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[摘 要] 核心素养是学生在学校不同阶段、不同学科教育过程中逐步形成的一种普适性的品格与能力，其为“培养什么人，怎样培养人”指明了方向。科学探究教学是学生核心素养培养的重要途径，为此，教师要积极地探索走向核心素养的学生科学探究能力培养策略：顶层设计，规划科学探究学习进阶；依据内容特点，突出强化要素；发掘资源，拓宽科学探究路径；注重科学探究的实践性，提高科学探究行为。
[关键词] 科学教学；核心素养；科学探究；科学素养
科学教育从两基目标到三维目标的转变，再到核心素养概念的提出，经历了两次质的转变；教师经历了从感性到理性的反思，从半信半疑地接受到欣喜地认同等错综复杂的变化，渐渐变得成熟、理智。核心素养的提出，为我们科学教育工作者“培养什么人，怎样培养人”指明了方向，成为科学教育工作者的热门话题，因此，研究与实践各学段、各学习阶段的学生核心素养的培养策略是当前深化课程改革的热点问题。
刘恩山教授认为，核心素养是一种各学科共同培养的关键、必要素养，适用于一切情境与场所的能力。[1]我国著名心理学家林崇德教授则更加具体精细地划定核心素养的内容，核心素养包括社会参与、自主发展和文化修养三个领域、十项核心素养指标。[2]核心素养是学生在学校不同阶段、不同学科教育过程中逐步形成的一种普适性的品格与能力，它指向学生终身发展与适应社会发展的关键能力。课程论告诉我们，每门学科都有其独特的特点与边界，否则也不成为一门学科。据此推理，核心素养落实到初中科学学科教学中，理应有其培养的独特内涵。科学核心素养是一个包摄性很强的概念(如图1)，包括科学学科素养(包括科学基本知识与技能、科学思想与方法、科学问题解决能力、科学情感、态度与价值观、科学精神等)、科学语言素养、科学信息素养、科学能力素养、科学思维素养等。[3]
图1 科学核心素养组成
基于科学教学实践的认识，笔者认为在科学教学中开展科学探究，促使学生学会探究，真正成为学生终身有用的能力，是提升学生科学核心素养的一项重要举措。因此，走向核心素养的科学探究教学理所当然成为深化义务教育课程改革的焦点。
1.顶层设计，规划科学探究能力培养的学习进阶
科学探究具有完整知识体系，是有层次、有结构的整体，各个要素、各个知识点之间都存在着内在的联系。首先，教师应理顺科学探究各要素的内在联系，依据课程与教材内容，理解科学探究能力培养的终点目标，做好科学探究目标的顶层设计，制订好初中阶段科学探究能力的总目标。其次，分解各册教材要求达到的阶段目标，各“阶段目标”难度上层层递进(如图2)。最后，根据每册教材中各章节中科学探究的内容，落细落小落实学生科学探究能力，促进学生科学探究能力有序进阶。法国物理学家帕斯卡说过，不认识整体就不可能认识部分；不特别地认识各个部分也不可能认识整体。因此，只有顶层设计，才能高瞻远瞩，有计划、有步骤地实现科学探究意义有序地建构。
图2 科学探究的目标
2.依据科学探究内容的特点，突出科学探究的强化要素
科学探究包括提出问题、建立假设、设计实验方案、收集事实与证据、得出结论、合作与交流等六个要素。科学探究的要素为我们提供了探究学习的一般流程框架，但它不能成为束缚、羁绊科学探究模式的桎梏。教师应根据科学探究内容的特点，突出科学探究的强化要素，不能拘泥于科学探究的全程化、完整性。只有实现科学探究某一要素、技能的突破，才能实现科学探究核心概念的整体学习进阶。忽视科学探究阶段目标的落实，直接实现科学探究目标的一步到位，结果只能浅尝辄止、泛泛而谈，适得其反。
例如，在杠杆的平衡实验探究中，教师要突出学生分析数据能力。也许让学生自己来分析数据，得出的结论可能不全面，也不一定有普遍的规律，在得出结论上显得“粗糙”一点。但是，能站在学生认识的立场上，学生所获得的体验是无限的，思维冲击力是巨大的。所以，学生要获得更丰富、更深刻的知识，必须让他们学会自我领悟、自我拓展、自我提高。在“大气的压强”教学中，教师要突出学生“实验设计”以解决真实问题的能力。学生设计的实验方案多种多样，让教师意想不到：换一个更大的瓶子；用酒精灯加热；在瓶中倒些热水，再倒掉；把燃烧着的火柴放进瓶子里；把瓶子带到高山上，再带回来；把瓶内的气抽掉；放上鸡蛋后再把瓶子放在冰块上；把瓶子放在一个大容器中，增加大容器里的气压。马斯洛说过：“在一个只有1.5 m高的房间里量身高，所有的人都不会超过1.5 m。”教师应为他们提供一个大的空间，去很好地进行科学探究，去解决问题，发现真理；提供必要的阳光雨露——例如启发性地问题、疑惑时的点拨、失败后的鼓励和成功后的赞赏等，然后静待“花开”或者“花落”。
