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邵鋒星.科學方法教育：拓展科學學科育人價值的關鍵環(huán)節(jié)[J].基礎教育課程,2020(10):64-68.
科學方法教育是科學學科育人價值得以拓展和實現(xiàn)的關鍵環(huán)節(jié)。只有通過明確而系統(tǒng)的訓練，小學生才能夠理解和掌握相關科學方法。小學科學課程教學中主要有在實驗教學中實施科學方法教育、在概念教學中實施科學方法教育、在項目教學中實施科學方法教育等策略。
科學方法教育，如同科學教育的其他問題一樣，總是隨著人們對其認識的深入而不斷發(fā)展?？茖W教育的研究和實踐表明，人們重視科學方法，正是由于它在科學學科育人過程中具有不可替代的重要作用。自從新一輪科學課程改革把“科學探究”“過程與方法”作為課程目標以來，人們對科學方法教育予以了更多的關注。伽利略創(chuàng)造了實驗方法、數(shù)學方法和分析方法三者結合的科學方法，自此人們一直把科學方法作為最基礎的問題加以研究。但是，在科學教育領域，尤其在當前小學階段的科學課程改革中，科學方法的教育價值、內容以及實施策略卻總是得不到應有的重視。雖然不少教育工作者在這方面進行了研究，但我們還是應該清醒地認識到，科學教育的基本問題之一，即科學方法教育，依然沒有得到較好的解決。
一、小學科學課程中科學方法教育的價值
科學史學家朱克曼曾經訪問41名諾貝爾獎獲得者，發(fā)現(xiàn)他們的成功最主要得益于從名師那里“學到一種發(fā)現(xiàn)科學真理的工作方法和思想方法”，而并不是“從老師那里獲得實際知識”。1999年歐洲物理學會發(fā)表了題為“2000年后：未來的科學教育”的研究報告，對5至16歲學生的科學教育提出了十條建議，其中第六條為：科學課程要向學生提供關于科學思想和科學方法的認識?！睹绹鴩铱茖W教育標準》指出，“科學探究是學生在學習過程中利用科學方法進行決策”，“強調學生對科學方法和一般程序的體驗和學習”。事實上，很多國家和地區(qū)在推進課程改革過程中，都把科學方法列為科學教育的目標之一。
學科知識是有層次、有結構的。具體到科學學科，外顯層是相關科學事實、事實性知識等；中間層是潛藏在科學知識背后的科學方法和科學思維方式、過程；其內在的隱性層由情感、態(tài)度與價值觀構成。學生在學習科學知識的過程中，科學方法起到重要的作用。首先，它引導學生如何提出問題，如何制訂計劃，如何搜集證據(jù)檢驗提出的想法等；其次，科學探究過程中需要引導學生進行分析、比較、綜合、分類、推理、類比等思維活動，滋養(yǎng)學生的科學思維；再次，學生經歷梳理、分析、運用、創(chuàng)造等探究過程，理解和掌握科學知識的深層結構和內在意義。換句話說，科學方法是“因”，科學知識是“果”，科學方法不僅是科學課程的內容，還是獲取科學知識的手段，是理解科學知識的綱領，是運用科學知識的橋梁。從科學知識的結構來看，科學方法貫穿于整個科學知識領域，把不同層次的知識相互聯(lián)系起來形成知識結構。從認知結構形成的角度來看，需要通過科學方法的參與，對知識進行加工、組織、系統(tǒng)化重建及運用等過程，原有的客觀存在的知識結構才會轉化為學生頭腦中更加牢固清晰的新的認知結構，并進一步促進學生建構科學本質觀，實現(xiàn)精神世界的突破與升華?？梢哉f，科學方法教育是科學學科育人價值得以拓展和實現(xiàn)的關鍵環(huán)節(jié)。
