培養科學思維是提升學生核心素養的內在路徑

陜西科學技術出版社 齊永平

科學課程的學習不僅要關注知識，更應該關注知識產生過程中的重要動力——思維。靜態的科學結論體系是科學家群體在正確的思維方法指導下進行持續的動態探索的結果，因此，能夠取得學術界公認的研究成果的科學研究專家都掌握了完備的科學思維方法。對科學家研究過程的復盤、模擬和體驗是科學思維訓練的有效方法。我認為對孩子來講，學習科學思維比學習科學知識更為重要，因為能夠被孩子接受的科學知識往往是過去的幾十年已經被發現或創造了的，而通過科學思維的學習，有可能讓孩子獲得發現或創造新知識的思維方法，或者創造性地利用已有的知識解決未知的問題，這樣，科學課程學習的深層意義才會發生。

科學發展過程是一個持續探索和求證的過程，是證實、證偽不斷交替的過程，在求證的過程中，證據和邏輯是科學研究的兩個核心要素。證據的獲得基于大量的觀察、實驗、數據統計等探究行動，邏輯是將這些證據與探究之前所做出的假設、探究之后所得到的結論進行系統分析的思維工具。因此，在科學的學習過程中也應特別關注這兩個核心要素。

一、科學思維培養的課程要求

（一）課程方案

課程方案是我國開展學校教育教學的最高綱領性文件，對學校教育的定位、價值、目標、內容、評價、管理都會做出相應的規定，指引著學校教育的發展方向。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；具有科學文化素養和終身學習能力；具有自主發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生的科學素養和學習能力，即要讓高中學生“掌握適應時代發展需要的基礎知識和基本技能，豐富人文積淀，發展理性思維，不斷提升人文素養和科學素養。敢于批判質疑，探索解決問題，勤于動手，善于反思，具有一定的創新精神和實踐能力。”從中可以看出，國家高度重視學生科學素養的提升和理性思維的發展。

（二）課程標準

在《普通高中課程方案（2017年版）》的統領和指導下，教育部2014年正式啟動高中各個學科的課程標準的研制，2017年新版高中課程標準正式頒布。課程標準是學科教育的國家標準，同時規定了學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：學科核心素養成為學科教育體系的核心，學科核心素養統領一個學科的課程目標、課程內容、學業質量、考試評價、教材編寫、教學實施等學科教育教學的多個環節和過程。

在科學領域的課程中，新版高中物理、高中化學、高中生物、高中地理4個學科的課程標準均明確表述了各自學科核心素養，在每個學科的4～5條核心素養中，都有一條關于思維培養的表述，可見科學思維的培養已經成為科學領域各學科教學的核心任務之一，與此同時，明確了關于科學思維培養的學科課程目標。

二、科學思維在教材內容和教材結構中的體現

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，學校的課堂教學是微觀層面的描述。在我國的教育實際中，教材至關重要，其對國家教育意志和課程理念的落實有承上啟下的作用。在真實的教學中，相對于課程方案和課程標準而言，大多數教師和學生更加關注和依賴教材。如果把一個學科的課程標準比作鹽，這個學科的知識、學習方法、學生活動等就像水，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生吸收。

教科書的主體內容是學科知識，因此，知識是編寫教材的基本材料。但是如何呈現知識，不同教材的編寫思路差異很大。傳統的科學領域教材編寫以學科知識為邏輯主線，偏重科學結論體系的學習，教材的主體部分主要是概念的內涵描述，概念內涵和外延的分析以及概念的應用。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，以學科核心素養為邏輯主線，不僅要關注科學知識的學習，還要關注學科核心素養的培育。科學思維作為科學素養的一個重要維度，在教材的內容和結構中自然要得以體現。

（一）知識的結構化

新版科學領域的教材以學科重要概念為主要學習內容，讓學生的學習更加貼近學科本質，幫助學生建構本學科的概念體系，建立知識之間的聯系，形成層次清晰的結構化知識。零碎的、沒有建立普遍聯系的知識很難體現其應有的價值，只有結構化的知識才能成為科學探究過程中尋找證據和理性思考的基礎，才能成為現實生活中解決復雜問題、跨學科問題的工具。

（二）知識的條件化

教材不僅要向學生呈現知識本身，還應該還原知識產生的背景和相應的歷史條件，展示知識的“血肉”和“枝葉”，讓學生有批判的視角和立場。在敘述事實和總結知識結論的過程中，不斷地深入挖掘科學家所用的思維方法，讓學生在學習知識的同時，模擬和體驗科學家的思維過程，以此培育學生的科學思維能力。

（三）知識的情境化

情境是知識產生的土壤和原始環境，因此在適當的情境中學習和應用知識對學生來講，更易于接受，也更有益于素養的養成。教材在呈現概念、事實、數據等知識的過程中，會適當提供知識產生的情境，將知識融于情境之中。建構概念的過程遵循“情境—個別性事實—一般性事實—概念—應用于真實情境問題”。

三、培養科學思維的教學建議

（一）引導學生認識科學的本質，注重知識的結構化

科學課程的教學要讓學生理解科學的靜態特征和動態特征，幫助學生厘清知識之間的層級關系和相互聯系，建立系統化、結構化的知識結構，幫助學生建立理性思考的知識基礎。

（二）特別關注學生獲取知識的途徑和方式

科學課程教學不僅要讓學生擁有知識，還要重視學生獲取知識的途徑和方式，避免直接背誦科學結論的做法，而是應該引導學生通過對科學家探究過程的復盤、模擬和體驗，一邊體驗知識發現的過程，一邊建構知識，兼顧知識的學習和思維能力的培養。

（三）重視情境的創設，注重生活化、情境化和任務驅動

融于情境中的知識才是有血有肉的知識，現實生活中的真實問題都隱藏在特定的復雜情境中。科學課程的教學要讓學生學會獲取信息、數據、事實等要素，幫助學生基于獲取的信息、數據、事實歸納概念，用命題描述概念，用概念演繹推理，用證據證實推理等思維過程。這一系列的思維過程必須以相應的情境和任務為基礎，在各個不同的環節創設相應的情境，設定合理的任務變得非常重要。

（四）重視學科之間的聯系和跨學科問題

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

（五）充分挖掘和利用科學史的教育價值

科學史是原汁原味的科學教育素材，科學史可以幫助學生理解科學知識發展的偶然性，幫助學生領會過去的科學知識。通過了解科學史上一些重要事件的復雜性和偶然性，可以讓學生明白重大科學發現不是必然的，科學知識是動態發展的。以此，幫助學生辯證地看待科學，這是科學思維的重要內涵之一。