重视开展科学探究活动，是此次基础教育化学课程改革的一个引人注目的变化。《义务教育化学课程标准》明确“将科学探究作为课程改革的突破口”（中华人民共和国教育部制订. 全日制义务教育化学课程标准（实验稿）. 北京师范大学出版社，2001 3），大力“倡导以科学探究为主的多样化的学习方式”（中华人民共和国教育部制订. 全日制义务教育化学课程标准（实验稿）. 北京师范大学出版社，2001 1），并把科学探究作为初中化学课程内容五个一级主题的第一个主题，将其置于化学课程内容的重要地位。作为一体化化学课程一部分的高中化学课程，在仍然强调科学探究的同时，对科学探究的内容、方式和要求程度都与初中化学课程有较大的区别，更强调开展“以化学实验为主的多种探究活动”（中华人民共和国教育部制订. 普通高中化学课程标准（实验）. 北京：人民教育出版社，2003 2），进行“化学实验探究”（中华人民共和国教育部制订. 普通高中化学课程标准（实验）. 北京：人民教育出版社，2003 30）。 将科学探究尤其是实验探究引入高中化学课程中，这在我们国家还是第一次，具有非常重要的意义，必将对深化我国的高中化学课程及其教学改革产生重大而深远的影响。因此，认识科学探究、理解科学探究和实践科学探究，是当前推进高中化学新课程的一项十分重要的工作。 高中化学教师，一方面要认真学习有关科学探究的教学理论，另一方面应准确把握初、高中阶段科学探究教与学的特点，在如何有效地开展化学实验探究上下工夫。
第一节 科学探究
在化学教学中提出并倡导要大力开展科学探究活动，作为我国的化学课程与教学文件尚属首次。但这并不意味着我们以前的化学教学中没有进行过科学探究实践，没有开展过科学探究的理论研究。如果从世界理科教育发展的历史来考察，就会发现科学探究并不是什么新鲜事物，仅20世纪科学探究就有三次大规模的理科教育实践，而且其中的很多经验教训是值得我们今天借鉴的。
一、科学探究思想的由来及发展
(一) 早期的科学探究思想
19世纪中后期，自然科学作为学科开始大规模地进入学校，成为学校的一门课程——理科课程，并逐渐在学校课程中取得一定的地位。然而，当时的理科课程的教学状况并不令人满意。“奉行旧式学校死板抽象的方法，局限于干干巴巴地讲述概念”，“教师从一般的原理出发，教条式地讲述、传授、讲解和教诲”（张庭焕主编. 西方资产阶级教育论著选. 北京：人民教育出版社，1979 364），使学生经常处在消极地接受现成的科学知识以及死记硬背和抄写上面。上述情况受到了理科教育界尖锐的批评，认为：“不要热衷于教给学生知识，应设法让学生自己去探究发现，通过自己的活动去获得”（陈耀亭. 陈耀亭教育文集. 北京：中国劳动出版社，1992 164）；给学生“讲的应该尽量少些，引导他们去探究发现的应该尽量多些”（张庭焕主编. 西方资产阶级教育论著选. 北京：人民教育出版社，1979 366）。
那么，在理科教学中如何引导学生去探究发现呢？很多理科教育家积极主张把科学方法引入理科教学，来解决这一问题。英国著名科学教育家斯宾塞（H Spencer ，1820～1903）倡导将科学方法论（观察方法、实验方法和归纳方法）用于理科教学，引导学生自己进行探究。德国教育家第斯多惠（F A W Diesterweg ，1790～1866）也强调指出：“一定要从简单的具体事物或现象出发，只有在观察事实或现象的基础上，所形成的思维过程才是最重要的”；“不称职的教师要求学生死记真理，而优秀的教师则教给学生发现真理的基本途径和方法”陈耀亭. 陈耀亭教育文集. 北京：中国劳动出版社，1992 164。
英国科学教育家阿姆斯特朗（H E Armstrong ，1840～1937）指出：“理科教学不应只是教给学生自然科学各个领域的基础知识，应该使他们掌握社会生活中必要的基本能力，而培育这些基本能力要靠科学方法的训练。”（陈耀亭. 陈耀亭教育文集. 北京：中国劳动出版社，1992 166～167）这些主张，一方面为科学探究进入理科课程与教学奠定了思想基础，同时为在理科课程中如何开展科学探究教学（运用科学方法）指明了方向。
(二)20世纪科学探究的三次课程实践
1．科学探究的第一次课程实践——杜威的实用主义教育运动
杜威（J Dewey ）认为教育就是经验，由经验产生的“智能”才是解决现实的各种问题的力量。从方法论来看，也就是科学家在解决未知问题时所用的方法，即“科学方法”。这次课程实践对科学探究教学思想发展的贡献主要有：
(1)积极吸收科学方法论研究的新成果，将“假说方法”作为主要科学方法纳入理科教学中，大大丰富了科学探究的内容。