作為一門基礎性、綜合性、實踐性課程，小學科學承擔著培育學生科學素養(yǎng)，為學生繼續(xù)學習、未來成為合格公民和終身發(fā)展奠定良好基礎的使命。教育部2017年頒布的《義務教育小學科學課程標準》（以下簡稱《小學科學課程標準》）指出，小學科學課程強調從兒童熟悉的日常生活出發(fā)，通過親身經歷動手動腦等實踐活動，了解科學探究的具體方法和技能，理解基本的科學知識，發(fā)現(xiàn)和提出生活實際中的簡單科學問題，并嘗試用科學方法和科學知識予以解決，在實踐中體驗和積累認知世界的經驗，提高科學能力，培養(yǎng)科學態(tài)度?？茖W方法既是與科學知識相平行的“知識”，也是獲取科學知識的途徑，是人們在認識、改造客觀世界實踐中總結出來的正確的行為方式和思維方式，毋庸置疑地成為小學科學課程的重要教育內容。
受傳統(tǒng)教學觀念影響，小學科學學科教學中依然普遍存在以現(xiàn)成的知識傳遞為目標追求，強調幫助學生獲得結論性知識的教學形式?，F(xiàn)代教育更關注怎樣從知識傳遞轉型為掌握科學方法、發(fā)展科學思維、提升科學素養(yǎng)、實現(xiàn)學科育人價值的過程。如果學生沒有較好地掌握科學方法，那么，充其量只能說他們學過了科學課程，而并沒有掌握這門學科。
二、小學科學課程中科學方法教育的內容
《小學科學課程標準》中分兩個層面描述“科學探究目標”，包括“科學探究總目標”和“科學探究學段目標”。其中，“科學探究總目標”主要從科學探究的過程、方法和科學思維方法兩個維度進行闡述。同時，圍繞提出問題、作出假設、制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結論、表達交流、反思評價等八個要素，描述了科學探究在小學低段、中段、高段分別應該達成的學段目標。顯然，課程標準已經把科學方法列為科學課程的重要學習目標。
科學課程的教育內容整體上是由科學知識和科學方法兩個方面組成的?！缎W科學課程標準》把涉及物質科學、生命科學、地球與宇宙科學、技術與工程四個領域一共18個主要概念確定為科學知識的相關課程內容，數(shù)量清楚，內容和要求也一目了然。然而，課程標準中卻沒有直接描述科學方法的具體學習內容。以物質科學領域中“物體具有一定的特征，材料具有一定的性能”這一主要概念中的有關“混合與分離”的學習內容為例：
學習內容：利用物體的特征和材料的性能，把混合的物體分離。
學習目標：根據(jù)物體特征和材料性能，將兩種混合在一起的物體分離開來，如分離鐵屑和木屑、沙和糖等。
這一學習內容相對應的科學方法學習目標是什么？內容是什么？實施策略又是什么？教師在教學中是需要思考與關注這些問題的。
關于科學方法的分類，國內外相關研究有多種不同的觀點。結合《小學科學課程標準》提出的“科學探究目標”和所涉及四個領域的課程內容，小學階段科學方法教育的內容主要應該包括三類：實驗方法、思維方法和數(shù)學方法。實驗方法是基礎，包括觀察、測量、記錄、畫圖像、分類、控制變量、搜集數(shù)據(jù)等，解決科學探究過程中具體操作的需要；思維方法是核心，包括分析、綜合、比較、抽象、概況、推理等一系列思維活動，促進每一名學生積極思考；數(shù)學方法作為科學學習的語言和工具，對科學探究過程和搜集到的信息進行分析研究，并用數(shù)學形式表達出來。對于小學生來說，無論哪一類科學方法，都要通過明確而系統(tǒng)的訓練，才能夠理解和掌握。
三、小學科學課程中科學方法教育的實施策略
研究者普遍認為，解決科學方法教育薄弱問題的措施是科學方法的顯性處理方式。也就是說，在科學教學中明確科學方法的名稱，揭示科學方法的內涵，闡明科學方法的操作過程，讓學生處于主動接受科學方法教育的狀態(tài)。我們以相關研究共識為基礎，結合小學生的身心特點和認知規(guī)律，積極探尋小學科學課程中科學方法教育的實施策略。
一是在實驗教學中實施科學方法教育。觀察實驗是小學科學課程最基礎、最重要的教學形式。實驗教學的過程一般包括聚焦問題、設計方案、實驗操作、數(shù)據(jù)整理分析、得出結論、交流反思等環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都要通過科學方法得以實現(xiàn)。觀察實驗的過程既是認識的過程，也是學習和運用科學方法的過程，包含了大量科學方法教育的內容。
