科学思维：小学科学教学的价值追求

许春良 冷巨丰

摘要：对学生进行科学思维的培养应成为科学课的价值追求。科学思维是一种建立在事实、逻辑和不断验证基础之上的思维方式，是理性主义和实践主义相结合的一种认识客观世界的方式。目前，科学教学存在把科学探究等同于科学思维、满足于得出简单的科学结论等误区。培养学生的科学思维能力，应重视科学观察活动，发展学生的科学思维；摆脱形式主义的探究活动，激发学生的科学思维；暴露学生日常思维的缺陷，培养学生的科学思维。

关键词：科学思维；小学科学教学；价值追求

中图分类号：G623 文献标志码：A 文章编号：1673-9094（2014）06-0028-04

近几十年来，我国的小学科学课程发生了巨大的变革。首先，课程名称经历了从“常识”到“自然”再到“科学”的变更；其次，教学方法发生了从以“讲授式”为主到以“科学探究”为主的转变；再次，课程目标从重视知识技能传授转变到关注学生科学素养的形成。但不管什么时候，任何一名科学教师都希望自己的学生能够像科学家一样去关注自然世界，观察并研究自然世界中的各种现象和问题。其原因在于，要想成为科学家，必须要具备像科学家一样的思维方法。退一步来讲，即使学生不想成为科学家，由于科学思维能有效促进学生智力发展并有效处理日常生活中的许多问题，因此对其个体来说也具有重要的现实价值。下面就“什么是科学思维”、“我们离科学思维有多远”以及“如何培养学生的科学思维”等问题作粗浅的论述。

一、科学思维的本质

一般来讲，人有两种思维方式：一种是日常思维，它构成了日常生活中各种行为处事的基础；另一种则是科学思维，它主要作用于人对客观世界的认识过程之中，科学思维的价值在于“达成对客观世界本真的认识”，它探求的是客观世界的实在的本质。科学课教学的主要任务不仅是让学生掌握最基本的自然科学常识，更重要的是让学生经历科学知识产生的过程，这恰恰正是学生科学思维形成的最有效的过程。

美国教育家库恩是研究科学思维领域的代表人物。在他看来，科学思维首先起源于学生对于理论与证据的区分，也就是说，他们必须认识到理论与证据来自于不同的认识论范畴，科学思维的发展则表现为能有意识地控制理论与证据的协调。[1]简单地讲，理论就是我们对某一现象的解释，这其中包括学生头脑中已有的认识经验；证据就是通过测量实验等活动所获取的经验性观察，公认的理论也可以被当作证据来使用。库恩认为，学生科学思维的发展主要体现在以下几个方面：能够对证据和理论作出区分；能够尊重证据和理论；能不时地注意到理论和证据的不一致，并乐于作出协调的尝试。科学学习的过程其实就是要让学生原有的某种知识经验受到与此不一致的新的经验的影响，从而发生重大改变而形成新的认识。

我国幼儿科学教育专家张俊则将科学思维的内涵概括为以下几点：（1）相信客观知识的存在，并愿意通过自己的探究活动去认识客观世界。（2）对于未知的事物会作出猜想，并知道主观的猜想是需要客观事实来证明的。（3）相信事实，只有在全面地考察事实之后才会得出结论。（4）通过对事实进行合乎逻辑的推理而得出结论，并知道任何结论都是暂时性的，需要更多的事实来证明，结论也可能被新的事实所推翻。[2]这也从另一个侧面印证了注重证据、遵循逻辑、经受检验是科学思维区别于日常思维的三个主要维度。

从小学科学课中所涉及的各种科学研究活动来看，它们其实最终都指向三个问题：一是回答“事物的性质、结构和功能是什么？”，在于竭力追求科学事实，这揭示了科学思维注重证据的特性；二是探讨“事物的变化和发展为什么？”，也就是揭示事物间的因果联系，这揭示了科学思维遵循逻辑的特性；三是“事物的变化和发展有什么规律？”，能否将之应用于更广泛的现实之中，这揭示了科学思维应能经受实践检验的特性。

因此从本质上讲，科学思维是一种建立在事实、逻辑和不断验证基础之上的思维方式，是理性主义和实践主义相结合的一种认识客观世界的方式。对学生进行科学思维的培养应成为科学课的价值追求。

