培养科学思维是提升学生核心素养的内在路径

陕西科学技术出版社 齐永平

科学课程的学习不仅要关注知识，更应该关注知识产生过程中的重要动力——思维。静态的科学结论体系是科学家群体在正确的思维方法指导下进行持续的动态探索的结果，因此，能够取得学术界公认的研究成果的科学研究专家都掌握了完备的科学思维方法。对科学家研究过程的复盘、模拟和体验是科学思维训练的有效方法。我认为对孩子来讲，学习科学思维比学习科学知识更为重要，因为能够被孩子接受的科学知识往往是过去的几十年已经被发现或创造了的，而通过科学思维的学习，有可能让孩子获得发现或创造新知识的思维方法，或者创造性地利用已有的知识解决未知的问题，这样，科学课程学习的深层意义才会发生。

科学发展过程是一个持续探索和求证的过程，是证实、证伪不断交替的过程，在求证的过程中，证据和逻辑是科学研究的两个核心要素。证据的获得基于大量的观察、实验、数据统计等探究行动，逻辑是将这些证据与探究之前所做出的假设、探究之后所得到的结论进行系统分析的思维工具。因此，在科学的学习过程中也应特别关注这两个核心要素。

一、科学思维培养的课程要求

（一）课程方案

课程方案是我国开展学校教育教学的最高纲领性文件，对学校教育的定位、价值、目标、内容、评价、管理都会做出相应的规定，指引着学校教育的发展方向。2017年，教育部颁布了最新修订的《普通高中课程方案（2017年版）》，对整个高中教育的定位和目标进行了梳理和修订，明确了高中教育的3个育人目标：具有理想信念和社会责任感；具有科学文化素养和终身学习能力；具有自主发展能力和沟通合作能力。在这3个目标中，其中一个明确指向了学生的科学素养和学习能力，即要让高中学生“掌握适应时代发展需要的基础知识和基本技能，丰富人文积淀，发展理性思维，不断提升人文素养和科学素养。敢于批判质疑，探索解决问题，勤于动手，善于反思，具有一定的创新精神和实践能力。”从中可以看出，国家高度重视学生科学素养的提升和理性思维的发展。

（二）课程标准

在《普通高中课程方案（2017年版）》的统领和指导下，教育部2014年正式启动高中各个学科的课程标准的研制，2017年新版高中课程标准正式颁布。课程标准是学科教育的国家标准，同时规定了学科教育的输入性和输出性指标。2017年版高中课程标准最大的特点是：学科核心素养成为学科教育体系的核心，学科核心素养统领一个学科的课程目标、课程内容、学业质量、考试评价、教材编写、教学实施等学科教育教学的多个环节和过程。

在科学领域的课程中，新版高中物理、高中化学、高中生物、高中地理4个学科的课程标准均明确表述了各自学科核心素养，在每个学科的4～5条核心素养中，都有一条关于思维培养的表述，可见科学思维的培养已经成为科学领域各学科教学的核心任务之一，与此同时，明确了关于科学思维培养的学科课程目标。

二、科学思维在教材内容和教材结构中的体现

从课程方案到课程标准，再到教科书，是课程理念逐步具体化的过程。课程方案和课程标准是整个课程体系的宏观层面的描述，教科书是中观层面描述，学校的课堂教学是微观层面的描述。在我国的教育实际中，教材至关重要，其对国家教育意志和课程理念的落实有承上启下的作用。在真实的教学中，相对于课程方案和课程标准而言，大多数教师和学生更加关注和依赖教材。如果把一个学科的课程标准比作盐，这个学科的知识、学习方法、学生活动等就像水，教材就像浓度为0.9%的生理盐水，这个浓度的生理盐水最接近细胞的真实生存环境，很容易被身体吸收。因此，教材的编写非常重要，既要把“盐”溶解于其中，又要把握好浓度，确保其能够被教师和学生吸收。

