从“科学探究”到“科学探究与实践”

2023-03-08李丽，马勇军

化学教学 2023年2期

李丽，马勇军

摘要：《义务教育化学课程标准（2022年版）》中凝练的“科学探究与实践”是对以往“科学探究”的进一步发展。对2022年版化学课程标准中“科学探究”相关内容进行解析，以明晰作为学习方式的“科学探究与实践”的新内涵，厘清2022版化学课标中“科学探究与实践”变化的具体特征，这对探讨学科核心素养与实践育人取向下探究教学的进一步发展尤为重要。

关键词：科学探究；科学探究与实践；义务教育化学课程标准

文章编号： 1005-6629（2023）02-0011-06 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

科学探究一度被视为科学学习的有效方式，这种认识也深刻地影响了我国的基础教育改革。2001年我国颁布的《全日制义务教育化学课程标准（实验稿）》明确提出“将科学探究视为课程改革的突破口”［1］，此举奠基了科学探究在我国化学教育中的重要地位。《义务教育化学课程标准（2011年版）》进一步体现科学探究的重要价值（以下简称“2011版化学课标”）［2］。

随着科学教育实践和研究的发展，目前“科学实践”替代“科学探究”成为国际科学教育界关注的一个研究热点。《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称“2022版化学课标”）中也将“科学探究”改为“科学探究与实践”，“学科实践”“探究实践”“跨学科实践”等围绕科学探究而衍生的概念在2022版化学课标中多次出现。“科学探究与实践”的具体内涵是什么？从“科学探究”到“科学探究与实践”有怎样的变化？如何实现从“科学探究”到“科学探究与实践”的教学转型？针对这些问题，有必要对2022版课标中“科学探究与实践”进行深度分析，以明晰科学探究在学科素养背景下的新发展。

1 2022版化学课标中“科学探究与实践”内涵剖析

基于学科核心素养发展要求，2022版化学课标明确指出，“科学探究与实践”是学生经过该阶段的化学学习后所应达成的发展目标，从这个意义上来看，它是化学学科核心素养的重要组成部分。本文主要探析作为学习方式的“科学探究与实践”对“科学探究”的新发展，从这个意义上来说，“科学探究与实践”主要包含科学探究、学科实践、跨学科实践三方面。

1.1 科学探究

2022版化学课标中将科学探究视为“收集证据和作出解释，进行发现、创造与应用的科学实践活动，也是获取科学知识、理解科学本质、认识客观世界的重要途径”［3］。科学探究作为获取知识的途径，一般涉及提出问题、获取证据、对证据进行解释、反思评价及交流等要素。作为一种重要的科学实践活动，科学探究一般分为实验探究、调查探究和交流类探究三种不同类型。其中，实验探究在化学科学探究中占有重要地位。

1.2 学科实践

科学探究的本意在于让学生通过模仿科学家探索研究的过程，体会知识的创生、验证和交流，帮助学生增进对知识的理解与运用。但在化学学习中，还有一些探究性不强但学科性、实践性突出的活动，这样的活动可以认定为学科实践。2022版化学课标聚焦学科育人方式的转变，探索与素养目标和内容结构相匹配的、学科典型的学习方式，推进以学科实践为标志的育人方式变革［4］。如何使化学学习更好地体现学科特征，反映学科魅力，是学科实践的追求所在。2022版化学课标中的学科实践主要表现为非探究性的化学实验活动以及基于化学知识学习与应用的实践活动。

1.3 跨学科实践

学生发展核心素养既包括学科素养也包括跨学科素养。2022版化学课标注重发挥协同育人理念，重视融合各学科教学以促进学生核心素养的发展。跨学科实践是综合多学科知识和方法，指向复杂问题解决的多维学习方式。跨学科实践强化的是实践活动的跨学科性，它超越了单一的化学学科视角，致力于推进多学科知识和方法的融合与转换，以促进学生复杂真实问题的解决。

