“做科學”的內涵、理論基礎及價值取向

【摘 要】“做科學”是一種以做為支架的科學教學方式和活動，也是一種科學學科育人的范式，其與小學科學課程的基礎性、活動性、實踐性和綜合性相適應。“做科學”以現代知識論為導向，以具身認知理論、兒童經驗理論、實踐活動理論為基礎，體現的價值取向為符合兒童認知規律、契合兒童科學特質、切合兒童完整學習。

【關鍵詞】做科學;兒童;科學學習

【中圖分類號】G623.6? 【文獻標志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2021）18-0007-05

【作者簡介】顧長明，江蘇省連云港市教育局教研室（江蘇連云港，222000）科學教研員，正高級教師，江蘇省科學特級教師。

“做科學”順應科學教育發展的趨勢，關注兒童內源性動機的激發與保持，尊重兒童的成長天性、科學學習的天然狀態與科學課程的固有特質，并最終指向兒童科學素養的培養。

一、“做科學”的內涵及特征

1.“做科學”的內涵。

手和腦是兒童認識與改造世界最基本的工具，手腦并用不僅符合兒童的認知規律，而且契合科學課程的特質。若將動手表征為做，動腦表征為思，那么以做促思、以思導做、做思共生，則可以有效提高兒童的科學學習品質。“做科學”是以做為支架的科學教學方式及活動，是學生在教師的引導下，運用工具與器材，通過實際操作，在認知與非認知因素參與下進行的發現科學現象、理解科學知識、驗證科學結論的操作活動與思維活動。做側重于動手、操作、體驗、經歷與實踐，主要指具有實踐特質的科學活動，表現出個人的、主觀的、感性的、淡化是非的特征，是有意思的科學學習;思側重于動腦、思考、思路、思維與思想，主要指具有理性特質的科學活動，表現為公共的、客觀的、理智的、強化是非的特征，是有意義的科學學習。兒童的科學學習理應是有意思的做與有意義的思相互作用的過程，并不斷從有意思走向有意義。做是思的外化表征，思是做的內化引領，兩者互為內外，始于手腦，發于做思，現于身心，成于共生。

“做科學”強調手腦并用和啟思明理。真正有發展意義的做，與其說是外在的身體器官的動作，還不如說是外在的身體動作與內在的心理結構相互對象化的過程。也就是說，在做的過程中，兒童將操作工具運演于活動對象，并在運演過程中融入已有的知識經驗和心智能力，同時活動對象與過程又以心理感受、經驗再造、觀念意識等形式豐富兒童的心理結構，同化與順應兒童原有的認知經驗和心智能力。“做科學”具有身心合一、具身體驗、環境支撐、經驗沉浸、統覺聯生、知行相伴等特征，這樣的學習讓身心適得其所，不再疲倦，進而形成身心互益的良性循環。“做科學”改變著知識的獲取方式與呈現樣態，化離身為具身，化抽象為直觀，化結果為過程，化靜態為動態。同時，“做科學”也改善著科學學習方式，化被動接受為主動探究，化統一學習為個性化學習，化離身思辨為具身體驗，化半腦學習為全腦學習。

2.“做科學”的特征。

工具的直觀性與多樣性。在“做科學”的課堂中，教師要充分考慮兒童的心理發展特點，多開展一些事實性、操作性的活動，通過開發和運用直觀器材與工具，尋找科學概念在現實中的模型，通過操作使抽象知識直觀化、形象化，從而便于學生理解。另外，科學是一門實驗性學科，科學實驗需要采用專門的儀器，在工具上具有明顯的多樣性特點。

內容的趣味性與情境性。做能彰顯內容的趣味性，契合教學的活動性，滿足兒童好動的天性。當兒童產生興趣時，思維就會活躍，情緒就會高漲，行為就會持久。另外，“做科學”還富有情境性。杜威強調“教學要從具體開始”，這意味著在學習新經驗時，教師需要關注兒童已有的經驗和體驗，要創設兒童所熟知的問題情境，使抽象的科學生活化、形象化。

