高等教育的科學(xué)思維拓展

伍飛云

（西北工業(yè)大學(xué)，陜西 西安）

一 引言

大學(xué)教育橫跨多個(gè)學(xué)科，目的是培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)研究和實(shí)踐中的科學(xué)思維能力、原則和實(shí)踐，以便學(xué)生畢業(yè)后通過(guò)這些高階思維提高他們未來(lái)工作中的技能。通過(guò)運(yùn)用這些思維技能，人們認(rèn)為個(gè)人能夠克服外行思維的局限，如直覺(jué)和非科學(xué)性信仰。他們應(yīng)該從最新相關(guān)研究中掌握和使用實(shí)證推理思維并從中受益。

回顧科學(xué)思維的發(fā)展歷程，曾出現(xiàn)過(guò)多種名字和定義來(lái)闡述這些技能。按照Woolley 等人[1]的觀點(diǎn)，這些高階思維曾被眾多研究者命名為科學(xué)過(guò)程技能、程序化技能、實(shí)驗(yàn)和調(diào)查科學(xué)、思維習(xí)慣、科學(xué)探究能力、科學(xué)推理能力、批判性思維技能、科學(xué)過(guò)程技能、基本技能、綜合技能、科學(xué)素養(yǎng)等。其中很多理論僅關(guān)注自然科學(xué)。本文的目的是找出大學(xué)知識(shí)建設(shè)中涉及的所有學(xué)科的共同點(diǎn)。從高階思維技能的研究和文獻(xiàn)的描述中得出相關(guān)實(shí)證結(jié)果和建議。

Kuhn 等人的觀點(diǎn)[2]在其書(shū)《科學(xué)思維技能的 發(fā) 展》(“The development of scientific thinking skills”)的序言中寫到“協(xié)調(diào)理論和實(shí)證的技能是定義科學(xué)思維的最核心和最基本的技能”。這也是我們更廣泛的高等教育中科學(xué)思維理論的起點(diǎn)。特別是“技能”要素，因?yàn)閷?duì)于大學(xué)里的成人學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)[3]，在跨學(xué)科的科學(xué)研究中需要培養(yǎng)的技能是非常具有挑戰(zhàn)性的。本文為新理論選擇了“科學(xué)思維”這個(gè)名稱，因?yàn)樗钅苊枋隹鐚W(xué)科的重要和常見(jiàn)特征。

在提出一種新的、更廣泛的科學(xué)思維理論時(shí)，科學(xué)一詞本身可能會(huì)因其與自然科學(xué)的聯(lián)系而產(chǎn)生問(wèn)題。因此，我們對(duì)“科學(xué)”一詞進(jìn)行了分析，并展示了如何在更廣泛的意義上使用它來(lái)描述所有學(xué)術(shù)領(lǐng)域中使用的思維技能。本文還詳細(xì)闡述了新理論如何幫助教學(xué)，因?yàn)榭茖W(xué)思維技能在大學(xué)教育中對(duì)學(xué)生的教學(xué)極為重要。

二 論跨學(xué)科“科學(xué)”的含義和性質(zhì)

雖然英語(yǔ)單詞science 表面上與自然科學(xué)有關(guān)，但在許多情況下，它的使用范圍更廣。在互聯(lián)網(wǎng)上搜索大學(xué)的學(xué)科、院系名稱時(shí)，教育科學(xué)、人文科學(xué)、醫(yī)學(xué)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)科學(xué)和歷史科學(xué)等術(shù)語(yǔ)與更多的自然科學(xué)術(shù)語(yǔ)并排出現(xiàn)。此外，科學(xué)一詞在許多不被視為自然科學(xué)的學(xué)科名稱中可見(jiàn)。例如，在教育領(lǐng)域，具有和教學(xué)原則、素質(zhì)教育相關(guān)的領(lǐng)域、教育技術(shù)、心理學(xué)、學(xué)生健康等學(xué)科領(lǐng)域。

很明顯，“科學(xué)”一詞被廣泛使用，并與眾多學(xué)科相聯(lián)系。它是否適合跨學(xué)科、更廣泛地使用？Hoover 等人[4]認(rèn)為“科學(xué)是關(guān)于減少現(xiàn)象世界中的不確定性，這些現(xiàn)象只能通過(guò)觀察部分地了解到”。這是許多大學(xué)學(xué)科的共同目標(biāo)。各個(gè)領(lǐng)域的研究旨在更好地理解現(xiàn)實(shí)，在觀察和思考方面超越人類的限制，不僅是觀察物質(zhì)現(xiàn)實(shí)的“硬科學(xué)”，而且是想更好地了解世界的“軟科學(xué)”，如社會(huì)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)科學(xué)和人文科學(xué)?！翱茖W(xué)是一個(gè)思考和提問(wèn)的過(guò)程”[4]，描述一個(gè)非常寬泛的科學(xué)概念，適用于大學(xué)的所有學(xué)科。

