什么是科学探究技能（推荐8篇）
什么是科学探究，为什么要强调科学探究?科学探究到底包括了哪些基本的过程技能?对这些问题我们可以做深入的讨论。
一、为什么要通过科学探究来进行教学其中有很多理由，而我们所要强调的是，我们的小学生应该用类似于像科学家研究科学的方法那样来进行学习。
1可以保持儿童的好奇心。本来好奇心就是人与生俱有的，但后来不知道为什么，到了小学毕业的时候，孩子们的这种好奇心反而逐渐减弱了。通过科学探究保持这种好奇心实在是太重要了。我一直在找一张照片，一直没有找着，那就是在国外的机场上，两位大胖子物理学诺贝尔奖获得者（我不知道他们叫什么名字）在看，看什么呢?在看地上的陀螺，那个陀螺一直在地上转，先是在反过来转，转转转，后来正着转了，两位大胖子物理学家一直在盯着看，看这个陀螺是怎么回事。其实科学家和我们常人相比，不同在哪儿?不同在他们的好奇心能保持终生。前年法国专家到我们南京来，孩子们问他：把糖块放到水里，体积会不会改变?科学家一时回答不上来。然而，第二天早晨，人们把这事给忘了，到底是物理学诺贝尔奖获得者，他却念念不忘，先不吃早饭，而是先做这个实验，一块方糖一块方糖地往杯子里加，发现放了8块以后，才看得出体积有一点变化。所以说，保持孩子们的好奇心实在是太重要了。我们用科学探究的方式，就能将孩子们的这种好奇心保持得长一些，我想，从刚才的探究活动中就能看出来了。
2可以让孩子们参与要求高级认识能力的学习活动。我想让老师们明白这样一个道理，教知识可以让人变得更聪明一些，这话似是而非。如果我们总是告诉孩子们各种各样的结论的话，儿童是可以获得很多知识，但是他的智慧并不一定可以同步地成长，因为人的智慧与人的认知技能有很大的关系，也就是认知的方法。法国大学的一个研究成果强调：什么样的知识才算是深刻的理解，知道并不是理解，照本解释不是理解，照本运用也不是理解，它有一套完整的关于理解的标准，就是从知识、方法、目的、形式这四个维度来界定孩子们是否对知识真正理解了。什么是知识，是孤零零的呢，还是在一个网络中间和其他知识建立起了联系，这是衡量知识质量的一个重要标志 ；第二个指标是方法指标，就是知道这个知识是怎么来的；第三个指标是目的指标，就是不仅知道这个知识是怎么来的，还知道这个知识可以运用到什么地方去，也叫目的维度；第四个指标就是会用各种不同的形式来表达，也叫形式维度。对知识真正理解了，儿童就能用各种方式来表达他对知识的理解。所以，现在对科学教育与20世纪60年代的科学教育的重大区别，在于不仅仅是教知识，而且是通过知识的教育来培养孩子们的高级认知能力。杜威说：“科学教育在培养人的认知能力方面，它的作用是不可替代的，因为教科学方法跟教思维方法是完全相同的。”大教育家杜威在那个时候就看到了科学教育的独特价值——可以让人变得更聪明一些。
3可以培养儿童对科学的积极态度。这一点不用展开，从刚才老师们对探究活动的积极投入，不愿下课，休息的时候都没有休息，这种对科学的积极态度足以体会到了。4可以培养儿童达到形式操作阶段。什么是形式操作阶段?它是符号运算。皮亚杰说过，11岁以后的儿童才能进行形式运算，就是A＞B，B＞C，那么A就一定大于C。小孩子搞不过来，但是到了初中以后应该可以了，这需要有个铺垫，这个铺垫就是感觉运动阶段和表象阶段之间的一个具象的东西。孩子们搞不懂A＞B，B＞C，那么A就一定大于C这个道理，但请3个高矮不同的同学上来，他比他高，他比他高，他就一定比他高，孩子们马上就理解了。所以，通过操作性的活动，可以为那些还没有经过前面感觉运动阶段和表象阶段的孩子，没有达到和不能达到形式操作阶段的孩子提供具体的经验，因为在探究活动中，他一定是通过具体的物体来操作的。所以，在操作性的探究活动中间，可以让孩子们很好地理解这些知识。很多孩子到了中学对科学就不那么感兴趣了（可能就是没有重视让学生经历
科学探究活动）。到20世纪90年代以后，许多国家开始了“动手做”的科学教育项目，用法国物理学诺贝尔奖获得者乔治·夏巴特的说法是，“用这种探究的方式来学科学，孩子们表现出来的科学热情让我感到震撼”，这就是为什么他在80岁高龄的时候，也是在获得诺贝尔奖以后，不再搞他的物理学的研究，而是一头扎到幼儿园、小学的科学教育的项目中来的原因。现在全国很多省份正在推行“做中学”科学教育项目，“做中学”这个项目就是从法国引进的。其实，最早开始是在美国，法国人是看到美国人这样做了以后，感到非常震惊，所以法国人也在做。法国做了以后，韦钰部长到法国去访问，看到了这样一个科学教育项目，她也想开展“做中学”的科学教育项目，她在退休以后专门做这件事情，在中国推广这个“做中学”的项目。
二、关于科学探究的过程技能
在我们的《课标》中间，涉及到一些科学探究的技能，有很多老师给我们提意见，说20世纪80年代的那些分类啦、推断啦这些东西为什么在《课标》中间看不见了，我觉得这些意见是对的。我们现在的《课标》上面可能过多地强调国外称之谓“综合技能”的东西。现在看了很多 资料，觉得可以把科学探究所涉及到的过程技能，分成两大类：一类叫做基础的过程技能，还有一类叫做综合的过程技能。
1基础的过程技能。基础的过程技能有哪些项目呢?不同的 资料 有不同的说法，大致有五类是一致的：
（1）观察。观察是一种非常重要的基础过程技能。
（2）分类。分类是人在头脑中的一种非常重要的思维活动。
（3）交流。可能与20世纪80年代不同的是强调交流，为什么交流这么重要，因为科学与其他学科不一样，比如就与历史、哲学不一样，历史学家，或者是哲学家他们的结论是怎么得出来的呢?我不能说他们是拍脑袋拍出来的，但可以是一个人有一个人的想法，有人不是说“历史是个小姑娘，是可以任人打扮的”嘛，你的认识可以对历史作出这种解释，我也可以作出另外一种解释，但是科学不行。科学与其他学科，与历史、哲学不一样在哪里?它的最大特点是在于它的实证，你作出的这种解释对不对呢?我得说出来让更多的人认可，让更多的人来验证，所以交流这种技能就成了科学探究活动中的一种非常重要的技能。
五年级上册的教材里面，我们专门有一项这样的交流训练，怎么训练的呢?让孩子们用纸做一个纸飞机，然后把你做纸飞机的步骤写下来，和你的同桌交换，按你的同桌所写的做纸飞机的方式，再做一个纸飞机，你会发现有的时候做不起来，什么原因做不起来呢?这里有表达的困难。所以，要在有限的时间里面把一个事情很清楚地表达出来，并不是一件那么容易的事情，但是在科学教育中间，它是个非常重要的训练项目。
我们的老师说，每次课堂教学在汇报的时候，他们（学生）都不听，或者他们（学生）只顾自己的汇报。在这个方面我们是要下点功夫的，比如说，要是在比较的过程中，老师提出这样的要求：“说别人没有说过的。”这下子就可以吸引孩子注意听别人说过了什么，等一下我要说别人没有说过的。所以，应该把交流作为科学教育中一种重要的技能。
（4）测量。测量也不用多说，老师们是知道的。
（5）预测和推断。预测和推断有联系，但不是一回事，推断是在事实的基础上面，对事实之间的联系（可以是因果联系啊、整体与部分的联系啊）所作出的一种判断、一种解释，比如说，狗叫了，狗什么原因叫的呢?你可以推断：生人来了。但是，是不是一定是生人来了，不一定的。所以，推断和事实是两回事，推断和根据观察所获得的信息是两回事，我们在 五年级教材 中，专门有这方面的训练。什么是通过感官获得的事实，什么是在事实的基础上的解释，这是截然不同的两回事，我们很多老师在自己的教学活动中经常搞不清楚。推断，我们随时随地都可能做出来，是我们人独有的一种思考问题的能力。猴子不可能，猴子可能发现这块石头是烫的，但是，它就跳开了，只有人，才能在“石头为什么烫”这个问
题上，作出可能是太阳晒的，也可能是地热原因使这块石头变烫的推断。只有我们人才能在这两个事物之间建立起联系来。所以，推断和分类一样，也是属于基础过程技能里面的内容，是非常重要的技能。
预测是推断的一种高级形态，首先是对未来世界所做的一种推断，但是要根据以前的经验，对未来的世界作出一种推断，天气预报就是一种很典型的预测。再如，科学和数学是一对亲姊妹，通过测量，通过计算，一个是数字联系，还有的是时空联系。时空联系是康德提出的一对范畴，老师们认为根本没有什么，但是，如果没有这对范畴，世界会是什么样的?世界永远是乱糟糟的，要是没有时间这个概念的话，达尔文也不会这样有名了，正是有了时空这个概念，才能把乱糟糟的生物世界立刻变得有序了。所以，时空范畴是一对非常了不起的范畴，现在我们已经非常非常熟悉它了。
在 小学科学 教育过程中，对于这些基础的过程技能，我们可以通过分项的训练来激活某一个知识点。如进行观察的训练、分类的训练，只要有可能，老师们就应该让学生们经常进行这方面的活动。通过这些活动，经常对孩子们进行激活知识点的教育，孩子们就会变得越来越聪明。
2综合的过程技能。和探究有关系的这类过程技能有哪些呢?
