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摘要：在初步界定科学素养的内涵与表征基础上，阐释了科学探究能促进学生科学素养的养成。并以“人教版九年级化学上册第七单元课题1燃烧和灭火”为例，从“以生为本”是教学设计的基础、“认知规律”是教学设计的前提、“科学探究”是教学设计的主线、“整体建构”是教学设计的宗旨四个维度阐述进行科学探究教学设计的策略。
《义务教育化学课程标准（2011年版）》提出“以提高学生的科学素养为主旨”的课程理念，在其“课程内容”中又设置了与之相对应的“科学探究”。那么，在实际教学中又如何理解“科学素养”，并在此基础上围绕“科学探究”进行教学设计，提高学生的“科学素养”呢？
一、科学素养的内涵与表征
科学素养也称科学素质，这一词源于英文Lit-eracy，是指人们在认识客观事物的过程中必须具备的科学知识、科学的思维方式、对科学的理解、科学精神和科学态度，对个人、社会、环境的责任心和价值观，以及运用科学知识和方法解决问题的意识和能力[1]。简言之，科学素养主要是由三部分组成：科学知识、科学的研究过程与方法、科学技术对社会和个人所产生的影响。这三部分以“科学研究”为核心，在研究中获取科学知识，在过程中体验、掌握科学研究的方法，在实际应用中彰显科学研究的价值。具体表现为五个方面，一是问题意识：具有善于发现问题、合理提出问题、简明表达问题、科学分析问题、创造性解决问题的意识；二是科学方法：能够按照科学研究的思路寻找解决问题的科学手段与路径，并能有效实施，且在实施过程中能不断优化或调整；三是求实态度：严格研究程序，尊重事实，尊重研究结果，不浮夸；四是创新精神：有清醒的头脑，不唯学术权威，思维不固化，不人云亦云，对事物具有独到的见解或观点；五是克服畏难情绪：科学素养的形成不是一蹴而就的，科学研究也不是一帆风顺的，在科学研究的道路上能克服一切困难，不半途而废，坚定不移地向前迈进。
二、科学探究促进科学素养养成
在《义务教育化学课程标准（2011年版）》的课程内容设计中，科学探究占据了重要的地位，它作为一级主题，是学生积极主动获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动，涉及提出问题、猜想与假设、制订计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等要素[2]。而初中是化学的启蒙阶段，科学探究更多体现在实验探究上。实验是学生学习化学、进行科学探究的主要途径，实验探究的前提是具有探究的问题，而问题往往来源于教材，教材上引发的问题一方面是对应科学知识学习的需要，另一方面是将科学知识的学习融于科学探究的过程中，同时问题的引发是多角度的，在实际教学中我们不能仅局限于教材引发的角度，可从社会、生产、生活、技术等多角度去引发，以让学生体验化学本真，激发学习化学的兴趣，逐步增强学生的问题意识与探究欲。在探究过程中，势必存在探究方案的设计、探究路径的选择与优化以及探究的具体实施，从而逐步掌握科学研究的方法，增强问题解决的能力。探究过程中往往会出现一些生成性问题，如实验现象的差异性、实验数据的偏离性等，与预设的探究结论产生差异甚或得出不同的结论，应促进学生去反思、改进与创新等，树立求实的态度，培养学生的创新精神，增强学生的创新能力。也可能通过多次探究都得不出需要的结论，应促使学生克服困难继续探究，逐步形成克服畏难的科学品质。科学探究可以全方位促进学生科学素养的养成。
三、基于提高学生科学素养的初中化学
科学探究教学设计与案例分析科学探究有助于学生科学素养的养成。为此，在实际教学中需要加大科学探究的教学设计研究。下面就以“人教版九年级化学上册第七单元课题1燃烧和灭火”[3]为例来阐述如何进行科学探究的教学设计。
（一）“以生为本”是教学设计的基础。教学设计的目的是提高课堂教学的效率与效益，达成课程标准所要求的目标。而目标的达成对象是学生，为此，教学设计要体现“以生为本”。生活基础：对于“燃烧和灭火”，学生在实际生活中都有一定程度的感性认识，知道一些生活中燃烧的方法（如用火柴或打火机点燃纸张等）与燃烧的现象（如煮饭时灶上天然气燃烧的现象等），以及一些灭火的方法（如踩灭烟头等）。知识基础：学生前面已经学习过物质的变化（如氧化反应等）、氧气的助燃性、水和二氧化碳的性质（如一般情况下，二氧化碳不能燃烧，也不能支持燃烧）等有助于本教学的内容。技能基础：通过前面六个单元的学习，学生已经掌握了相应的实验基本技能，了解了科学探究的过程，特别是初步掌握了在探究中的“对比实验”“控制变量”等科学方法，有助于科学探究的顺利进行。
