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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：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，是个体在己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弃。
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，并可重复进行的。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，从而形成以已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，我们不能采取绝对化、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，在科学探究的过程中，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。
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