另一個(gè)問(wèn)題是，所有學(xué)科是否都有一些共同的特征或原則？當(dāng)然，必須考慮學(xué)科差異，重要的是要找到一些共同點(diǎn)，特別是在高等教育中的教育目的。1959 年，Snow 在劍橋發(fā)表了著名的關(guān)于“兩種文化”的演講[5]，他在演講中提出并警告說(shuō)，西方社會(huì)被分為科學(xué)和非科學(xué)的兩極。

正是因?yàn)榇嬖谝恍┕餐卣?，才能將這些不同學(xué)科收集在名為university 的機(jī)構(gòu)下。此外，今天的科學(xué)與Snow 時(shí)代不同，因?yàn)榭鐚W(xué)科決策比以往任何時(shí)候都更重要。Fung 認(rèn)為“跨學(xué)科的聯(lián)系不僅涉及知識(shí)之間的聯(lián)系，還涉及全球和道德意識(shí)”[6]。大學(xué)生需要學(xué)習(xí)理解其他學(xué)科，并根據(jù)科學(xué)思維的一般原則創(chuàng)造知識(shí)。提出問(wèn)題和假設(shè)，涉及到臨界性、認(rèn)知理解、推理、嚴(yán)謹(jǐn)性和方法的系統(tǒng)使用等，在所有學(xué)科中，在努力理解世界的過(guò)程中，這些思維技能都非常重要，因?yàn)檫@是學(xué)生們解決復(fù)雜問(wèn)題所需的必備技能。

三 高等教育需要更廣泛的科學(xué)思維理論

科學(xué)思維理論最早源于兒童的學(xué)習(xí)研究[7]，它主要涉及自然科學(xué)的學(xué)習(xí)。這種傳統(tǒng)的方法也起源于自然科學(xué)，包括物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，例如學(xué)習(xí)控制變量法：當(dāng)操縱變量（繩子的長(zhǎng)度和球的重量）時(shí)，推斷對(duì)鐘擺的影響的任務(wù)[7]?？刂谱兞糠ㄓ欣谂囵B(yǎng)自然科學(xué)環(huán)境中的某些推理能力，但對(duì)于更一般的科學(xué)思維來(lái)說(shuō)，它們限制太多。Kuhn 等人提出[8]：傳統(tǒng)的變量控制策略對(duì)于研究科學(xué)思維來(lái)說(shuō)過(guò)于狹隘。尤其是在高等教育中，教育應(yīng)該讓學(xué)生為工作生活中的復(fù)雜任務(wù)做好準(zhǔn)備，今天工作生活中的問(wèn)題并不局限于關(guān)于物理對(duì)象的推理任務(wù)。在大學(xué)水平的自然科學(xué)中，學(xué)生需要更廣泛的技能，而不僅僅是在某些明確定義的環(huán)境中進(jìn)行推理的能力。

Kuhn 等人提出[8]：學(xué)生掌握熟練科學(xué)思維技能的基礎(chǔ)主要分為：（1）涉及協(xié)調(diào)多種因果影響對(duì)結(jié)果的影響的戰(zhàn)略方面；（2）對(duì)科學(xué)基礎(chǔ)的成熟理解，認(rèn)識(shí)到科學(xué)知識(shí)是由人類構(gòu)建的，而不是簡(jiǎn)單地在世界上發(fā)現(xiàn)的；（3）在科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行熟練論證的能力。第一個(gè)方面類似于關(guān)于控制變量的科學(xué)思維的傳統(tǒng)觀念；第二個(gè)因素涉及認(rèn)知成熟度，意義更為廣泛；第三個(gè)因素涉及闡明論點(diǎn)的能力。在更廣泛的意義上考慮大學(xué)跨學(xué)科的科學(xué)思維時(shí)，后兩個(gè)因素尤為重要。圖1 展示了將科學(xué)思維細(xì)分為批判性思維和循證思維的結(jié)構(gòu)模式。這些思維結(jié)構(gòu)相互依存。批判性思維體現(xiàn)了科學(xué)思維的主要內(nèi)容，使學(xué)生能夠通過(guò)使用證據(jù)進(jìn)行邏輯推理，從而熟練地發(fā)展科學(xué)論點(diǎn)。

