面向科学精神培养的大学课堂教学要素剖析

龚龑 彭漪

摘要：科学精神的培养是大学教学中极其重要的内容，应当贯穿于学生具体专业知识的学习过程中。本文阐述了从科学探索的视角来看待专业知识点的教学思路，将课堂教学中的科学精神的培养归纳为逻辑性、启发性、学术性和思辨性四个要素，并结合武汉大学测绘遥感学科的教学实践，对上述四个要素的实施方法进行了具体探讨。

關键词：科学精神；大学课堂；逻辑；启发；学术；思辨

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）45-0227-03

一、引言

人才培养、科学研究和社会服务是大学的三大基本职能，而科学精神则是大学的灵魂，它是聚合这三大职能的强大磁场。科学精神赋予了人才培养的创造性，确保了科学研究的持续性，并孕育了社会服务的前瞻性。《辞海》认为“科学精神”是“科学文化的主要内容之一”[1]，包括“科学发展所形成的优良传统、认知方式、行为规范和价值取向。”

以自然科学为例，科学精神折射出穷追到底探索真理的不懈诉求，体现了发现问题、分析问题和解决问题的技术美学，它是学生在大学阶段除专业知识以外的另一份重要收获。

数十年来，得益于国家和社会各界的支持，武汉大学测绘遥感学科在几代院士专家梯队的带领下，取得了一系列国内外一流的学科建设业绩，为国家培养了大批学术顶尖人才，而这其中也长期孕育了将科学精神培养贯穿于大学教学的学科文化。

如何理解科学精神培养的教学内涵？大学课堂的教学特质包括哪些关键要素？本文将对此进行探讨，并结合笔者教学团队在武汉大学遥感类本科课程中的系列教学实践，对实现这些要素的方式进行归纳分析。

二、科学精神培养的教学内涵

（一）基本教学观点

在大学本科专业人才培养中，专业知识是学生学习的主体，它是由各门课程有机结合所形成的逻辑严谨的知识集合。在学生的学习过程中，它通常可体现为知识点或技能点等不同形式。学生掌握了专业知识，才能为日后在相关行业服务国家建设打下基础。而仅仅着眼于专业知识的教学，远非大学教学的全部。以遥感学科为例，让学生在专业知识的学习过程中，理解遥感经典理论在逐步接近科学真相的过程中的自身规律，体会数十年来遥感主要方法在对地观测中的创新历程，并且推演在未来遥感应用中可能出现的科技格局。这些都深深地植根于大学教学对科学精神的培养。“十二五”期间，以我国“高分辨率卫星对地观测计划”的深入推进为代表，国内外遥感技术发展迎来深层次变革[2]。只有将科学精神的培养渗透在专业知识的培养过程中，学生才能在新型遥感知识爆发式增长的条件下，形成自主思考、主动探索，并不断创新的科学素养。专业知识为教学载体，科学精神为教学灵魂。在遥感学科长期的教学实践中，笔者教学团队在对科学精神培养的理解中形成的一个重要教学观点是“从科学探索的视角来看待专业知识点”。

（二）教学思路

立足这一观点，课程的专业知识点将不再是静态的待传授目标物，而是科学探索的动态产物，教师的教学思路也会有重要区别。从形式上来看，以公式、定理、算法或准则为代表的专业知识点，它们自身只是科学探索的某个节点产出，教师的教学不能孤立地将这种节点产出灌输给学生，导致一叶障目不见泰山。欲明了科学探索的全貌，从以学生为中心的角度来看，教师须将教学视为引导学生发现知识的过程。科学精神的培养蕴含在这一过程当中，专业知识点则是这一过程的剪影。

课堂是教育发展的核心地带。教育部陈宝生部长指出，课堂革命是“培养学生的创新精神和实践能力”的重要手段，也是“加快教育由量的增长向质的提升转变”的战略需求[3]。从大学本科教学的实际来看，课堂教学是人才培养的基础和主体，也是引导学生发现知识首当其冲的环节。如何在课堂教学中实现科学精神的培养呢？接下来，本文将对大学课堂教学要素进行具体剖析。

三、大学课堂要素剖析

以武汉大学遥感专业的《遥感原理与应用》、《高光谱遥感》和《定量遥感》等专业课程多年的教学实践为基础，结合国家级精品课程和国家级精品资源共享项目中的经验，笔者将面向科学精神培养的大学课堂的典型要素归纳为四个方面，即逻辑性、启发性、学术性和思辨性。它们从不角度体现了科学精神与专业知识教学的内在联系。逻辑性，即知识的有序规则；启发性，即知识的探索品质；学术性，即知识的学科特质；思辨性，即知识的抽象思维。

