴趣

把一个儿童注意一个故事所有显著特征时的安逸和全神贯注，与他观察某种呆板的、静止的、绝不会引起问题或使人联想起其他可能结果的事物时的吃力和坐立不安进行对照，是大不相同的。比如，学生对于播下种子和观看其生长阶段抱有极大的兴趣，主要是因为这种事实是在他们眼前演出的一幕戏剧。要把植物和动物看作有行为、做某事的活的生物，而不是把它们仅仅看作毫无生气的样本，把那些静态属性加以编目、命名和登记。如果用后一种方式来对待，那么观察必然要沦为单纯的列举和分类编目。

3.观察在性质上应该是科学的

观察起初是为了实践目的或者单纯为了看和听的乐趣，但最终要转变为含有某种理智的目的。正确的科学观察是为了：发现他们面临什么样的困惑;对观察到的疑难特征加以推测，并提出假设性的解释;检验由此联想到的想法。这样一种认识体现了科学及其科学研究的本质，正是“像科学家一样思考与实践”。

三、科学观察的种类与策略

通过科学史，总体可以梳理出以下几类科学观察：第一类是广泛的观察，即宽泛的、不太精确的观察，对于使学生感到探究领域的实在性，意识到探究的方向和可能性，并且在头脑中存储一些可能由想象转变为联想的材料来说是必要的。第二类是深入的观察，即紧凑的、精确的观察，对于限制问题和保证实验检验条件来说是必要的。就这两类科学观察而言，后者比较专门化，技术性较强;而前者又比较肤浅、分散。第三类是审美性观察，按照一定的个人兴趣以及审美追求，洞悉自然与科学之美，这可以让人变得锐利。享受看和听的人是最好的观察者。

理论上说，观察方法与策略涉及两个方面，一方面是如何吸引学生的观察和注意;另一方面是教师对于学生观察的指导。第一方面，重在调动学生的兴趣和好奇心。例如如果只从植物的形态特征来看，那么材料的意义就非常有限，变成僵死和呆板的东西。而学生在知道植物像动物一样会呼吸，并且有和肺的功能相对应的器官之后，他们自然就会专心致志地寻找植物的气孔。如果把事物看成是结构孤立的特殊物，而不涉及他们所包含的活动和用途的观念，那么这种学习令人厌恶。对于第二方面：一是明确观察目的，做好思想准备。进行一个科学实验之前，学生必须要对为什么要做实验，以及打算怎样进行有充分的认识，才能把握观察重点，在面对真实的情境抑或开展多因素干扰的实验探究时，排除无关因素的干扰。“实验科学家在他那收藏丰富的实验室里对物质进行深入细致而又无目的的观测，这种情形虽然普遍但确实是荒诞可笑的，特别是当用仪器进行观测时，即便第一个‘初步实验’事先也有许多非实验性的活动、研究、思考和计算。没有这套事先的工作，以高昂代价获得的事实就是没有意义的。”二是运用多种方法，加强观察深度。一种方法是，从整体到局部，再从局部到整体。观察的全面性是客观反映事物属性的前提，应当利用实验培养学生正确的观察。另一种方式是，加强对比。引导学生注重环境、条件的差异和产生的结果之间的区别与联系，积极设计并开展对比实验，以观察所获之证据进行严密推理，得出结论。

四、科学观察的等级

为了促进中小学教师和学生正确认识科学观察，更好地开展科学教学中的观察，现结合相关经验与成果，提出表1的水平划分。

该框架只是初步划分，是一种探索，有时并无严格层级可言，如对于较高造诣的科学观察者，感性观察将是一种高级形式，也是其他类型观察的重要补充。当然，对于中小学生，一般表现为一种低级形式。在实际教学中，不能通过观察形成科学问题，也不能在科学问题引领下进行观察，观察活动更多地沦为程序化的操作模仿。学生观察的机会和权利被剥夺，学生没有亲身经历科学观察的过程，掌握相应的方法，今后如何能够独立、独创地开展科学研究。

对于理智观察，应该处于一种宽泛和深入相结合的模式。广泛吸收一些相关事实，选择少数事实进行详细精确的研究，这样相互交替从而使问题变得明确，使联想到的解释变得有意义。比如，在生命科学中，实地考察、远游、了解生物的自然习惯，是一种广泛观察，同时这种观察可以与显微镜观察和实验室观察等深入观察进行结合或有序切换，这样更有利于形成全面而科学的认识;在物理科学中，对于自然界广阔背景中的光、热、电、湿度、引力等现象，应该在实验控制的条件下，选择一些事实开展精确研究。这样学生不仅受益于发现和检验的科学技术方法，同时促进了他们对实验室中的实验与室外的广大现实相统一的意识，以避免这样的印象：研究的事实仅仅是实验室所特有的。

根据上述讨论，我们可以获得以下启示：一是如果完全漫无目的地乱碰，就只会得到一堆事实，但这些事实与目的的关系却不清楚，反而使学习陷入困境。这就提出一个重要的问题，即如何形成这种目的性。一个重要的思路就是引导学生认识、凝练并提出一个科学的问题或预设。二是提升科学观察的思维品质。科学观察绝不是事实、现象的机械积累，更重要的是归纳、抽象、演绎等思维的參与，从而得出结论以及为获得进一步问题或预设提出新的见解。而且，思维方式与品质也将直接决定所能观察到的东西以及可能得到的结论。三是注重科学观察的有序性。新问题以及针对性的新的观察活动的提出，是反映思维连续性的最好体现。没有有序的观察，没有一个又一个问题的提出与解决，就没有科学思维的深化。对此，信息的供给和理解方式是重要的根本问题。如果信息被过于吝啬或过于慷慨地提供，或者以混乱的次序或孤立零碎地出现，那么对思维习惯就是有害的。

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[责任编辑：郭振玲]

*该文为中国教育学会2020年教育科研“中小学教材研究”专项课题“基于核心素养的中小学科学教材编写策略研究”（2020JYX013413ZB）的研究成果