二、科学教学中对科学思维培养的误区

国外不少文献在科学教育目标中特别提出科学思维的培养。美国科学促进会在《面向全体美国人的科学》中将科学思维的能力作为科学素养的一个部分，我国的科学课程标准也提到，“小学科学课程是以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程，……要让学生学会用科学的思维方式解决自身学习、日常生活中遇到的问题”。儿童科学启蒙教育，最根本的内容就是思维方式的启蒙。但现实的课堂教学表明：我们离科学思维其实还有一段距离。主要表现为：

1.把科学探究等同于科学思维

很多教师认为，在课堂中组织学生进行对比实验、控制变量、数据分析等探究性活动就能培养学生的科学思维，这种认识是片面的。我们注意到：课堂上大凡动手做的环节学生表现很活跃，教师很难控制住，但真正意义上的学生交流和质疑的场景却非常罕见。这充分表明课堂中学生科学思维的缺失。

一旦我们将科学思维培养作为科学学习的价值追求，那么我们所关注的自然就不再是执行程序化步骤和得出确定结论，而是关注学生真正的想法是什么？它能否解释所探究的问题？如何获得证据来支持或反驳这个想法？推理过程能找出漏洞么？……这样的目标和教学方式可能会让有些教师觉得过于理想化，甚至在内心里嘲笑：小学生能建构出什么“自己的科学理论”？他们建构不出正确的理论怎么办？[3]其实学生对于任何现象都有自己的解释，教师所要做的就是创设一个个具体的科学情境，让学生在这个情境中充分暴露已有的科学概念，结合新证据，不断建构新的科学理论。因此，假设、预测、推理、解释、交流、质疑等思维性活动远比纯粹意义上的“动手探究”重要。

2.满足于得出简单的科学结论

以“昼夜形成的原因”为例。教师一般都是通过手电筒和地球仪来帮助学生理解昼夜的成因：光线照在地球仪上，照亮的一面是白天，背光的一面是黑夜，当地球仪慢慢转动时，白天和黑夜就会交替出现，以此来得出科学结论：地球自转造成了昼夜交替。这种教学策略在很长一段时间里被广泛采用，很少受到质疑。但仔细推敲一下：能造成地球昼夜交替的可能性非常多，从历史来看，人类对它的认识也是一个不断深入的过程。如最早可见于西方国家的太阳神神话，认为太阳神在天空中驾车巡游；近代的地心说则认为太阳围绕地球转动造成昼夜交替，这与人的视觉现象也完全吻合。教师能否换一种角度来进行课堂教学呢？比如教师可以让学生对这个问题先提出自己的假设，然后让他们通过各种方法去收集有利于自己所支持理论的各种证据。学生所展示的事实性证据越多，就越能引发对原先想法的反思，有的证据能进一步支持，有的证据则起到证伪的作用，有的则提出另一种可能存在的解释等等。地球自转、太阳绕地球转动、地球绕太阳转动、地球自转同时绕太阳转动……不妨让学生知道它们都可能造成昼夜的交替出现，这应该要比课堂上只出现一种合理的解释来得更有意义，更能培养学生的科学思维。

三、培养学生科学思维的教学实践

作为全球公认的儿童科学思维研究领域的专家，库恩认为儿童科学学习的过程其实就是要让学生原有的某种知识经验受到与此不一致的新的经验的影响，从而发生重大改变而形成新的认识。从这个观点出发，我们可以尝试从以下几方面进行课堂教学实践，以期培养学生的科学思维能力。

1.重视科学观察活动，发展学生的科学思维

科学课上学生的大多数科学学习活动都可以被理解为某种意义上的观察活动，如分类是有比较的观察，实验是经过精心设计的观察等等（见下表）。我们发现，学生在同一个科学学习活动中看到的现象、获得的数据可能是完全不同的；退一步讲，即使所见完全一样，但是他们对此所作出的解释也可能完全不同。这表明观察是引发学生科学思维活动的源泉所在。

对教师而言，首先要加强对学生观察活动的指导。学生通过观察能注意到什么、不能注意到什么、什么细节该放大、什么细节该忽略不计、什么现象是真的、什么现象是假的……这些往往与教师的引导不无关系，因为人所观察到的东西在很大程度上依赖于他对周围世界知道并期望知道什么。简言之，观察是通过解释、期望和希望而展开的。教师的指导从本质上讲是为学生的观察活动施加一种心理预期。其次，教师要充分利用观察到的现象和数据，特别是要让学生对自己观察到的东西和别人的结果进行比较和分析：什么地方是相同的，什么地方是自己没有留意到的，甚至是和自己的完全相反，可能是什么原因造成的，能否在下一次的观察活动中得到验证……这些都需要教师发挥组织引导作用。通过这些科学观察活动，进一步来发展学生的科学思维。

