培養(yǎng)科學(xué)思維是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的內(nèi)在路徑

陜西科學(xué)技術(shù)出版社 齊永平

科學(xué)課程的學(xué)習(xí)不僅要關(guān)注知識，更應(yīng)該關(guān)注知識產(chǎn)生過程中的重要動力——思維。靜態(tài)的科學(xué)結(jié)論體系是科學(xué)家群體在正確的思維方法指導(dǎo)下進行持續(xù)的動態(tài)探索的結(jié)果，因此，能夠取得學(xué)術(shù)界公認的研究成果的科學(xué)研究專家都掌握了完備的科學(xué)思維方法。對科學(xué)家研究過程的復(fù)盤、模擬和體驗是科學(xué)思維訓(xùn)練的有效方法。我認為對孩子來講，學(xué)習(xí)科學(xué)思維比學(xué)習(xí)科學(xué)知識更為重要，因為能夠被孩子接受的科學(xué)知識往往是過去的幾十年已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)或創(chuàng)造了的，而通過科學(xué)思維的學(xué)習(xí)，有可能讓孩子獲得發(fā)現(xiàn)或創(chuàng)造新知識的思維方法，或者創(chuàng)造性地利用已有的知識解決未知的問題，這樣，科學(xué)課程學(xué)習(xí)的深層意義才會發(fā)生。

科學(xué)發(fā)展過程是一個持續(xù)探索和求證的過程，是證實、證偽不斷交替的過程，在求證的過程中，證據(jù)和邏輯是科學(xué)研究的兩個核心要素。證據(jù)的獲得基于大量的觀察、實驗、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等探究行動，邏輯是將這些證據(jù)與探究之前所做出的假設(shè)、探究之后所得到的結(jié)論進行系統(tǒng)分析的思維工具。因此，在科學(xué)的學(xué)習(xí)過程中也應(yīng)特別關(guān)注這兩個核心要素。

一、科學(xué)思維培養(yǎng)的課程要求

（一）課程方案

課程方案是我國開展學(xué)校教育教學(xué)的最高綱領(lǐng)性文件，對學(xué)校教育的定位、價值、目標、內(nèi)容、評價、管理都會做出相應(yīng)的規(guī)定，指引著學(xué)校教育的發(fā)展方向。2017年，教育部頒布了最新修訂的《普通高中課程方案（2017年版）》，對整個高中教育的定位和目標進行了梳理和修訂，明確了高中教育的3個育人目標：具有理想信念和社會責任感；具有科學(xué)文化素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)能力；具有自主發(fā)展能力和溝通合作能力。在這3個目標中，其中一個明確指向了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和學(xué)習(xí)能力，即要讓高中學(xué)生“掌握適應(yīng)時代發(fā)展需要的基礎(chǔ)知識和基本技能，豐富人文積淀，發(fā)展理性思維，不斷提升人文素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)。敢于批判質(zhì)疑，探索解決問題，勤于動手，善于反思，具有一定的創(chuàng)新精神和實踐能力?！睆闹锌梢钥闯?，國家高度重視學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升和理性思維的發(fā)展。

（二）課程標準

在《普通高中課程方案（2017年版）》的統(tǒng)領(lǐng)和指導(dǎo)下，教育部2014年正式啟動高中各個學(xué)科的課程標準的研制，2017年新版高中課程標準正式頒布。課程標準是學(xué)科教育的國家標準，同時規(guī)定了學(xué)科教育的輸入性和輸出性指標。2017年版高中課程標準最大的特點是：學(xué)科核心素養(yǎng)成為學(xué)科教育體系的核心，學(xué)科核心素養(yǎng)統(tǒng)領(lǐng)一個學(xué)科的課程目標、課程內(nèi)容、學(xué)業(yè)質(zhì)量、考試評價、教材編寫、教學(xué)實施等學(xué)科教育教學(xué)的多個環(huán)節(jié)和過程。

在科學(xué)領(lǐng)域的課程中，新版高中物理、高中化學(xué)、高中生物、高中地理4個學(xué)科的課程標準均明確表述了各自學(xué)科核心素養(yǎng)，在每個學(xué)科的4～5條核心素養(yǎng)中，都有一條關(guān)于思維培養(yǎng)的表述，可見科學(xué)思維的培養(yǎng)已經(jīng)成為科學(xué)領(lǐng)域各學(xué)科教學(xué)的核心任務(wù)之一，與此同時，明確了關(guān)于科學(xué)思維培養(yǎng)的學(xué)科課程目標。

二、科學(xué)思維在教材內(nèi)容和教材結(jié)構(gòu)中的體現(xiàn)

從課程方案到課程標準，再到教科書，是課程理念逐步具體化的過程。課程方案和課程標準是整個課程體系的宏觀層面的描述，教科書是中觀層面描述，學(xué)校的課堂教學(xué)是微觀層面的描述。在我國的教育實際中，教材至關(guān)重要，其對國家教育意志和課程理念的落實有承上啟下的作用。在真實的教學(xué)中，相對于課程方案和課程標準而言，大多數(shù)教師和學(xué)生更加關(guān)注和依賴教材。如果把一個學(xué)科的課程標準比作鹽，這個學(xué)科的知識、學(xué)習(xí)方法、學(xué)生活動等就像水，教材就像濃度為0.9%的生理鹽水，這個濃度的生理鹽水最接近細胞的真實生存環(huán)境，很容易被身體吸收。因此，教材的編寫非常重要，既要把“鹽”溶解于其中，又要把握好濃度，確保其能夠被教師和學(xué)生吸收。

