学会提出科学问题——儿童科学教育的启蒙关键点

本文系2020年全国教科版小学科学新教材远程直播培训研讨会预备材料

关于小学科学教育的各种研究文献，都把“提出问题”作为科学探究或科学实践的第一步，例如美国《K-12科学教育框架》提出，科学实践的第一个类型是“提出问题和明确需要解决的难题”。不过，在小学科学教育的实际过程中，人们有时容易忽视这个环节，认为“提出问题”是简单的科学实践之起点，而之后的各个环节（例如建立和使用模型、调查研究等）才是值得重视的内容。但是，实际上“提出问题”是培养儿童的科学探索精神的关键一步，特别在儿童科学教育的早期阶段，儿童能否学会正确地“提出科学问题”，将影响他们以后的学习与探索。

作者简介

徐陶，北京大学哲学博士，美国南伊利诺伊大学访问学者，中南大学哲学系副教授，复旦大学“杜威研究中心”兼职研究员。主要研究领域为外国哲学、美学和中西哲学比较。

学会正确地提出科学问题

《K-12科学教育框架》中对“提出问题和明确需要解决的问题”的解释是：“能够提出关于物质世界的问题，能区分科学问题和非科学问题，区分提出的问题和需要解决的问题，能质疑数据，解释或提出进一步的思考。”在这个表述中，有两个区分是需要我们进行解释的，即“科学问题和非科学问题的区分”以及“提出问题和需要解决的问题的区分”。

第一，如何区分“科学问题”和“非科学问题”？科学问题与非科学问题的区别在于：科学问题具有可验证性，如果一个问题没有可能被证实或证伪，那么这个问题就不可能成为一个科学问题。科学哲学家波普尔（Karl Popper）强调科学的可证伪性，而其他科学哲学家强调科学的可证实性。例如儿童提出的以下问题：

左边一栏的问题是无法证实也无法证伪的，它们的答案将会是“怎么都行”。右边一栏的问题则可以通过某些调查研究而加以证实或证伪。当实际的教学条件不足以加以验证时，教师也可以指出，通过什么科学仪器或者什么条件下，该问题可以被验证。另外，可验证性并不是指我们实际上能够对其验证，而仅仅意味着在已有的知识框架中，只要有验证的可能性即可。例如，“假设地球上的所有冰都融化为水，那么人类会灭绝吗？”这个问题可以算作是一个科学问题，因为通过已有的知识框架，进行数据分析，我们可以得出一个初步结论。

第二，如何区分“提出的问题”和“需要解决的问题”？两者的不同在于，“提出的问题”不一定都是能够得到解决的，而“需要解决的问题”具有实验或实践的可解答性。如果一个问题没有通过实验或实践而获得解答的可能性，那么这个问题就不可能成为一个科学问题，这种观点受到美国哲学家皮尔斯（Charles Sanders Peirce）、詹姆斯（William James）和杜威（John Dewey）等人的支持。例如儿童提出的以下问题：

左边一栏的这些问题，在我们看来是无法通过实验或者实践手段来解答的，因为我们想不到为了回答这些问题，我们该做些什么？右边一栏的问题，我们可以通过某些科学实践活动，在不同的程度上进行解答。例如一个儿童提出了“冰为什么会融化”这个问题，同时他又提出了与这个问题相关的需要解决的问题“把冰加热，并会融化为水吗？”，儿童可以用一个容器来加热冰，然后观察冰是否会融化为水。在此基础上，儿童还可以进一步用仪器（温度计）来测量在什么温度时冰才会融化。如果仅仅空泛地提出一个问题，但是缺乏与之相关的通过实际的或者可设想的实验过程来解决的一个问题，那么这个最初问题本身就难以成为科学实践的开端。

引导儿童从好奇转向科学实践

我们发现，儿童在强烈好奇心的驱使下，会提出各种各样的问题，例如：

天为什么会下雨？

植物是有生命的吗？

天空为什么是蓝色的？

鱼为什么不能在陆地上生活？

太阳光为什么很刺眼？

太阳为什么每天东升西落？

……

这反映了儿童强烈的好奇心和求知欲，这是人类认知的内在驱动力。《K-12科学教育框架》指出，“提出问题是推动科学和工程发展的驱动力。……所有对科学和工程的探索始于发问，并被问题驱动。学习科学和工程首先应该培养提问的能力。”无疑，我们应该珍视和激发儿童的这种好奇心。

但是，根据前文所提到的观点，一个问题要作为科学实践的开端，它需要具有可验证性和可解答性。所以，我们也要清醒地认识到，儿童出于好奇心而提出的问题，虽然可以通向科学问题，但是它们本身并非必然是科学问题。故而我们才能理解：为什么几乎每一个儿童都是天生的提问者，但最终能真正培养起科学思维和科学探究精神的却是少数。我们以一个例子来进行说明：