3.发掘资源，拓宽学生科学探究的路径
(1) 优化实验目的，变“验证”为“探究”。一位科学史家说过：“科学并不是为了获取知识本身，而是获取知识的探索过程。”因此，教师应尽可能地创设真实的探究情境，让学生在探究中更多地获取直接经验，引导他们通过不同的角度和方法，去认识科学世界的真实面貌，取得最大的收获。
例如，在教学七下“月相”一节，如果教师采用教材的教学流程，利用乒乓球模拟实验，验证月相变化的原因，教师总结。教学实践表明教学效果不佳，学生只是依葫芦画瓢，不仅活动无序，实验结束后，学生仍然无法解释月相变化的原因。为了突破月相教学难点，教师可以设置前置性实验，丰富学生感性认识，做到自主学习，合作探究。我们可以增设一个“画一半涂黑的排球”实验活动，通过活动让学生明白，即使同一个物体，由于观察的角度不同，观察的形状也会不同。正是基于学生的立场认识，学生很自然地提出月相形成的可能与观察者看月球的角度有关，从而使排球模拟实验变成学生解决问题的有力支点。这样，学生就在问题、设计、实验中建构科学知识，从而提高了学生的思维品质，养成了乐于探究、谨慎求证的学习态度。
(2) 优化实验原理，变“单一”为“发散”。科学世界是丰富多彩的，实现某一目的可能有多条路径。但是，教材上由于实验设备条件、编排简洁原因，缺乏多角度、多方位地呈现。其弊端是不仅使学生容易造成知识上的缺陷，也可能产生认识上的偏颇。在科学物质的制备过程中，所用的化学反应原理可能有多种，教师有必要设计多种原理的方案，进行合理选择，变“单一”为“发散”。例如，实验室中制取二氧化碳气体时，有多种实验方案。教师可以在课前做这个实验并录制一段视频，请学生们仔细观察，并记录好实验现象。在学生观察到反应现象的基础上展开讨论：哪一组反应物适合作为实验室制取二氧化碳的反应原料，并提出你的理由。这样，通过化学反应原理对比和分析，学生知道了在不同的化学反应原理制取二氧化碳气体时，化学反应速度不同，生成的气体量不同。因此，在科学教学中，在具体问题的解决过程中，我们不能只遵循教材中提供给我们所谓的“正确”思路，而要探讨多种的实验原理及其分析过程，体验实验原理的甄别过程。
(3) 优化实验技术，变“传统”为“现代”。传统的科学实验由于各种原因，存在着一些缺陷：实验仪器功能单一，不能记录整个实验过程中的变化；实验结果的显示不便于观测和记录，特别是在仪器需要移动的实验中；数据的测量和计算较麻烦，需要的时间很多，无法当堂完成。这些缺陷的存在，导致许多实验无法得出准确的实验结论，因而降低了实验在科学教学中的价值。数字化实验系统不仅可以创设问题情景，直观地展现科学现象，揭示科学本质；利用DIS强大的数据处理功能和同步动态展示功能，可以实现课堂实验方式的多样化；还可以完成一些传统实验很难进行的实验，实验现象明显。
例如，在“做功改变内能”实验教学中，教材实验是给密封盛少量水的吸滤瓶内充气，充到一定程度时，突然瓶塞跳起，瓶口出现白雾。教材实验存在思维难点：首先，学生对乙醚不熟悉，有学生认为乙醚这种物质燃烧跟压强有关，不能推断容器中内能增大。其次，学生很难把白雾与内能联系在一起。学生认为给瓶内充气，瓶内压强增大，大到一定程度后就会把塞子冲出，跟做功没什么关系，即使教师进行解释，但他们总觉得很勉强。如果教师优化实验技术，变“传统”为“现代”，在容器中放入一个温度传感器，把温度显示器放在投影仪上，显示温度变化的情况，就能巧妙地解决内能与做功的关系。当给容器打气的时候，传感器上的温度显示器示数上升；当瓶塞跳起的时候，显示器上的温度示数下降。通过温度示数的变化，非常真实、直观地显示了做功和内能变化的关系。
(4) 优化实验现象，变“事实”为“问题”。科学是在质疑、批判中不断前进的，为此，在科学探究教学中，教师应不拘泥于书本上的结论。优化实验分析，用带有质疑与批判的眼光来审视实验结果，变“事实”为“问题”，发掘探究的素材，引领学生进行实验探究。