例如，《物質在水中溶解得快與慢》一課的教學設計：
1.提出兩種以上可能影響物質在水中溶解速度的假設；
2.設計對比實驗；
3.用文字或圖畫方法記錄實驗現(xiàn)象；
4.評價自己小組的研究方法和過程。
教師在實施上述實驗教學過程中，顯化和突出作出假設、設計方案、實驗操作、變量控制、觀察記錄、反思評價等一系列科學方法的學習和訓練過程，也順理成章地達成了對科學知識的理解和掌握。
二是在概念教學中實施科學方法教育?？茖W概念一直是科學教育界關注的焦點問題之一?！睹绹鴩铱茖W教育標準》把“科學概念與過程”確定為重要的學習內容，《小學科學課程標準》也提出“理解科學概念”，都強調了對科學概念的理解學習。科學概念和科學方法是一種平行的、水乳交融的依存關系， 學生對每一個科學概念的理解都始終貫穿著科學方法的參與。換言之，只有使學生深切體會到科學方法在科學概念得出過程中的作用，科學概念才會真正被理解和掌握。
以生命科學領域的概念教學為例。這一內容的學習，是從認識植物和動物的身體組成、外部形態(tài)特征并進行簡單的分類開始的，為生物多樣性的概念奠定基礎。到了中年級，通過養(yǎng)蠶、種植鳳仙花等活動，學生可以認識生命個體從小到大的動態(tài)變化過程，建立有關發(fā)育的概念。其后，在認識了生物多樣性和個體發(fā)育的基礎上再探索環(huán)境對生物的影響。在這當中，對動植物身體組成的觀察與比較不但是分類的基本依據(jù)，而且是研究動植物的發(fā)育和繁殖、結構與功能不可跨越的概念，而對發(fā)育和繁殖、結構和功能的研究必然會通向認識生物和環(huán)境的關系，并由此延伸到生物的演化。這樣一步一步循序漸進的學習過程，逐步豐富和發(fā)展了生命科學領域的核心概念，并向學生提供了一個以科學方法認識自然界的基本框架。
科學概念的學習不僅與觀察、記錄、控制變量、搜集數(shù)據(jù)等實驗方法密切相關，還與分析、判斷、綜合、推理等思維方法緊密聯(lián)系，并且這兩種科學方法常常交織在一起?？茖W教學過程中，科學概念作為一條主線，決定了教材的基本框架，也是教材內容的選擇依據(jù)；而科學方法作為另一條主線，為概念教學提供基本的組織和支持，成為概念學習的根基?？茖W概念和科學方法協(xié)同發(fā)展的思想模型體現(xiàn)了當代科學教育的深刻內涵。
三是在項目教學中實施科學方法教育。項目學習倡導學生自己計劃、運用已有知識經驗，通過實踐操作，在真實情境中解決實際問題。當前，越來越多教師積極嘗試在小學科學課程中開展PBL和STEM項目的教學實踐。
例如，《制作小桿秤》項目教學設計：
1.調查稱重歷史，了解不同材料、形式的桿秤；
2.設計小桿秤：畫出圖紙，選擇材料， 標明數(shù)據(jù)；
3.按設計方案制作小桿秤；
4.測試小桿秤，理解小桿秤工作原理， 分析稱重產生誤差的原因，提出調整修改方案；
5.展示評價小桿秤。
在項目學習過程中，學生首先經歷了提出問題、合作溝通、有創(chuàng)意的美感呈現(xiàn)、使用技術、表達交流等學習實踐，這些方法是他們在平常的學習情境中較少遇到的；其次，一系列開放性、挑戰(zhàn)性的問題從開始貫穿至最終，促使學生進行復雜的、策略性的思考，提升了思維的階層水平；同時，多種科學方法的學習和運用指向科學、數(shù)學、藝術等跨學科知識，指向與學科本質有聯(lián)系的核心概念，也促成了對知識的理解、整合和遷移運用。
在科學方法教育研究中，我們結合小學生的身心特點和認知規(guī)律，從“學科育人價值”取向上形成對科學方法教育價值和內容的新認識，提出小學階段科學方法教育的實施策略，希望成為推進小學科學課程改革重要的理論和實踐生長點。
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