科学探究不能只停留在形式上，教师在关注学生动手能力的同时，更要关注学生的思维发展。真正的探究应该发生在孩子们的头脑中，科学课堂教学的重心应该是着力培养孩子的科学思维能力。科学课堂忽视学生思维的现象比比皆是，例如，活动中学生只对观察的现象特别感兴趣，而忘记理性的分析和思考；实验中教师只注重实验的操作过程和现象，而忽视对实验数据的分析和质疑；交流中师生只关注实验结论的得出，而忽视信息与结论之间所建立的协调关系……缺失了思维参与的探究是盲目的，也是浅薄的，教师在科学教学中既要让学生充分动手实践，又要注重发展学生的理性思维。
一、有想法：让学生带着自己的观点进入探究
科学学习的过程不应是一个遵照教师指令进行操作的过程，而应是一个学生不断运用自己已有经验进行自我建构的过程。教师要关注学生的前概念，让学生带着自己的想法、观点去思考问题，主动融入学习过程中。
案例：“物体的沉浮”教学片段
（教师在教学前通过演示操作砖块、木块在水中的沉浮，明确了操作要求和沉浮的判断标准，接着出示了小石块、泡沫块、回形针、蜡烛、带盖空瓶、苹果、橡皮几种材料，让学生预测它们放入水中的沉浮状况并用“↓”“↑”表示，再用1～2个关键字阐述这样猜测的依据。之后，学生根据自己的生活经验进行思考，完成预测并说明理由。）
师：你的预测和理由能与大家分享一下吗？
生：我认为石头沉，因为比较重；塑料浮，因为很轻；回形针沉，因为它是实心的；蜡烛沉，因为是实心的；带盖的空瓶浮，因为是空心的，里面有空气；苹果沉，因为是实心的；橡皮沉，因为是实心的。
生：我认为蜡烛是浮的，因为密度小于水。
师：你知道什么叫密度？
生：以前知道，现在不知道了，是在书中看到的。
师：密度这个概念初中科学才会学到。它表示体积和重量的关系，现在我们就用轻重和体积来表示。
生：我认为回形针是浮的，因为它很轻。
生：我认为回形针是沉的，它很小，排开水的体积也很小，受到的浮力也小。
生：我认为橡皮是浮的，因为切开来有一点点空心。
师：你的意思是橡皮的结构比较松，与它的构造有关。
……
师：那我们的这个猜测以及大家的想法对吗？接下来我们就来领取实验材料进行验证。
每一个学生都是一个独立的生命个体，他们对同一事物持有不同的看法和见解。案例中的教师尽可能地让每一个学生带着自己的已有经驗参与到活动中来，给予学生充分的个体学习和集体交流时间，让每一个学生在探究活动前对“物体在水中的沉浮规律”进行预测，并让学生充分表达自己的看法，通过生生集体交流，将物体沉浮的原因归结为：可能跟空心、实心，轻重，体积，材料，密度等因素有关。这是对学生已有概念的测试，也是教学的起点。
在交流汇报中，老师进行适时引导和点拨，引发学生思考，聚焦探究的问题：究竟是什么决定了物体的沉与浮？调动学生积极思维，激发他们的后续探究和个体的理性思维同步发展，即利用证据建立学生自己的科学主张。
在学生科学探究的前测活动过程中，教师指导学生论证需要把握住以下三点：
1.学生有共同思考的问题
在教学中，教师要根据教学的要求设计好有价值的思考问题，并让学生根据已有的生活经验有依据地猜想。这要求教师把教材的编排逻辑与学生的认知逻辑有机结合，设计好有梯度的思考问题，引起学生的思考。
2.学生有充分思考的时间
在实际教学中，我们经常看到很多教师提出一个问题后就马上让学生发表自己的看法，表达自己的想法，学生缺少独立思考的空间和时间，最后常常变得“人云亦云”。因此，教师应该保证学生有充足的时间来思考，最好能让学生用文字或图画的方式将自己的想法简要记录下来，作为后续深度交流的保障。
3.学生有自己明确的观点
学生在分享自己的观点时，教师要尊重孩子，让他们有充分表达想法的机会。在这个时候，教师不要过于心急，当学生表达不清的时候应该适时给予点拨和引导，不要急于说出教师自己的观点，而是要让学生清晰地表达他们对问题的看法，确保学生带着问题和自己的观点开展后续的科学探究活动。
二、找证据：让学生重视有效信息的收集和整理