科学探究与学科实践、跨学科实践是化学学科中“科学探究与实践”的具体表征。科学探究强调学生从未知出发的探索，在探究活动展开之前，学生不知晓探究活动的具体结果，通过自己的探索、实验、分析等过程，实现对科学知识和科学观念的理解。学科实践与跨学科实践更关注学生在探究过程中的亲身体验，更加重视学生将“身心”置于具体实践活动中的感知觉、情感意志、心智功能等的协调配合［5］，即学生在实践活动中认知、社会、行为、文化等多維度的活动状态［6］，从而完成对学习者本人“独一无二”的学习体验。总体来说，三者之间并不是截然分离的，始于未知的探索与亲身体验并不矛盾，二者可以集中统一于学生具体的探究实践活动中；而学科实践和跨学科实践本身都需要学科知识、学科思维、学科方法及共同体现科学领域的方法和态度等的综合运用，因此二者有时也不存在非此即彼的界限。

2 2022版化学课标中“科学探究与实践”变化的特征

2.1 “科学探究与实践”目标：指向学科核心素养的发展

化学课堂教学的价值取向大致经历了3个发展阶段，即“知识取向”“能力取向”和“素养取向”［7］。2011版化学课程标准体现“能力取向”，重视学生亲身经历科学探究过程学习化学知识的同时，发展学生的科学探究能力。核心素养理念的提出使得2022版化学课标转向了“素养取向”，提倡“重视开展核心素养导向的化学教学”，更多使用“探究实践”替代了“科学探究”。素养本身具有的不可传递性，决定了学生素养的发展不能仅依靠简单的“动手”参与，更需要个体在复杂问题解决中通过具身性参与以实现个人认知、思维发展、情感体验等融合，由此才能使个体获得独特的多维体验与发展。由此，学生素养的发展必须依托于能动的实践活动，科学探究与实践活动的操作性和综合性特点，决定了其在培养化学课程所要求的核心素养，以及发挥化学课程全面育人功能等方面具有不可替代的作用［8］。

2.2 “科学探究与实践”设计：更重视活动情境的真实性和实践性

知识形成、产生于实践活动，其形成、产生总是有一定的背景的，脱离实际活动和背景的知识是孤立的、“死”的、没有生气，难以掌握，难以发挥育人作用的［9］。相比于2011版化学课标中的“学习活动建议”，2022版化学课标中设置的学生活动既注重与学生现实生活紧密相连，还与社会可持续发展问题、与化学有关的社会热点问题、现代科学发展前沿有着密切联系，如“调查我国探月工程和载人航天工程（如神舟系列飞船）中所研发的新型材料”“围绕我国碳达峰、碳中和的目标开展讨论，体会我国对推动构建人类命运共同体的责任和担当”“参观工厂或采访企业家、工程技术人员，调查我国重要化工类产品的生产成本、经济效益、绿色环保发展策略等”，紧密结合了当前我国航天事业的新发展及全球变暖背景下我国推进绿色发展的责任担当，体现出2022版化学课标倡导学生从多维度的真实情境开展探究活动，以实现学生的科学探究与实践能力的全面提升。

此外，2022版化学课标还注重凸显探究活动的实践性。其中，以项目式学习为依托的学科实践活动，注重多场域的探究与实践，如“走进社区调查垃圾分类及处理的具体做法和遇到的问题”“在家务劳动中感悟化学原理，绘制反映劳动过程和其中所含的化学原理的思维导图”等活动，拓展了学生探究与实践活动的空间。同时，2022版化学课标中设置了10项跨学科实践活动，并明确规定跨学科实践活动的开展不能少于本学科总课时的10%。2022版化学课标中的跨学科实践活动涉及制作模型、组装使用、设计自制多种实践活动方式，使得学生的探究理解、方法学习与综合问题解决能力等的发展在实践活动中实现了统一。跨学科学习活动及项目式学习活动的设置，不仅加强了学科间的相互关联，同时还超越了传统的知识授受和探究的学习方式，更强调学生通过亲身实践获得知识、理解知识、应用知识，超越科学探究的学科界限，使学科的核心观念、科学方法等得以相互联结。