（1）识别和控制变量。比如说，乒乓球反弹与什么因素有关?可能与起始的高度有关，可能与地平的材料有关，可能与乒乓球的质量有关。为了公平起见，我们在研究的时候，在进行实验时，必须对有关变量进行控制，才能研究自变量和因变量之间的关系，才能得出正确的结论，不可能同时研究乒乓球的起始高度和地平材料对乒乓球反弹的影响，这是实验的公平性问题。所以，综合过程技能与实验研究更紧密地联系在一起了，在科学探究过程中识别和控制变量是十分重要的。
（2）形成和验证假设。假设和推论有没有关系?是不是一回事呢?差别在哪里?假设可否看成待验证的推断?推断是随时都可以作出的，例如，狗叫了，生人来了，到底是不是生人来了，不一定去验证。但假设是科学研究专有的术语，一旦是假设的话，接下来的活动一定要有验证性的活动，假设和推断有联系，但假设和推断的最大区别就在于推断不一定要验证，而假设了的就一定要进行验证。
（3）下操作性定义。老师们可能对“下操作性定义”这个词不很熟悉，其实就是实验研究。你们在每做一个实验时，都要对所做的实验进行界定，这个界定就是你们对该实验所下的操作性定义。如做摆的实验，在验证摆线的长短与摆的快慢有关时，你们会在实验步骤里这么描述：“取50厘米长的绳子一根，取100厘米长的绳子一根„„”这个“取50厘米长的绳子一根，取100厘米长的绳子一根„„”就是你们对当下所做实验下的（操作性）定义。有时我们对反应变量也要下定义，如施肥的多少或施肥的时间对植物生长的影响，这是你们想研究的问题，那么，反应变量就是植物生长的好坏对不对?生长的好坏可以从哪些方面来看呢?可以从植物的高矮、大小、茎的粗细、叶的厚薄等等对不对?有的时候，你们要把问题说清楚，光高矮可能还不行，还要对茎的粗细、叶的厚薄等做个界定是不是?这个定义是你对当下实验所做的。操作变量、反应变量都可以下定义，然后做实验，做数据分析和解释，有时我们所做的解释，还要用模型的方式来解释。所以，建立模型也是科学教育中一种非常重要的活动，我们在五年级上册的教材中有专门的单元来训练。综合过程技能，也就是我们平时所说的比较严谨的实验研究。
三、探究的不同类型
探究存在着不同的类型，有的老师说这是探究，有的老师说这不是探究，究竟谁是探究、谁不是探究呢?我们可以对探究作不同的划分，大致有如下四种不同的类型。
1提问法。提问是不是探究?老师用可以操作的材料，向学生提出一种现象，如小车在地上直转直转不往前走，先提出一种现象，然后指导学生得出一种科学的概括；老师演
示一种现象，让孩子们针对这种现象，研究后得出一种科学结论来。这些都是我们在课堂上经常做的，这就是一种探究，尤其在低年级时，我们经常用这种方式来让学生探究，别一讲到探究，就是有实验，就是有变量。
2发现法。有的老师搞不清楚发现法和探究的关系，发现法是探究中的一种类型，但是它没有变量。发现法有两种：
（1）纯粹的发现。如玩磁铁，在玩磁铁的过程中，孩子们会有很多的发现，不但发现磁铁可以吸铁，还可以隔着书吸，隔着水杯也可以吸；如果把条形磁铁调一个头，它们不仅不吸了，而且还相斥，所以，孩子们在玩磁铁的过程中可能会有一种纯粹的发现。像我们教材中的《照镜子》也是，让孩子们有一种纯粹的发现，在照镜子的过程中，看哪个学生能发现很多很多他原来不知道的东西。
（2）指导下的发现。当我们希望孩子们都具备这种经验时，可以采用指导下的发现。比如当孩子们并没有知道磁铁还可以隔着水杯对铁起作用时，老师们可以建议孩子们这
样去试试看，这就是指导下的发现。在一学期的活动中间要有1~2次这种用发现。3实验法。这才是严格意义上的探究。狭义的实验有假设、数据搜集、数据分析、解释结论等，实验法实际上就是叙述你认为正确的东西，并找到一种方法来检验你正确的叙述，这是严格意义上的实验。
4研究法。它有一定的程序，也要搜集数据，但是没有假设，也没有变量。比如说：“月相是怎么变化的”，我并不知道，我可以去观察，每天记录，有一定的数据，这就和前面讲到的“乒乓球反弹与什么因素有关”不一样了，它有一定的程序，有数据的搜集分析，但没有假设，也没有变量的控制，所以，我们把它叫做研究法。
对于孩子们来说，以上四种方法不一定要让他们去区分它，我们老师们心中有数就可以了，不要把什么东西都看成是探究，也不要只把狭义的、第三种实验法称之为探究，其他都不叫做探究，现在我们有很多老师这样认为，这是不对的。
最后我想说的一句话是： 探究是不是惟一的?不是的。有人说，今年流行西北风。一讲到探究，就认为不是探究的就不是好课。千万不是的！其实教学中，探究只是其中的一种策略。探究固然有很多好处，但比较费时间，不可能所有的课都上成探究课。最近我们在翻译一本书，叫做《科学探究的策略》，我们可以发现，里面有很多有趣的策略，刚才带你们做的活动，都是《策略》书里面的一部分，有各种各样，包括实施有利于孩子记忆的策略„„可以看到，科学教育有很多方法，有几十种策略。
四、在科学教育中教师究竟应该扮演怎样的角色我对这个问题是非常欣赏的，大家知道，探究能力的形成，不可能一蹴而就，它是要慢慢培养的，所以说，探究有一个阶梯。阶梯的两极，一种是“传统的动手做”——所有的都为孩子们设计得好好的，孩子们就照着做去吧，以前验证性研究和验证性实验是不是这样的?前面的做得好好的，但探究的成分实在太有限了；还有一种是“大撒把式”的——任孩子们随便怎样探究去吧。这是一个问题的两个极端，一个是“扶”得太厉害，一个是“放”得太厉害。其实，“扶”和“放”是一个辩证的关系，老师在这中间究竟应该扮演一个怎样的角色呢?我们可以看到，如果我们把探究进行一下梳理的话，大体上包括这样的程序：主题的确定、问题的提出、材料的选择、步骤的设计、结果的分析、结论的得出，我们把探究的程序罗列出来，可以发现，老师和学生在这里面有这样一个关系。（见下表）
一种是从问题的提出到结论的得出都由老师来完成，老师滔滔不绝地对学生讲，偶然穿插一些提问，这在我们平时的教学中经常看到。但是，我们老师可不可以在探究过程中间适当放开一些?如刚开始时，探究的主题、问题由老师提出，材料是由老师提供的，步骤是由老师设计的，结果/分析能不能由师生共同完成，有可能的吧；结论能不能由学生自
己得出，然后慢慢来放？步骤的设计有没有可能?也可能吧，不要以为步骤的设计只有老师才行，其实孩子们也能想得出来。所以，在步骤设计的时候，能“放”的话，应该适当“放”开一点，老师和学生一块儿来商量，我 小学科学 探究的阶梯
学生们怎样来设计这个实验。我觉得在这方面，我们的小学老师做得比中学老师好。我最近看了一个中学的实验报告，哑然失笑，我们小学老师肯定会对其持批判态度的。这是某某出版社刚刚出版的一本新课标教材上的学生实验报告，说的是种子萌发需要什么样的外界条件。他把目的要求写出来了，需用的器材也规定好了，然后实验步骤是在一根玻璃棒上面绑上三颗成熟的豌豆，一颗完全浸到水里面，一颗接触水面，一颗暴露在空气中。你说这个活动，中学生了，还要给他这样规定吗?能不能让孩子自己想象?非要用成熟的豌豆啊，黄豆行不行?所以，在这些环节中，哪些该“放”，哪些该“扶”，全部的教学艺术都在这个地方。有的时候，问题的提出可不可以由学生自己提出?可以啊！既然提问是科学探究很重要的一个环节的话，那么老师就应该经常给孩子这样的机会，让孩子自己提问啊！有人担心学生会海题，海题完了别怕，适当收口就是了，选择适合我们可以研究的问题，学生慢慢就学会了，找一个我们自己可以研究的问题，他的能力慢慢慢慢就能提高了。所以，全部的教学艺术就在“扶”和“放”之间，看你怎么“扶”，要巧妙地“扶”。有的时候，我们老师会“错了、错了”，其实最好的“扶”是老师反过来问一句，让他自己去发现矛盾之所在，而不要直接地去告诉他。比如摩擦力产生的条件，大连的老师讲了，孩子也意识到摩擦力产生要两个物体。有了两个物体，不运动也产生不了摩擦呀，但是老师不直接讲，反过来问同学，这两个物体我这么放（不运动）行不行?孩子们意识到了，刚才说的“两个物体”不严谨，孩子们说：“要两个物体运动。”这样一来，问题的矫正是由学生自己做了。所以，鉴别一堂课的好坏，一个是在这些环节中，要看能“放”的“放”了没有，“放”了多少。好课要有挑战性，在这些环节方面有没有“放”?在“放”的过程中，老师又是怎么来“扶”的?这个“扶”，我们非常强调，用教育部刘坚老师的话来说，就是“讨价还价式的对话”。对话，不是问答，有时老师为了发挥学生的主动性，经常“你说，你说，你说”，全班学生都说过了，就是看不到老师的主体作用。是要对话，一方面你是平等对话中的一员，但是，你又是平等对话中的首席。所以，一个巧妙的反问，也是对话，就是在这个反问中间，孩子们一下子意识到了他的问题出在哪里了。冯凌老师在上《认识液体》时，孩子们说：“液体之间有轻重的不一样。”她反问一下：“那我拎一桶油来和一杯水比，哪个轻哪个重啊?”孩子们立刻发现这个话说得不严谨了，所以他们后来说：“要倒出同样多的来。”因此，好的引导的话，一个问题反问过去，就能让孩子们意识到问题出在哪里了。好的课堂教学要看该“放”的时候是怎样“放”的，该“扶”的时候又是怎么“扶”的。我们提倡今后老师们写精彩的对话片断，老师们不要花那么多的精力去写空对空的论文，精彩的对话片断那是最有价值的科研论文。我在东北的时候，听了一堂数学课，老师叫孩子们研究角的特征，东北的孩子们喜欢用报纸折大的“四角”，我们小时候折过的，放在地上掼，看谁能把它掼翻过去，老师叫每个孩子折一个“四角”，然后来探究角的特征，孩子们探究出角的第一个特征是“角是尖尖的”，老师说：“请同学们打开铅笔盒，拿出铅笔戳戳自己。”孩子们一下子就意识到了，“角是尖尖的”不是角的最重要的特征，因为铅笔尖也是尖尖的啊，老师就是这样一步一步引导孩子们自己得出角的特征的。所以，精彩的东西就在和孩子们的对话中间，你既是平等对话中的一员，又是平等对话中的引导者、平等对话中的首席，好课的评价标准就在这两个标准上面，当然，这需要经验，也需要老师的智慧。当老师难，甚至比当医生还难，为什么呢?孩子发烧了，可以判定是哪个地方有炎症了，但有时候小孩子说的话，成人却不知道他说的是什么意思，对不对?你要在瞬间，特别是在有人听课的情况下，判断出他为什么这么说，他的问题出在哪里了，然后还要作出相应的回应，这是一件非常困难的事情，这真的是
