科學探究究竟探什么

陸啟威

科學探究是學習科學、認知科學的一種重要途徑和方法，也是科學課的核心品質和內在要求。那么，什么是科學探究？我們需要怎樣的科學探究？筆者試從以下五個方面，例談科學探究究竟探些什么。

一、在聯系中導出生成

《道德經》言：“道生一，一生二，二生三，三生萬物?！狈彩露加衅鹨?，萬物皆有一統，普遍聯系是世界的本源和自然法則，認知和探究問題需要在既定的背景和環境下，尋求事物間相容相克的關系，并以聯系為鏈接，形成科學探究的思維路徑，并在這條路徑上探求因果，推導出生成，進而化解問題的癥結所在。比如教學輪軸時，如果僅就輪軸本身來講輪軸，學生聽來索然無味，也不會對輪軸的結構和工作原理有太深的理解和認識，因為輪軸是一個環形結構，或者說是一個變形的結構，從力學上理解它的工作原理很抽象也很費解。為了化解這一難點，老師可以將其和上一節課的杠桿聯系起來，以杠桿的變形來分解輪軸的結構。如下圖：老師用一根杠桿吊起重物，如果把它的阻力點和動力點運行的軌跡畫出來，就是一個弧形（里面是小弧形，外面是大弧形）。如果把這根杠桿轉上一圈，學生就會頓時驚嘆并豁然開朗。因為，這時候很明顯，杠桿運行的軌跡就成了一個輪軸的形狀（里面的圓弧是軸，外面的圓弧是輪）。接下來，學生自然會把杠桿的動力點和阻力點分別與輪軸的輪和軸一一對應起來，從而很容易理解輪軸的結構和省力原理。這種聯系既簡便易行，又很有趣味，使科學探究過程變得自然順暢、輕松活潑。

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二、在經驗中尋求發展

事物是運動的，運動是一切事物存在的基本狀態。所謂“此一時，彼一時”說的就是這個道理。同一事物，在不同時刻、不同地點，其呈現的狀態是不一樣的。這就要求我們在對待問題的態度上要施以發展的眼光，堅持具體情況具體對待。經驗固然重要，但面對事物的發展變化，突破已有認知和超越經驗更是科學學習的必備品質。比如：為了說明“空氣占據空間”，老師在水槽里做一個燒杯倒扣蠟燭的實驗，蠟燭熄滅了，燒杯里的水上升了一大截。一般而言，憑著經驗，學生很容易作出解釋，即：燒杯里的氧氣用完了，所以要有一部分水進入燒杯來填補原來氧氣占據的空間。如何立足經驗，并實現超越和發展，這是需要關注的。只要稍加思考，就會發現經驗性解釋存在很多漏洞和不足。物質發生變化，不是物質沒有了，而是變成其他物質了。氧氣支持燃燒，并不是在支持燃燒時化為烏有，而是變成二氧化碳了?？梢?，燒杯上升的水，不能全部占有原來氧氣的空間，還有一部分空間被新產生的二氧化碳占據了。另外，還有一個師生沒有發現的疑點，就是燒杯里的空氣原來是冷的，當罩住蠟燭時，燒杯里的空氣就變熱了，按理說，冷空氣變成熱空氣體積會膨脹，空氣體積膨脹后，會增大燒杯里空氣的壓力，外面的水不但不能進去，燒杯里面的水還應該被熱空氣擠壓出來才對，水位怎么會反而上升呢？這一連串的追問和質疑，就對我們傳統的解釋形成挑戰和沖擊，但這些追問和質疑卻能把我們的解釋引向理性與科學。

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三、在定論中找準突破

世界是一個矛盾的共同體，任何事物都處在矛盾之中。正是基于這樣的哲學認識，我們在進行科學探究時，要善于打破已有的定論和常規，能夠以矛盾的觀點去審視和甄別眼前的物象及其變化，盡可能換一種視角去質疑和追問有沒有不同的，甚至相反的情況存在。這種事物矛盾性的把握，對準確認識事物的本質和內涵是極其重要的。比如《摩擦力的秘密》一課，學生通過實驗探究，知道了“同一個物體，表面越平滑，摩擦力就越小”。這是絕對的嗎？有沒有不同的情況？如果這是絕對的，那么，雪橇為什么要在凹凸不平的冰面上滑行呢？為什么溜冰場上的冰面也是凹凸不平的呢？只要認真思考，學生就不難理解，在凹凸不平的冰面上滑行時，產生的壓強增加，于是冰的熔點就減低，冰鞋和冰面之間產生了一薄層水，這樣，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、在實驗中引發思辨

真理是需要科學論證的，而科學論證包括兩個方面：一方面是證，即實踐，用事實說話；另一方面則是論，即理論，用規則和道理進行邏輯推理和判定。也就是說，科學論證既有實踐探索，也有思想演繹，是“虛”與“實”的雙向并行。同樣，科學探究中的實驗，也應該從這兩個方面展開。愛因斯坦說過：“實驗既包括物質實驗，也包括思想實驗，其中思想實驗永遠大于物質實驗?！边@是因為，從事任何實踐活動，都需要有嚴謹的邏輯思維和演繹推理，這是促進實踐活動深入開展，并得到有效提升的關鍵。大量實踐證明，活動和實驗并非科學課的標簽，活動的高漲、實驗的豐富也并不一定能成就一節成功的科學課?；顒雍蛯嶒炇强茖W探究的重要途徑和手段，但規范的思維、合理的想象卻是科學探究的前提和基點。由此可見，科學課可以是實驗的探索和活動的體驗，也可以是純粹的邏輯推理和思維歷練。

五、在具體中歸結抽象

科學探究直面問題，而且是具體問題，但是探究的結果卻不能止步于具體問題?！吨芤住は缔o》里說：“形而上者謂之道，形而下者謂之器。”科學探究，旨在通過對具體問題（器）的研究，觸類旁通，推導出同一類問題的共同特點和本質規律（道）。這才是科學探究的價值和本意所在?！笆郎蠁栴}千千萬萬，道理只有那幾個?！敝灰覀冋莆樟四菫閿挡欢嗟膸讞l道理，我們就找到了解釋一般問題的方法，于是，便會從容面對一切問題的挑戰。

比如教學《蠶的一生》一課時，很多老師都讓學生仔細地觀察和記錄蠶脫了幾次皮？每次相隔多少時間？每次脫皮時，蠶有多長？蠶在結繭時是怎么進行的？甚至觀察蠶結繭時用了什么樣的架子？這些架子是什么材料做的？繭是什么形狀？……細究起來，其實這些都不是重要的，重要的是通過對蠶的研究，了解同一類生物（昆蟲）的基本特征，即生命周期（變態的輪回）和生存條件（一定的溫度、食植物的葉等）。這是探究問題的歸結點，也是探究蠶的根本價值和意義所在。

科學探究是探究科學的知識和真諦，更是培養學生認知事物的思維和方法。只要是有利于促進學生學習品質的歷練和方法的習得，這樣的科學探究就是我們需要的。endprint