2.3 “科学探究与实践”过程：更强调化学学科思维

化学思维是化学探究实践活动的灵魂［10］。经过二十年的化学科学探究教学实践，我们能够清楚地认识到科学思维在科学探究中的核心地位。2022版化学课标中将“科学探究与实践”和“科学思维”共同体现作为科学课程重要组成部分的核心素养的“领域特质”［11］。同时，在课程内容中明确指出“模型建构”和“实验探究”是化学科学研究的基本方法，确立了“模型构建”与“实验探究”在化学科学研究基本方法中的同等地位。在初中化学学习中，科学思维往往包含两方面［12］：一是科学研究领域的一般科学方法，即运用分析、推理、综合、归纳等对化学问题展开思考和判断，进行质疑与批判；二是从化学学科的角度，通过观察、实验等手段获取化学事实、进行证据推理，从宏观、微观、符号相结合的视角揭示物质及其变化的规律，解决化学问题。“模型构建”与“实验探究”作为化学研究中广泛采用的方法，所体现的便是具有化学学科特征的认识方法和思维方式。此外，2022版化学课标重视以活动为依托将学生思维外显化，如“观察水的三态变化和水分解的实验现象，并用图示表征变化的微观过程”活动中，学生不仅需要从分子水平构建对化学变化的理解，同时还需以图示的形式将隐性的思维理解外显化。

2.4 “科学探究与实践”内容体系：更关注与学科本质的耦合

没有任何一种科学方法是独立于相关的科学知识而存在的，且学科不同，科学知识与科学方法之间的联系便是不同的［13］。2022版化学课标基于大概念，遴选学科重要观念、主题内容和基础知识，优化课程内容的设计，从化学物质知识的内容、获取化学知识的内容、化学物质知识价值的内容三方面构建学科的学习主题［14］，以落实化学课程的育人功能。在对2011版化学课程标准中“科学探究”主题继承的基础上，2022版化学课标重新调整主题内容结构，设立“科学探究与实验”学习主题，全面呈现科学探究与化学实验的重要内容，为学生参与科学探究与实践活动奠定了知识、能力基础。将两版化学课标中“科学探究”内容主题进行对比后发现，2022版化学课标中“科学探究与化学实验”主题不仅在表述上不同，二级主题内容也进行了调整，体现为以下特点：

一是“科学探究与实验”主题的学习更注重凸显学科本质。2022版化学课标新增“化学学科本质”“化学实验探究的思路与方法”等多个二级主题内容，以加强作为研究方法的探究与学科本质之间的深度耦合。其中，“化學学科本质”从学科特征、学科方法视角、学科价值、科学态度与精神多方面对学生的学习提出了基本要求，有利于增强学生对化学科学探究价值取向的进一步认识。这一部分内容的设置，不仅凸显了科学探究的学科本质，同时也使得化学科学研究的基本方法得以与具有普适性的科学探究相区分。此外，实验探究在不同学科中的特性及意义是不同的。“化学实验探究的思路与方法”特别凸显了控制变量和对比实验两种实验设计方法，使得我们关注化学实验探究与物理、生物等学科实验得以区别的独特性。

二是“科学探究与实验”的内容渗透在各个主题的学习中。2022版化学课标中的每一内容主题下，既有对大概念、学科核心知识的具体要求（内容要求），又有学生在该主题学习过程中应达到的能力要求（学业要求），还从教学策略建议、情境素材建议、学习活动建议三方面（教学提示），以科学思维、实验探究、项目式学习、真实情境等多维度全面引导教师把握主题内容的教学价值。此外，各主题的内容要求中还包含了基本思路与方法、重要态度，以及学生必做实验及实践活动等维度的要求（见表1）。由此，科学探究与实践中所蕴含的研究方法、科学态度等，以及科学探究与实践的各类活动得以与学科主题内容知识紧密结合，有利于学生逐步完善对整个学科的完整认识，促进学生学科核心素养的发展。