一、研究背景及意义
党的十八大报告提出要加快发展现代职业教育, 推动高等教育内涵式发展。十八届三中全会决定提出, 要深化教育领域综合改革, 加快现代职业教育体系建设, 深化产教融合、校企合作, 培养高素质劳动者和技能型人才。根据教育部对新建地方本科院校进行分类管理和构建高等教育职教体系的战略部署, 贵州工程应用技术学院结合贵州省、毕节试验区产业结构调整与发展需要和学校实际, 由单一的传统类师范院校向多科型应用技术大学转型发展。
作为传统师范类专业的地理科学专业, 在此背景下, 如何培养适应地方经济社会发展所需的地理科学类高级应用型技术人才, 是地理科学专业转型发展所必须回答的问题。本文以贵州工程应用技术学院为例, 探讨了传统地方高师类院校地理科学专业学生GIS技能培养教学改革, 为地方高校转型发展中地理科学专业转型发展提供了思路和参考。
二、地方高校转型发展中地理科学专业GIS技能培养现状分析
在地方高校转型发展中, 贵州工程应用技术学院与其他转型发展中的地方高校一样, 存在着诸多问题。主要体现在以下几个方面。
1.师资队伍整体水平不高, 结构不合理问题较为突出。我校地理科学专业自1990年开始筹建, 1993年开办地理教育专科专业, 2006年开办地理科学本科专业。本科办学时间短, 其中负责GIS课程教学的专任教师两人, 且均为中级职称, 由于我校地理科学专业一直致力为地方培养地理教育工作者, 对于GIS技能的培养重视不够, 学生掌握GIS技能, 解决地理学相关问题的能力还相对比较薄弱。
2.学生基础差、底子薄, 缺乏学习的主动性和自觉性。我校地理科学专业学生85%来自贵州省毕节市, 另有10%左右来自贵州省其他地州市。由于毕节地处乌蒙山区集中连片特困地区, 基础教育较为薄弱, 学生对于现代信息技术掌握水平较低。而GIS技能的培养依托计算机应用能力, 而学生计算机应用能力较弱, 又打消了学生学习的主动性和自觉性。学生信息技术能力的短板制约了学生GIS技能的提高。
3.教学仪器设备不足, 课程体系不够完整。目前我校地理信息系统实验室教学设备主要是计算机以及相关专业软件。其中2010年得到中央财政支持新购置实验用计算机45台, 其他如工程扫描仪、绘图仪、全站仪等设备均购置于2003年前后, 设备较为老旧, 部分已不能使用。对于地理科学专业学生来说, GIS课程一般开设于第五学期, 作为GIS的前期课程和后续课程大部分以选修课形式开出, 部分学生避难就易, 导致GIS课程不能很好地与其他课程形成良好的学科体系。学生在学习过程中, 往往只是学习了GIS基础课程, 不能很好地将其应用于解决地理科学问题。
4.考核机制不健全, 与社会应用相脱节, 无法学以致用。GIS课程考核在2009、2011版教学大纲中, 考核方式主要是闭卷考试, 学生成绩最终由平时成绩 (平时作业、提问、考勤等) ×10%+期中测试 (一般采取开卷考核方式) ×20%+期末闭卷考试×70%组成。由于考试形式的限制, 闭卷考试试卷主要考查学生的理论知识掌握情况, 无法真正体现学生实践及应用能力, 同时期中测试多采取开卷考核方式进行, 期中测试成绩与期末考核成绩相差较大, 部分学生也只是临近期末考试前突击背诵, 导致出现考完即忘、无法深入理解的情况。
5.课程实验教材使用不合理, 缺乏合适的实验素材。GIS课程是实践性较强的课程, GIS实践能力是GIS技能培养的重要方面, 实验教学是决定GIS课程教学质量的关键步骤, 同时也是学生能力培养的重要环节。我校地理信息系统实验教程采用的是2000年高等教育出版社出版的《地理信息系统实习教程》, 该教程版本较为陈旧, 实验内容不太适应于当今GIS技术的迅猛发展, 并且多以基础性、验证性实验为主, 与实际生产中GIS应用相脱节。由于缺乏较为实用的实验教程, 学生无法通过实验教程掌握相关实践知识和能力。
三、GIS技能培养模式及教学改革探究
基于我校地理科学专业学生的实际情况, 结合我校转型发展以及地理信息系统和地理信息系统实验课程教学的实际情况, 在现有条件下, 明确人才培养目标, 通过理论与实践相结合的教学方式, 以培养应用型、技能型地理科学人才为导向, 积极引导学生拓宽视野, 通过鼓励学生参与大学生课外科研活动、全国GIS技能大赛等方式, 努力提高学生实际动手能力, 培养学生解决实际问题的能力。
1.构建了“理论+实验+实践+应用”的四维一体课程教学模式。为提高学生的动手能力, 改革教学手段和方法, 以GIS技能培养为目标, 从GIS理论与实践教学相结合的角度, 构建了旨在促进学生专业理论学习和实践素质培养相结合的“GIS四维一体教学模式”, 即“理论+实验+实践+应用”的课程体系下多层次、多模式的教学改革和实践。
“GIS四维一体教学模式”实现了理论是基础、实验是保障、实践是重点、应用是根本的地理类高素质应用型和技能型人才培养模式。在理论课堂教学方式上, 打破了传统的灌输式和过分偏重讲授的教学方法, 采取了讲解、演示、课堂讨论、案例教学等多种形式相结合的教学方式;实施互助式学习、启发式教学等教学模式启发学生的思维;注重理论联系实际的教学方法, 培养学生学以致用, 引导学生培养创新、创造能力。在实验课堂教学过程中, 注重理论与实验相结合的教学方法, 用实验进一步验证理论, 使学生通过实际动手操作, 进一步理解和掌握理论知识, 达到理论指导实验, 实验促进理论知识的掌握的目的。在实践环节, 主要是通过积极引导学生申报各级各类大学生课外科研活动项目, 鼓励学生参加诸如全国GIS技能大赛等方式, 让学生学有所用。通过实践环节, 进一步加深对理论和实验知识的理解和应用。
2.教学方法与教学手段的改革。GIS理论课程通过设计制作相关多媒体课件, 辅以图片、视频等多媒体素材, 使学生可以直观获取专业知识。通过启发式教学、互动式教学, 及时将学生学习信息反馈给教师。授课过程中积极将本学科相关实际应用、发展现状及研究热点问题穿插于教学过程, 使学生不止学习了书本知识, 还了解了其具体应用和发展的情况, 加深了学生的理解, 提高了学生的学习兴趣。
3.构建系统化的实践教学体系, 强化实验课教学, 增强学生的实践能力。在GIS教学中选择较为权威、优良的理论教材的同时, 注重实验教材的选取。实验课教学, 以理论课程中的有关内容为主线, 时间安排也一般与理论课教学穿插进行, 目的是使学生加深理解理论课堂教学中的相关理论、知识和基本技术方法, 并熟悉GIS软件工具的使用与操作等。
4.综合运用多渠道拓展学生思维。充分利用多媒体技术、网络技术等, 将几个专业网站、论坛与学生一起分享, 及时将本专业、本学科相关新闻和热点问题与学生进行交流和探讨, 促进学生和教师之间的交流, 开拓学生的视野。
5.改革考试考核方式。为科学反映教学的效果, 将学生学习过程的考查与最终考试挂钩, 将理论和实验考核相结合。学习过程中的考查主要以学生出勤率、课后作业为主、课程笔记、读书笔记、科技论文等为主;期末考试命题改变了以往只考查理论部分, 现在的考试过程中增加了实际应用能力的考核以及学科发展方向、研究热点问题的考核。
四、结语
本文从传统地方高师类院校转型发展实际出发, 结合社会经济发展需要以及地理科学专业自身特点, 探讨了地理科学专业转型发展过程中, 学生的GIS技能培养以及为进行GIS技能培养所进行的相关教学改革。以“四维一体教学模式”为核心, 加以教学及考核方式的转变, 在实际教学过程中取得了一定的成绩, 学生GIS技能有所提高。
摘要：从地方高校转型发展背景出发, 分析地方高校转型发展中地理科学专业学生GIS技能培养现状, 探讨分析了以GIS技能培养为目标的地理信息系统“四维一体”教学模式以及围绕地理信息系统“四维一体”教学模式而进行的教学改革, 为地方高校地理科学专业转型发展以及地理科学专业高级应用型、技能型人才培养, 提供了思路和参考。
关键词：地方高校,转型发展,地理科学,GIS技能,四维一体
参考文献
[1]苏广实.地理专业本科GIS课程教学探讨[J].广西教育学院学报, 2007, (6) :75-77.