過程的探究性與體驗性。首先，探究既是科學學習的目標，又是科學學習的內容。“做科學”以現實問題為載體，以操作為手段，指導兒童自主探索與解決問題，其過程具有探究性。其次，“做科學”注重體驗。學生在做中反思發生了什么、是怎樣發生的、為什么會發生，通過身、腦、心有機統整產生豐富的、有結構性的、具有新意義的體驗。“以身體之”是經歷，“以身體之，以腦思之”是經驗，“以身體之，以腦思之，以心悟之”才是體驗。

結論的確定性與深刻性。首先，小學科學實驗多為模擬實驗，所要探索驗證的結論具有確定性，做往往是再發現的過程，做的目的明確、過程可控、結論可驗證。教學中，教師要合理安排做的進程，精心設計做的步驟。其次，做的結論具有深刻性，實驗中既要注重實驗現象的觀察，也要注重對實驗過程的提煉與概括，不能讓認知停留于表象。

思維的參與性與創新性。與做相契合的思維形態為動作思維與具象思維，這兩種思維體現了思維的參與性和創新性。動作思維與當前正在感知的對象緊密關聯，問題解決的思維方式主要依據當前的實際操作與直觀感知，而非表象或概念。具象思維以操作的物象為媒介，對事物進行具象化操作的過程，往往彰顯著思維的創造性。

二、“做科學”的理論基礎

1.具身認知理論。

具身認知理論認為，認知是心智、身體與環境三者相互作用的過程，且身體的所處環境、生理結構、活動狀態、感知形式等都參與認知活動并影響認知過程。這無疑挑戰著以“計算—表征”為特征的非涉身認知理論。非涉身認知理論把認知過程看作是大腦對符號系統的運演過程，是獨立的、外在的抽象表征過程，將身體視為被動的軀體，身體僅僅是由大腦支配的外界信息的接收器和簡單操作的機械手。其實，心智是身體中的心智，身體是心智中的身體，認知活動是在由認知主體、身體和環境所構成的動態系統中完成的。

因此，教師要引導學生在生活中學習，在互動中學習，在合作中學習，在活動中學習，在實踐中學習，在探索中學習。讓兒童身體進入教學場域，打通各種感官的隔閡，讓感知通道相互挪移，進而體察聲音的視覺、體驗顏色的觸覺、體悟動作的聽覺、體認操作的嗅覺，使得“身體—心理”活動相伴而生，進而實現對學習內容的深度理解。學習活動中身體的參與意味著要發揮身體的主觀能動性，用自己的身體去做、去體察、去經歷，用自己的心靈去思、去感悟、去內化。這既是理解知識與內化知識的需要，也是激發生命活力與促進生命成長的需要。

2.兒童經驗理論。

經驗作為名詞，是指由實踐得到的知識或技能;作為動詞，是指體驗、經歷。在教育領域，布魯納認為教學過程應是“已有經驗—動作表征（直接經驗）—表象表征（印象經驗）—符號表征（符號表象）”的經驗獲得過程。泰勒認為經驗是一種相互作用，這里所說的經驗不同于教師開展的教學活動，也不是學科知識，而是兒童與使其發生認知反應的環境中的外部條件之間的相互作用。

近現代強調經驗在教育中的巨大作用的首推杜威，他認為：教育就是經驗的改造和重組。這里的經驗包含經驗的過程和經驗的事物兩重含義，表明經驗是活動與過程的結合體。杜威強調經驗是人能動地與所處環境相互作用的過程，該過程整合了觀察、實踐、意志、情感等理性因素與非理性因素。從學習的角度看，兒童的經驗可分為自然學習經驗、非正式學習經驗和結構化學習經驗。自然學習經驗是兒童在日常生活中自主選擇與萌發的經驗，是未經預設的;非正式學習經驗是兒童在成人引發的學習活動中形成的經驗，成人會依據自己的經驗進行某種程度的干預;結構化經驗是兒童在由成人為其預設的正規的學習活動中所形成的經驗，需要成人給予一些指導。具體到科學學科，科學課程不僅是抽象的符號世界，更是蘊藏著豐富教育意蘊的經驗世界。兒童不僅是認知主體，更是經驗主體。因而科學教學理應承擔促進兒童科學活動經驗生長與積累的重任。