（一）逻辑性

科学研究中的逻辑性，通常与推理、归纳与演绎等过程相伴，它所体现的是学科思维的规律，信息流动的顺序规则，包括“思维的法则及其特有的形式”[4]。而课堂教学的逻辑性则是学科逻辑性在教与学中的深刻展现。富有逻辑性的教学，才能充分彰显科学知识的严谨与客观。如何使得课堂教学具有逻辑性呢？笔者认为可以从两个方面着手：一是知识点的内在一致性，二是课堂结构形式的完备性。

1.所谓知识点的内在一致性，是指对待每一个具体的专业知识点，教师都应该从宏观和微观的不同层次理解其内在关联，洞悉该知识点在培养方案、课程大纲和教学设计三个层次的映射。教师在课程教学之前，应具备专业培养的宏观视野，对学科知识进行整体思考。具体而言，首先应对专业培养方案深入解读，培养方案体现了课程与专业的关系，而在此基础上的教学大纲，须明晰该课程内部的知识结构体系，最后的教学方案（教案），则是教师针对各教学单元的具体实施蓝本。通常，培养方案和教学大纲具有相对的稳定性，而教学方案则是教师个人教学创造性的集中体现。知识点的内在一致性，即知识点源于培养方案，具象于教学大纲，落实于教学方案。这就要求教师针对知识点的具体教学，还须跳出课程本身，厘清知识点在学生培养各个层次内涵的一致性。

2.课堂结构形式的完备性，是指在教学单元的实施过程中，应当尽可能的还原提出问题、分析问题和解决问题的完整科学过程。在与之相应的课堂结构中，通常应有课程导入、课程展开、课程深入和课程小结等必要结构。首先，科学研究中起始阶段的工作是选题和确定研究目标，课程导入与之存在本质关联。课程导入起到三个基本作用，即承上启下、激发兴趣和明确重点。优秀的课程导入通常应起到凝练、深刻的承上启下的作用，揭示出上、下节课程中的关键异同。同时，应有具备冲击力的教学方式和手段激发学生的求知欲望，并且能够一语中的地帮助学生明确教学重点。而课程展开和课程深入作为课堂的主体，它是一个与科研探索过程相对应的教学过程，教师引导学生实现对本单元的核心知识的学习。最后的课程小结，教师可通过归纳、提升和扩展等方式，帮助学生对本单元的知识点进行重新审视，这一环节与科学研究的总结与展望异曲同工。

因此，知识点的内在一致性体现了专业教学的逻辑性，课堂结构形式的完备性体现了科学研究的逻辑性。要很好的实现这种教学效果，需要教师洞悉教学内容的内在关联，尊重学生认知的一般规律，进而梳理知识合理的呈现顺序。

（二）启发性

启发通常是指开导指点或阐明事例，引起对方联想并有所领悟。大学课堂教学的启发性对培养学生的科学探索品质尤为重要。

在实践中，困扰广大教育工作者的问题往往是教师主观上有意运用启发式教学，而学生在客观上未能收到应有的教学效果，使得启发性教学方法难免流于形式。对于这一问题，我们可以从孔子的论述中观其要害。孔子说“不愤不启，不悱不发”[5]。朱熹对此的注解是：“启，谓开其意；发，谓达其辞”[6]。而“愤”是指“有求知之欲望，但苦不得解”；“悱”是指“心中想说，而口不能言”。综合而言，孔子的大意是：“如果学生尚无强烈的求知欲，就不要主动帮他解答；除非学生自身想要表达但遇到困难，否则不要帮他阐述。”因此，启发性课堂教学的前提是营造一个学生提前思索的氛围。在这一氛围下，学生才有知识点主动形成的意识。

在课堂展开深入的环节中，笔者教学团队采取了将知识点过程化的启发式教学方法。其关键是教师有意识地引导学生思考新旧知识点的来龙去脉及内在关联，重视知识产生的过程。以合理的批判、转折或质疑，将若干知识点从教材章节原始孤立的状态转换为逐步推进的有机体系。

以国家级精品课程《遥感原理与应用》中热红外遥感的教学为例，这部分内容涉及遥感辐射的若干经典理论及应用。若直接以教材体系中的先理论、后应用的顺序进行教学，易形成离散式的知识点灌输。笔者教学团队采取如下方式：首先列举出两颗国际先进的热红外卫星，即美国Aqua卫星和中国的环境-1B卫星，让学生观察其传感器热红外通道的波长，分别为10.5微米和10.7微米。学生很自然的产生疑问：为何这两颗卫星的热红外波长如此接近？这便是营造孔子所说“愤”的过程，在此基础上再进行数学推演，展示维恩位移定律，通过地球表面常温区间得到卫星热红外遥感的波长设计结果则是“启”的过程。进而再次提出质疑：如果地表出现火灾等高温目标，这一波长是否仍旧适合？营造“悱”的思考状态，并通过中红外波长分析阐释分析，达到“发”的效果。

