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摘要：發(fā)展科學(xué)核心素養(yǎng)是中小學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的鵠的，也是國民科學(xué)素質(zhì)的基本內(nèi)涵。科學(xué)核心素養(yǎng)不僅涉及科學(xué)知識的掌握，更包括科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的培養(yǎng)，集中體現(xiàn)為能以科學(xué)的方式解決真實(shí)的問題，而且它們彼此不是獨(dú)立的，而是融合于真實(shí)的科學(xué)活動(dòng)之中，這為科學(xué)課程與教學(xué)提供了理論與實(shí)踐依據(jù)。科學(xué)家的科學(xué)活動(dòng)對于中小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)具有很強(qiáng)的指引作用，其內(nèi)在一致性是保證學(xué)習(xí)活動(dòng)真實(shí)性、有效性的關(guān)鍵所在。本文通過系統(tǒng)闡述科學(xué)家思維與實(shí)踐方式的內(nèi)涵與特質(zhì)，論證相關(guān)要素與維度，使其結(jié)構(gòu)化，賦予科學(xué)學(xué)習(xí)以“真實(shí)”屬性，提升學(xué)生解釋科學(xué)現(xiàn)象、探索科學(xué)規(guī)律、解決科學(xué)問題的能力，這是中小學(xué)科學(xué)教育應(yīng)有的價(jià)值取向與歸宿。 就中小學(xué)科學(xué)教育目的而言，從大處論，就是要回答“培養(yǎng)什么人”，主要包括三類功能，即培養(yǎng)理工類專業(yè)研究后備人才、服務(wù)職業(yè)生涯需要、奠定國民基本科學(xué)素質(zhì)。雖然以上三類對科學(xué)素養(yǎng)的要求層次與水平不同，但其內(nèi)涵和全面性具有共通性，絕不是這樣一種結(jié)果：普通公民著眼于科學(xué)常識，職業(yè)需要著眼于科學(xué)技能，理工類專業(yè)研究則著眼于科學(xué)思維與創(chuàng)新精神，而是三者均衡發(fā)展，比如都需要一定的科學(xué)知識、基本的操作技能、起碼的探究意識與思想以及實(shí)事求是、敢于質(zhì)疑等科學(xué)態(tài)度與精神。從小處論，就是致力于發(fā)展學(xué)習(xí)者的科學(xué)核心素養(yǎng)，包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與精神，這與義務(wù)教育科學(xué)領(lǐng)域課程文件的要求是一致的[1]。它們有利于學(xué)生解釋科學(xué)現(xiàn)象、探索科學(xué)規(guī)律、解決真實(shí)問題（包括復(fù)雜的社會(huì)和環(huán)境問題）。正如中國科學(xué)社的創(chuàng)始人任鴻雋所說：“近代科學(xué)是教育和修養(yǎng)最好的工具，因?yàn)樘焯烨笳胬?，時(shí)時(shí)想破除成見，不但使學(xué)科學(xué)的人有求真理的能力，而且有愛真理的誠心。無論遇見什么事，都能平心靜氣地分析研究，從復(fù)雜中求簡單，從紊亂中求秩序；拿論理（邏輯）來訓(xùn)練他的思維，而思考力愈增；用經(jīng)驗(yàn)來指示他的直覺，而直覺力愈活。”[2]科學(xué)學(xué)習(xí)對人的全面發(fā)展和終身學(xué)習(xí)具有很重要的意義。然而，一直有一個(gè)問題困擾著中小學(xué)科學(xué)教育，那就是如何讓學(xué)生的知識學(xué)習(xí)過程與技能、思維、能力、精神的提升有機(jī)結(jié)合在一起。實(shí)則，國際科學(xué)教育改革同樣也存在這一問題。