3.實踐活動理論。

學習作為個體基于對符號知識和經驗知識的理解，探究外部世界并建立與客觀世界之間關系的活動，本身就是一種特殊的實踐樣態。按照馬克思主義哲學的觀點，實踐活動是主客體通過中介發生相互作用的過程。就實踐與認識的關系而言，實踐決定認識，認識對實踐具有反作用和指導作用。人類的實踐與認識的關系是如此，兒童科學教育中的實踐與認識的關系也是如此。

科學教學實質上是科學活動，科學活動就形式而言，包括外在活動和內在活動。外在活動的工具是身體與雙手，內在活動的工具是心理與大腦。外在活動是主體與客體之間相互作用和對象化的過程，具有外顯性。內在活動是主體在大腦中進行的思維與建構的過程，具有內隱性。外在活動是看兒童做的內容以及做的品質，內在活動則是看兒童思的內容以及思的品質。科學活動強調通過兒童的內外活動來經歷科學，進而促進科學素養的形成與發展。否則，在實施上就會出現異化：一是把活動囿于外在活動和感性認識，致使活動淺化與窄化;二是把兒童所做的一切都稱為活動，致使活動泛化。

三、“做科學”的價值取向

1.符合兒童認知規律。

不同年齡段的學生對活動比例的要求是不一樣的。年齡越小，活動比例越大，年齡越大，活動比例相對較小。杜威把兒童學習分為三個階段，4～8歲為通過活動而學習階段，學的是“怎樣做”，方法是“從做中學”;8～12歲為自由注意學習階段，這時可以學習間接知識，但間接知識必須整合在直接知識中;12歲以后則屬于反省注意階段，學生開始掌握系統性和理論性的知識及其變化規律。可見，“從做中學”主要集中在前兩個階段。這與皮亞杰的認知發展階段理論相契合，該理論將兒童心理發展的研究引入認知領域，把個體的認知發展劃分為四個階段，即感知運動階段（0～2歲）、前運算階段（2～6歲）、具體運算階段（7～11歲）和形式運算階段（12歲開始），每個階段不能跨越，也不能顛倒。小學生處于前運算階段和具體運算階段，他們的做還應兼顧思維的兩個方面：思維加工能力和思維加工材料。思維加工能力即心理操作能力，思維加工材料則指物象、具象、形象、表象、抽象等不同形式的表征系統。

兒童認知以具體形象思維為主，其認知特點決定了我們的教學要充分利用兒童的各種感官和已有經驗，通過各種形式的感知，豐富兒童的感性認知和直接經驗，使他們獲得生動的表象，從而使其思維加工能力與思維加工材料相匹配，使知識的發生與發展始終和行動聯系在一起。“做科學”提倡為兒童創設學習情境，鼓勵兒童在科學情境和日常生活中尋找問題，其目的是讓兒童在“做科學”中體驗科學探究和科學發現的過程，并通過發現問題、猜想假設、動手實踐、收集證據、解釋討論、得出結論、表達分享等活動，發展兒童的科學素養。因此，“做科學”這種由外而內的學習過程，符合兒童的認知與學習規律。

