其次，科学探究是一种个体建构的活动，具有建构性特征。科学探究作为一种认知活动，是个体主动地建构对于客观世界的理解的过程。在科学活动中，当个体已有的知识经验不足以对当前的科学现象或问题做出解释时，就会产生认知冲突，为了解决冲突，实现认知的平衡，个体必须不断围绕所面对的问题进行思考，做出计划，通过各种途径获取有关信息，以自己的方式对问题做出基于己有经验的分析和推论、综合和概括，将自己的发现与他人的发现进行比较，据此对自己的看法和做法做出反思与评价，并调节自己的活动等。在这一过程中，一方面个体以原有的知识经验为基础，通过将新知识与已有的、适当的知识经验相联系，主动地建构对于新知识的理解；另一方面，个体又需要依据新经验对原有经验结构本身也做出某种调整和改造，形成新的认知结构，因此，科学探究既是一个对新信息的意义的建构过程，同时又是由于新、旧经验的冲突而引发的概念转变和认知结构重组的过程，尽管与科学家相比，儿童的科学探究多倾向于以已有的理论为基础来建构对于新信息的理解，儿童只有在获得了大量新的经历并且这些经历要求其做出改变的情况下，才会调整和改变原来的理论；并且，当通过实验所得到的证据与儿童自己原来的想法相矛盾时，他们经常或者忽视不一致的证据，或者通过调整证据以适合于他们的理论，认知重组会相对较少，但正是这种以己有知识经验为基础的探究，使得儿童不断地形成和获得对于客观世界的新的认识，实现对于客观世界的认知建构。
第三，科学探究的体质是一种思维的过程，具有思维性特征。科学探究作为一种科学研究，是一种多方面、多层次的活动，它需要做观察，需要提出问题，需要查阅书刊及其他信息源以便弄清楚什么情况已经是人所共知的东西，需要提出假设和预测，需要设计调研方案，需要进行实验，需要运用各种手段来分析和解释数据，需要提出答案和解释，需要把研究结果告之与人等。在这一过程中，个体不仅要使用观察、分类、交流、测量、推论、预测、假设等一系列的科学方法，而且要使用概括、分析、类比、归纳、推理等思维方法来形成并修正科学解释、识别和分析各种模型、交流和应用得出的科学结论。因此，科学探究的过程也就是科学思维的过程。美国教育家杜威曾经指出，探究是“对任何一种信念或假设的知识进行的积极、持续、审慎的思考”，探究的目的是通过使用解释、证据、推论和概括来证实信念。尽管与科学家相比，儿童的思维能力可能不足以阐明称之为科学的理论。如，他们主要以直接经验的感性认识而不是理性认识为基础来形成关于自然现象的知识，因此倾向于以自我为中心来看待世界；对于事物因果关系的思考表现出更多简单、表面化的特征，很难同时把握太多的因素等。但是儿童所建构的思想、观点，无论对错，都不是随意的，它们往往具有基本的逻辑性，是儿童逻辑分析和推理——尽管与成年人相比这种逻辑分析和推理尚是简单的、粗浅的、不严密的结果，并建立在证据和经历的基础之上。
第四，科学探究重视交流与合作，具有合作性特征。一方面，科学探究作为一种建构活动，每个人都以自己原有的知识和经验为背景建构对于事物的理解，由于不同个体己有的知识、经验以及对经验的看法不同，不同人看到的是事物的不同侧面，对同一个问题常会表现出不同的理解，要使个体超越自己的认识，看到那些与自己不同的理解，看到事物另外的侧面，使理解更加丰富和全面．就必须通过彼此间充分的合作和广泛的讨论。另一方面，科学研究的一个突出特点就是可重复验证性，这就要求个体能够较清楚地说明所研究的问题、程序、证据、提出的解释以及对不同解释的考查，以使有疑问者能够进一步核实，或者他人将这一解释用于新的研究。科学发展的历史表明，科学研究离不开合作，与科学家相比，儿童由于知识经验、认知能力等的局限，其对于自然世界的认识和理解常常可能是片面、不完全、不确切的。