要想突破這樣一個(gè)難題，其重要且主要路徑便是，將所有學(xué)習(xí)目標(biāo)熔鑄于真實(shí)的科學(xué)實(shí)踐過程之中，也就是像科學(xué)家一樣思考與實(shí)踐。讓學(xué)生經(jīng)歷像科學(xué)家一樣的探索、推理、行動(dòng)、反思等過程，不論是知識學(xué)習(xí)還是其他方面，都將得到培養(yǎng)與提升。除了具有以上重要意義之外，科學(xué)家思維與實(shí)踐方式對于科學(xué)教學(xué)也具有其必然性。親近并學(xué)習(xí)科學(xué)是所有現(xiàn)代人與自然世界和諧共存的基礎(chǔ)，我們需要一個(gè)科學(xué)合理的視角和路徑去觀察、了解和領(lǐng)悟這個(gè)世界。稍微熟悉科學(xué)史或者博物史的人就會(huì)發(fā)現(xiàn)，科學(xué)的發(fā)展有賴于一代又一代科學(xué)家的努力、突破與創(chuàng)新，其中蘊(yùn)含著科學(xué)學(xué)習(xí)的真諦與正確方式。因此，不論是著眼于人的發(fā)展還是科技發(fā)展需要，我們都必須堅(jiān)持：第一，以科學(xué)的方式學(xué)習(xí)科學(xué)，是所有人與自然世界互動(dòng)的應(yīng)然之態(tài)；第二，只有通過科學(xué)的方式學(xué)習(xí)科學(xué)，才是真正有效的科學(xué)教育，為科技人才奠基。這其中，涉及兩個(gè)重要問題：其一，什么是科學(xué)學(xué)習(xí)的科學(xué)方式？也即如何認(rèn)識科學(xué)家思維與實(shí)踐方式？其二，科學(xué)家思維與實(shí)踐方式的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和實(shí)施路徑如何？接下來，我們將圍繞這兩個(gè)主要問題進(jìn)行討論與闡述。特別要關(guān)注知識、情意、思維與實(shí)踐之間的重要關(guān)系，唯有在這一共同認(rèn)識之上，才能更好地認(rèn)識科學(xué)家思維與實(shí)踐方式的理論意義與實(shí)踐價(jià)值。
一、科學(xué)家思維與實(shí)踐方式的內(nèi)涵與特質(zhì)從科學(xué)本質(zhì)上講，就是要弄清楚“什么是科學(xué)”這一問題。任鴻雋認(rèn)為，科學(xué)是學(xué)術(shù)，不是一種藝術(shù)（技術(shù)）。所謂形而下的藝術(shù)，都是科學(xué)的應(yīng)用，并不是科學(xué)的本體。科學(xué)的本質(zhì)是事實(shí)不是文字。唯其 要研究事實(shí)，所以科學(xué)家要講究觀察和實(shí)驗(yàn)[3]。李醒 民認(rèn)為，科學(xué)是人運(yùn)用實(shí)證、理性和臻美等方法，就 自然以及社會(huì)乃至人本身進(jìn)行研究所獲取的知識 的體系化之結(jié)果。科學(xué)不僅僅在于已經(jīng)認(rèn)識的真 理，更在于探索真理的活動(dòng)，即上述研究的整個(gè)過 程[4]。從歷史上看，科學(xué)經(jīng)歷了從“知識本質(zhì)觀”到 “探究本質(zhì)觀”的轉(zhuǎn)變[5]。后來，科學(xué)本質(zhì)的范疇與內(nèi)涵擴(kuò)展為三個(gè)方面：科學(xué)是探究自然界的“思維”方 式；科學(xué)是一種“探究”的方式；科學(xué)知識是暫時(shí)的、動(dòng)態(tài)的[6]。對于中小學(xué)科學(xué)教育，美國《新一代科學(xué) 教育標(biāo)準(zhǔn)》指出：“科學(xué)是解釋自然世界的追求，技 術(shù)和工程是滿足人類需求、求知欲和抱負(fù)的手段。理解科學(xué)本質(zhì)不僅僅是參與活動(dòng)和進(jìn)行探究。”[7]有 學(xué)者對科學(xué)本質(zhì)的研究進(jìn)行了梳理，搭建了三維結(jié) 構(gòu)，包括科學(xué)知識的本質(zhì)、科學(xué)探究的本質(zhì)、科學(xué)事 業(yè)的本質(zhì)[8]。