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摘要：在初步界定科學素養的內涵與表征基礎上，闡釋了科學探究能促進學生科學素養的養成。并以“人教版九年級化學上冊第七單元課題1燃燒和滅火”為例，從“以生為本”是教學設計的基礎、“認知規律”是教學設計的前提、“科學探究”是教學設計的主線、“整體建構”是教學設計的宗旨四個維度闡述進行科學探究教學設計的策略。
《義務教育化學課程標準（2011年版）》提出“以提高學生的科學素養為主旨”的課程理念，在其“課程內容”中又設置了與之相對應的“科學探究”。那么，在實際教學中又如何理解“科學素養”，并在此基礎上圍繞“科學探究”進行教學設計，提高學生的“科學素養”呢？
一、科學素養的內涵與表征
科學素養也稱科學素質，這一詞源于英文Lit-eracy，是指人們在認識客觀事物的過程中必須具備的科學知識、科學的思維方式、對科學的理解、科學精神和科學態度，對個人、社會、環境的責任心和價值觀，以及運用科學知識和方法解決問題的意識和能力[1]。簡言之，科學素養主要是由三部分組成：科學知識、科學的研究過程與方法、科學技術對社會和個人所產生的影響。這三部分以“科學研究”為核心，在研究中獲取科學知識，在過程中體驗、掌握科學研究的方法，在實際應用中彰顯科學研究的價值。具體表現為五個方面，一是問題意識：具有善于發現問題、合理提出問題、簡明表達問題、科學分析問題、創造性解決問題的意識；二是科學方法：能夠按照科學研究的思路尋找解決問題的科學手段與路徑，并能有效實施，且在實施過程中能不斷優化或調整；三是求實態度：嚴格研究程序，尊重事實，尊重研究結果，不浮夸；四是創新精神：有清醒的頭腦，不唯學術權威，思維不固化，不人云亦云，對事物具有獨到的見解或觀點；五是克服畏難情緒：科學素養的形成不是一蹴而就的，科學研究也不是一帆風順的，在科學研究的道路上能克服一切困難，不半途而廢，堅定不移地向前邁進。
二、科學探究促進科學素養養成
在《義務教育化學課程標準（2011年版）》的課程內容設計中，科學探究占據了重要的地位，它作為一級主題，是學生積極主動獲取化學知識、認識和解決化學問題的重要實踐活動，涉及提出問題、猜想與假設、制訂計劃、進行實驗、收集證據、解釋與結論、反思與評價、表達與交流等要素[2]。而初中是化學的啟蒙階段，科學探究更多體現在實驗探究上。實驗是學生學習化學、進行科學探究的主要途徑，實驗探究的前提是具有探究的問題，而問題往往來源于教材，教材上引發的問題一方面是對應科學知識學習的需要，另一方面是將科學知識的學習融于科學探究的過程中，同時問題的引發是多角度的，在實際教學中我們不能僅局限于教材引發的角度，可從社會、生產、生活、技術等多角度去引發，以讓學生體驗化學本真，激發學習化學的興趣，逐步增強學生的問題意識與探究欲。在探究過程中，勢必存在探究方案的設計、探究路徑的選擇與優化以及探究的具體實施，從而逐步掌握科學研究的方法，增強問題解決的能力。探究過程中往往會出現一些生成性問題，如實驗現象的差異性、實驗數據的偏離性等，與預設的探究結論產生差異甚或得出不同的結論，應促進學生去反思、改進與創新等，樹立求實的態度，培養學生的創新精神，增強學生的創新能力。也可能通過多次探究都得不出需要的結論，應促使學生克服困難繼續探究，逐步形成克服畏難的科學品質?？茖W探究可以全方位促進學生科學素養的養成。
三、基于提高學生科學素養的初中化學
科學探究教學設計與案例分析科學探究有助于學生科學素養的養成。為此，在實際教學中需要加大科學探究的教學設計研究。下面就以“人教版九年級化學上冊第七單元課題1燃燒和滅火”[3]為例來闡述如何進行科學探究的教學設計。
（一）“以生為本”是教學設計的基礎。教學設計的目的是提高課堂教學的效率與效益，達成課程標準所要求的目標。而目標的達成對象是學生，為此，教學設計要體現“以生為本”。生活基礎：對于“燃燒和滅火”，學生在實際生活中都有一定程度的感性認識，知道一些生活中燃燒的方法（如用火柴或打火機點燃紙張等）與燃燒的現象（如煮飯時灶上天然氣燃燒的現象等），以及一些滅火的方法（如踩滅煙頭等）。知識基礎：學生前面已經學習過物質的變化（如氧化反應等）、氧氣的助燃性、水和二氧化碳的性質（如一般情況下，二氧化碳不能燃燒，也不能支持燃燒）等有助于本教學的內容。技能基礎：通過前面六個單元的學習，學生已經掌握了相應的實驗基本技能，了解了科學探究的過程，特別是初步掌握了在探究中的“對比實驗”“控制變量”等科學方法，有助于科學探究的順利進行。