因此，儿童要形成对于自然现象或问题的正确认识，建立正确的科学观念，更需要合作。同时，由于儿童在日常生活中已可能形成许多错误概念且可能较顽固，合作探究则能够促使儿童在表达自己的观点、交流和讨论不同意见的过程中转变原来不正确的看法，重构新观念，形成新的更为科学的理解。此外，对于儿童而言，合作探究不仅有助于丰富和深化其对于科学概念的理解，加深其对科学活动性质的认识，同时也有助于儿童科学探究所必需的思想方法、行为方式和价值观念等多方面的培养、因此、合作是科学探究的一个重要特征。
三、科学探究的步骤
对于科学探究如何进行，国内外的不少学者都提出了自己的观点，如特罗布里奇和鲍威尔等人认为，科学探究的基本程序包括形成问题、建立假设、设计研究方案、检验假设、表达或交流结果等。《美国国家科学教育标准》提出，科学探究的步骤主要包括：观察，提出问题，查阅书籍和其他信息资源来寻找己有知识，利用各种工具搜集、分析并解释数据，做出答案、解释或预言，交流结果。美国国家研究理事会认为，科学探究包括形成科学研究问题、收集数据、建立假设、检验假设和交流结果。《英国国家科学课程》将科学探究过程划分为制定计划、获取并表达证据、思考证据、评价四步。我国《全日制义务教育科学课程标准（实验稿）》提出，科学探究包括提出科学问题、进行猜想和假设、制定计划和设计实验、获得事实与证据、检验与评价、表达与交流。此外，还有一些学者认为，科学探究包括了猜想与解释、实验与操作、明显地看到操作结果、记录获得的信息、结论与交流等；或者认为提出科学问题、进行假设或猜想、制定研究方案和收集数据、得出结论并做出解释、对研究方案进行评估、交流和推广是科学探究的六个基本步骤等等。
尽管对于科学探究过程的认识仁者见仁、智者见智，研究者们依据不同标准对科学探究过程进行了不同的划分，但综合而言，他们对于科学探究的一些基本过程，如提出或形成问题、建立假设、制定研究方案检验假设、得出结论、交流结果等的认识却较为一致。一般来说，科学探究主要包括观察和提出问题、形成假设、检验求证、得出和解释结论、交流与应用五个步骤（见下页图2-1）。
图2-1科学探究的步骤
1.观察和提出问题
观察是科学探究的基石、通过观察可以发现自然世界中未知的各种事物和现象，从而提出问题，确立探究的主题。因此，观察和提出问题是密不可分的。但是，并不是所有的观察都能导致提出问题。很多时候，我们会深陷于“已知的幻觉”之中，也就是说，当你“掌握”某些知识的时候，会使你所看到的现象符合自己理解的事物模型并从中得到解释。正如德国文学家歌德所说的：“我们只看到我们所知道的”。因此，在科学探究中，个体要经常审视自己知识的界限，发现自己已有知识的局限和矛盾，探寻运用自己的理论所无法解释的难点，从而确立需要探究的事实。从某种意义上讲，科学探究就是要寻找一扇由已知通向未知的“大门”，推动“已知的幻觉”的不断扩张。
2.形成假设
假设源于个体所提出的问题，是对于问题的一种简洁的陈述，它试图解释一种模式或预测一种结果，是个体在已有的知识经验的基础上所提出的关于问题的可能性解释。假设是科学发展的必经之路，虽然假设只是一种试验性的观点，必须通过观察或实验加以验证，但它能帮助探究者澄清思想和说明关系。德国文学家海涅就曾说过：“谁若为我 们指出了走不通的道路，那么他就像为我们指导了正确道路的人一样，对我们做了一件同样的好事”。假设可能有一种，也可能有多种，但不论多少，假设必须具有合理性，才有助于制定解决问题的可行性方案，由于一个假设只是对问题的一种观点和看法，因此在实际的探究中，个体不能将自己限制在一种假设之中，而要尽可能地提出多种假设，以避免那些有可能局限于某种观点的偏见，从而保证研究的开放性，以获得客观、真实的研究结果。