例如，在常见的酸教学中，利用CuO和稀HCl先加热反应后混合加热后得到的不是蓝色溶液，而是草绿色溶液。有学生提出问题：CuO和稀HCl加热后，反应生成CuCl2溶液应是蓝色的，为什么实验所得的溶液是绿色的呢？从这个例子可以看出，知识和实验现象相冲突时，会激发学生思考，引导他们探究，从而增强他们的问题意识。然后设计实验，取用不同质量的CuO与HCl反应，得到不同的实验结果。后来查阅资料发现，氧化铜与盐酸反应颜色跟CuCl2溶液的浓度有关。当溶液很浓时，Cu2+与Cl-结合生成[CuCl4]2-，溶液显黄色；当溶液很稀时，Cu2+与水分子结合生成 [Cu(H2O)6]2+，溶液显蓝色；当溶液较浓时，因为[CuCl4]2-和[Cu(H2O)6]2+共同存在，溶液显绿色。[4]在科学探究教学中，教师应自始至终把自己定位成一个组织者或引导者，抓住实验教学中的学生疑惑，变实验事实为实验问题，设计实验，收集证据，查找资料，解释现象，从而得到发展和进步。
4.注重科学探究的实践性，提高学生科学探究行为
(1) 多做实验，强化学生的实践意识。美国视听教育家戴尔提出了“经验之塔”的理论，教师应创设真实的情境，让学生更多地获取直接经验，而避免过多的间接经验，防止从概念到概念的说教。[5]唾液淀粉酶的催化作用实验是一个有一定难度、费时的实验，淀粉溶液水浴需要5～10 min的时间。有些教师生怕实验麻烦、不成功，干脆不做实验，而采用视频演示、讲解，这样“以假代真”。“以假乱真”实验教学方式，抹杀了科学求真求实的本质，效果自然不佳。如果教师具有实践意识，强化学生的实验，效果就会截然不同。学生在实验过程中，就会思考为什么要进行水浴加热？B试管中加蒸馏水2 mL，目的是什么？C试管中加1 mL稀盐酸，再加稀释唾液2 mL，目的是什么？加入碘液目的是什么？这样，学生动手操作过程中，达到知其然更知其所以然的效果。因此，教师应腾出更多的时间让学生动手、观察、分析、思考，体会实验的设计精妙之处，深刻地理解唾液淀粉酶的催化作用研究的方法和过程，学会科学探究的基本方法，强化实验的实践意识。
(2) 开展家庭小实验活动，提高学生实践的能力。家庭小实验是科学课堂教学的一项重要补充，自由度大，贴近生活，可操作性强，趣味性强，是提高学生实践能力的重要途径之一。例如，学完“光的反射”“光的折射”时，教师布置家庭小实验，让学生制作潜望镜、照相机、望远镜模型，并要求能画出光在仪器中的传播路径，然后在班级中进行制作比赛。有的学生用薯片纸筒将潜望镜中两片平面镜安装固定起来，有的选用了塑料筒固定安装，有的甚至选用软铁皮固定安装。照相机制作中，学生为了能更好地成像，研究出了用不全透明的薄膜来成像效果好，可见制作探究实效性很强。
(3) 开展研究性学习活动，拓展学生实践的空间 。研究性学习活动与常规的科学实验有许多不同的特点。例如，对于常规的验证性“测定小灯泡的电功率”实验来说，学生早已学习过，过程已知，结论也知道，学生学习的挑战性大打折扣。学生做实验时可能不重视，敷衍了事，真可谓“假戏假做”。例如，对于常规的探索性实验“影响电阻大小的因素”来说，虽然结论已确定，教师可以创设问题情境，引领学生设计实验，重演科学家探索研究的过程，得出结论，可谓“假戏真做”。至于研究性学习活动，问题是新颖的，过程未知，结论也不知道，对学生具有很大的吸引力与挑战性，能促使他们真正主动地去学习与发现，可谓“真戏真做”。例如，以硫酸铜晶体的生长影响因素研究为例，先指导学生查阅资料了解晶体的有关知识与制备方法，接着设计实验方案，改进实验，定量研究实验，研究降温的快慢对晶体形状大小的影响关系，研究不同温度热饱和溶液对晶体生长的影响，记录并分析实验结果，然后得出结论。
总之，指向学生核心素养能力培养的理念为科学教育指明了方向，为深化义务教育课程改革提供了原动力。教师要在教学中搭建科学探究平台，开发精辟典型的探究素材，设计简单明了的教学环节，应用灵活易操作的教学方法，从教学理念、操作、实践方面促进学生核心素养的发展与超越，达到最佳的教学效果。
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