（二）“認知規律”是教學設計的前提。在了解了學生對該部分內容的生活基礎、知識基礎、技能基礎的情況下，如何使課堂教學更加高效，勢必要研究學生的認知規律。為此，在教學設計時一定要遵循化學學科的特點和學生的認知規律。作為科學學科的化學的重要認知規律就是“感性認識—理性認識—思維提升”，通過感性認識獲取直接證據，通過理性認識對證據進行合理分析、推理，通過思維提升進行綜合歸納建構，最終達成教學的終極目標。結合本課時的教學內容，首先需要利用學生的生活基礎，通過“放大鏡引燃干草”“在燃燒的木炭旁扇扇子越扇越旺”“抱薪救火”等典型的正反實例感知燃燒的條件，獲取一定的感性認識。然后通過白磷與紅磷在控制變量的情況下的對比實驗，進一步加深感性認識，并在此基礎上進行理性分析，探究燃燒的條件。最后進行歸納整理，建構出燃燒的條件以及它們之間的關系。為了讓學生的思維進一步提升，再設計相應的體驗實驗，讓學生親身感受燃燒必須具備的三個條件。而滅火與燃燒剛好相反，學生通過自主設計實驗探究滅火的原理，體驗科學探究的過程，同時進一步強化燃燒與滅火的關系，使思維得以升華?；谝陨蠈W情與認知規律的分析，本課時的教學目標可以確定為：1.通過觀圖思考、討論交流、提出猜想，初步感知燃燒的條件，樹立科學探究意識。2.通過演示實驗、記錄現象、討論分析、拓展探究、歸納小結、分組體驗，探究和深度認識燃燒的條件，初步認識科學探究的過程，促進“證據推理”核心素養的養成。3.通過自主設計、討論交流、實驗驗證、歸納小結、綜合運用，探究滅火的原理并能合理運用，親身體驗科學探究的過程，促進“科學素養”的形成。教學重點：燃燒的條件和滅火的原理。教學難點：借助控制變量的對比方法探究燃燒條件、探究滅火原理，設計實驗方案，進行實驗與綜合評價。
（三）“科學探究”是教學設計的主線?！读x務教育化學課程標準（2011版）》的課程目標包括三部分：知識與技能、過程與方法、情感態度價值觀。而科學素養正是在此目標達成的過程中逐步提高的。三個目標中以“過程與方法”為核心，在科學探究的過程中學會知識、掌握技能，滲透情感態度價值觀。為此，在教學設計上要以“科學探究”為主線。而科學探究主要體現在活動上，所以，該部分的教學設計需按活動元進行設計。活動元是指在教學中為完成某一學習任務中的一個或幾個子任務而進行的相對獨立的學習活動[4]。針對上述三個教學目標，相應設計成三個活動元，以實現目標與活動的統一。而“科學探究”必有問題的引發，為此，可通過“情境導入”引出探究的問題。情境導入：利用硫酸鋁溶液和碳酸氫鈉溶液自制簡易滅火器，在蒸發皿中放一些小紙屑，點燃后，用自制滅火器進行滅火。然后以問題引入課題：紙屑為什么會燃燒？燃燒的條件是什么？后來滅火器又是怎么使燃燒的紙屑熄滅的？依據的原理是什么？點評：用現有的滅火器太浪費，一般建筑物周圍放置的滅火器都還未打開過。而且這種大型滅火器噴出來的滅火材料覆蓋的面積較大，上述實驗燃燒少量的小紙屑需要的覆蓋面較小。覆蓋面太大，對教室地面、桌面都有影響。更為主要的是，該實驗情境直指課題的核心內容，而且可以激發學生的學習熱情與探究欲望，有助于“科學探究”“創新意識”“科學精神”等核心素養的養成。在探究問題引出后，就應把“科學探究”的過程與教學目標結合，設計對應的活動元?；顒釉唬撼醪礁兄紵臈l件點評：以圖創境，直觀感知，引發思考，逐步養成“宏觀辨識”之核心素養；在討論交流過程中培育學生的合作精神與語言交流表達能力；通過科學猜想樹立科學探究意識，將核心素養“科學精神與社會責任”的培育無形地融于活動過程中?；顒釉嚎茖W探究燃燒的條件點評：該實驗白磷燃燒會污染空氣，需在通風櫥下進行，為了減少對空氣的污染，可采用演示實驗，以增強環保意識與“社會責任”感；該過程基本上體現了科學探究的過程，在“活動元一”猜想基礎上，用“演示實驗—觀察現象—討論分析—拓展探究—得出結論”，初步認識科學探究的過程，有利于科學素養的養成，通過實驗獲取的證據，對猜想進行驗證，有助于核心素養“證據推理”的養成；在“歸納小結”的知識建構中不限于知識的簡單羅列，而以圖示找出三者的關系，從歸納建構上升為思維建構；再以分組體驗，加深對燃燒條件的認識與理解，親身體驗是學習最直接的手段，也是學生最感興趣的學習方法。活動元三：探究滅火原理及其應用點評：在“活動元二”中基本呈現科學探究過程的基礎上，將“滅火原理”設計成“提出問題—設計方案—實驗驗證—得出結論”這一科學探究過程，讓學生親身體驗科學探究的過程，更進一步強化了“科學探究與創新意識”這一核心素養；在“綜合應用”中對“情境導入”進行呼應，使三個活動元形成一個有機整體，建構出一個立體課堂。
（四）“整體建構”是教學設計的宗旨。好的教學設計不僅要專注于某單一活動的設計、某單一目標的達成，而且要全盤考慮所有活動、目標，還包括思維的完整建構。一節好的教學設計一定是由低階到高階的活動鏈、思維鏈、目標鏈對應構成的。如圖2為“科學探究之活動·思維·目標關系鏈”。同時從科學素養的角度，首要的就是要學會相應的科學知識，為此，一節好的教學設計還需要對知識進行系統建構。為此，本節科學探究教學設計在三個活動元完成之后一定要進行梳理建構。如圖3為“燃燒條件與滅火原理及其關系”[5]。梳理建構一般是在教師引導下由學生自主完成，一方面讓學生樹立建構意識，掌握建構的思維與方法，另一方面還具有反饋的價值，了解學生對科學知識掌握的程度?？傊茖W探究既是初中化學的重要教學內容，也是培育學生科學素養的主要方法。而科學探究的教學設計要因生而異、因內容而異，其研究是永無止境的。
作者:李思盛 羅超 羅珺 單位:成都市龍泉驛區教育科學研究院 成都市中和中學校