科學(xué)本質(zhì)不僅僅涉及知識、探究過程、思維方法，還應(yīng)包括動(dòng)機(jī)與態(tài)度、科學(xué)信念、創(chuàng)新創(chuàng) 造等要素。從科學(xué)認(rèn)知方式上講，戴維·帕金斯基于“如何像專家一樣思考”這一出發(fā)點(diǎn)提出，不同學(xué)科的主要認(rèn)知方式不同，這決定了其研究方式方法也存在差異[9]。數(shù)學(xué)以歐幾里得式的形式推理為主，離開了對數(shù)學(xué)這一認(rèn)知方式的判斷，舍棄了抽象、演繹邏輯、體系化的思想與思維方式，就很難準(zhǔn)確把握這一學(xué)科的特點(diǎn)，很難認(rèn)識數(shù)學(xué)作為一種認(rèn)識生活、世界的獨(dú)特視角與方式。而歷史的認(rèn)知方式揭示了歷史學(xué)習(xí)需要依據(jù)史料得出結(jié)論，但是對于能夠得到什么史料、選擇使用哪些史料、如何分析詮釋史料卻在一定的客觀性之上具有很強(qiáng)的主觀性。這里要指出，證明是認(rèn)知方式中的關(guān)鍵部分，而歷史研究的證明與科學(xué)證明截然不同。歷史事件發(fā)生在無法重現(xiàn)的過去，我們不可能再做實(shí)驗(yàn)，同樣歷史的聲音也不像科學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的試管和電氣設(shè)備。科學(xué)認(rèn)知方式可以概括為伽利略式的認(rèn)知，主要考慮其對于實(shí)驗(yàn)的重視和實(shí)踐、對于近代科學(xué)研究方法的創(chuàng)立、對于數(shù)理關(guān)系的認(rèn)識與把握、對于理想實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)舉等[10]。科學(xué)認(rèn)知方式，就是要尊重證據(jù)（很多時(shí)候是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）、重視科學(xué)推理、追求簡潔和諧、追求世界的客觀認(rèn)識等。從科學(xué)實(shí)踐上講，其與一般意義上的實(shí)踐具有共同之處：一是實(shí)踐的開放性。實(shí)踐的對象和內(nèi)容是多方面且不斷變化的，需要及時(shí)對實(shí)踐的方式與策略作出調(diào)整；不斷解決問題，又產(chǎn)生新的問題。二是實(shí)踐的階段性。不同階段具有不同特點(diǎn)，但非絕對割裂，因?yàn)閷?shí)踐的過程是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過程，實(shí)踐與理論認(rèn)識是相互促進(jìn)的。三是經(jīng)驗(yàn)的重要性。感覺經(jīng)驗(yàn)是第一的東西，只有實(shí)踐才能使人的認(rèn)識開始發(fā)生，從客觀外界得到感覺經(jīng)驗(yàn)，但要確保感覺的材料十分豐富（不是零碎不全）和合于實(shí)際（不是錯(cuò)覺）。四是重視抽象的精神與傾向。概念是抽象與概括的結(jié)果，直接關(guān)系到模型建構(gòu)，以及如何將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為學(xué)科問題的過程[11，12]。杜威批評傳統(tǒng)哲學(xué)所謂“旁觀者的知識論”以主體與客體的截然分離為出發(fā)點(diǎn)，提出了“五步”探究基本模式[13]。從一個(gè)問題處境開始，以這個(gè)問題處境或人本身的某種改變結(jié)束，這正是實(shí)踐的觀點(diǎn)。我國義務(wù)教育科學(xué)課程將觀察、實(shí)驗(yàn)、記錄、測量、制作、調(diào)查等作為探究實(shí)踐活動(dòng)， 突出強(qiáng)調(diào)“科學(xué)工程與實(shí)踐”[14]。