(2)倡导学生在真实的活动中进行科学探究。
(3)提出了实施科学探究的基本模式，即问题——观察——假定——推理——检验。
“实用主义”课程实践虽因忽视了系统的科学基础知识的教学等原因而受到批评，但杜威所提出的有关科学探究的一些思想，对后来的理科教育改革产生了积极的影响。
2．科学探究的第二次课程实践——理科教育现代化运动
50年代末60年代初, 以美国为先导在世界范围内开展了一场旨在提高理科教育质量的世界理科教育现代化运动。科学探究教学思想在这次改革中有了较大的发展。施瓦布和萨奇曼为此作出了重要贡献。施瓦布认为，探究教学的目的是培养学生的科学探究能力。他对探究过程进行了细化，将其分为“固定式探究”和“流动式探究”。所谓“固定式探究”，主要是指运用已有知识原理，通过演绎的方式来获得新知识体系的一种探究；所谓“流动式探究”，主要是指运用归纳或直观的方式来获得新概念、新理论的一种探究。在此基础上，他提出了实施科学探究教学的基本程序，即提出或明确要解决的问 题—— 收集适合问题解决的资料——提出假设——验证假设——得出 结论。萨奇曼提出，创设“探究情景”，形成“探究氛围”是实施科学探究教学的首要条件。因为情景是激起学生探究欲望的前提，也是促进学生形成和发展科学探究能力的必要措施。他主张学生应对自己的探究活动进行总结和反思，以调整自己的探究学习策略，构建适合自己的探究模式。根据这一思想，他提出了“提供产生疑惑的情景——收集释疑的资料—设计实验——形成解释——反思探究”的探究策略与模式。
3．科学探究的第三次课程实践——新理科课程改革运动
自20世纪80年代中期开始，以美国和英国为代表，在世界范围内开始了一场新理科课程改革运动。这次改革的总目标是培养科学素养，改革的基本指导思想是构建与培养科学素养相匹配的理科课程体系和理科教学模式。在这次改革中，科学探究被置于理科课程的重要地位而备受重视。在美国颁布的“国家科学教育标准”（NSES ）中，“科学探究”成为理科课程的重要内容之一。NSES 提出了开展科学探究的六个基本环节，即提出问题，制定调查研究计划并付诸实施，利用有关工具和技术收集数据，对证据和解释之间的关系进行批判性和逻辑性思考，构建和分析解释方法，进行科学交流，同时认为提出问题、制定计划并付诸实施、进行科学交流是实施科学探究教学的最重要环节 。
在英国的国家理科课程（NCS ）中，“科学探究”也成为理科课程的重要内容之一。NCS 将科学探究分成两个部分，即“科学观念和证据”及“调查技能”。“调查技能”又分为四个环节，即制定计划，获取和提供证据，思考证据，评价（包括交流）。
(三) 科学探究思想发展的启示
通过对科学探究思想的由来及发展历史的考察，我们可以获得很多启示，这对于认识和理解我国化学新课程中的科学探究具有重要的意义。
(1)虽然在我国化学新课程中第一次引入科学探究，但是，从世界理科课程发展历史来看，科学探究思想的提出与发展，已有一百多年的历史，并形成了较为系统的科学探究教学理论。因而，科学探究并不是什么新生事物。
(2)从科学探究思想的提出来看，科学探究是作为同注入式教学作斗争的“武器”而受到重视的。因此，科学探究从其产生之时，就与转变学生的被动接受式学习方式紧密联系在一起。
(3)从科学探究思想的提出和发展来看，科学探究始终与科学方法密不可分。无论是最早的把科学方法
引入理科教学来解决引导学生探究发现的主张，还是后来的理科课程实践中很多科学教育家将科学方法作为科学探究过程基本环节的观点，都反映和体现了二者“密不可分”的关系。从理论上看，用科学方法所展开的基本过程就是科学探究过程；但科学探究的功能，不仅仅是使学生理解和掌握科学方法，而是对实现科学素养的三个维度的目标，都具有重要的作用。
(4)将科学探究作为理科课程内容，是世界理科课程改革的重要特点之一，也是科学探究思想发展的必然要求。因为学什么（科学知识）和如何学（运用科学方法）这两方面知识，对于形成和发展学生的科学素养，都是不可或缺的重要内容。
(5)尽管对科学探究过程的环节提出过若干种主张，但是提出问题、收集资料或证据、提出假设、制定计划等是科学探究过程不可缺少的重要环节。
(6)基于建构主义的科学探究，强调创设真实、具体的探究情景；注重通过学生自主参与的探究活动，来达到促进学生科学素养全面发展的目的；倡导学生在活动中合作，在合作中交流，在探究中反思。 二、科学探究的本质