观察和实验是学生探究的核心活动，也是学生进行集体论证前的基础性活动，更是学生收集信息、寻找证据的过程。因此，在学生的探究活动中，教师要指导学生做好有效信息的收集和整理。
案例：“光的传播”教学片段
当学生对光是怎样传播的形成了自己的观点以后，教师下发了两组材料让学生开展实验操作，证明自己的观点。
第一组材料：纸屏、3个纱网、光源。教师让学生先固定光源和屏，让光照在屏上，画出光点；而后，两个物体不动，依次分别放入3块纱网挡板，画出看到的光点，并把这些光点连接起来。思考：如果给你更多的纱网，又会怎样？把这些点连接起来会怎样？
第二组材料：老师下发了4套材料，分别是纸屏、肥皂水、光源，纸屏、粉笔灰、激光笔，纸屏、橙汁、激光笔，纸屏、软管、激光笔，肥皂水、橙汁、粉笔灰提前装在瓶子里（实验前将瓶子摇一摇）。让学生将前3套材料中的三个物体顺序摆放，第4套材料可以自由操作，画出观察到的现象，并根据现象分析光是怎样传播的。
有了明确的实验操作要求和具体的任务，在活动中，学生变得不再那么亢奋，他们四人一个小组进行观察、实验，每个同学采用画图的方式及时记录各自观察到的现象，得出结论：光是直线传播的。
在个体记录的基础上，老师请各小组在整理完毕活动材料后，花两分钟左右的时间在小组内进行交流和展示，形成小组的观点。
科学教育的核心应该是让学生在操作过程中学会思辨，缺乏思维参与的科学操作活动，缺乏理性的探究，其教学是低效的。上述案例中，学生带着问题开展探究活动，他们有明确的目标，能通过画图的方式记录实验现象，并能根据众多的现象归纳出小组的观点。在这个过程中，学生的思维是积极、主动的，彰显出科学探究活动的价值和意义。
如何有效地让学生在科学探究活动中收集实验信息并转化为证据呢？教师重点要做好以下几点：
1.组建有效的学习共同体是基础
在小组探究活动中，我们经常看到个别学生成为了小组的“统治者”，其他学生则沦为“旁观者”，小组合作学习成了一个或少数几个人的“表演”，这不是我们所期望的。真正的合作探究不仅仅是学生“坐”在一起，而是真正成为探究学习的“搭档”“伙伴”，是一个学习共同体，每个学生都要为学习共同体作出自己的贡献。同时，学习共同体又能帮助学生更好地学习，促进小组成员的共同发展。
2.充分开展实验前的讨论是关键
在探究实验前，教师要引导学生对实验进行具体化的设计和策划，这也是学生积极、主动思维的过程，他们需要带着各自的思考与同学进行充分研讨，明确“应该怎样”“为什么这样”等问题，从而获得探究实验顺利进行的关键信息，促使科学学习深入进行。
3.提供有结构的实验材料是保障
上述案例中，教师提供了两套有层次、有结构的实验材料，让学生寻找更多的证据来证明“光是直线传播的”，教师重点启发学生在探究活动中关注事实、确认事实、注重实证，促进学生理性思维的发展。
三、论观点：让学生建立证据与观点之间的联系
教师引导学生研讨交流的基础是他们在观察和实验中所获得的相关证据，研讨和交流是学生进行信息加工处理和科学论证的过程。通过交流分享，学生阐述各自的发现、想法，展示研究的数据，显现各自的思维活动过程。有效的交流研讨，还可以培养学生良好的倾听习惯和质疑精神。但是，在科学课堂上，很多教师更多地重视了“做”的程序，忽视了“思”的过程。在学生的汇报交流中，当学生说出或被“诱导”出结论的时候，他们的探究活动就会被教师无情地“停止”，教师忽视了让学生在证据与论点之间建立关联。
案例：“声音的产生”教学片段
（教师组织学生开展“观察皮筋振动发声”的活动后，引起学生对“声音是怎样产生的”这个问题进行猜想。之后，教师为学生准备了尺子、鼓、音叉、水、乒乓球、碎纸等，指导敲击音叉的方法，要求学生用这些物体找到它们发声时的振动，并及时记录下来，而后交流反馈。）
师：你们在实验中发现了什么现象，有什么结论了吗？
生：用手拨动尺子，尺子会振动；敲鼓，有声音，用手摸一下，感觉鼓面在振动；轻轻地敲音叉，然后把音叉放入水中，看到水面上一圈一圈地荡漾开来，说明音叉也在动。
