高等教育的科学思维拓展

伍飞云

（西北工业大学，陕西 西安）

一 引言

大学教育横跨多个学科，目的是培养学生在科学研究和实践中的科学思维能力、原则和实践，以便学生毕业后通过这些高阶思维提高他们未来工作中的技能。通过运用这些思维技能，人们认为个人能够克服外行思维的局限，如直觉和非科学性信仰。他们应该从最新相关研究中掌握和使用实证推理思维并从中受益。

回顾科学思维的发展历程，曾出现过多种名字和定义来阐述这些技能。按照Woolley 等人[1]的观点，这些高阶思维曾被众多研究者命名为科学过程技能、程序化技能、实验和调查科学、思维习惯、科学探究能力、科学推理能力、批判性思维技能、科学过程技能、基本技能、综合技能、科学素养等。其中很多理论仅关注自然科学。本文的目的是找出大学知识建设中涉及的所有学科的共同点。从高阶思维技能的研究和文献的描述中得出相关实证结果和建议。

Kuhn 等人的观点[2]在其书《科学思维技能的 发 展》(“The development of scientific thinking skills”)的序言中写到“协调理论和实证的技能是定义科学思维的最核心和最基本的技能”。这也是我们更广泛的高等教育中科学思维理论的起点。特别是“技能”要素，因为对于大学里的成人学习者来说[3]，在跨学科的科学研究中需要培养的技能是非常具有挑战性的。本文为新理论选择了“科学思维”这个名称，因为它最能描述跨学科的重要和常见特征。

在提出一种新的、更广泛的科学思维理论时，科学一词本身可能会因其与自然科学的联系而产生问题。因此，我们对“科学”一词进行了分析，并展示了如何在更广泛的意义上使用它来描述所有学术领域中使用的思维技能。本文还详细阐述了新理论如何帮助教学，因为科学思维技能在大学教育中对学生的教学极为重要。

二 论跨学科“科学”的含义和性质

虽然英语单词science 表面上与自然科学有关，但在许多情况下，它的使用范围更广。在互联网上搜索大学的学科、院系名称时，教育科学、人文科学、医学科学、经济科学和历史科学等术语与更多的自然科学术语并排出现。此外，科学一词在许多不被视为自然科学的学科名称中可见。例如，在教育领域，具有和教学原则、素质教育相关的领域、教育技术、心理学、学生健康等学科领域。

很明显，“科学”一词被广泛使用，并与众多学科相联系。它是否适合跨学科、更广泛地使用？Hoover 等人[4]认为“科学是关于减少现象世界中的不确定性，这些现象只能通过观察部分地了解到”。这是许多大学学科的共同目标。各个领域的研究旨在更好地理解现实，在观察和思考方面超越人类的限制，不仅是观察物质现实的“硬科学”，而且是想更好地了解世界的“软科学”，如社会科学、经济科学和人文科学。“科学是一个思考和提问的过程”[4]，描述一个非常宽泛的科学概念，适用于大学的所有学科。

另一个问题是，所有学科是否都有一些共同的特征或原则？当然，必须考虑学科差异，重要的是要找到一些共同点，特别是在高等教育中的教育目的。1959 年，Snow 在剑桥发表了著名的关于“两种文化”的演讲[5]，他在演讲中提出并警告说，西方社会被分为科学和非科学的两极。

正是因为存在一些共同特征，才能将这些不同学科收集在名为university 的机构下。此外，今天的科学与Snow 时代不同，因为跨学科决策比以往任何时候都更重要。Fung 认为“跨学科的联系不仅涉及知识之间的联系，还涉及全球和道德意识”[6]。大学生需要学习理解其他学科，并根据科学思维的一般原则创造知识。提出问题和假设，涉及到临界性、认知理解、推理、严谨性和方法的系统使用等，在所有学科中，在努力理解世界的过程中，这些思维技能都非常重要，因为这是学生们解决复杂问题所需的必备技能。

三 高等教育需要更广泛的科学思维理论

科学思维理论最早源于儿童的学习研究[7]，它主要涉及自然科学的学习。这种传统的方法也起源于自然科学，包括物理知识的学习，例如学习控制变量法：当操纵变量（绳子的长度和球的重量）时，推断对钟摆的影响的任务[7]。控制变量法有利于培养自然科学环境中的某些推理能力，但对于更一般的科学思维来说，它们限制太多。Kuhn 等人提出[8]：传统的变量控制策略对于研究科学思维来说过于狭隘。尤其是在高等教育中，教育应该让学生为工作生活中的复杂任务做好准备，今天工作生活中的问题并不局限于关于物理对象的推理任务。在大学水平的自然科学中，学生需要更广泛的技能，而不仅仅是在某些明确定义的环境中进行推理的能力。

Kuhn 等人提出[8]：学生掌握熟练科学思维技能的基础主要分为：（1）涉及协调多种因果影响对结果的影响的战略方面；（2）对科学基础的成熟理解，认识到科学知识是由人类构建的，而不是简单地在世界上发现的；（3）在科学领域进行熟练论证的能力。第一个方面类似于关于控制变量的科学思维的传统观念；第二个因素涉及认知成熟度，意义更为广泛；第三个因素涉及阐明论点的能力。在更广泛的意义上考虑大学跨学科的科学思维时，后两个因素尤为重要。图1 展示了将科学思维细分为批判性思维和循证思维的结构模式。这些思维结构相互依存。批判性思维体现了科学思维的主要内容，使学生能够通过使用证据进行逻辑推理，从而熟练地发展科学论点。