在科学探究的教学实践中，很多教师问得最多的一个问题是：“我这节课是科学探究教学吗？”“这节课体现科学探究思想了吗？”在化学课堂教学中，一些教师还经常说：“下面我们就一起进行一下探究”，“下面大家通过化学实验来进行探究”。说探究就是探究了吗? 没说探究就不是探究了吗？要回答这些问题，必须首先清楚到底什么是科学探究，科学探究的本质是什么。
对于什么是科学探究，很多人在解释时都引用了美国“国家科学教育标准”中的提法，即“科学探究指的是科学家用以研究自然界，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。科学探究也指的是学生用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动”（［美］国家研究理事会著. 国家科学教育标准. 戢守志, 金庆和, 梁静敏等译. 北京:中国科学技术文献出版 ,1999 30）。但是对于这样的一个定义，教师们在阅读后还是无法把握其实质，还是回答不了上面的那些问题。看来，要想真正弄清楚科学探究的含义，还得从科学研究的具体案例中去解读。
请阅读相关案例： 化学家对“燃烧本质”的探究
(一) 科学探究始于问题
“物质为什么会燃烧？”这一问题促使波义耳去研究燃烧现象，经过对金属燃烧的实验，他发现金属煅烧后重量会增加。金属煅烧后重量为什么会增加，是什么原因造成的呢？波义耳认为是由于“火素”穿过了玻璃瓶的瓶壁，跑到金属里，跟金属化合成了灰烬。金属煅烧后重量真的会增加吗？这一问题促使罗蒙诺索夫去核校波义耳的实验，结果发现：在密闭的条件下，金属煅烧前后重量不变。这说明并不是“火素”穿过瓶壁钻进瓶子和金属化合。那么，是什么原因导致金属煅烧后重量增加呢？罗蒙诺索夫认为是“在金属表面流动着的空气微粒”造成的。真的是空气微粒导致金属煅烧后重量增加吗？拉瓦锡开始了实验研究，结果发现空气并不是纯净物(只有一种物质) ，而是混合物，是空气中的氧气造成了“增重”。这说明正是一个一个的问题，导引着化学家们的探究；也正是这一个一个的探究活动，导致了化学家们揭示出燃烧现象的本质。因此，科学探究始于问题，问题是科学探究的起点，问题贯穿科学探究的始终。除了科学问题以外，化学教学中的科学探究还可以是与科学有关的生产、生活中的问题，如“钡餐透视应选择哪一种钡盐”。提不出问题，就没有科学探究的目标和方向。因此，问题的发现和提出，是进行科学探究的首要步骤，正是它启动着科学探究机制的运行，规定了科学探究的方向和内容。
(二) 解释是科学探究的核心
科学的力量就在于对自然事物和现象的解释，这是科学的最基本功能。“金属在加热后，重量所以增加，是由于有一种特殊的、极其微小的、肉眼看不见的‘火素’穿过了玻璃瓶的瓶壁，跑到金属里去，跟金属化合成了灰烬，即金属+火素灰烬。‘火素’是有重量的，因此，加热后金属的重量增加了。”这是波义耳的解释。波义耳所以作出这样的解释，是因为他在实验中发现，当把瓶口打开时，“这时外面的空气发出了咝咝的响声，冲进了容器”，这是波义耳作出这种解释的证据。因此，解释是需要证据的。
同样是“金属煅烧后重量为什么会增加”的问题，波义耳的解释是由于“火素”，罗蒙诺索夫的解释是“空气”，拉瓦锡的解释是“氧气”。这说明对同一个问题，可以形成多种解释。这多种解释是什么? 就是 假设。
什么是假设？假设就是可能性，是对所要解决问题的结果的一种猜测，一种推断。科学的假设不是瞎设，不是瞎想，不是胡猜，它基于一定的科学事实和理论。因此，假设的提出是有证据的。
科学的假设不同于一般的猜测，一般的猜测可以不用检验，例如，听到一声巨响，可能是枪声，可能是汽车轮胎的爆炸声，也可能是液化气罐爆炸声，等等，你不一定非得去检验一下到底是什么声。但科学假设是必须检验的，因为，如果不检验，你就不知道你的猜测对不对
，你的假设合理不合理。那么，如何对科学假设进行检验呢？对假设的检验，实际上就是对假设的推断，通过推断的结果看一看假设是否正确。推断就是推理判断，常用的模式是“如果„„那 么„„ ”。例如，如果增重的原因是“火素”，那么，当在封闭的条件下煅烧金属时，金属也应该增重；如果增重的原因不是“火素”，那么，当在封闭的条件下煅烧金属时，金属的重量应该不变。罗蒙诺索夫实验的结果证明：金属煅烧后重量增加，并不是“火素”穿过瓶壁钻进瓶子和金属化合，而是“这些不断地在金属表面流动着的空气微粒，跟金属化合，因而增加了它的重量”。罗蒙诺索夫写道：“这个实验说明了光荣的波义耳的意见是错误的，因为隔绝了外界的空气，煅烧后的金属重量保持不变。”这说明解释或假设只是一种猜测，有可能是正确的，也有可能是错误的，也有可能是部分错误、部分正确的。实验证明：波义耳的解释是一个错误的假设，拉瓦锡的解释是一个正确的假设，罗蒙诺索夫的解释则是一个部分正确、部分错误的假设，须要修订。因此，对科学假设的检验过程，实际上是进一步收集证据，证实或证伪解释的过程。如果一个解释或假设被证明是正确的，那么，它就会转变为理论，成为结论，被人们所继承。