儿童A问：天为什么会下雨？——出于好奇心而提出的问题

儿童B回答说：因为有雨神控制着天是否下雨。——宗教思维

儿童C回答说：因为老天爷在哭泣。——想象力

儿童D回答说：下雨是一种自然现象。——常识思维或人类经验

儿童E回答说：我爸妈告诉我，这是因为水蒸气遇冷后凝结成小水滴。——科学思维

儿童F回答说：我猜想是热空气遇到冷空气而产生了雨滴，我准备用一个制冷风扇和一个电吹风机，来做一个模拟实验进行检验。——科学探究、科学实践

儿童G回答说：我猜想是潮湿的热空气遇冷后凝结成小水滴，落到地面就成了下雨。我准备用一个高压锅来产生蒸汽，引流到一个由大冰块做成的箱子中，看看是否会产生下雨现象。——科学探究、科学实践

《K-12科学教育框架》指出，“学生需要区分能通过实证回答的问题和仅仅通过人类经验或其他领域知识回答的问题”。儿童出于好奇心而提出的问题，并不一定会通向科学探索（实证研究），更有可能通过想象、习俗、常识、宗教的方式（人类经验或其他领域知识）来回答。在人类的早期阶段，人类对于好奇心的满足，也主要是通过宗教、神话来获得的，例如各个民族都有各自的创世神话，来解释宇宙的生成。甚至对于同一个问题，人们也能从不同角度来进行回答，这导致了区分科学问题和非科学问题的难度。在上述例子中，所有的儿童都具有好奇心，但是儿童B、C、D的思维与科学思维相去甚远；儿童E通过学习科学知识而培养起科学思维，但是离科学实践和科学探究相去甚远；儿童F、G采取了实证的方式来回答问题，不仅具有科学思维，也具有科学探究的精神，对于他们而言，“天为什么会下雨？”才是真正的科学探究问题：他们已经设计了具体的实验操作，迫切想知道实验的结果。随着知识的累积，儿童F、G将在更高的层次设计更多的精密实验，来证实或者证伪更多的新理论，一旦他们提出的新理论被最终证实，他们将被标以“科学家”的名称。小学科学教育的目标是培养越来越多的儿童D——有科学思维的公民，同时培养出一部分儿童E、F——未来科学家。

那么如何引导儿童从好奇转向科学探究和科学实践呢？根据哲学家休谟（David Hume）、康德（Immanuel Kant）和实证主义哲学家孔德（Isidore Marie Auguste）等人的观点，科学规律反应的是现象之间的恒常关联，这种关联表现为因果关系，通过掌握科学规律，我们可以实现对现象的控制或预测，从而增强人类的生存主动性。因此，科学实践就是对于现象之间因果关系的探索。引导儿童从好奇态度转向科学探究，就要引导儿童将好奇性的问题转化为现象间的某种因果关系的猜想或假设，并对这种猜想或假设进行实际验证。例如：

提出科学问题：科学实践之起点

科学家史蒂芬·霍金说道，根本的问题是基础教育，可惜基础教育既枯燥又乏味。孩子们依靠死记硬背蒙混过关，根本不知道科学和他们周围世界有何相关。 儿童的科学教育，最基本的是要培养他们在好奇心的驱使下提出问题，并且转化为自己能够解决的问题，这就是“问题—假设—检验”或者更为简单的“问题—解答”的探究精神；随着思维成熟和知识积累，探究者会主动采取新的理论工具、更复杂的数学模型、更精细的解释和论证，作为“问题—解答”的理论工具，正如爱因斯坦吸收非欧几何来建立自己的广义相对论。“问题—解答”之科学实践精神之形成，关乎一个人能否成为一名科学探究者，而精细的理论工具，则关乎一个科学探究者能否成为一名优秀的科学探究者。在小学科学教育的早期，前者无疑更为重要。下面将分别以小学一年级和六年级的儿童认知水平来对《K-12科学教育框架》的科学实践的第一环节“提出问题”进行说明：

如果说讲授科学理论可以培养起科学思维，那么引导儿童独立地观察周围世界，提出问题，进一步提出自己能够解决的问题，并用简单实验的方式来进行验证，并且展开推论，这才能培养儿童的科学实践态度或科学探究精神。哪怕从提出问题开始，就已经充满着科学实践的味道，这就是当前强调科学实践的原因所在。如果提出的问题不能通向科学实践，那么这种好奇心容易流于玄思妙想。但是，这种引导很难以具体的方式在教科书中规定，而需要教师在实际教学过程中根据儿童的不同反应进行引导。

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