其更高的意旨在于，不是為了“應(yīng)用”而學(xué)，而是在真實(shí)問題解決之實(shí)踐中完成知識的學(xué)習(xí)、素養(yǎng)的提升。這里要著重說明的是，基于科學(xué)與技術(shù)的不同，我們將科學(xué)實(shí)踐與工程實(shí)踐相區(qū)分，并主要關(guān)注前者。綜上所述，科學(xué)家思維與實(shí)踐方式著眼于科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展，就是要學(xué)生像科學(xué)家一樣思考與實(shí)踐，在科學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)中經(jīng)歷“準(zhǔn)真實(shí)”的科學(xué)家研究過程，重視并尊重證據(jù)，應(yīng)用科學(xué)思維方法，用思維指導(dǎo)科學(xué)行為，用實(shí)踐檢驗(yàn)思維成果，并結(jié)合檢驗(yàn)結(jié)果和客觀實(shí)際，不斷優(yōu)化結(jié)論。以下進(jìn)行四個(gè)方面的說明。首先，這不是科學(xué)精英教育的立論。很多研究者一看到“科學(xué)家”，就會(huì)提出質(zhì)疑：中小學(xué)是打基礎(chǔ)的教育，應(yīng)著眼于國民基本科學(xué)素質(zhì)。這個(gè)質(zhì)疑貌似有理有據(jù)，但是卻有一個(gè)內(nèi)隱的問題，就是打什么基礎(chǔ)？這個(gè)基礎(chǔ)和科學(xué)家培養(yǎng)有什么關(guān)系？或者說指向科學(xué)家培養(yǎng)的教育是什么基礎(chǔ)？否則又是什么基礎(chǔ)？兩者難道沒有同一性嗎？前面我們業(yè)已闡述，不論是國民素質(zhì)還是培養(yǎng)科學(xué)家，科學(xué)知識、思維、精神信念等在基礎(chǔ)教育階段是需要均衡發(fā)展的，此之為共同基礎(chǔ)?；A(chǔ)教育不是培養(yǎng)科學(xué)家的教育，但學(xué)生要像科學(xué)家一樣思考與實(shí)踐。其次，像科學(xué)家一樣，既然是“ 像”，那就“ 不是”，當(dāng)然“模仿”也不合適，而應(yīng)該理解為“不斷地接近真實(shí)的科學(xué)學(xué)習(xí)與研究”，雖然研究對象、內(nèi)容以及答案在確定性和復(fù)雜性上有區(qū)別，但從研究以及研究過程的內(nèi)涵與性質(zhì)上應(yīng)該保持一致。準(zhǔn)確地說，中小學(xué)生的思考與實(shí)踐是“科學(xué)家思考與實(shí)踐”的低級或初級表現(xiàn)形式。這里我們應(yīng)該思考，從真實(shí)的自然界與社會(huì)生活探索到學(xué)校科學(xué)實(shí)驗(yàn)室與課堂有多大的距離？從科學(xué)家真實(shí)的研究情態(tài)到學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)有多大的距離？“真實(shí)”絕對是存在巨大挑戰(zhàn)的，但是“真實(shí)”或者“準(zhǔn)真實(shí)”的程度將對于學(xué)生認(rèn)識與學(xué)習(xí)科學(xué)造成相當(dāng)?shù)牟煌?/span>第三，“像科學(xué)家一樣”突出強(qiáng)調(diào)了面向未來。這可以從兩個(gè)角度理解：一個(gè)是提倡科學(xué)家思維與實(shí)踐方式，就是要盡力讓學(xué)生切身地體會(huì)科學(xué)家真實(shí)狀態(tài)下的知識結(jié)構(gòu)與使用、態(tài)度思維等，從而樹立正確的價(jià)值觀念，學(xué)習(xí)并掌握科學(xué)的方法等。這些方面均具有很強(qiáng)的遷移性。二是如果學(xué)生將來參與真實(shí)的科學(xué)探索，這些能力素質(zhì)的發(fā)展使其不僅不會(huì)感到陌生或不適，反而覺得科學(xué)本身就應(yīng)該如此來“做”和“研究”，從而達(dá)成一種習(xí)慣或共同的認(rèn)知和規(guī)范。