教科书的主体内容是学科知识，因此，知识是编写教材的基本材料。但是如何呈现知识，不同教材的编写思路差异很大。传统的科学领域教材编写以学科知识为逻辑主线，偏重科学结论体系的学习，教材的主体部分主要是概念的内涵描述，概念内涵和外延的分析以及概念的应用。按照2017年版高中课程方案和课程标准的要求，新版教材的编写，以学科核心素养为逻辑主线，不仅要关注科学知识的学习，还要关注学科核心素养的培育。科学思维作为科学素养的一个重要维度，在教材的内容和结构中自然要得以体现。

（一）知识的结构化

新版科学领域的教材以学科重要概念为主要学习内容，让学生的学习更加贴近学科本质，帮助学生建构本学科的概念体系，建立知识之间的联系，形成层次清晰的结构化知识。零碎的、没有建立普遍联系的知识很难体现其应有的价值，只有结构化的知识才能成为科学探究过程中寻找证据和理性思考的基础，才能成为现实生活中解决复杂问题、跨学科问题的工具。

（二）知识的条件化

教材不仅要向学生呈现知识本身，还应该还原知识产生的背景和相应的历史条件，展示知识的“血肉”和“枝叶”，让学生有批判的视角和立场。在叙述事实和总结知识结论的过程中，不断地深入挖掘科学家所用的思维方法，让学生在学习知识的同时，模拟和体验科学家的思维过程，以此培育学生的科学思维能力。

（三）知识的情境化

情境是知识产生的土壤和原始环境，因此在适当的情境中学习和应用知识对学生来讲，更易于接受，也更有益于素养的养成。教材在呈现概念、事实、数据等知识的过程中，会适当提供知识产生的情境，将知识融于情境之中。建构概念的过程遵循“情境—个别性事实—一般性事实—概念—应用于真实情境问题”。

三、培养科学思维的教学建议

（一）引导学生认识科学的本质，注重知识的结构化

科学课程的教学要让学生理解科学的静态特征和动态特征，帮助学生厘清知识之间的层级关系和相互联系，建立系统化、结构化的知识结构，帮助学生建立理性思考的知识基础。

（二）特别关注学生获取知识的途径和方式

科学课程教学不仅要让学生拥有知识，还要重视学生获取知识的途径和方式，避免直接背诵科学结论的做法，而是应该引导学生通过对科学家探究过程的复盘、模拟和体验，一边体验知识发现的过程，一边建构知识，兼顾知识的学习和思维能力的培养。

（三）重视情境的创设，注重生活化、情境化和任务驱动

融于情境中的知识才是有血有肉的知识，现实生活中的真实问题都隐藏在特定的复杂情境中。科学课程的教学要让学生学会获取信息、数据、事实等要素，帮助学生基于获取的信息、数据、事实归纳概念，用命题描述概念，用概念演绎推理，用证据证实推理等思维过程。这一系列的思维过程必须以相应的情境和任务为基础，在各个不同的环节创设相应的情境，设定合理的任务变得非常重要。

（四）重视学科之间的联系和跨学科问题

理性思考是全面、系统的考虑问题，真实的科学问题往往是多学科知识交织在一起的复杂问题，如果囿于某一学科的知识基础和视角看待真实问题，很容易出现偏差。因此科学的课程教学，要重视跨学科问题的研究，要注意跨学科知识的同步性和系统性，培养学生从不同的学科视角分析同一问题的能力，提升学生思考问题的系统性和全面性。

（五）充分挖掘和利用科学史的教育价值

科学史是原汁原味的科学教育素材，科学史可以帮助学生理解科学知识发展的偶然性，帮助学生领会过去的科学知识。通过了解科学史上一些重要事件的复杂性和偶然性，可以让学生明白重大科学发现不是必然的，科学知识是动态发展的。以此，帮助学生辩证地看待科学，这是科学思维的重要内涵之一。