图1 循证思维与科学思维的关系

创建一个新的理论，在高等教育提出的广义科学思维的诸多方面建立针对大学教育的高阶思维技能[9-10]。本文通过提出关于科学思维的描述性理论，重点阐述这种思维能力包括什么，即科学思维的性质，以及关于科学思维专业知识的发展和与此发展过程相关的认知过程（如概念变化和执行能力）。

四 重新界定科学思维理论在高等教育中的应用

批判性思维已经成为一种被广泛研究的理论，也许是因为批判性被视为学术能力中最关键的因素之一。Halpern 将批判性思维描述为[11]：“使用那些认知技能或策略来增加期望结果的可能性，它被用来描述有目的和目标导向的思维”。以下思维技能通常被认为是批判性思维的要素：识别、推理、判断、分析、评估和做出假设决定的能力[12]。这些认知技能是大学教育中高阶思维的核心。

临界性也可以看作是科学本身的另一个基本要素。在研究试图定义什么是科学时，临界性是通常提到的基本原则之一。例如，Peirce 将科学方法与其他认知方法区分开来，即坚韧、权威和直觉探究方法[13]。Peirce 认为，临界性是科学方法中的一个重要因素。Haaparanta 等人的科学方法则是以概念为基础，指出科学应该是客观的、公开的、批判性的、自主的、自我纠正的和进步的[14]。此外，在科学过程中必须考虑到科学的一般性原则，如与伦理问题有关的原则。这些基本原则都可以被视为跨学科研究的重要方面。因此，大学生应该了解这些科学基础的含义，以及如何将其应用于决策过程。

基于上述原因，批判性思维无疑是大学教育的核心技能。然而，单凭批判性思维理论似乎过于狭隘，无法描述大学生在学习过程中，尤其是毕业后应该具备的所有高阶思维技能。这是因为在许多批判性思维理论中，批判性思维技能被描述为仅由个人拥有的一套思维技能。虽然一些理论提到，批判性思维技能可以通过协作来提高，但重点仍然是个人的内部过程。在工作生活中，证明决策正确性和跨一系列环境协作工作所需的技能至关重要，因此个人的内部过程不足以理解需要什么样的思维技能。与批判性思维是关于个人内部过程的观点相关，批判性被视为一种抽象的思维过程，而许多高阶思维技能与对实际过程的理解有关，例如知道如何在调查过程中使用某些研究方法。这些观点的一个推论是，尽管批判性思维是学术专长的核心技能，但批判性思维理论并不强调使用实证研究结果的能力，即使用循证思维的能力。

五 科学思维理论的提出

在上述理论和实证工作的基础上，本文提出了一种新的、更广泛的科学思维理论，供高等教育使用。包括以下组成部分，以形成高等教育中的广义科学思维理论：

1.批判性思维和理解科学的基本原理。

2.认知理解：理解知识是不确定的，是由人类创造的。

3.研究技能：理解支撑科学的研究方法，理解知识是如何产生的。

4.基于实证的推理：作为知识构建基础的科学推理。

5.情境理解：情境知识中的纪律性和更一般的理解。

有许多框架可用于和理解科学思维以及批判性思维，也可以借助于更多的教学工具以促进学生的批判性思维，最终促进科学思维的发展。该框架通过隔离基于循证思维的离散技能，为传授批判性思维技能提供了一条新途径。这一框架不仅帮助了大学生，还可以帮助那些希望将其应用于在教学环境中教授循证思维的人。当学生拥有定义和区分证据类型的能力时，他们就能更好地、深思熟虑地使用这些证据。

这项研究有助于科学思维的教育学，特别是关于开始教授循证思维的方法。本文结合科学思维、批判性思维和循证思维之间的联系。通过学习和使用批判性科学思维，旨在让学生发展他们辩论能力，并锻炼他们利用数字和观测数据以及故事来说服其他人相信他们的论点。

特别是，通过学习和使用批判性科学思维，学生们可用来讨论、比较并最终使用各种证据来支持他们的不同论点。当学生们熟悉了循证思维后，他们用新的词汇来展示辩论的过程。在进入课程时使用了诸如论点、主张、证明和同行评议等术语。学习使用这些术语可以提高学生在讨论某个问题时的处理复杂问题的能力，并支持更为充实的议论文写作。他们根据在课程中学到的知识阐述不同类型的证据并在转向每种类型的证据和论点时进行解释。

除了对科学思维领域做出贡献外，这项工作还对教育学文献做出了贡献，因为它突出了教学以及学生学习是如何因我们收集的数据而发生变化的。例如，尽管我们努力清晰地教授批判性思维，但我们通过讨论小组了解到，许多学生对一些名词和类别有误解。例如，轶事证据和定性研究之间存在混淆；他们认为两者是同义词，因为它们都涉及参与者的不同个人视角。由于在讨论小组中听到这些困惑，我们能够在全班重新教授定性证据和轶事证据之间的差异。

六 结语

高等教育科学思维的广义理论试图填补高等教育研究和实践中存在的空白，并为探讨这一重要的思维技能提供理论工具。本文分析和表明了提出高阶思维理论可以跨领域使用，高等教育中科学思维理论的组成部分也是所有院系和学科所共有。

本文解释了科学思维现象并为科学思维的理解和发展提供了一种新的方法，提出了一种新的、更广泛的科学思维理论，将思维技能与支撑科学方法的实际研究结合起来。为此，该理论不仅提供了分析学生思维的工具，也为如何培养科学思维提供了思路。让学生了解科学思维的一般技能，并将其与具体的、基于学科的研究方法相结合，使学生能够逐步独立培养自己的科学思维能力。