國際理科教育中科學探究理念的發展路徑

教育學者對科學探究的認識主要是通過對科學探究過程的描述和探討來體現的，他們認為，掌握科學並不僅僅是瞭解科學概念和知識，學生需要發展探究能力，學會科學的思維方法，能夠在試圖解決問題之前細緻地描述問題，判定哪些資訊可以用來分析問題，以及決定描述和分析問題的步驟。通過科學探究，學生能夠獲得新的資料，以改變他們原來的看法，或者加深他們對重要科學原理的理解，發展推理、觀察以及邏輯分析等方面的重要能力。標準之後的科學探究更強調“識別科學問題”、“科學地解釋現象”和“使用科學證據”三個基本維度，並以科學勝任力為核心。

標準之後基礎科學教育領域對科學探究的焦點轉為探究教學如何整合“認識探究”與“做探究”兩個方面。因此，在涉及“認識探究”的時候，研究者強調科學探究的本質，將其看作與科學本質相關的科學認識論的組成部分；於是，“科學探究”用來指科學知識發展過程的特徵，涉及到發展、接受和使用科學知識的若干慣例；它是人們認識科學本質和科學素養的仲介，是作為知識建構和確認的方法（Duschl, 1990）。在討論探究教學的時候，研究者將科學探究與教學相聯繫，看作是“做探究”的過程，即課堂中的探究活動（Flick & Lederman, 2004）。

萊德曼(Lederman, 2007)指出，科學探究是科學家尋求問題解決的系統取向，他通過長期的實證研究和教學實踐總結了與美國科學教育標準相一致的科學探究的內涵，他認為科學探究應該包括以下八個方面的分析框架：①科學研究都是從問題開始的，但並不都是檢驗假設的；②在科學研究中沒有單一的模式和步驟，科學研究的方法具有多樣性；③探究過程以問題的提出為指導；④科學家即使採用同樣的步驟也不一定能得到相同的答案；⑤探究過程影響到研究的結果；⑥研究的結論必須與資料的收集過程相一致；⑦科學資料與科學事實是不同的；⑧解釋來自於對資料的收集和研究者的已有認識。儘管科學探究與科學過程有很大的聯繫，但是科學探究並不僅僅是過程技能的發展，它還包括觀察、推斷、分類、猜測、測量、質疑、解釋和資料分析等。^[10] 科學探究包括傳統的科學過程，但是也包括這些過程同科學知識、科學理性和批判思維的融合而發展和生成的科學知識。

PISA(The Program for International Student Assessment)是由經濟合作暨發展組織(OECD)所委託的計畫，於20世紀90年代末期對15歲學生的數學、科學及閱讀進行持續、定期的國際比較研究；目的是評價學生在完成義務教育之後，是否能夠掌握未來生活所需的知識與技能。評價主要分為三個領域：閱讀素養、數學素養和科學素養，最近的是2006年的第三次PISA調查，共有57國參加。PISA 2006闡述了與科學相關的三個方面問題，即科學勝任力(Scientific Competencies)、科學知識和態度，並對科學框架的三個方面進行詳細說明，特別強調了科學探究、科學解釋和態度對科學勝任力養成的重要意義，^[11] 從PISA 2006的測量框架中可以看出標準之後科學探究的基本架構。

PISA 2006確定了科學勝任力的三個維度，即識別科學問題、科學地解釋現象和使用科學證據。這三個維度詳細地解釋為：①可以識別能夠進行科學探究的議題，確定搜集科學資訊的關鍵字，識別科學探究的主要特徵；②在給定的情境中應用科學知識，科學地描述或者解釋現象並預測變化，確定合理的描述、解釋和預測；③解釋科學證據並做出結論進行交流，確定結論背後的猜測、證據和推理，反思科學和技術發展在社會生活中的應用。

PISA 2006特別強調有關科學的知識對科學勝任力形成的重要性，其中明確提出了科學探究、科學解釋的具體方面，並對探究的態度進行了說明。科學探究主要包括六個方面：①來源(比如科學性問題)；②目的(比如生成證據來幫助回答科學問題以及目前的觀點、模型或理論；③實驗(比如不同的問題需要不同的科學探究和設計)；④資料(比如量化[測量]、質性的[觀察])；⑤測量(比如設備和過程內在的不確定性、可複製性、變化、準確性和精確性)；⑥結論的特徵(比如經驗性的、暫定的、檢驗的、證偽性的和自我修正的)。科學解釋包括四個方面的內容：①類型(比如預測、理論、模型和定律)；②形成(比如現存的知識和新的證據、創造力和想像力、邏輯)；③規則(比如邏輯的一致性、證據為基礎、基於歷史和當前的知識)；④結果(比如新知識、新方法、新技術和新探索)。關於探究的態度主要包括四個方面的闡述：①瞭解不同科學視角和爭論的重要性；②支援事實性資訊和推理性解釋的利用；③表現對得出結論的邏輯和過程需要；④能夠對人類行為造成的環境問題做出判斷。

科學勝任力	知識	態度
識別科學問題科學地解釋現象使用科學證據	*科學知識：* 物理系統生命系統地球和空間系統 *關於科學的知識*：科學探究科學解釋	科學興趣支持科學探究對資源和環境的責任感

畢比(Bybee)對PISA 2006的框架做了詳細分析(圖1)，^[12] 他認為框架中的知識和態度都是實現科學勝任力的必要基礎，科學知識是以往強調的科學概念，“關於科學的知識”包括科學探究和科學解釋，比過程技能更具體和深刻；“對探究的態度”是對科學議題的反應，包括對科學探究的興趣、支持，責任感；情境是以往PISA科學素養評價的第三維度。