2.5 “科学探究与实践”中的实验教学：追寻实验本身的教育价值

实验教学本身就是化学教育的重要内容，而不仅仅是辅助的教学手段和探究方法。实验教学在培养学生探究技能、探究能力以及科学态度和方法中具有不可替代的作用，为学生参与复杂的实践活动奠定了素养基础。将两版课标中的“基本实验技能要求”进行对比发现，2022版化学课标中新增实验安全防护措施使用及撰写实验报告的技能要求，具体表述为“熟悉化学实验室安全警示标志，学会正确使用安全防护设施，学会妥善应对实验室安全问题的必要措施”“初步学会观察实验现象，并如实记录、处理实验数据，撰写实验报告等技能”［15］。

实验安全教育应是实验教学中的重要内容，但在以往的实验教学中安全意识的培养并未受到足够的重视，使得学生在实验操作中并未将安全、规范操作置于首位。2022版化学课标不仅在主题内容中新增“熟悉实验室安全警示标志、安全防护措施的使用”等实验安全内容，还指出教材编写在关注实验探究内容的选取时，要高度重视实验安全意识的培养。实验教学中安全操作、实验室安全规则等内容在教育教学中的渗透，能够引起学生对实验安全、规范化操作的关注，帮助学生获得实验安全知识、应对实验安全问题的必要技能，并逐渐养成良好的实验习惯。

此外，实验报告作为化学实验的一部分，其对学生核心素养发展的作用不容忽视。实验报告的撰写不仅需要学生能够正确开展实验活动，而且要求学生能对实验过程进行再认识，对收集到的信息进行分析、推理，明晰实验操作过程中所蕴含的原理。在撰写实验报告这一过程中，学生得以建立起观点、证据、结论三者之间的逻辑关系，实现从“动手做”实验到“动脑思考”及“动笔记录”的转化。同时，撰写实验报告还要求学生能够对实验现象进行客观记录、基于证据事实进行客观推理，这也有利于学生养成严谨求实的科学态度［16］。

3 从“科学探究”到“科学探究与实践”的教学转型策略

3.1 重视多样化活动的开展，促进学生核心素养的发展

学生核心素养的形成和发展离不开科学实践，又在实践活动过程中表现出来。教师应充分认识到科学探究、学科实践、跨学科实践三种活动所具有的不同教育价值，组织学生开展多样化的探究实践活动。教师可结合教育目标有针对性地选择活动类型，并结合实践活动类型灵活分配学生各环节活动的进行，打破探究实践的时间和空间结构，将探究实践活动向课外拓展，鼓励学生采用丰富多样的探究方式获取证据、解决问题等，让学生在做中学、用中学、创中学的过程中发展核心素养。如调查与交流类探究活动，教师可引导学生利用课下时间，通过实验、访谈、现场调查、网络等搜集资料，课上汇报交流、讨论等形式。

3.2 以真实性活动任务为依托，推进科学探究与实践在教学中的落地

探究实践在教学中的具体落地，关键在于教师能够将实践活动置于真实性任务中，即教师选择的活动任务应是现实社会中真实存在的问题，可以是产品的设计、制作等，以真实性任务驱动学生主动参与和亲身实践。真实性任务所具有的复杂性特点，决定了任务的解决需要学生在调查分析、推理与思考的基础上，综合运用多学科内容和思维方式解决问题。同时真实性任务往往对学生来说有一定的难度，学生需要团结协作和尝试多种手段及方式进行探索。由于学生基于个体的生活背景、经历及能力的而不同，在参与真实性任务解决的过程中所运用的研究视角、解决方案各不相同，每个学生在参与过程中都能提升自己对知识应用和迁移的适应性，发展运用多学科知识解决复杂问题的能力。

3.3 将学生活动与学科大概念相整合，推进学生对学科的理解

科学实践总是与科学知识相融合，不存在脱离学科知识的探究与实践。无论是学科实践还是跨学科实践，都需要回归学科知识基础、学科本质，才能真正发挥科学探究与实践的教育价值。2022版化学课标中学习内容主题下的学科大概念具有概括性和普遍性，能够明确地显示出该主题内容的本质，为学生在实践活动中的问题解决提供思考方向和认识视角。因此，教师可围绕学科大概念设计可供学生探索的学习任务，让学生在多环节的探究中建构起对学科观念的理解，形成独特的认识视角，为学生真实问题解决能力及知识迁移能力的发展奠定基础。