2.摆脱形式主义的探究活动，激活学生的科学思维

儿童的科学探究从一开始就被要求同科学家的研究活动相类似，人们试图将课堂塑造成布鲁纳所描绘的那种情形：“让孩子们在教室里的所为和科学家在实验室里的所为只有程度上的不同，而没有本质上区别。”于是，在教学实践层面上，教师将科学探究程式化地分解为提出问题、设计并执行探究方案、搜集证据、建构解释、交流讨论等步骤。但程式化的探究往往不是真正意义上的自主学习，也没有引发学生更多的科学思维。在大多数科学课堂中，即使是那些被冠之以“自主探究”的部分，也往往是学生最无需思考的部分。比如有些教师将“拉力大小与弹簧拉长的长度之间的关系”作为自主探究内容，其实稍微有点生活经验的学生对这一结论是心知肚明的，根本不需要学生作进一步的思考。类似的还有“气球内空气的数量和它飞行距离的关系”（反冲现象）等等。然而在实际的教学中，教师还是习惯于按照科学探究的固定程式来学习这些哪怕是非常浅显的科学现象，给学生本应高涨的科学兴趣迎头一桶冷水。

我们提倡还原科学探究的模块化结构，改变课堂中将科学探究作为一个完整的、步骤化的程序反复运行之现状。这实际上对教师提出了更高的要求和更为灵活的教学策略，因为在模块化的科学探究教学活动中，教师参与的程度并不是固定的，他会前前后后地移动，且在学生自主探究活动时达到最大，这些要比启动“探究程序”更为复杂和困难。然而，真正摆脱了形式主义的探究活动，才能真正激活学生的科学思维。

3.暴露学生日常思维的缺陷，培养学生的科学思维

逻辑性是科学思维的重要特性之一，然而这并不排斥非线性思维在科学教学中的作用，相反，很多伟大的发现都是一种非线性思维的产物。比如现代的板块构造学是由德国科学家阿尔佛雷德·魏格纳提出的，这个想法最初出现在他的脑海里是因为他在无意中觉得南美和非洲两个地方的海岸线像七巧板的两块木头一样可以接合在一起。现在越来越多的证据从不同的侧面证明了板块构造理论，如现代精确测绘技术表明如今各大洲仍然在作细微移动，大西洋两岸存活着近乎相同的生物种群等。学生在解释某些科学问题时，一开始也往往并不遵循逻辑性，他们常常像魏格纳一样提出儿童所特有的天真理论，教育家称之为朴素理论。但在现实的课堂中儿童朴素理论是一种受压迫、没有取得合法化的理论。而儿童科学教育的效果，在很大程度上取决于教育者对儿童朴素理论的接受程度。[4]比如在研究物体在水中受到的压力（如右图）时，教师不妨让学生先预测哪一个瓶子中的水柱喷得比较远。事实上，有相当一部分学生倾向于“胖”的瓶子喷得比较远，因为它们看上去更厉害些！这就是儿童所特有的朴素理论在起作用。

在课堂中，教师要有意识地设计能够暴露学生朴素理论的一系列活动，借助它们了解学生的真实想法是对的还是错的，如果是错误的，怎样来进一步改变它。由此可见，学生科学思维的发展过程，其本质就是错误概念如何向科学概念转化的过程。

科学思维不仅是一种理性思维，同时也是一种最自然的思维方式。它既不依赖神秘的权威，也不依赖虚无的假设，它鼓励人们勇敢地接受真实的世界，直面不甚完美的现实。只有当一个国家的大部分公众都被科学思维所感召时，其民族精神才会随之得以提升。从这个意义上讲，科学思维理应成为小学科学课的价值追求。

参考文献：

[1] Deanna Kuhn， Susan Pearsall.Developmental origins of scientific thinking[J].Journal of Cognition and Development， 2000（1）：113-129.

[2]张俊.聚焦科学思维：幼儿科学教育的新取向[J].香港幼儿学报，2005（4）.

[3]唐小为，丁邦平.“科学探究”缘何变身“科学实践”[J].教育研究，2012（11）.

[4]鄢超云.朴素物理理论与儿童科学教育[D].华东师范大学，2004：Ⅱ.

责任编辑：杨孝如