综合上面的讨论，我们认为：从本质上说，科学探究就是运用证据对科学及与科学有关的问题进行解释，并进行检验，从而得出结论的过程。这一过程如图7－1所示，可以看出：
(1)问题是科学探究的起点。
(2)解释是科学探究的核心。
(3)解释是需要证据的；解释实质上就是一种假设，证据就是假设提出的依据；对同一个问题可以提出多种解释，从而形成多个假设。
(4)假设的检验同样需要证据，验证实质上就是进一步收集证据，证实或证伪解释的过程。
(5)被证明是正确的解释，就是问题的结论。
(6)“问题”、“证据”和“解释”是反映科学探究本质的最核心的要素。
第2节 化学实验探究
根据主要探究途径的不同，可以将科学探究分为“实验探究”、“调查探究”和“讨论探究”三种类型。化学实验探究是高中阶段化学学科科学探究的最基本、最重要的途径，也是在义务教育的基础上，从学科层面对学生科学探究能力的发展所提出的较高要求。
科学探究的类型（刘知新主编 化学教学论（第3版） 北京：高等教育出版社，2004 196～197）如下所示：
1．按照探究的任务和问题的性质
●认识物质的性质及其变化的探究
●认识物质的组成与结构的探究
●认识化学反应规律和原理的探究
●应用化学知识解决实际问题的探究
2．按照探究的环节的多少
●完整的探究
●局部的探究
3．按照探究的自主和开放程度
●自主探究
●指导探究
4．按照探究所依托的经验类型
●概念理论型探究
●元素化合物型探究
●方法、策略技能型探究
●综合型探究
5．按照探究活动的途径
●实验探究
●调查探究
●讨论探究
6．按照探究开展的教学时间和空间
●课内探究
●课外探究
●课内与课外相结合的探究
7．按照学生进行探究的组织形式
●学生个体探究
●小组合作探究
为了更好地理解科学探究的本质，这里再分析一个教学案例。在讲到Na 2O 2与H 2O 反应的化学性质时，很多教师往往通过Na 2O 2与H 2O 反应的化学实验来引导学生探究该反应的产物。向装有过氧化钠固体的试管中滴加少量水，有气体产生，这种气体是什么物质？这是问题。将带火星的火柴杆伸进试管口，带火星的火柴杆燃烧，这是实验现象。这种气体能使火柴的余烬重新燃烧，这是实验事实。实验现象和实验事实都是证据（现象是第一性的，事实是第二性的，事实是对现象的一种反映）。这种气体是氧气，这是对问题的解释。
这种气体是什么物质？你怎么能想到它是氧气呢？为什么你只作出这样一种解释呢？从反应体系来看，反应物有过氧化钠（Na 2O 2）和水（H 2O ），这个体系中有三种元素，即钠元素、氧元素和氢元素，因而产生的气体有可能是氧气，也有可能是氢气，而且过氧化钠中的氧是-1价，水中的氧是-2价，水中的氢是+1价。这个反应是一个放热反应，气体也可能是水蒸气。因此，直接用带火星的火柴杆检验，或只用带火星的火柴杆检验，对这个问题的解释来说就不是探究。因为这样的解释给学生的感觉就是解释很容易，是唯一的，只要一做就出来，没有什么艰辛。事实上，科学研究或科学探索，更多的是失败。否则，学生就很难理解“燃素说”为什么能统治化学达百年之久，“氧化说”为什么在化学史上具有那么大的意义，以至恩格斯评价氧化说为把倒立的化学重新正立起来，化学从此走上了正确的发展轨道。
化学课程标准中的科学探究是由八个要素构成的，它们分别是：提出问题，猜想与假设，制定计划，进行实验，收集证据，解释与结论，反思与评价，表达与交流等。所以称为“要素”而没有称为“环节”，其原因主要是基于“要素”具有灵活性，“可多可少”，可以进行各种灵活的组合，因而使科学探究不拘泥于一种模式，有利于学生和教师在实际的化学教学中构建多种多样的科学探究模式；而“环节”具有连接的紧密性，一环扣一环，不能随意变动每一环节的位置，因而容易使科学探究模式单一，容易造成僵化。 科学探究的这八个要素，与反映科学探究本质的最核心的三个要素之间是统一的，一致的。猜想与假设实际上就是解释；对假设的验证有理论检验和实验检验，其中实验检验是最直接、最有力的验证；如何进行实验验证，须要制定计划，进行实验；由于每个学生提出假设所依据的经验和知识不同，因而对同一个问题每个学生所作出解释并不完全一样，这就需要同学之间、小组之间交流各自的看法和观点（解释及解释所依赖的证据），并对这些看法和观点作出评价。