[2]汤国安, 周卫.“地理信息系统”课程的设计与实践[J].地球信息科学, 2005, 7 (2) :65-69.
[3]龙毅, 汤国安, 闾国年.立体化教学模式的GIS国家级精品课程建设[J].测绘通报, 2006, (12) :69-72.
[4]杨武年, 简季, 何政伟, 等.“大地学”背景下的GIS本科专业课改思路[J].测绘信息工程, 2010, 35 (4) :49-50.
[5]盛业华, 郭达志, 杜培军, 等.“地理信息系统”课程教育的实践与思考[J].测绘通报, 2000, (6) :40-42.
[6]郑朝洪.高校GIS教育方向探讨[J].测绘与空间地理信息, 2008, 31 (5) :221-228.
[7]李权国, 张弢, 康玲.师范院校地理科学专业GIS教育的问题与策略研究[J].福建教育学院学报, 2010, 4 (2) :62-64.
英文的science，法文的science，德文的Wissenschaft含义并不完全一样，它们都来自拉丁文的scientia，但或多或少有所转义。拉丁文的scientia继承了希腊文episteme的含义，其意思是“知识”、“学问”。出自它的各个欧洲语种的相应单词，都禀承了这个义项，但又或多或少有所偏离。英文偏离最多，science通常并不指一般意义上的“知识”(英文里有另外一个专门的词knowledge)，而是指像物理、化学这样一些“自然科学”(nature science)；法文和德文偏离得少一些，其中德文基本上保存着与scientia一样的意思(从构词形式上与英文的knowledge完全一样)，并不特指自然科学，也包括文史哲等人文学科。因此，我们可以说德文的Wissenschaft比较好地保存了希腊文episteme和拉丁文sci-entia的原始意含。
至此，我们便提出了西文语境下的两种“科学”概念：广义的科学指“知识”、“学问”，可以用德文Wissenschaft来标志，狭义的科学指“自然科学”，可以用英文的science来标志。在今天人文学科与自然科学长期隔绝、互不理解的背景下，人们很容易以为这是两种“自古以来”就并列发展的完全不同的东西。其实，自然科学与人文学科的分野只是近代以来的事情，也是在这种分野的过程中，“科学”狭义化成为“自然科学”。狭义的科学与广义的科学虽然有区别，自然科学与人文学科虽然有区别，但它们有着共同的历史来源，即都出自希腊的知识传统也就是广义的科学传统。正是这个共同的知识传统，将西方广义的“科学”，与非西方的，比如中国的知识、学术、学问区别开来。因此，在西方语境下来谈“什么是科学”，至少要涉及两个问题：第一，近代以来分化开来的自然科学与人文学科之间的根本区别，以及近代的自然科学与古代的希腊科学的根本区别是什么?第二，它们共有的希腊知识传统与非西方比如中国的学问传统之间的根本区别是什么?我们回答了第二个问题，便大体搞清楚了广义“科学”的基本含义；回答了第一个问题，便能大体明白狭义“科学”的基本含义。
先来考虑第二个问题：在西方世界影响深远的希腊知识传统与中国学术传统的根本区别是什么?我们用“科学”指称希腊知识传统，是因为这个传统不是一般意义上的全人类共有的知识传统，而是相当特别的学术类型。把它放在与中国学术相比较的位置上来看，就能够更清楚地看出它的特别之处来。我愿意指出两个主要的区别。从学问的目标上讲，希腊学术追求变动不居的世界“背后”的确定性知识，而中国学术追求生生不息的动态生活“之中”的实践智慧。希腊学术有很强的知识论传统，而中国学问是知情意合一的。希腊科学对于确定性知识的追求是通过发掘“观念”的“内在性”来实现的，这种观念的内在性也就是我们经常所说的“理性”。所以，希腊科学也被称为理性科学。“理性”是西方广义科学传统的关键词。这是第一个区别。第二个区别，可以从做学问的方法上考虑，希腊学术强调学者独自展开真理的历程，并且在这种展开之中相互批判、相互质疑，而中国学术则强调面向经典、“述而不作”，强调不同经典诠释者之间的“和而不同”。
从这两个主要的区别中间，我们可以看出西方(广义)科学的品格：对严格的确定性知识的追求，对内在固有的理路即理性世界的开掘，对批判、质疑、论证的推崇。这些品格也为西方狭义科学所继承，勿宁说，西方狭义的科学最突出的展示了这些品格。由此我们可以看出西方科学传统的统一形象和总的规定性：推理、论证、证明、演绎，是西方科学(学术)突出的方法特征。无论是中世纪的经院神学，还是现代的文艺批评、政治学说、法学理论，都禀有这些特征。近世哲学大家康德说：“任何一种学说，如果它可以成为一个系统，即成为一个按照原则而整理好的知识整体的话，就叫做科学……只有那些其确定性是无可置辩的科学才能成为本义上的科学；仅仅只是具有经验的确定性的知识只能在非本义上称之为学问(wissen)”(参见本书康德选文)，所表达的就是这种广义的科学概念。许多德国哲学家正是从这种意义上，反而认为自然科学不够“科学”，而他们自己所倡导的哲学比如康德的先验哲学、胡塞尔的现象学，才是真正严格意义上的“科学”。
再来考虑第一个问题：近代以来日益分化开来的自然科学与人文学科(人文科学)之间的根本区别，以及近代自然科学与古代希腊科学的根本区别是什么?作为近代以来从广义科学母体中分化开来的自然科学与人文科学，它们与希腊科学既有联系，又有不同程度的区别。联系的方面表现在，它们都继承了上述广义科学的一般品格：挖掘研究对象的内在理路，研究者之间相互质疑相互批判。它们与古典科学基本的分野则在于：它们不再是博通之学，而是专题化的“研究”。它们的研究对象不同：人文科学面对人的精神世界，自然科学面对物质世界。它们的研究方法也有所不同：人文科学主要面对经典进行“文本诠释”，而自然科学走上了“数学+实验”的实证道路；前者追求历史性解释，后者探索因果性说明。
近代自然科学继续希腊科学“探索内在性”的伟大事业。近代科学先驱们发现，自然界是一个“不以人们意志为转移的客观存在”，是一个按照自身固有的规律运动的世界，因此，探索自然的“规律”是人类理性能够做的最合适的事情。在这个意义上讲，近代的自然科学是对希腊理性科学的发扬光大，是把理性的“内在性逻辑”推向了一个极致。但是着眼于因果性规律的近代科学，也把理性片面发展成为一种“工具理性”，因而受到广泛的质疑，认为背离了希腊理性的完整性，而导致了片面的理性。这是近代自然科学与希腊科学的重大区别。
近代自然科学不是希腊意义上纯粹的科学，而是功利性、求力型科学。它以征服自然、利用自然，提高人类对于周围环境的掌控能力、按照人类自身的意志制造一个人工的生活环境为目标，因而它重视外在经验，重视有系统设计的、可重复的实验方法。它对数学的运用并不只是推究“道理”，而是将世界纳入可计算的网络之中，因而本质上受制于“控制”和“征服”的意志。正是由于征服和控制的意志要求“效率”的原则，使得近代西方的学术走上了分科化的道路，不仅自然科学脱颖而出，人文科学和社会科学也陆续按照分科化的原则建立起来。自然科学通过技术，最醒目地实现了近代求力意志，因而成为近代的显学，人文科学则相对受到冷落。
西方的广义的科学为何会有与中国的学术如此不同的特征，为何西方近
代的科学会显现出与古典希腊科学如此不同的特征，我在“科学与人文”(《中国社会科学》2001年第4期)一文中有过初步的解释。我认为，西方的学术与中国的学术走上不同的发展道路，与它们各自的基本人文理念和人文构架有关。所谓“人文理念”是由人性理想(人)和教化形式(文)共同组成。西方人文理念是“自由”，而教化形式是“科学”，而中国以儒家为代表的人性理想是“仁”，教化形式是“礼”。正是“自由－科学”和“仁－礼”的不同，导致了学术传统的不同。近代科学之所以与古典希腊科学不同，也是因为“自由”的理念本身发生了变化。
中国人系统引进西学是1840年鸦片战争之后的事情，动机是师夷之长技以制夷，而夷之长技不外乎“坚船利炮”，所以第一代出国留学者学造船学兵器者居多，但后来发现，夷之长技不仅是“坚船利炮”，更有支撑坚船利炮的一整套知识体系。这套知识体系初被译成“格致学”，在十九、二十世纪之交被正式定名为“科学”。这个译法来自日本，取“分科之学”的意思，以区别于中国传统的文史学不分的博通之学。