3.4 充分利用问题设计与评价，引导学生学科思维发展

思维是衔接不同维度素养的核心，多维素养的发展需要以思维的发展为基础。无论是作为教与学的活动过程，还是作为育人目标，科学探究都以科学思维为核心［17］。始于问题的探究是调动学生思维的关键。教师可以通过设计不同层次基本问题的追问，引导学生在推进问题探究的过程中，经历逻辑思维的层次性。此外，对学生在探究实践活动中的思维参与进行评价也能促进学生积极运用科学思维处理问题。但是，学生在探究实践过程中的思维活动往往是内隐性的，教师无法通过直接观察学生的表现来对学生的思维活动进行判断。因此，能够使学生思维活动外显的任务设置对科学探究评价尤为重要。教师可通过设置作图、汇报交流、操作等活动，将学生的抽象思维显性化，并基于学生个性的特点及发展及时予以评价，以及时强化学生的积极思维活动表现。

3.5 注重科学实验的教育价值，落实实验安全教育

化学实验教学的有效实施是化学学科学习的基础，也是学科育人功能实现的重要保障。当前2022版化学课标强调学生的学科实践、素养发展，并不意味着可以忽视科学实验在化学教育中的价值和意义。在實验教学中，严谨求实的科学精神、探究问题的欲望固然不容忽视，但也要注意实验的安全意识与安全事故处理能力的培养。教师可通过真实实验事故案例的呈现，加强学生对规范实验操作的认识；借助安全实验清单帮助学生将实验安全事项烂熟于心；在正式开展实验之前帮助学生了解每种实验仪器、药品等所需实验物品的特性及注意事项；实验过程中引导学生将安全操作要点应用到具体的实验操作中，以实现实验安全意识在实验教学中的多维渗透。

新课标将“科学探究与实践”作为学科育人方式持续优化的突破口，既对科学教育中的“探究”认识有了进一步的突破，同时也为学科育人背景下“如何通过化学课程培养全面发展的人”这一问题指明了方向。当然，科学探究与实践在化学课程中的落实并不是件容易的事，它对教师素养、课程开发、校本教研、教学实施等都提出了更高的要求，今后我们仍需不断探索，加强研究。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部制定. 全日制义务教育化学课程标准（实验稿）［S］. 北京：北京师范大学出版社， 2001.

［2］中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准（2011年版）［S］. 北京：北京师范大学出版社， 2012.

［3］［15］中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准（2022年版）［S］. 北京：北京师范大学出版社， 2022.

［4］崔允漷. 学科实践，让“自主、合作探究”迭代升级［EB/OL］. 2022-04-21［引用日期2022-09-23］. http：//www.moe.gov.cn/fbh/live/2022/54382/zjwz/202204/t20220421_620105.html.

［5］黄恭福，邹海龙. 科学实践： “科学探究与创新意识”核心素养的意蕴［J］. 化学教学， 2020，（10）： 3～7+13.

［6］林兆星. 科学教学如何实现从科学探究到科学实践的转型［J］. 课程·教材·教法， 2020， 40（3）： 65～69.

［7］［8］［14］郑长龙，迟铭. 从理念看变化：《义务教育化学课程标准（2022年版）》解析［J］. 教师教育学报， 2022， 9（3）： 129～136.

［9］吴俊明. 刍议新阶段我国基础教育化学课程的发展走向［J］. 化学教学， 2021，（7）： 3～7.

［10］吴俊明. 关注化学思维研究化学思维［J］. 化学教学， 2020，（3）： 3～10+49.

［11］义务教育化学课程标准修订组. 促进基础化学教育高质量发展——义务教育化学课程标准（2022年版）解读［J］. 基础教育课程， 2022，（10）： 53～60.

［12］房喻，王磊. 义务教育化学课程标准（2022年版）解读［M］. 北京：高等教育出版社， 2022： 64.