重视开展科学探究活动，是此次基础教育化学课程改革的一个引人注目的变化。《义务教育化学课程标准》明确“将科学探究作为课程改革的突破口”（中华人民共和国教育部制订. 全日制义务教育化学课程标准（实验稿）. 北京师范大学出版社，2001 3），大力“倡导以科学探究为主的多样化的学习方式”（中华人民共和国教育部制订. 全日制义务教育化学课程标准（实验稿）. 北京师范大学出版社，2001 1），并把科学探究作为初中化学课程内容五个一级主题的第一个主题，将其置于化学课程内容的重要地位。作为一体化化学课程一部分的高中化学课程，在仍然强调科学探究的同时，对科学探究的内容、方式和要求程度都与初中化学课程有较大的区别，更强调开展“以化学实验为主的多种探究活动”（中华人民共和国教育部制订. 普通高中化学课程标准（实验）. 北京：人民教育出版社，2003 2），进行“化学实验探究”（中华人民共和国教育部制订. 普通高中化学课程标准（实验）. 北京：人民教育出版社，2003 30）。 将科学探究尤其是实验探究引入高中化学课程中，这在我们国家还是第一次，具有非常重要的意义，必将对深化我国的高中化学课程及其教学改革产生重大而深远的影响。因此，认识科学探究、理解科学探究和实践科学探究，是当前推进高中化学新课程的一项十分重要的工作。 高中化学教师，一方面要认真学习有关科学探究的教学理论，另一方面应准确把握初、高中阶段科学探究教与学的特点，在如何有效地开展化学实验探究上下工夫。
第一节 科学探究
在化学教学中提出并倡导要大力开展科学探究活动，作为我国的化学课程与教学文件尚属首次。但这并不意味着我们以前的化学教学中没有进行过科学探究实践，没有开展过科学探究的理论研究。如果从世界理科教育发展的历史来考察，就会发现科学探究并不是什么新鲜事物，仅20世纪科学探究就有三次大规模的理科教育实践，而且其中的很多经验教训是值得我们今天借鉴的。
一、科学探究思想的由来及发展
(一) 早期的科学探究思想
19世纪中后期，自然科学作为学科开始大规模地进入学校，成为学校的一门课程——理科课程，并逐渐在学校课程中取得一定的地位。然而，当时的理科课程的教学状况并不令人满意。“奉行旧式学校死板抽象的方法，局限于干干巴巴地讲述概念”，“教师从一般的原理出发，教条式地讲述、传授、讲解和教诲”（张庭焕主编. 西方资产阶级教育论著选. 北京：人民教育出版社，1979 364），使学生经常处在消极地接受现成的科学知识以及死记硬背和抄写上面。上述情况受到了理科教育界尖锐的批评，认为：“不要热衷于教给学生知识，应设法让学生自己去探究发现，通过自己的活动去获得”（陈耀亭. 陈耀亭教育文集. 北京：中国劳动出版社，1992 164）；给学生“讲的应该尽量少些，引导他们去探究发现的应该尽量多些”（张庭焕主编. 西方资产阶级教育论著选. 北京：人民教育出版社，1979 366）。
那么，在理科教学中如何引导学生去探究发现呢？很多理科教育家积极主张把科学方法引入理科教学，来解决这一问题。英国著名科学教育家斯宾塞（H Spencer ，1820～1903）倡导将科学方法论（观察方法、实验方法和归纳方法）用于理科教学，引导学生自己进行探究。德国教育家第斯多惠（F A W Diesterweg ，1790～1866）也强调指出：“一定要从简单的具体事物或现象出发，只有在观察事实或现象的基础上，所形成的思维过程才是最重要的”；“不称职的教师要求学生死记真理，而优秀的教师则教给学生发现真理的基本途径和方法”陈耀亭. 陈耀亭教育文集. 北京：中国劳动出版社，1992 164。
英国科学教育家阿姆斯特朗（H E Armstrong ，1840～1937）指出：“理科教学不应只是教给学生自然科学各个领域的基础知识，应该使他们掌握社会生活中必要的基本能力，而培育这些基本能力要靠科学方法的训练。”（陈耀亭. 陈耀亭教育文集. 北京：中国劳动出版社，1992 166～167）这些主张，一方面为科学探究进入理科课程与教学奠定了思想基础，同时为在理科课程中如何开展科学探究教学（运用科学方法）指明了方向。
(二)20世纪科学探究的三次课程实践
1．科学探究的第一次课程实践——杜威的实用主义教育运动
杜威（J Dewey ）认为教育就是经验，由经验产生的“智能”才是解决现实的各种问题的力量。从方法论来看，也就是科学家在解决未知问题时所用的方法，即“科学方法”。这次课程实践对科学探究教学思想发展的贡献主要有：
(1)积极吸收科学方法论研究的新成果，将“假说方法”作为主要科学方法纳入理科教学中，大大丰富了科学探究的内容。