教科書的主體內(nèi)容是學(xué)科知識，因此，知識是編寫教材的基本材料。但是如何呈現(xiàn)知識，不同教材的編寫思路差異很大。傳統(tǒng)的科學(xué)領(lǐng)域教材編寫以學(xué)科知識為邏輯主線，偏重科學(xué)結(jié)論體系的學(xué)習(xí)，教材的主體部分主要是概念的內(nèi)涵描述，概念內(nèi)涵和外延的分析以及概念的應(yīng)用。按照2017年版高中課程方案和課程標準的要求，新版教材的編寫，以學(xué)科核心素養(yǎng)為邏輯主線，不僅要關(guān)注科學(xué)知識的學(xué)習(xí)，還要關(guān)注學(xué)科核心素養(yǎng)的培育?？茖W(xué)思維作為科學(xué)素養(yǎng)的一個重要維度，在教材的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)中自然要得以體現(xiàn)。

（一）知識的結(jié)構(gòu)化

新版科學(xué)領(lǐng)域的教材以學(xué)科重要概念為主要學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更加貼近學(xué)科本質(zhì)，幫助學(xué)生建構(gòu)本學(xué)科的概念體系，建立知識之間的聯(lián)系，形成層次清晰的結(jié)構(gòu)化知識。零碎的、沒有建立普遍聯(lián)系的知識很難體現(xiàn)其應(yīng)有的價值，只有結(jié)構(gòu)化的知識才能成為科學(xué)探究過程中尋找證據(jù)和理性思考的基礎(chǔ)，才能成為現(xiàn)實生活中解決復(fù)雜問題、跨學(xué)科問題的工具。

（二）知識的條件化

教材不僅要向?qū)W生呈現(xiàn)知識本身，還應(yīng)該還原知識產(chǎn)生的背景和相應(yīng)的歷史條件，展示知識的“血肉”和“枝葉”，讓學(xué)生有批判的視角和立場。在敘述事實和總結(jié)知識結(jié)論的過程中，不斷地深入挖掘科學(xué)家所用的思維方法，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時，模擬和體驗科學(xué)家的思維過程，以此培育學(xué)生的科學(xué)思維能力。

（三）知識的情境化

情境是知識產(chǎn)生的土壤和原始環(huán)境，因此在適當?shù)那榫持袑W(xué)習(xí)和應(yīng)用知識對學(xué)生來講，更易于接受，也更有益于素養(yǎng)的養(yǎng)成。教材在呈現(xiàn)概念、事實、數(shù)據(jù)等知識的過程中，會適當提供知識產(chǎn)生的情境，將知識融于情境之中。建構(gòu)概念的過程遵循“情境—個別性事實—一般性事實—概念—應(yīng)用于真實情境問題”。

三、培養(yǎng)科學(xué)思維的教學(xué)建議

（一）引導(dǎo)學(xué)生認識科學(xué)的本質(zhì)，注重知識的結(jié)構(gòu)化

科學(xué)課程的教學(xué)要讓學(xué)生理解科學(xué)的靜態(tài)特征和動態(tài)特征，幫助學(xué)生厘清知識之間的層級關(guān)系和相互聯(lián)系，建立系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的知識結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生建立理性思考的知識基礎(chǔ)。

（二）特別關(guān)注學(xué)生獲取知識的途徑和方式

科學(xué)課程教學(xué)不僅要讓學(xué)生擁有知識，還要重視學(xué)生獲取知識的途徑和方式，避免直接背誦科學(xué)結(jié)論的做法，而是應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生通過對科學(xué)家探究過程的復(fù)盤、模擬和體驗，一邊體驗知識發(fā)現(xiàn)的過程，一邊建構(gòu)知識，兼顧知識的學(xué)習(xí)和思維能力的培養(yǎng)。

（三）重視情境的創(chuàng)設(shè)，注重生活化、情境化和任務(wù)驅(qū)動

融于情境中的知識才是有血有肉的知識，現(xiàn)實生活中的真實問題都隱藏在特定的復(fù)雜情境中?？茖W(xué)課程的教學(xué)要讓學(xué)生學(xué)會獲取信息、數(shù)據(jù)、事實等要素，幫助學(xué)生基于獲取的信息、數(shù)據(jù)、事實歸納概念，用命題描述概念，用概念演繹推理，用證據(jù)證實推理等思維過程。這一系列的思維過程必須以相應(yīng)的情境和任務(wù)為基礎(chǔ)，在各個不同的環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的情境，設(shè)定合理的任務(wù)變得非常重要。

（四）重視學(xué)科之間的聯(lián)系和跨學(xué)科問題

理性思考是全面、系統(tǒng)的考慮問題，真實的科學(xué)問題往往是多學(xué)科知識交織在一起的復(fù)雜問題，如果囿于某一學(xué)科的知識基礎(chǔ)和視角看待真實問題，很容易出現(xiàn)偏差。因此科學(xué)的課程教學(xué)，要重視跨學(xué)科問題的研究，要注意跨學(xué)科知識的同步性和系統(tǒng)性，培養(yǎng)學(xué)生從不同的學(xué)科視角分析同一問題的能力，提升學(xué)生思考問題的系統(tǒng)性和全面性。

（五）充分挖掘和利用科學(xué)史的教育價值

科學(xué)史是原汁原味的科學(xué)教育素材，科學(xué)史可以幫助學(xué)生理解科學(xué)知識發(fā)展的偶然性，幫助學(xué)生領(lǐng)會過去的科學(xué)知識。通過了解科學(xué)史上一些重要事件的復(fù)雜性和偶然性，可以讓學(xué)生明白重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)不是必然的，科學(xué)知識是動態(tài)發(fā)展的。以此，幫助學(xué)生辯證地看待科學(xué)，這是科學(xué)思維的重要內(nèi)涵之一。