对科学探究的理论探讨
（一）科学探究的含义
从语义上来说，“探究”意为“探寻事物内部的规律”[9]。科学探究是一种复杂活动，涉及观察现象、提出问题、查阅已有资源、设计调查和研究方案、根据实验证据来核查已有结论、运用各种手段来搜集数据、分析和解释数据、得出答案、进行解释并做出预测、把结果告知于人等。
为界定基础教育领域的科学探究，学者多将探究分为两类：一是科学家所进行的工作；二是将科学探究视为教与学的过程。前者是基于科学家工作提出的：科学探究是科学知识生成、验证和发展的一系列方法，既包括科学家对相关知识的理解，还涵盖了对开展科学研究必需的过程性科学技能的掌握、对科学过程本质的思考以及科学家本人的直觉、想象和创造性等[10]。而后者则是在20世纪初作为传统教学模式的对立面被教育学家们提出的，在此之前学生通过教师的直接讲授获取知识；杜威强烈批判了这种现象，指出这种模式把知识作为教学目的本身，导致自然科学的教学流于形式上的技术练习，他认为探究过程和科学方法才是科学的本质，并于1909年首先提出在科学课程中实践探究教学[11]。美国《国家科学教育标准》认为，科学探究是“科学家用以研究自然界并基于获得的证据提出种种解释的多种不同途径”，也指“学生用以获取知识和领悟科学家方法与观念而进行的各种活动”[12]。
综合已有研究观点，本书认为科学探究具有两重含义：一是，在涉及科学本质时，将科学探究视为相关学科的科学认识论的一部分，是科学发展过程中的重要环节，其核心是科学知识的生成和论证；二是，在涉及探究教学时，包括探究式教学和将探究能力作为课程目标的教学。本书中特指探究式教学，即将科学探究作为一种教学方式来进行的知识教学，体现在课堂中学生参与学习的探究活动；它与科学家的探究活动的区别在于其对象是科学家已经发现和证实了的结论、原理、规律等。
（二）物理教材中的科学探究
不同于科学家自发开展的探究活动，物理课堂上学生的探究是在教师宏观调控之下开展的活动，是一种教育教学行为。因此，在教材的设计中要加强探究活动的安排与设计，通过探究的方式帮助学生更好地对知识进行建构。本书将研究对象聚焦于教材中的科学探究活动。
作为学习方式的科学探究活动具体有哪些特征，教材中设置的哪些活动可以视为科学探究活动，不同的研究者观点不一。
目前，我国理科教师往往将教学中的科学探究理解为“让学生参与动手操作的科学活动”等，把“动手操作”误认为探究教学的风向标，而对发展学生的认识能力重视不够。需要澄清的是，不能将科学探究与实验活动画上等号。实验教学是一种重要的教学方式，但不能等同于探究教学，尽管科学探究活动常常要借助于实验的方式。二者之间是非空交集的关系：实验教学除探究型实验外，还包括验证型实验、操作训练型实验等；同样地，科学探究不仅包含实践环节，发展从事探究的能力，还有理解和认识的内涵，非实验探究所能承载。不可否认的是，实验探究是开展科学探究活动的重要途径和方式，通过实验可以获得较为客观、准确的数据，探究者基于此来分析问题、解释意义，并进行新的理论建构或反思，这是科学探究所必需的，但并非科学探究的全部。科学探究的目标指向性很强，实验只是其中一部分，探究的出发点是问题，最终落脚点是解决问题。许多问题只靠实验并不能得到解决，必须进行理论的探究与建构，科学方法、创新思维都起着关键性作用。因此，科学探究与实验并不等同。
与此在科学探究中过度依赖实验的观点相反的，部分研究者认为科学探究的主要内容是理论分析、历史查阅、形成问题等，并进而提出理论探究的思想。诚然，探究式学习不能与接受学习截然分开，探究的过程离不开应用知识和技能，而这些不可能都由直接探究获得。因此，在探究活动中加入一定的知识与技能的内容是十分有必要的。综上所述，任何忽略认识或忽略实践的理解和做法都是有失偏颇的，我们不能机械地把探究看成单一形式或内容，它的本质目的应是思维和能力的生成。综上所述，本书认为将教材中的预设活动归类为科学探究活动需要至少满足如下条件之一：
1.在活动中，学生是否经历了问题（可以是在教材设置的背景下学生自主提出或是教材提供的），并通过一定的途径收集证据，再经历解决问题的过程。
2.教材在对于该活动的叙述中，是否使用了与探究高度相关的行为动词，如探究、调查、制作、研究、实验、讨论、交流、观察、分析、评估等。另外，如果一个探究活动只是针对部分探究要素，则认为该活动是部分探究活动。