(2)倡导学生在真实的活动中进行科学探究。
(3)提出了实施科学探究的基本模式，即问题——观察——假定——推理——检验。
“实用主义”课程实践虽因忽视了系统的科学基础知识的教学等原因而受到批评，但杜威所提出的有关科学探究的一些思想，对后来的理科教育改革产生了积极的影响。
2．科学探究的第二次课程实践——理科教育现代化运动
50年代末60年代初, 以美国为先导在世界范围内开展了一场旨在提高理科教育质量的世界理科教育现代化运动。科学探究教学思想在这次改革中有了较大的发展。施瓦布和萨奇曼为此作出了重要贡献。施瓦布认为，探究教学的目的是培养学生的科学探究能力。他对探究过程进行了细化，将其分为“固定式探究”和“流动式探究”。所谓“固定式探究”，主要是指运用已有知识原理，通过演绎的方式来获得新知识体系的一种探究；所谓“流动式探究”，主要是指运用归纳或直观的方式来获得新概念、新理论的一种探究。在此基础上，他提出了实施科学探究教学的基本程序，即提出或明确要解决的问 题—— 收集适合问题解决的资料——提出假设——验证假设——得出 结论。萨奇曼提出，创设“探究情景”，形成“探究氛围”是实施科学探究教学的首要条件。因为情景是激起学生探究欲望的前提，也是促进学生形成和发展科学探究能力的必要措施。他主张学生应对自己的探究活动进行总结和反思，以调整自己的探究学习策略，构建适合自己的探究模式。根据这一思想，他提出了“提供产生疑惑的情景——收集释疑的资料—设计实验——形成解释——反思探究”的探究策略与模式。
3．科学探究的第三次课程实践——新理科课程改革运动
自20世纪80年代中期开始，以美国和英国为代表，在世界范围内开始了一场新理科课程改革运动。这次改革的总目标是培养科学素养，改革的基本指导思想是构建与培养科学素养相匹配的理科课程体系和理科教学模式。在这次改革中，科学探究被置于理科课程的重要地位而备受重视。在美国颁布的“国家科学教育标准”（NSES ）中，“科学探究”成为理科课程的重要内容之一。NSES 提出了开展科学探究的六个基本环节，即提出问题，制定调查研究计划并付诸实施，利用有关工具和技术收集数据，对证据和解释之间的关系进行批判性和逻辑性思考，构建和分析解释方法，进行科学交流，同时认为提出问题、制定计划并付诸实施、进行科学交流是实施科学探究教学的最重要环节 。
在英国的国家理科课程（NCS ）中，“科学探究”也成为理科课程的重要内容之一。NCS 将科学探究分成两个部分，即“科学观念和证据”及“调查技能”。“调查技能”又分为四个环节，即制定计划，获取和提供证据，思考证据，评价（包括交流）。
(三) 科学探究思想发展的启示
通过对科学探究思想的由来及发展历史的考察，我们可以获得很多启示，这对于认识和理解我国化学新课程中的科学探究具有重要的意义。
(1)虽然在我国化学新课程中第一次引入科学探究，但是，从世界理科课程发展历史来看，科学探究思想的提出与发展，已有一百多年的历史，并形成了较为系统的科学探究教学理论。因而，科学探究并不是什么新生事物。
(2)从科学探究思想的提出来看，科学探究是作为同注入式教学作斗争的“武器”而受到重视的。因此，科学探究从其产生之时，就与转变学生的被动接受式学习方式紧密联系在一起。
(3)从科学探究思想的提出和发展来看，科学探究始终与科学方法密不可分。无论是最早的把科学方法
引入理科教学来解决引导学生探究发现的主张，还是后来的理科课程实践中很多科学教育家将科学方法作为科学探究过程基本环节的观点，都反映和体现了二者“密不可分”的关系。从理论上看，用科学方法所展开的基本过程就是科学探究过程；但科学探究的功能，不仅仅是使学生理解和掌握科学方法，而是对实现科学素养的三个维度的目标，都具有重要的作用。
(4)将科学探究作为理科课程内容，是世界理科课程改革的重要特点之一，也是科学探究思想发展的必然要求。因为学什么（科学知识）和如何学（运用科学方法）这两方面知识，对于形成和发展学生的科学素养，都是不可或缺的重要内容。
(5)尽管对科学探究过程的环节提出过若干种主张，但是提出问题、收集资料或证据、提出假设、制定计划等是科学探究过程不可缺少的重要环节。
(6)基于建构主义的科学探究，强调创设真实、具体的探究情景；注重通过学生自主参与的探究活动，来达到促进学生科学素养全面发展的目的；倡导学生在活动中合作，在合作中交流，在探究中反思。 二、科学探究的本质
在科学探究的教学实践中，很多教师问得最多的一个问题是：“我这节课是科学探究教学吗？”“这节课体现科学探究思想了吗？”在化学课堂教学中，一些教师还经常说：“下面我们就一起进行一下探究”，“下面大家通过化学实验来进行探究”。说探究就是探究了吗? 没说探究就不是探究了吗？要回答这些问题，必须首先清楚到底什么是科学探究，科学探究的本质是什么。