我们很容易看出，在这个背景下诞生的中文“科学”概念，特指在近代西方发展起来的作为“坚船利炮”之基础的近代自然科学，既不包含西方的人文科学，也不必然指涉希腊的纯粹理性科学。由于强调其“求力”特征(当时的中国人对西方的蛮力印象最深)，强调其功利性特征，所以在汉语使用中“科学”与“技术”往往放在一起合称“科学技术”或“科技”。我们甚至可以说，近代中国人讲“科学”的时候通常想到的是“科技”。也正因为如此，有些中国人也想当然的认为中国古代也有“科学”，只是不够发达而已。中国古代确实有非常丰富和发达的实用型知识，以解决和安排中国人民的衣食住行，但这些知识与西方的“科学”有根本的区别，不是一个知识类型。
这个情况当时就被有见识的中国人注意到。梁启超指出，中国人过分把科学工具化、功利化，是“把科学看得太低了，太粗了”，他还说，“就是相对的尊重科学的人，还是十个有九个不了解科学的性质。他们只知道科学研究所产生结果的价值，而不知道科学本身的价值，他们只有数学、几何学、物理学、化学……等等概念，而没有科学的概念”(“科学精神与东西文化”，《学灯》1922.8.23)近一百年之前的这种局面，今天并没有很大的改变。这本“科学读本”就是想正本清源，让西方思想家来讲述何谓“科学”，以纠正中国人心目中的“科学”形象。
前几年我为广西师范大学出版社编过一本《大学科学读本》。在那本书里，我基本上使用的是现代自然科学家的文章，用以说明自然科学的内在统一性，给读者提供科学的总体面貌；让科学家现身说法，见证科学的人文本性。现在编的这个读本，目标是正本清源，突现西方思想史背景下的“科学”观念，所以选取的都是哲学家的文章。这些哲学家，或者是西方广义或狭义科学传统的缔造者，或者是科学传统的批判者和反思者。他们都从某一个侧面揭示了西方科学的真相，合起来就构成了一幅比较完整的西方科学观念的图像。
第一讲 科学探究式教学
在我国目前的科学教育课程改革中，提倡运用探究式科学教学方法学习科学，为了有效地贯彻和落实探究式科学教学的理念，本讲从三个角度谈了对探究式教学的认识：什么是探究、探究的核心要素有哪些、怎样进行探究。期望能够对有效实施新课程所提倡的探究式科学教学有更深入的思考，并提高我们的科学教学质量。
一、什么是探究
探究不仅指科学家们用以研究自然并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。也指学生用以获取知识、领悟科学的概念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。科学教育中，关于“探究”争论问题：探究是帮助学生学习科学的方法还是科学课程的目标？
教育部《课程标准》明确指出：探究既是科学学习的目的，又是科学学习的方式。给我们的启示：在小学科学教学中既要学习探究过程，又要学习科学知识和概念。科学探究的基石是活动的设计：
误区：只会动手做、不会动脑想。课堂热热闹闹，却陷入了教学的浅薄与贫乏。
二、探究的核心要素
在我国目前义务教育课程改革的科学（3~6年级）（以下称为小学科学）、科学（7~9年级）（以下称为中学科学）、物理、化学、生物的五个课程标准中都提到了科学探究，并对科学探究的过程规定了如下的环节，详细参考表1。表1 我国义务教育的科学课程标准对科学探究环节的界定
环节 小学科学 中学科学 物理 化学 生物 1 提出问题 提出科学问题 提出问题 提出问题 提出问题 猜想与假设 进行猜想和假设 猜想与假设 猜想与假设 作出假设 制定计划 制定计划，设计实验 制定计划与设计实验 制定计划 制定计划 4 观察、实验、制作 观察与实验，获取事实与证据 进行实验与收集证据 进行实验 实施计划 5 搜集整理信息 检验与评价 分析与论证 收集证据 得出结论 思考与结论 表达与交流 评估 解释与结论 表达、交流 7 表达与交流 交流与合作 反思与评价 8 表达与交流
从表1可以看出，在以上五个课程标准中对于科学探究的环节虽然不是完全相同，但都在6-8个环节之内，对其中的“提出问题”、“作出假设”、“制定计划”、“实施计划”、“表达与交流”这五个环节是这五个课程标准中共同提到的。其中多数也提到“得出结论”这个环节。
在小学科学教学实践基础上，我们把科学探究的过程梳理为以下8个环节，界定为本文的探究式科学教学的环节。即
1、提出问题；
2、作出假设；
3、制定计划；
4、实施计划；
5、记录结果；
6、得出结论；
7、表达与交流；
8、完善结论。
对于上述探究式科学教学过程的8个环节中，“提出问题”、“作出假设”、“制定计划”、“实施计划”、“得出结论”、“表达与交流”的6个环节在我国的有关科学课程标准中都是提到过的，所以，应该是没有异议的。至于为什么要增设“记录结果”和“完善结论”这两个环节？其理由为：
对于“记录结果”环节，可以说是等同于上述提到的“收集资料或证据、整理信息、分析数据”的环节，但是，又略有不同。增设“记录结果”环节，目的是强调结果与结论的不同，不要混淆二者。
在探究式科学教学活动（观察、实验或收集信息）中，在结果和结论的环节上，首先，一定要事实求实地记录观察或搜集到的信息、证据或实验数据，避免只是片面地收集支持假设方面的信息或证据。其次，在“记录结果”基础之上，通过“整理信息、分析数据”，再根据个人的经验、经历及认知结构等，得出符合个人所能理解的结论。结果应该是真实的、客观的、可以再现的。结果可能是支持假设的，也可能是否定假设的。结果直接影响结论的得出。而结论是带有“主观”意识的（与个人的经验、经历、认知结构有关系的）、抽象的。结论是在整理、分析结果的基础之上得出的。
在参与科学教学实践中，发现有的情况是学生记录的结果是正确的，结论是不完整的或不正确的。还有很多情况是学生把结果当做成结论，没有注意到二者的区别，有时甚至教师也没有意识到这一点。
我们认为“整理信息、分析数据”是为了从“记录结果”中得出结论，应该属于“得出结论”这个环节，也就是“记录结果”环节，与“收集资料或证据、整理信息、分析数据”环节的略有不同之处。这也就是增加“记录结果”环节的理由。
所以，在探究活动中，结果和结论是不同的，是需要区分清楚的。因此，有必要单独另设“记录结果”这个环节。它是探究式教学中不可缺少的环节之一。
对于“完善结论”环节，“完善结论”就是对“得出结论”的评价、反思和修改，并且需要通过“表达与交流”的方式来进行。在“表达与交流”中，表达自己总结的结论的同时，还能够了解到他人总结的结论，通过自己与他人的比较、对照，其结果可能是坚定了自己总结的结论，也可能是借鉴了他人的结论，修改了自己总结的结论或是改变了自己总结的结论等。增设“完善结论”环节的目的就是通过“交流与表达”来检验、评价、反思自己得出的结论，同时，使“表达与交流”更有意义，也使探究活动有一个“完整”的结局。
在表1中我国的五个课程标准中都涉及到了“结论”、“表达与交流”环节，并以“表达与交流”为探究活动的最后一个环节。与日本和美国的科学教科书中提到的相同。在中国的中学科学、物理和化学三个课程标准中虽然分别提到了“检验与评价”、“评估”和“反思与评价”环节，但是，都是设置在“表达与交流”环节之前。与“完善结论”略有不同。笔者认为设置在“表达与交流”之后，才能使交流更具有目的性，使评价、反思更具有针对性。这样才能使探究式科学教学的各个环节紧密相连，环环相扣，使学生能够经历、体验到一个完整的探究活动过程。
以上8个环节是本文对探究式科学教学的一种“界定”。下面，将按照上述“界定”的探究式科学教学的8个环节对具体的单元教学案例进行具体、详细分析。
三、怎样进行探究
案例分析：美国FOSS“生命的结构”单元的探究活动设计
美国FOSS（Full Option Science System,FOSS）是在美国国家科学基金会的资助下，由美国加州大学劳伦斯科学馆（Lawrence Hall of Science）依据《美国国家科学教育标准（NSES）编制的一套科学课程体系[1]。其核心理念是在“活动”中建构科学概念。FOSS科学课程体系在小学阶段（小学科学）共设计了22个主题单元，包括了“杠杆与滑轮”、“混合物与溶液”、“地球物质”、“生命的结构”、“食物与营养”、“人体”等。每个主题单元的内容涵盖了本单元的主要内容、教师必备的科学知识、学生需要掌握的一些重要概念以及思维发展要求、学生组织以及空间安排等建议、教学过程建议、材料的组织建议以及如何为本单元的教学做好准备等。