2.契合兒童科學特質。

30多年來，國際科學教育先后經歷了從“知識的科學”到“過程的科學”，再從“探究的科學”到“實踐的科學”的轉變，這種轉變體現了人們對科學本質理解的深化。科學教育的實踐轉向更加凸顯了兒童親身經歷以實踐為主的科學活動過程的重要性和必要性，珍視兒童個體在科學活動中的獨特感受與經驗生成，讓兒童在多元的科學實踐中體悟科學現象、理解科學事實、探索科學規律。科學教育的實踐取向不僅傳承了科學探究活動（解釋“為什么”），也包含了工程技術活動（解答“怎么用”），其核心是圍繞問題進行基于證據的解釋。因此，科學實踐可概括為三方面的活動：取證、解答與評價。取證是指在真實世界中通過實驗、測量等做的手段來收集數據、檢測方案，解答是通過猜想、推理、估算、預測等活動來作出解釋、設計方案，評價貫穿于取證和解答的過程中。因此，科學實踐包括四個方面：理解科學解釋、產生科學證據、反思科學知識、富有成效地參與科學活動。實踐的科學體現了“學科學”與“做科學”的統一，契合了科學課程的特質。

整合是當今國際科學教育實踐轉向的重要途徑，旨在實現科學實踐與概念理解的相互促進，滲透對科學本質的理解以及科學、技術、工程與社會等之間的跨領域整合。小學科學課程內容在原有的物質科學、生命科學、地球和宇宙科學三大領域的基礎上新增了工程和技術領域，突出了科學的整體性、綜合性和應用性。這一方面使得科學課程既包含了自然世界，也包含了人工世界，內容更加綜合和全面;另一方面工程和技術領域為其他三個領域科學知識、科學方法的綜合運用提供了多元的問題情境和廣闊的活動場域，強化了四個領域之間的聯系。可以看出，小學科學追求的是一種跨領域的綜合學習。

3.切合兒童完整學習。

“做科學”旨在讓學生享受完整的科學學習過程，在這樣的學習過程中知識的構成要素發生了變化，知識不再是靜態的、結論性的、符號表征的經驗系統，信息、體驗、情感、理解、互動、技能、態度和價值觀等都成了知識的要素。“做科學”追求的是一種真實而完整學習的樣態：學習者多種感官主動打開，在“問題—情境”的學習場域中操作體驗、理解內化、探索未知乃至創造知識，形成意義建構的、屬于自己的知識結構，豐富具有個性特色的精神圖式，成為一個具有完整生命的個體。

完整的學習是為了培養完整的人，完整的學習具有多維化、結構化、情境化的特征。學習的多維化特征承認視覺型、聽覺型和動覺型的學習類型，允許學生以擅長的方式進行學習。學習的本質是同化與順應，在同化與順應的過程中把知識打上個體的烙印，并將知識依照自己建構的方式納入已有的知識結構，這樣的知識是融入身心的，且存在于行為中，表現在言語中，彰顯在交往中，蘊含在身體上，回味在體驗里。學習的結構化要求體現知識間的聯系、相互作用以及因果關系，并完善知識的層次，由基本到高級，由簡單定義到復雜系統，形成結構化知識網絡甚至結構化思維網絡。這樣的知識才能夠用于實踐、解決問題，并克服知識散裝、遷移性差的弊端。學習的情境化是指以問題或任務為中心構成活動場域，在這個場域中完成知識的理解、探索甚至創造的過程。知識只有在情境以及情境活動中才更加形象具體、更加鮮活有趣。這種情境有自己的特點：一是完整的情境，貫通于整個教學過程;二是情境要有真實性或現實感。教學以生活實踐情境和學習探索情境為載體，這就回歸了知識生產過程的本源，還原了知識應用的實際過程，符合知識再生產過程的規律。

勞動創造了手，手的發展又塑造著人的大腦。手是意識的培育者，也是智慧的創造者。因此，在教學中，教師應盡可能地把兒童暢想的創造性和現實構想的操作性有機結合，促進做與思的有機融合，讓兒童在做與思的相互循證與迭代中自我豐富、建構、完善與創新。此時，兒童還是那個兒童，但兒童已經不再是那個兒童。

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