对于什么是科学探究，很多人在解释时都引用了美国“国家科学教育标准”中的提法，即“科学探究指的是科学家用以研究自然界，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。科学探究也指的是学生用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动”（［美］国家研究理事会著. 国家科学教育标准. 戢守志, 金庆和, 梁静敏等译. 北京:中国科学技术文献出版 ,1999 30）。但是对于这样的一个定义，教师们在阅读后还是无法把握其实质，还是回答不了上面的那些问题。看来，要想真正弄清楚科学探究的含义，还得从科学研究的具体案例中去解读。
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(一) 科学探究始于问题
“物质为什么会燃烧？”这一问题促使波义耳去研究燃烧现象，经过对金属燃烧的实验，他发现金属煅烧后重量会增加。金属煅烧后重量为什么会增加，是什么原因造成的呢？波义耳认为是由于“火素”穿过了玻璃瓶的瓶壁，跑到金属里，跟金属化合成了灰烬。金属煅烧后重量真的会增加吗？这一问题促使罗蒙诺索夫去核校波义耳的实验，结果发现：在密闭的条件下，金属煅烧前后重量不变。这说明并不是“火素”穿过瓶壁钻进瓶子和金属化合。那么，是什么原因导致金属煅烧后重量增加呢？罗蒙诺索夫认为是“在金属表面流动着的空气微粒”造成的。真的是空气微粒导致金属煅烧后重量增加吗？拉瓦锡开始了实验研究，结果发现空气并不是纯净物(只有一种物质) ，而是混合物，是空气中的氧气造成了“增重”。这说明正是一个一个的问题，导引着化学家们的探究；也正是这一个一个的探究活动，导致了化学家们揭示出燃烧现象的本质。因此，科学探究始于问题，问题是科学探究的起点，问题贯穿科学探究的始终。除了科学问题以外，化学教学中的科学探究还可以是与科学有关的生产、生活中的问题，如“钡餐透视应选择哪一种钡盐”。提不出问题，就没有科学探究的目标和方向。因此，问题的发现和提出，是进行科学探究的首要步骤，正是它启动着科学探究机制的运行，规定了科学探究的方向和内容。
(二) 解释是科学探究的核心
科学的力量就在于对自然事物和现象的解释，这是科学的最基本功能。“金属在加热后，重量所以增加，是由于有一种特殊的、极其微小的、肉眼看不见的‘火素’穿过了玻璃瓶的瓶壁，跑到金属里去，跟金属化合成了灰烬，即金属+火素灰烬。‘火素’是有重量的，因此，加热后金属的重量增加了。”这是波义耳的解释。波义耳所以作出这样的解释，是因为他在实验中发现，当把瓶口打开时，“这时外面的空气发出了咝咝的响声，冲进了容器”，这是波义耳作出这种解释的证据。因此，解释是需要证据的。
同样是“金属煅烧后重量为什么会增加”的问题，波义耳的解释是由于“火素”，罗蒙诺索夫的解释是“空气”，拉瓦锡的解释是“氧气”。这说明对同一个问题，可以形成多种解释。这多种解释是什么? 就是 假设。
什么是假设？假设就是可能性，是对所要解决问题的结果的一种猜测，一种推断。科学的假设不是瞎设，不是瞎想，不是胡猜，它基于一定的科学事实和理论。因此，假设的提出是有证据的。
科学的假设不同于一般的猜测，一般的猜测可以不用检验，例如，听到一声巨响，可能是枪声，可能是汽车轮胎的爆炸声，也可能是液化气罐爆炸声，等等，你不一定非得去检验一下到底是什么声。但科学假设是必须检验的，因为，如果不检验，你就不知道你的猜测对不对
，你的假设合理不合理。那么，如何对科学假设进行检验呢？对假设的检验，实际上就是对假设的推断，通过推断的结果看一看假设是否正确。推断就是推理判断，常用的模式是“如果„„那 么„„ ”。例如，如果增重的原因是“火素”，那么，当在封闭的条件下煅烧金属时，金属也应该增重；如果增重的原因不是“火素”，那么，当在封闭的条件下煅烧金属时，金属的重量应该不变。罗蒙诺索夫实验的结果证明：金属煅烧后重量增加，并不是“火素”穿过瓶壁钻进瓶子和金属化合，而是“这些不断地在金属表面流动着的空气微粒，跟金属化合，因而增加了它的重量”。罗蒙诺索夫写道：“这个实验说明了光荣的波义耳的意见是错误的，因为隔绝了外界的空气，煅烧后的金属重量保持不变。”这说明解释或假设只是一种猜测，有可能是正确的，也有可能是错误的，也有可能是部分错误、部分正确的。实验证明：波义耳的解释是一个错误的假设，拉瓦锡的解释是一个正确的假设，罗蒙诺索夫的解释则是一个部分正确、部分错误的假设，须要修订。因此，对科学假设的检验过程，实际上是进一步收集证据，证实或证伪解释的过程。如果一个解释或假设被证明是正确的，那么，它就会转变为理论，成为结论，被人们所继承。