每个主题单元由3—6个探究活动构成，每个活动中，分别有教学目标、概述、供教师使用的背景信息、学生概念的形成与发展等，然后是将活动分成若干环节来具体展开。通过这些活动，可以激发学生学习科学的兴趣和好奇心，培养他们的科学思维技能，并掌握重要的科学概念。
“生命的结构”是小学3年级的一个主题单元，通过五个探究活动——寻找种子、种子的生长、相识小龙虾、观察蜗牛、甲壳虫贝丝，学生直接观察这些动植物并培育这些动植物，从中发现不同的动植物个体具有怎样的不同结构，这些不同的结构又怎样为它们的生长、发育、繁殖提供支撑。学生们通过系统的探究活动可以逐步理解生物体的结构特征和生命周期。表2是“生命的结构”单元中“相识小龙虾”的设计概要： 表2 “相识小龙虾”设计概要
探究活动提要 科学概念 思维过程 扩展 FOSS科学故事 技术、社会 相识小龙虾
通过与活的小龙虾直接接触，认识小龙虾的结构。建造小龙虾的居住地，学习在教室里照顾和饲养小龙虾。建立一种用于长期研究小龙虾行为的观察和记录系统。小龙虾有明显的结构，比如，腿、眼睛、触角、外壳、游水足、螯等；小龙虾对生活环境有特殊的要求；有些动物要求属于自己的，能保护自己的领地；每种生物都有自己独特的结构，动物的结构与其生活环境相适应。观察和记录小龙虾的结构。通过观察在有水的透明容器中的小龙虾，来研究它们的行为。建立一种用于长期研究小龙虾领地行为的观察和记录系统。
研究小龙虾对食物的喜好。
调查小龙虾生活环境的变化。小龙虾的生命周期 比较小龙虾和昆虫的结构，讨论这些结构如何帮助动物们存活。
科学教学的目的是让学生能够科学地认识自然事物和现象，并能够从中发现它们之间的联系和规律，然后，才能按照规律与自然和谐相处。通过探究活动，能够更好地实现上述目的。学生在探究活动的过程中，只有自己亲身经历了，自己总结出规律，使学生能够真正懂得、理解、明白其中的道理，才能使学生的认知发生转变。才能使学生能够把学到的东西真正地整合到自己的认知结构体系当中，能够把日常生活中的认识转化、提升为科学的认识。才能使学生的认知结构得到发展。探究活动的过程就是学生思维发展的过程。学生的思维没有参与到探究活动中来，探究活动就将失去它的价值。
需要说明的是，探究式科学教学不是科学学习的唯一方式，本文所界定的探究式教学的8个环节也不是探究式科学教学的唯一方法，但是，适合本文所界定的8个环节的探究式教学的教学内容应该是具有一定范围的。这一点也是值得我们今后需要更加深入研究的问题。
第二讲 科学过程技能
什么是科学过程技能呢？
我们先给它一个比较明确的定义，科学过程技能就是科学工作者在科学研究过程中必须具备的一些最基本的思维方法和操作技能。这个定义中涵盖了两个核心词，这两个核心词分别是基本的思维方法、基本的操作技能，也就是说在科学探究的过程中，我们要培养学生这两种能力。那它们两者的关系是什么呢？基本的思维方法又有哪些？基本的操作技能又有哪些呢？基本的操作技能一般来说包括以下10个技能：观察、分类、测量、推断与预测、交流与表达、识别与控制变量、制作图表、形成与验证假设、实验实施和结果分析以及建立模型。
除了技能以外还有思维方法的培养，在小学阶段我们到底要培养学生哪些思维方法呢？我觉得主要有这样几种思维方法：一个是分析，也就是说在大量事实的基础上我们怎么进行分析，在分析的过程中我们肯定要进行综合，然后还有比较，这些实质上都是思维方法，除了这些思维方法以外，大家看，还有抽象、概括、归纳、演绎，这些是比较高级的一些方法。关于这些方法，怎样在操做的过程中来培养，我们会通过一个案例的分析，大家就会对此有一个比较明确的认识。
为什么要强调思维方法的培养，原因在于，科学过程技能的核心应该是在操作的过程中学会思变。否则的话，教学可能会陷入误区，即学生只会动手做，不会动脑想，课堂热热闹闹，却陷入了教学的浅薄与贫乏。
下面对10个科学过程技能进行注释。第一个技能就是观察，它是思维的知觉，是有目的、有计划、比较持久的一种知觉，它是以视觉为主，融合其他感觉为一体的一种综合的感知，是知觉的一种高级的形式，一个人的观察能力是他智力结构的一个最重要的要素。所以我们在科学教学的过程中，要努力地培养学生的观察能力。观察力指的什么呢？是指能够迅速地看出对象和现象那些典型的，但是又不很显著的特征和重要细节的能力。观察力是智力的一个重要的要素，是智力发展的基础。
学生的观察能力是怎么发展的？学生的观察能力划分为三个层次，第一个层次是：运用感观辨别事物的特征，简单地说就是用单一或多种感观，直接或者间接地进行观察，这是学生观察能力的最初级阶段。在这基础上，进入第二个层次，能够依据时间顺序或者空间位置的不同来观察事物的变化例如，让学生观察一颗种子从萌发一直到长成一个个体的过程，就是依据它时间的顺序进行观察。第三个层次是能够依据对某种概念的认知，有矛盾、有计划地进行观察。
怎样培养学生的观察能力？
低年级，主要是培养学生能透过事物的表象而关注到有意义的特征。（形成有效的观察）
中年级阶段，应培养学生认识联系（空间联系、因果联系）。
高年级，学生应能够从意义上完整地把握对象整体，并且还要能通过研究得到结论，找出事物的规律。
观察作为一项技能，其步骤为： • 选好观察对象，确定观察重点
• 通过感官直接或间接观察，占有丰富表象。• 分析比较，掌握细微差别。• 积累观察结果，感知综合提升。
观察的要求或者说培养学生的观察能力应该注意的问题是：观察要细致、全面、客观（要精细的辨别，特别是不要被表面现象或突出的部分掩盖了细节，掩盖了本质。全面，就是要观察事物的各个方面，即前后左右上下里外，从整体到局部，各部分之间的联系以及事物的发展过程，都应观察在内。客观，就是要在观察中不掺杂任何主观的、情感的因素，不能用自己已有的主观意识来替代事物的客观情况，也就是不能想当然。）观察要抓住事物的特征（能够观察出事物最突出、最具特色、与众不同的一点，从而把它与其他事物区分开来）。观察要展开联想和想象（从心理学意义上讲，联想可以分为四种：类似联想，即从事物之间的相似性方面想起；接近联想，即从空间和时间方面接近的事物想起；对比联想，是从相反的或相对的事物想起；因果关系联想，则是从事物的原因结果方面想起。）
第二个技能是分类，在日常生活中，人们为了方便，常根据事物既有差异性，又有相似性的特性，把事物分门别类地整理，这个过程叫做分类。科学研究中的分类有很多方法，这里我们只介绍三种最基本的，适合儿童年龄特征的分类方法：“顺序排列法”、“多级二分法”、“集合法”。
顺序排列法就是把一些事物按照某一个属性，譬如按事物的大小、轻重、形状„„依次排列。顺序排列法最简单的表示方法就是通过箭头来表示。例如，我们把10个同学按他们体重排列(公斤)。
“多级二分法”分类的依据是事物之间的不同之处。按一定标准每次把事物分成二类，直到不能分为止。多级二分法要遵循以下规则：
(1)每次按一定标准分成二类。
(2)在选用标准时，最好用“是”或“不是”模式，主要是因为不让某一些事物在分成二类时，无所适从。
(3)每个事物只能占一个空格，直到不能分为止。
集合法的名称借用于数学名词“集合”。我们在研究一些问题时，可以把某一确定范围内的事物的全体看作是一个集合。例如，所有自然数就可以看作是一个集合。
分类能力的培养：
• 首先能提出合理的分类构想，制定科学的分类标准。
• 在从事分类时，一般可以（1）依据物体的形状、颜色、大小来分类；（2）依据事物变化性的共同差异来分类。将调查的性质内容按顺序列表整理。（3）依据概念分类。• 分类标准应同一。
第三个技能是测量。测量是借助于不同类型的工具，对周围世界进行的一种定量观察，所以测量严格来说它是一种观察，这种观察属于一种定量观察，是对定性观察的补充和精化。
第四个技能是推断与预测。推断与预测都是推论的一种形式，笼统地讲，它们都指根据已经知道的事情推论出不知道的事情。一般来说，推断指对观察到的现象做出的一种推论，而预测则是根据现有证据和既往经验对将来的事情做出推论。
推断与预测的意义：
（1）推断与预测是科学发展的重要形式和不可或缺的环节
没有推断与预测的中介就不可能由时事资料的积累达到科学理论的创立。
（2）推断与预测对科学研究起重要的指导作用。进一步确立了继续观察和实验的内容、方法、方向