3.检验求证
检验是对观察和假设的一种验证，通过检验，假设就可能被证实或支持，也可能被否定或推翻，而那些由“权威”传递的错误观念也可以被抛齐、检验使我们能够探查自然世界中那些隐藏在自然现象和事物背后的奥秘，揭示自然的本质。检验的方式主要有两种：一种是引证式，即根据已选择的方案去收集支持假设所需要的事实和证据，经分析、概括而得出结论，从而证明假设成立或者不成立；二是实验式，即个体亲自动手实验，通过分析实验和总结实验结果来验证假设的正确性和有效性。如果所提出的假设在实践过程中行不通，那么就需要重新对问题和假设进行分析，再次提出新的假设和验证假设，实验是有明确程序，并可重夏进行的，但同时也不能过度地信任实验，因为实验错误的可能性总是存在的，这种实验错误可以导致错误的结果。
4.得出和解释结论
在对假设进行验证的基础上，个体概括、归纳其发现，得出并解释结论，形成关于某一现象或问题的科学认识。在此过程中，不仅要收集证据，而且要将观察与实验的结果与自己已有的知识经验联系起来，借助于分析、推理提出现象或结果产生的原因，并在实验证据和逻辑论证的基础上建立各种变量间的联系，从而形成以己有知识和当前观察与实验结果为基础的新的理解、解释必须同自然观察或实验结果所获得的证据一致，遵循证据规则，同时，解释还须接受公开的批评和质疑，并要求运用各种科学的认知方法和过程，如分类、分析、推论、预测、批判性推理和逻辑推理等。
5.交流和应用
在形成关于某一现象或问题的结论、解释后，个体还需要与他人进行相互交流，在这种交流中，一方面，个体要准确地向其他人阐明自己所探究的问题、方法、探究过程以及结果，并倾听他人对证据和解释的看法和态度；另一方面，他人也有机会就这些结论、解释提出疑问，指出其中有悖于事实证据的地方，或者就相同的观察提出不同的解释等。通过交流，个体可以获得各种可能的解释，有助于将实验证据、已有的科学知识和他们所提出的解释这三者之间更紧密地联系起来，最终解决彼此观点中的矛盾，巩固以实验、事实为基础的论证，促进科学结论的获得。最后，个体还需要将其所获得的结论应用到其他情境中，以进一步验证结论，并扩大和丰富对于自然世界的认识。
当然，对于科学探究过程的认识，不能采取绝对化、机械化的理解，以为只有经历上述五个阶段的探究才是科学探究。实际上，科学探究的问题是多种多样的，针对不同问题，人们所可能经历的探究过程、采取的探究方式就可能不同，不可能存在某一种绝对、固定化的模式或统一化的模式、同时，在科学探究的步骤中，形成假设和检验求证是连续循环交叉重叠的两个过程，正是在不断地假设—检验—再假设—再检验的过程中，个体不断地丰富、调整和完善对于自然世界的认识，形成科学的世界观。
科学探究与教学内容
当今课程与教学改革的核心是培养学生的科学探究能力。围绕科学探究进行教学内容的选择，创设一个利于时行科学探险究的情景是当前迫切需要解决的问题。教学内容选择的四个原则是：要增强学生对学科内容的理解能力；要有助于理解科学是如何研究自然界的；培养学生的调查能力和科学思维。
一、学生理解学科内容与教学内容的选择
培养学生透彻地对学科内容的理解能力是理科教和学的主要目标。当考虑教学内容时，第一个要做的评价是考虑教学内容是否与标准相一致。如果教学内容不能与标准相匹配，则没有必要再做进一步的分析了。
探究既是学习内容又是完成学习内容的手段。以探究为中心环节的教学内容在培养学生从事科学的能力的同时应加强其对学科的理解能力。这个理解能力的培养需要经历发现问题、收集和分析资料、在事实基础上进行解释、交流结果等过程。
表2-2“学科内容的选择”应遵循的原则及满意程度的变化