圖1 循證思維與科學(xué)思維的關(guān)系

創(chuàng)建一個(gè)新的理論，在高等教育提出的廣義科學(xué)思維的諸多方面建立針對(duì)大學(xué)教育的高階思維技能[9-10]。本文通過(guò)提出關(guān)于科學(xué)思維的描述性理論，重點(diǎn)闡述這種思維能力包括什么，即科學(xué)思維的性質(zhì)，以及關(guān)于科學(xué)思維專業(yè)知識(shí)的發(fā)展和與此發(fā)展過(guò)程相關(guān)的認(rèn)知過(guò)程（如概念變化和執(zhí)行能力）。

四 重新界定科學(xué)思維理論在高等教育中的應(yīng)用

批判性思維已經(jīng)成為一種被廣泛研究的理論，也許是因?yàn)榕行员灰暈閷W(xué)術(shù)能力中最關(guān)鍵的因素之一。Halpern 將批判性思維描述為[11]：“使用那些認(rèn)知技能或策略來(lái)增加期望結(jié)果的可能性，它被用來(lái)描述有目的和目標(biāo)導(dǎo)向的思維”。以下思維技能通常被認(rèn)為是批判性思維的要素：識(shí)別、推理、判斷、分析、評(píng)估和做出假設(shè)決定的能力[12]。這些認(rèn)知技能是大學(xué)教育中高階思維的核心。

臨界性也可以看作是科學(xué)本身的另一個(gè)基本要素。在研究試圖定義什么是科學(xué)時(shí)，臨界性是通常提到的基本原則之一。例如，Peirce 將科學(xué)方法與其他認(rèn)知方法區(qū)分開(kāi)來(lái)，即堅(jiān)韌、權(quán)威和直覺(jué)探究方法[13]。Peirce 認(rèn)為，臨界性是科學(xué)方法中的一個(gè)重要因素。Haaparanta 等人的科學(xué)方法則是以概念為基礎(chǔ)，指出科學(xué)應(yīng)該是客觀的、公開(kāi)的、批判性的、自主的、自我糾正的和進(jìn)步的[14]。此外，在科學(xué)過(guò)程中必須考慮到科學(xué)的一般性原則，如與倫理問(wèn)題有關(guān)的原則。這些基本原則都可以被視為跨學(xué)科研究的重要方面。因此，大學(xué)生應(yīng)該了解這些科學(xué)基礎(chǔ)的含義，以及如何將其應(yīng)用于決策過(guò)程。

基于上述原因，批判性思維無(wú)疑是大學(xué)教育的核心技能。然而，單憑批判性思維理論似乎過(guò)于狹隘，無(wú)法描述大學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，尤其是畢業(yè)后應(yīng)該具備的所有高階思維技能。這是因?yàn)樵谠S多批判性思維理論中，批判性思維技能被描述為僅由個(gè)人擁有的一套思維技能。雖然一些理論提到，批判性思維技能可以通過(guò)協(xié)作來(lái)提高，但重點(diǎn)仍然是個(gè)人的內(nèi)部過(guò)程。在工作生活中，證明決策正確性和跨一系列環(huán)境協(xié)作工作所需的技能至關(guān)重要，因此個(gè)人的內(nèi)部過(guò)程不足以理解需要什么樣的思維技能。與批判性思維是關(guān)于個(gè)人內(nèi)部過(guò)程的觀點(diǎn)相關(guān)，批判性被視為一種抽象的思維過(guò)程，而許多高階思維技能與對(duì)實(shí)際過(guò)程的理解有關(guān)，例如知道如何在調(diào)查過(guò)程中使用某些研究方法。這些觀點(diǎn)的一個(gè)推論是，盡管批判性思維是學(xué)術(shù)專長(zhǎng)的核心技能，但批判性思維理論并不強(qiáng)調(diào)使用實(shí)證研究結(jié)果的能力，即使用循證思維的能力。

五 科學(xué)思維理論的提出

在上述理論和實(shí)證工作的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新的、更廣泛的科學(xué)思維理論，供高等教育使用。包括以下組成部分，以形成高等教育中的廣義科學(xué)思維理論：