（3）重大的推断有时会引起自然科学的革命，例如达尔文在环球考察时提出的“物种随客观条件的不同而相应变异”的推断掀开了进化论的序幕
（4）著名的推断与预测对科学家有强大的吸引和激励作用。如哥德巴克猜想。
怎样培养学生的推断能力：
• 对观察到想象的原因进行推断与预测
例如：公园中相邻的两棵银杏树，在10月底时，一棵叶变黄了，另一棵还是绿意葱葱。请学生提出他们的推断。• 对实验的条件进行推断与预测 • 对事物的原因和结果进行推断与预测 • 对事物的逆向结果进行推断与预测
推断与预测的步骤：
• 发现问题：问题是产生推断与预测的动因。爱因斯坦曾说过：“发现一个问题比解决一个问题更重要。” • 展开想象，提出推断与预测。• 搜索、整理事实资料。
• 利用有关材料，采用各种方法，对推断与预测进行论证。
推断与预测的要求：
推断与预测要建立在事实的基础上
推断与预测所使用的证据要充分合理
推断与预测要展开想象力
第五个技能是交流与表达。新课改理念下的交流是指探究者为完成一定的目标与他人进行的信息传递与交换的活动。
特征：目的性、计划性、程序性
目的：解放发展个性，使学生通过教育最终摆脱教育。
目前教学中存在的问题
1.流于形式，有教无学
表现：讨论——问题不恰当、含糊
时间——目的不明确
形式——没有交锋、没有冲突和质疑，只有区别，才有交流。
误区：你说我说大家说。
交流的结果要形成一种建设性的对抗。
2.教师不能对学生的表达做出适当的回应
误区：回应单一，反应迟钝，不能追问
3.教师的角色模糊不清
4.有证实无证伪，缺乏对质疑精神的鼓励
误区：大部分教师知道在活动中活的科学概念，但对科学不仅要证实还要有证伪（用相反的例证）。
5.对“错误”建设性的作用认识不足
交流中教师的作用：
1.营造和谐的课堂气氛
2.组织与指导：交流小组的组建
交流内容的选定
组间交流的组织
介入交流小组的指导
3.激励性评价
前五个技能都是我们在小学科学教学的过程中经常用到的技能，也是比较简单的技能，我们也称它们为基本科学过程技能。后五个就是比较复杂的技能了，我们称它们为综合科学过程技能。
第六个技能为识别与控制变量。变量亦称因子，指实验操纵控制的特定因素或条件。在中小学科学课中，把实验所设置的实验条件称为“变量”。
变量通常分为以下两类四种类型：实验变量与反应变量、无关变量与额外变量。实验变量亦称自变量，指实验中由实验者所操纵、给定的因素或条件；反应变量亦称因变量或应变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系。实验的目的即在于捕获解释这种前因后果。在根（叶）吸水量多少的实验研究中：实验变量和反应变量各是什么？
在“根（叶）的吸水量多少的研究”中，根的多与少就是实验变量；由于根（叶）多根（叶）少的变化，根的吸水量也随之变化，这就是反应变量。
无关变量亦称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验变化和结果的因素或条件。
额外变量亦称干扰变量，指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。
在“根的吸水量多少的研究”中，之所以选择两棵大小、根系大小相当、叶子数量一样的幼苗；向两支大试管中放一样多的水加以固定；在水面滴一层植物油（防止水分蒸发）等措施，也都是想控制无关变量，以防产生额外变量，出现干扰，造成误差。所以控制无关变量和减少额外变量是科学实验的关键之一。
通过设置实验对照对比，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。
对照实验的类型：
• 空白对照组指不做任何实验处理的对象组。
• 自身对照指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照。如“植物细胞的质壁分离和复原”实验，则是典型的自身对照。
• 条件对照指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。例如“动物激素饲喂小动物”的实验，采用等组实验法，实验设计方案是：
甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）
乙组：饲喂甲状腺抑制激素（条件对照组）
丙组：不饲喂药剂（空白对照组）
上述实验既设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照，更能充分说明实验变量（甲状腺激素）对实验结果（促进蝌蚪的生长发育）的影响。
第七个技能是制作图表。在数据处理和结果表达方面，图表（图形和表格）具有独特的作用：
（1）真实、准确地展示和反映数据
（2）以较小的空间承载较多的信息
（3）启发实验者思考数据的本质和分析数据所揭示的内在规律
（4）简明、直观、有效地表达复杂的数据和观点。
第八个技能是形成并验证假设。假设就是在观察和事实材料的基础上，根据科学原理和科学事实进行理性思维的加工以后，对未知的自然现象及其规律所作的假定性解释和说明。
假设的主要特点
（1）假设是以事实为基础的，具有科学性。引导学生做出假设时要考虑
以下因素：
学生已经掌握的相关知识
学生已经具备的生活经验
学生已经具有的事实
（2）假设具有猜想性
（3）假设需要实践的检验
第九个技能是实验实施和结果分析。首先明确什么是科学实验，科学实验：人们依据科学研究的目的，运用有效的仪器和设备，对研究对象加以控制，减少非本质因素的干扰，在特定的环境中或特定的条件下研究自然规律的一种科学活动。
小学科学教学中，科学实验的设计有三个原则：
实验的现象要直观，能够为学生的观察提供丰富的感性材料。
实验设计要能够启发学生的积极思维。
实验设计中蕴含着实验思想和方法。
实验结果的表述可以采取以下形式： • 用文字来表达试验结果 • 用记录表格来表达试验结果 • 用图线来表达试验结果
另外必须注意实验误差的问题：
实验误差：实验过程中，由于仪器本身的精度、实验条件、环境等因素，以及在读取数据时，需要对仪器的最小刻度值的下一位进行估测，而使人们在估测时不可能估计得非常准确，所以测量值与真实值之间就会有一定的差异，这个差异就是误差。
第十个技能是建立模型。模型是对于现实世界的事物、现象、过程或系统的简化描述，或其部分属性的模仿。
钱伟长
科学技术总的来说有两类：一类是了解、认识、解决社会问题的，这是社会科学和社会技术；一类是了解、认识和改造自然的，这是自然科学技术。
了解、认识社会有很多方法，最最基本的是调查研究。认识以后，作出许多结论，这是社会科学中的理论部分，如政治学等等。管理社会、改造社会，这是社会技术，比如法律学，我认为就属于社会技术，管理社会总得有个规格，这等于自然科学里的规范一样。全部管理科学应该属于社会技术。
自然科学技术实际上分为三部分：一部分是数学，是计算数量和分辨空间位置的许多概念的基础和它的理论，是一切社会科学和自然科学运用的衡量工具；第二部分是自然科学，是人们观察自然现象总结出来的许多共同规律；还有一部分是技术、工程。
工程与技术不同。技术是人们制造工具和进行生产的方法，有的是根据已知的原理创造出来的，有的可能还并不了解它的原理，比如中国人发明指南针的时候，并不知道它的原理，可我们已经用上了。人们在改进技术的过程中，逐渐总结出它的规律，把它的原理弄清楚了，这就成为科学了。工程是综合了许多技术为一个总的任务服务的，比如建筑工程是盖房子的，其中需要很多技术，如采光、取暖、供水、结构的设计等等。所以工程师一定要有组织能力。一个人不可能样样精通，但至少有关各方面都知道一点，其中有一门是精通的，他要组织精通各种技术的人跟他合作，来完成一个总的任务。
在社会科学里，政府的管理工作实际上也是属于工程的，它要综合所有的社会技术，还要借助于自然科学技术管理一个城市，一个国家。所以我想，管理科学应该叫工程。
1、感知空气的存在，掌握空气的特征及作用。
2、让幼儿初步了解空气污染的情况及其危害性。
3、培养幼儿关心和保护环境的意识。
【活动准备】
1、器材：杯子、手帕、大玻璃缸、蜡烛、尼龙袋子、气球、打火机、水。
2、课件-空气污染
【趣味练习】
空气污染的原因
【趣味练习】
如果没有空气
【活动过程】
一、感知空气的存在及其特性
1、小朋友，今天老师要和你们玩个变魔术的游戏。（教师示范）。