“教育不是把篮子装满，而是把灯点亮”[7]。在知识点过程化的教学方式中，教师的角色不再是把知识点搬运给学生，而是让学生看到并渴望彼岸的知识点，然后帮学生架起桥梁。

（三）学术性

关于学术的定义，教育界和科学界从不同角度存在多种不同的表述。其中一种比较普遍的观点认为，学术是指系统专门的学问，是对存在物及其规律的学科化[8]。从这个角度来看，学术性主要体现为系统性和专门性。同时，学术自身也是动态发展的，科学前沿动态发展蕴含着专业课程的演进方向。所以，教师应关注、筛选、融合最新科研进展，以专业的视角将其纳入课堂知识体系，横向拓展学生视野，纵向延伸教学内容，这也是“教学决定生存，科研决定水平”[9]在课堂中的具体体现。结合自然科学研究的实际来看，“学”为机理，“术”即方法。以理工類学科为例，科学机理和科学方法互为表里。一方面，人类一切先进技术方法的进步无疑都有机理研究不断突破的支撑；另一方面，科学机理的演进也受到技术应用需求的牵引。所以在遥感专业知识的教学中，针对《高光谱遥感》这样一种以技术应用为主的课程，我们也注重引导学生思考其背后物性机理的探索过程。因此，大学教学中的学术性，源于科研学术，但更突出科学认知的动态性，即“学”和“术”辩证统一，“术”的演进过程折射出“学”中追求科学真相的精神。

（四）思辨性

思辨，即思考和辨析。思辨能力就是思考辨析能力。所谓思考指的是分析、推理、判断等思维活动；所谓辨析指的是对事物的情况、类别、事理等的辨别分析。思辨能力主要是一种抽象思维能力。

与基础教育相比，注重思辨能力培养是大学教育突出的特点，但也对高校教师提出了较高要求[10]。因为，思辨性教学要求教师要善于归纳隐藏在知识点中的科学思维方法，能够从认识论的角度看待教学内容。对于理工类的教师来讲，也须通过自然科学的科研工作思考提炼其哲学方法。

以武汉大学《定量遥感》课程为例，定量遥感技术是近二十年来蓬勃兴起的遥感技术，涉及物理、数学、地学、电子和信息科学等多学科交叉，多种科研思辨方法在该技术中均有体现，笔者教学团队进行了的思辨性教学实践。例如，在知识点“叶面积指数遥感监测技术”中，该技术的主要目的是利用遥感卫星对地球表面植被的茂盛程度进行监测。教学中，当传统经典方法面对土壤含水量差异出现不稳定性时，科学家提出“土壤多样性”问题，并针对近红外频段采用“土壤线法”实现方法创新[11]。然而在实践中，“土壤线法”也展现出其弊端。若缺乏思辨性教学方式，将会直接介绍新的技术方法；反之则不同，教师引导学生提炼出该技术的核心，即植被前景和土壤背景的二元分析，并从辩证法的一般性原理出发，鼓励学生猜想：既然存在“土壤多样性”问题，那是否也存在“植被多样性”的问题呢？进而秉承“大胆假设，小心求证”的科学态度，逐步揭示出更为先进的“双线法”[12]。

只有充满思辨精神的课堂，才能将类比、假设、迁移和猜想等多种科研创新思维方式在知识点教学的过程中展现给学生。[13]

四、结语

我国要建设创新型国家，须有一大批创新型人才来承担起重任。本文所讨论的面向科学精神培养的大学课堂教学，正是在这种背景下所做的实践探索。富有逻辑性、启发性、学术性和思辨性的大学课堂，将为创新型人才培养提供土壤。

参考文献：

[1]辞海[M].上海辞书出版社，2009.

[2]国务院文件.国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）[Z].2006-02.

[3]陈宝生.努力办好人民满意的教育[N].人民日报，2017-09-08（7）.

[4]黑格尔.小逻辑[M].王义国，译.北京：光明日报出版社，2009：37.

[5]论语[M].中华书局出版社，1960.

[6]朱熹.四书章句集注[M].中华书局，1983.

[7]奈斯比特.教育不是把篮子装满而是把灯点亮[N].北京青年报，2015-01-20.

[8]司马迁.老子韩非列传[M].中华书局，1982.

[9]田延辉，邓晖.对话陈宝生：培养什么样的人，办什么样的大学[N].光明日报，2016-12-29（01）.

[10]叶高翔.科学思辨二十四则[M].商务印书馆，2015-01.

[11]孙家炳，等.遥感原理与应用[M].武汉大学出版社，2009.

[12]A.A.Gitelson，R.Stark，U.Grits，et al.Vegetation and soil lines in visible spectral space：a concept and technique for remote estimation of vegetation fraction[J].International Journal of Remote Sensing，2002，23（13）：2537-2562.

[13]历晶，郑长龙.课堂教学逻辑的构建[J].东北师大学报（哲学），2013，（6）：278-280.