（二）“认知规律”是教学设计的前提。在了解了学生对该部分内容的生活基础、知识基础、技能基础的情况下，如何使课堂教学更加高效，势必要研究学生的认知规律。为此，在教学设计时一定要遵循化学学科的特点和学生的认知规律。作为科学学科的化学的重要认知规律就是“感性认识—理性认识—思维提升”，通过感性认识获取直接证据，通过理性认识对证据进行合理分析、推理，通过思维提升进行综合归纳建构，最终达成教学的终极目标。结合本课时的教学内容，首先需要利用学生的生活基础，通过“放大镜引燃干草”“在燃烧的木炭旁扇扇子越扇越旺”“抱薪救火”等典型的正反实例感知燃烧的条件，获取一定的感性认识。然后通过白磷与红磷在控制变量的情况下的对比实验，进一步加深感性认识，并在此基础上进行理性分析，探究燃烧的条件。最后进行归纳整理，建构出燃烧的条件以及它们之间的关系。为了让学生的思维进一步提升，再设计相应的体验实验，让学生亲身感受燃烧必须具备的三个条件。而灭火与燃烧刚好相反，学生通过自主设计实验探究灭火的原理，体验科学探究的过程，同时进一步强化燃烧与灭火的关系，使思维得以升华。基于以上学情与认知规律的分析，本课时的教学目标可以确定为：1.通过观图思考、讨论交流、提出猜想，初步感知燃烧的条件，树立科学探究意识。2.通过演示实验、记录现象、讨论分析、拓展探究、归纳小结、分组体验，探究和深度认识燃烧的条件，初步认识科学探究的过程，促进“证据推理”核心素养的养成。3.通过自主设计、讨论交流、实验验证、归纳小结、综合运用，探究灭火的原理并能合理运用，亲身体验科学探究的过程，促进“科学素养”的形成。教学重点：燃烧的条件和灭火的原理。教学难点：借助控制变量的对比方法探究燃烧条件、探究灭火原理，设计实验方案，进行实验与综合评价。
（三）“科学探究”是教学设计的主线。《义务教育化学课程标准（2011版）》的课程目标包括三部分：知识与技能、过程与方法、情感态度价值观。而科学素养正是在此目标达成的过程中逐步提高的。三个目标中以“过程与方法”为核心，在科学探究的过程中学会知识、掌握技能，渗透情感态度价值观。为此，在教学设计上要以“科学探究”为主线。而科学探究主要体现在活动上，所以，该部分的教学设计需按活动元进行设计。活动元是指在教学中为完成某一学习任务中的一个或几个子任务而进行的相对独立的学习活动[4]。针对上述三个教学目标，相应设计成三个活动元，以实现目标与活动的统一。而“科学探究”必有问题的引发，为此，可通过“情境导入”引出探究的问题。情境导入：利用硫酸铝溶液和碳酸氢钠溶液自制简易灭火器，在蒸发皿中放一些小纸屑，点燃后，用自制灭火器进行灭火。然后以问题引入课题：纸屑为什么会燃烧？燃烧的条件是什么？后来灭火器又是怎么使燃烧的纸屑熄灭的？依据的原理是什么？点评：用现有的灭火器太浪费，一般建筑物周围放置的灭火器都还未打开过。而且这种大型灭火器喷出来的灭火材料覆盖的面积较大，上述实验燃烧少量的小纸屑需要的覆盖面较小。覆盖面太大，对教室地面、桌面都有影响。更为主要的是，该实验情境直指课题的核心内容，而且可以激发学生的学习热情与探究欲望，有助于“科学探究”“创新意识”“科学精神”等核心素养的养成。在探究问题引出后，就应把“科学探究”的过程与教学目标结合，设计对应的活动元。活动元一：初步感知燃烧的条件点评：以图创境，直观感知，引发思考，逐步养成“宏观辨识”之核心素养；在讨论交流过程中培育学生的合作精神与语言交流表达能力；通过科学猜想树立科学探究意识，将核心素养“科学精神与社会责任”的培育无形地融于活动过程中。活动元二：科学探究燃烧的条件点评：该实验白磷燃烧会污染空气，需在通风橱下进行，为了减少对空气的污染，可采用演示实验，以增强环保意识与“社会责任”感；该过程基本上体现了科学探究的过程，在“活动元一”猜想基础上，用“演示实验—观察现象—讨论分析—拓展探究—得出结论”，初步认识科学探究的过程，有利于科学素养的养成，通过实验获取的证据，对猜想进行验证，有助于核心素养“证据推理”的养成；在“归纳小结”的知识建构中不限于知识的简单罗列，而以图示找出三者的关系，从归纳建构上升为思维建构；再以分组体验，加深对燃烧条件的认识与理解，亲身体验是学习最直接的手段，也是学生最感兴趣的学习方法。活动元三：探究灭火原理及其应用点评：在“活动元二”中基本呈现科学探究过程的基础上，将“灭火原理”设计成“提出问题—设计方案—实验验证—得出结论”这一科学探究过程，让学生亲身体验科学探究的过程，更进一步强化了“科学探究与创新意识”这一核心素养；在“综合应用”中对“情境导入”进行呼应，使三个活动元形成一个有机整体，建构出一个立体课堂。
（四）“整体建构”是教学设计的宗旨。好的教学设计不仅要专注于某单一活动的设计、某单一目标的达成，而且要全盘考虑所有活动、目标，还包括思维的完整建构。一节好的教学设计一定是由低阶到高阶的活动链、思维链、目标链对应构成的。如图2为“科学探究之活动·思维·目标关系链”。同时从科学素养的角度，首要的就是要学会相应的科学知识，为此，一节好的教学设计还需要对知识进行系统建构。为此，本节科学探究教学设计在三个活动元完成之后一定要进行梳理建构。如图3为“燃烧条件与灭火原理及其关系”[5]。梳理建构一般是在教师引导下由学生自主完成，一方面让学生树立建构意识，掌握建构的思维与方法，另一方面还具有反馈的价值，了解学生对科学知识掌握的程度。总之，科学探究既是初中化学的重要教学内容，也是培育学生科学素养的主要方法。而科学探究的教学设计要因生而异、因内容而异，其研究是永无止境的。
作者:李思盛 罗超 罗珺 单位:成都市龙泉驿区教育科学研究院 成都市中和中学校