2、将手帕团塞入玻璃杯杯底。杯子里有什么？杯里除了手帕还有别的东西吗？
猜一猜：如果把杯子放入水中，杯子里的手帕会怎么样？
3、实验
我们来试一试，杯子里到底有没有其它东西。将玻璃杯倒扣压入水中，再把杯子提出水面，取出手帕。
手帕湿了吗？为什么？
杯里除了手帕外还有其他东西，是它把水顶住不让水流进杯子，所以手帕才不会湿。
4、你们能看见杯子里的东西吗？这东西手摸得到吗？用鼻子闻得出吗？
那么，杯里到底是一种什么东西呢？请小朋友仔细看老师示范。将杯口斜着浸入水中。
你们看到了什么？是什么东西从杯子里跑出来吹出泡泡的？（学习词：空气）。
5、请小朋友拿起尼龙袋，张开袋口。看看袋里有什么？
请幼儿迅速将袋口拧紧，用手慢慢向袋底挤。为什么挤不动了？尼龙袋里有什么？（空气）。
6、你们刚才在哪里捉到了空气？你们看得见空气吗？能摸得到空气吗？
闻一下空气是什么气味的？
小结：我们的周围充满着空气。空气是看不见、摸不着、闻不到的气体，因此，小朋友通常认为我们周围没有东西。
二、认识空气的作用
1、将点燃的蜡烛用杯子完全罩住，点燃的蜡烛为什么会熄灭了？
2、请小朋友用手捂住口鼻，说说有什么感觉？
3、除了我们人需要空气外，还有谁也需要空气？
小结：除了人类离不开空气外，动物、植物也离不开空气，凡是有生命的东西都需要空气。
三、了解空气遭受污染的情况及其危害性
1、我们每时每刻都离不开空气，可是现在空气质量发生了变化，下面请小朋友们认真看录像，想想这些事情对空气有没有影响？
2、观看课件图片
（1）满天飞扬的尘土，对空气的污染；
（2）汽车排出的废气对空气的污染；
（3）烧香、放鞭炮时的缭绕烟雾；
（4）工厂烟囱排放的黑烟；
（5）焚烧垃圾时产生的浓烟；
科学课教学应该以探究为核心, 注重让学生亲身经历一个科学探究的过程, 从而形成科学的概念。所谓科学探究, 就是个体通过自主地调查和研究来认识和理解自然的活动。笔者在几年的教学实践及学习活动中, 发现了一些关于科学探究活动存在的问题, 同时也深刻认识到科学课教学要将探究活动落到实处, 要体现其真实性和科学性。
一、探究活动要真实
1. 探究活动要扎实开展, 教师极力配合, 让学生充分投入。
在一节课中, 教师要引导学生做很多事情, 如制定计划、小组讨论、动手实践、汇报交流等, 但教师一定要有所侧重。教师在安排学生进行探究活动这一环节上, 必须留有足够的时间, 不仅探究能力强的学生要有时间探究, 相对探究能力较弱的学生, 也要有足够的时间进行探究活动。
2. 探究活动的开展要真实。
进行科学课教学时, 在上课前教师和学生都要准备一些材料, 这些材料用于开展探究活动。教师要本着求真求实的态度, 给学生树立爱科学、尊重科学、认真对待科学的榜样。例如, 讲“制作氧气”这节课时, 在演示实验中, 验证氧气时, 没有看到木条燃烧, 当时我很慌张, 对于课堂上出现的这种意外, 是我始料未及的, 当时又有区教研室的老师在听课, 面对学生疑惑的目光, 我只能硬着头皮把实验结果直接告诉学生。这是一节失败的课, 原因不仅仅是实验失败, 更重要的是我不严谨的科学态度对学生造成极其不好的影响。
二、探究活动要科学
1. 科学探究活动要经得起实证。
一直以来, 科学课上教师总是会把一些科学现象的原理以结论的形式告诉学生, 与此同时, 学生也常常为生活中遇到的科学问题所困惑, 由于没有探究的习惯和环境, 他们又会通过书本直接获取答案, 久而久之, 科学在他们眼中变得越来越神秘、深奥。
以《液体的热胀冷缩》为例, 本课主要研究“水在受热或受冷后的体积变化”问题。这一活动, 不仅是为了使学生获得水具有热胀冷缩性质这样的认识, 而且要他们通过观察水的热胀冷缩现象, 拓展到其他液体是否也有这种性质的疑问, 从而开展相应的观察实验予以证实。在教学中, 做一次实验是不够的, 因为科学不是偶然的结果, 任何科学结论都要经得起反复实验。所以一般实验要反复做三次, 经过三次实验得出结论———水具有热胀冷缩的性质。
2. 科学探究活动要经得起质疑。
爱因斯坦说过:“在科学探究活动中, 有时提出一个问题往往比解决一个问题更重要, 因为解决一个问题也许是一个数学上或实验上的技能而已, 而提出新的问题、新的可能性, 从新的角度去看旧的问题, 都需要创造性的想象力, 而且标志着科学的真正进步。”
【关键词】小学科学教师实验教学
【中图分类号】G622.3【文献标识码】A【文章编号】1674-067X(2014)07-078-01在我多年的执教中不难发现在我们农村地区的科学教育课程资源无处不在，无时不有，特别是我们在开展实验教学过程中很多实验的教学资源是完全可以进行拓展的，因此这对于我们实验教学的教师掌握其技能尤为重要，直接面对着小学生实施以培养科学素养为中心的科学启蒙教育，必然有着许多具体而实际的问题，虽然有专家的指点、教研员的指导和学术刊物的帮助，但最终还是需要教师来进行具体操作，在实践实验中处理好所有教学的环节，对于拓展教学实验课程资源至关重要。所以，小学科学教师必须具备相应的实验教学资源拓展技能以便引导和启蒙学生的科学意识和素养。
科学的教学资源内容极其广泛，为了实验教学的需要，为了学生提高科学素质的需要，教师应该具备以下初步的开拓实验教学资源的技能。
首先是进行实验教学课后反思的技能。课后反思是总结教学经验和提高教学水平的有效渠道，长期积累的课后反思也是教师个人或集体搞好教学的最直接、最具体的资源。教师可以通过课后反思记下自己的心得和体会。其具体内容包括：（1）成功之举。即达到预期目标特别精彩的做法；应用某些教学思想方法的过程；教学方法上的改革与创新等等。（2）“败笔”之处。通过回顾和梳理，作深刻的反思、探究和剖折。使之成为应吸取的教训。（3）教训机智。即因偶发事件而产生的瞬间灵感和应变得当的措施。（4）学生动态。即学生的智慧火花；学生的创新之举，未估计到的学生困难和表现。（5）所思所想。记下自己的感受、思考和设想，提供以后教学进行参考，并可在此基础上不断地改进和完善原有的教学设计。
进行课后反思，贵在及时和坚持。有话则长，无话则短，以记促思，以思促教，长期积累必有“聚沙成塔”之效。这是指引我们教师如何从成长型转变为经验型和专研型的最行之有效途径之一。如科学课教学临近尾声时，教师提出一些探究性的问题，来激发学生课后继续探究的兴趣。如讲完《改变物体的浮沉》一课，为探究下节课《水面的秘密》作准备，教师让学生回家观察水面是什么样的，并回家做一个小实验，倒满一杯水，再继续慢慢向里添加水，仔细观察水面的形状。这样为学习下一节课做好铺垫，同时也激发学生进一步探究的兴致。我在对学生的课外拓展研究活动中，坚持进行及时的检查和评比，采取巡视查看、汇报、展览、演示等评价手段，对学生的探究活动进行认真总结，公正评价。逐步培养学生养成敢于创新的精神和认真细致、不怕困难、善始善终的良好态度。
其次是拓展师生交流实验资源的技能。学生在课堂上获取科学信息的范围和渠道通常是有限的，某种层面而言是仅为了完成该课的教学目标而作，其对实验过程中产生的很多疑问无疑是激发学生科学启蒙意识的最佳时机，进而引导其对科学现象的进一步学习和探究打下基础，这也是更进一步激发学生对科学学习兴趣的培养。他们很想有一些能与教师和同学自由对话的机会，更想有一些能够及时交流信息、探究收货和个人思想的平台。同样，这些机会和平台也能使教师及时了解学生的探究情况和思想动态，成为自己教学的学生动态资源。因此，教师应该积极地给学生创造这样的机会和条件。在我多年的实践教学中可见教师选用的常规办法有：充分发挥学生对本课实验完成后反观其额外发现的现象并促成探讨，为今后更深层次的学习埋下伏笔；在学校开辟科学自由发言专栏；定时组织学生交流信息和思想；举办“小科学家论坛”；建立学校或教师个人科学教育公共QQ网页等等。
无论采用哪种方法，教师都应该注意：（1）本着不花钱或少花钱的原则，尽可能的不增加学生家长的负担。（2）教师在其中必须发挥主导作用，主动发现收集并提供有用的信息，经常组织探讨，及时对学生作出应答和指导。（3）适时控制，发现不良倾向及时正面引导。（4）不能影响学生的正常学习和活动。（5）必须征得学校和有关部门的同意和支持。
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