生：我们把碎纸片放在鼓面上，看到碎纸片会上下跳动，说明鼓面在振动。
生：当我把音叉靠近静止的乒乓球时，它会弹开去，说明音叉也在动。
生：尺子、鼓、音叉在发出声音的时候都在振动。
师：还发现了什么？
生：物体是多种多样的，制造声音的方法也是多种多样的。
生：无论是什么样的物体都可以借助听觉、视觉、触觉或借助其他物体找到它们发声时的振动。
师：由此我们可以推断声音是由物体振动产生的。
上述案例中，教师给学生提供的探究材料，让他们得以充分地展开探究，但在交流汇报时，学生发现“尺子、鼓、音叉发声时都在振动”就马上给出结论：物体振动产生声音。什么是振动？尺子、鼓、音叉等物体振动时的状态是怎样的？发声时的物体振动又有什么特点？这些问题，教师没有引导学生细致而全面地观察、描述、思考，致使基于证据的汇报显得过于牵强和苍白。
实验探究中的证据是学生建立科学概念的思维素材，教师要引导学生用证据进行论证和解释，才能有效建构科学概念。所以，在教学中教师要让学生充分依据自己收集的相关数据开展论证活动，将现象与观点建立关联，让学生在集体论证中归纳科学结论，学会基于证据来质疑问难，树立“轻易不给孩子下结论”的理念。具体应做到以下幾点：
1.围绕核心问题，做好论证准备
当学生探究结束后，教师要留给孩子一定的时间进行思考，做好论证的准备。
首先，教师可以组织学生将个人的观点在小组中进行交流论证，借助科学记录说明现象和观点，最终形成小组的论点。科学记录能帮助学生从实验中获取有用信息，让学生进一步整理信息，形成证据。
其次，教师要指导学生围绕核心问题进行汇报交流，特别是要用好关键性的助学导语。如在前述实验结束后，教师可以让学生结合自己的实验记录说一说“我们是怎样做的”“我们看到了怎样的现象”“基于这样的发现，我们认为怎样”等，让学生充分阐述与论证。
最后，教师要引导学生清楚地表达自己的观点，可以让学生用自己擅长的方式来汇报，可以引导其他学生如何倾听他人的论述，如善于发现不同的意见，进行理性辨析与交流，等等。
2.创设教学情境，提供论证技巧
学生科学论证的过程是基于事实的交流、倾听、互动的过程，教师要创设“有声思维”的学习情境，帮助学生理清思维过程。教师对发言者和倾听者都要提出明确、清晰的规范与要求，并提供适时的帮助。例如，指导学生采用“我们的结论是……，因为我们发现……”“我们的观点是……，所以认为……”等方式进行论述。同时，引导其他学生认真聆听，通过“我赞同……，同时我还想补充……”“我不明白你的观点……你能跟我详细讲讲……吗？”“我对……有一个问题”等句式回应发言的同伴，引导全体学生针对看到的现象及发现的问题进行科学论证。
3.引领证据推理，建立论证逻辑
在学生论证、解释的关键阶段，教师要采用恰当的关键导学语给予点拨引领，帮助学生学会逻辑推理。具体可分为三个阶段：
一是“亮出观点”阶段。教师可以通过“根据实验现象（数据），你有什么想法”“你为什么这样认为”等引导式问题，让学生慎重审视自己的结论是否建立在科学证据之上。
二是“进一步论证”阶段。教师可以通过“你们都这么认为吗”“谁有不同的看法”等批判式问题，鼓励学生对同学的解释与结论进行反思、批判和质疑。
三是“形成合理解释”阶段。教师可以通过“大家觉得谁的解释更接近真实”“你现在是怎么想的”“我们的研究现象（数据）支持这样的观点吗”等反思式问题，引导学生再次思考研究结论是否严谨科学。
如果科学教育真正落实在“基于证据进行论证”的科学实践活动中，教师能够更多地引导学生关注实践活动中获取的事实与证据，并让学生用证据去分析现象、解释问题，学生的认知结构就会不断重组、优化，他们就会不断纠正和完善属于自己的科学概念体系，他们的思维能力也会得到不断的进步和发展。
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