1.批判性思維和理解科學(xué)的基本原理。

2.認(rèn)知理解：理解知識(shí)是不確定的，是由人類創(chuàng)造的。

3.研究技能：理解支撐科學(xué)的研究方法，理解知識(shí)是如何產(chǎn)生的。

4.基于實(shí)證的推理：作為知識(shí)構(gòu)建基礎(chǔ)的科學(xué)推理。

5.情境理解：情境知識(shí)中的紀(jì)律性和更一般的理解。

有許多框架可用于和理解科學(xué)思維以及批判性思維，也可以借助于更多的教學(xué)工具以促進(jìn)學(xué)生的批判性思維，最終促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展。該框架通過(guò)隔離基于循證思維的離散技能，為傳授批判性思維技能提供了一條新途徑。這一框架不僅幫助了大學(xué)生，還可以幫助那些希望將其應(yīng)用于在教學(xué)環(huán)境中教授循證思維的人。當(dāng)學(xué)生擁有定義和區(qū)分證據(jù)類型的能力時(shí)，他們就能更好地、深思熟慮地使用這些證據(jù)。

這項(xiàng)研究有助于科學(xué)思維的教育學(xué)，特別是關(guān)于開(kāi)始教授循證思維的方法。本文結(jié)合科學(xué)思維、批判性思維和循證思維之間的聯(lián)系。通過(guò)學(xué)習(xí)和使用批判性科學(xué)思維，旨在讓學(xué)生發(fā)展他們辯論能力，并鍛煉他們利用數(shù)字和觀測(cè)數(shù)據(jù)以及故事來(lái)說(shuō)服其他人相信他們的論點(diǎn)。

特別是，通過(guò)學(xué)習(xí)和使用批判性科學(xué)思維，學(xué)生們可用來(lái)討論、比較并最終使用各種證據(jù)來(lái)支持他們的不同論點(diǎn)。當(dāng)學(xué)生們熟悉了循證思維后，他們用新的詞匯來(lái)展示辯論的過(guò)程。在進(jìn)入課程時(shí)使用了諸如論點(diǎn)、主張、證明和同行評(píng)議等術(shù)語(yǔ)。學(xué)習(xí)使用這些術(shù)語(yǔ)可以提高學(xué)生在討論某個(gè)問(wèn)題時(shí)的處理復(fù)雜問(wèn)題的能力，并支持更為充實(shí)的議論文寫作。他們根據(jù)在課程中學(xué)到的知識(shí)闡述不同類型的證據(jù)并在轉(zhuǎn)向每種類型的證據(jù)和論點(diǎn)時(shí)進(jìn)行解釋。

除了對(duì)科學(xué)思維領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)外，這項(xiàng)工作還對(duì)教育學(xué)文獻(xiàn)做出了貢獻(xiàn)，因?yàn)樗怀隽私虒W(xué)以及學(xué)生學(xué)習(xí)是如何因我們收集的數(shù)據(jù)而發(fā)生變化的。例如，盡管我們努力清晰地教授批判性思維，但我們通過(guò)討論小組了解到，許多學(xué)生對(duì)一些名詞和類別有誤解。例如，軼事證據(jù)和定性研究之間存在混淆；他們認(rèn)為兩者是同義詞，因?yàn)樗鼈兌忌婕皡⑴c者的不同個(gè)人視角。由于在討論小組中聽(tīng)到這些困惑，我們能夠在全班重新教授定性證據(jù)和軼事證據(jù)之間的差異。

六 結(jié)語(yǔ)

高等教育科學(xué)思維的廣義理論試圖填補(bǔ)高等教育研究和實(shí)踐中存在的空白，并為探討這一重要的思維技能提供理論工具。本文分析和表明了提出高階思維理論可以跨領(lǐng)域使用，高等教育中科學(xué)思維理論的組成部分也是所有院系和學(xué)科所共有。

本文解釋了科學(xué)思維現(xiàn)象并為科學(xué)思維的理解和發(fā)展提供了一種新的方法，提出了一種新的、更廣泛的科學(xué)思維理論，將思維技能與支撐科學(xué)方法的實(shí)際研究結(jié)合起來(lái)。為此，該理論不僅提供了分析學(xué)生思維的工具，也為如何培養(yǎng)科學(xué)思維提供了思路。讓學(xué)生了解科學(xué)思維的一般技能，并將其與具體的、基于學(xué)科的研究方法相結(jié)合，使學(xué)生能夠逐步獨(dú)立培養(yǎng)自己的科學(xué)思維能力。