综合上面的讨论，我们认为：从本质上说，科学探究就是运用证据对科学及与科学有关的问题进行解释，并进行检验，从而得出结论的过程。这一过程如图7－1所示，可以看出：
(1)问题是科学探究的起点。
(2)解释是科学探究的核心。
(3)解释是需要证据的；解释实质上就是一种假设，证据就是假设提出的依据；对同一个问题可以提出多种解释，从而形成多个假设。
(4)假设的检验同样需要证据，验证实质上就是进一步收集证据，证实或证伪解释的过程。
(5)被证明是正确的解释，就是问题的结论。
(6)“问题”、“证据”和“解释”是反映科学探究本质的最核心的要素。
第2节 化学实验探究
根据主要探究途径的不同，可以将科学探究分为“实验探究”、“调查探究”和“讨论探究”三种类型。化学实验探究是高中阶段化学学科科学探究的最基本、最重要的途径，也是在义务教育的基础上，从学科层面对学生科学探究能力的发展所提出的较高要求。
科学探究的类型（刘知新主编 化学教学论（第3版） 北京：高等教育出版社，2004 196～197）如下所示：
1．按照探究的任务和问题的性质
●认识物质的性质及其变化的探究
●认识物质的组成与结构的探究
●认识化学反应规律和原理的探究
●应用化学知识解决实际问题的探究
2．按照探究的环节的多少
●完整的探究
●局部的探究
3．按照探究的自主和开放程度
●自主探究
●指导探究
4．按照探究所依托的经验类型
●概念理论型探究
●元素化合物型探究
●方法、策略技能型探究
●综合型探究
5．按照探究活动的途径
●实验探究
●调查探究
●讨论探究
6．按照探究开展的教学时间和空间
●课内探究
●课外探究
●课内与课外相结合的探究
7．按照学生进行探究的组织形式
●学生个体探究
●小组合作探究
为了更好地理解科学探究的本质，这里再分析一个教学案例。在讲到Na 2O 2与H 2O 反应的化学性质时，很多教师往往通过Na 2O 2与H 2O 反应的化学实验来引导学生探究该反应的产物。向装有过氧化钠固体的试管中滴加少量水，有气体产生，这种气体是什么物质？这是问题。将带火星的火柴杆伸进试管口，带火星的火柴杆燃烧，这是实验现象。这种气体能使火柴的余烬重新燃烧，这是实验事实。实验现象和实验事实都是证据（现象是第一性的，事实是第二性的，事实是对现象的一种反映）。这种气体是氧气，这是对问题的解释。
这种气体是什么物质？你怎么能想到它是氧气呢？为什么你只作出这样一种解释呢？从反应体系来看，反应物有过氧化钠（Na 2O 2）和水（H 2O ），这个体系中有三种元素，即钠元素、氧元素和氢元素，因而产生的气体有可能是氧气，也有可能是氢气，而且过氧化钠中的氧是-1价，水中的氧是-2价，水中的氢是+1价。这个反应是一个放热反应，气体也可能是水蒸气。因此，直接用带火星的火柴杆检验，或只用带火星的火柴杆检验，对这个问题的解释来说就不是探究。因为这样的解释给学生的感觉就是解释很容易，是唯一的，只要一做就出来，没有什么艰辛。事实上，科学研究或科学探索，更多的是失败。否则，学生就很难理解“燃素说”为什么能统治化学达百年之久，“氧化说”为什么在化学史上具有那么大的意义，以至恩格斯评价氧化说为把倒立的化学重新正立起来，化学从此走上了正确的发展轨道。
化学课程标准中的科学探究是由八个要素构成的，它们分别是：提出问题，猜想与假设，制定计划，进行实验，收集证据，解释与结论，反思与评价，表达与交流等。所以称为“要素”而没有称为“环节”，其原因主要是基于“要素”具有灵活性，“可多可少”，可以进行各种灵活的组合，因而使科学探究不拘泥于一种模式，有利于学生和教师在实际的化学教学中构建多种多样的科学探究模式；而“环节”具有连接的紧密性，一环扣一环，不能随意变动每一环节的位置，因而容易使科学探究模式单一，容易造成僵化。 科学探究的这八个要素，与反映科学探究本质的最核心的三个要素之间是统一的，一致的。猜想与假设实际上就是解释；对假设的验证有理论检验和实验检验，其中实验检验是最直接、最有力的验证；如何进行实验验证，须要制定计划，进行实验；由于每个学生提出假设所依据的经验和知识不同，因而对同一个问题每个学生所作出解释并不完全一样，这就需要同学之间、小组之间交流各自的看法和观点（解释及解释所依赖的证据），并对这些看法和观点作出评价。