當(dāng)然，這些能力素質(zhì)對于一般職業(yè)與生活所需，也大有裨益。第四，與科學(xué)探究的關(guān)系問題。兩者在很大程度上具有相關(guān)性或交叉性，因?yàn)榭茖W(xué)探究的確是科學(xué)家思考與實(shí)踐的一個(gè)重要方式，這與之前對于科學(xué)本質(zhì)和實(shí)踐的討論一致?？茖W(xué)探究雖然具有很豐富的內(nèi)涵，但其逐步的程序化或要素化正在損害著對“ 人的發(fā)展”的理解與思索，且在教學(xué)中更多地加強(qiáng)了操作和技能層面，一定程度上忽視了思考、思維的重要性，而科學(xué)家對知識的態(tài)度和看法、對世界的觀念等實(shí)際上并未進(jìn)入科學(xué)學(xué)習(xí)的視野與實(shí)踐之中。相比之下，“像科學(xué)一樣思考與實(shí)踐”更加鮮明，而且更有利于關(guān)注思考，認(rèn)識到思考與實(shí)踐的緊密關(guān)系（統(tǒng)一性）以及兩者不可偏廢。
二、科學(xué)家思維與實(shí)踐方式培養(yǎng)框架的構(gòu)建面向 21 世紀(jì)教育，全球教育思想領(lǐng)導(dǎo)者、課程重構(gòu)中心創(chuàng)立者和主席查爾斯·菲德爾全面分析了全球趨勢與挑戰(zhàn)，提出了為轉(zhuǎn)型世界重構(gòu)教育，構(gòu)建了包括知識、技能、性格和元學(xué)習(xí)四個(gè)維度的 21世紀(jì)教育目標(biāo)。知識維度（“我們所知道和理解的”）強(qiáng)調(diào)學(xué)科和領(lǐng)域的實(shí)踐性、認(rèn)知性和情感性，強(qiáng)調(diào)新的現(xiàn)代的跨學(xué)科科目、分科和主題（如社交技能、全球素養(yǎng)），關(guān)注基礎(chǔ)概念、元概念、方法和工具，強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)和現(xiàn)代學(xué)習(xí)的共同融合專題（如信息素養(yǎng)、系統(tǒng)思維）。技能維度（“應(yīng)用我們所知道的”）強(qiáng)調(diào)了知識與技能的不可分離性，包括創(chuàng)造力、批判性思維、互動(dòng)、合作。性格維度（“言行舉止和為人處世的方式”）強(qiáng)調(diào)建立終身學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，支持家庭、社區(qū)和工作場所的成功的人際關(guān)系，發(fā)展可持續(xù)參與全球事務(wù)的個(gè)人價(jià)值和美德。元學(xué)習(xí)維度（“反思與適應(yīng)”）強(qiáng)調(diào)反思，學(xué)會(huì)如何學(xué)習(xí)。這種反思是對知識、技能和性格的深刻反思，是對學(xué)習(xí)目標(biāo)、策略和結(jié)果的全面反思[15]。從中，我們看到了未來教育對于知識的重視，因?yàn)樗且磺心芰?、?chuàng)造等的基礎(chǔ)；此 處“技能”這一指稱，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們對于“雙基”之“基本技能”的內(nèi)涵范疇，更加強(qiáng)調(diào)了思維與行動(dòng)的綜合表現(xiàn)；在科學(xué)教育中，性格更多地體現(xiàn)為穩(wěn)定的信念和心理傾向、科學(xué)態(tài)度等；元學(xué)習(xí)維度體現(xiàn)為在理論與思維指導(dǎo)下的科學(xué)探究與實(shí)踐，以及對這一過程的調(diào)控，進(jìn)一步準(zhǔn)確地說，就是面對一個(gè)真實(shí)科學(xué)問題，學(xué)習(xí)者對自身的了解、對其難度復(fù)雜度的認(rèn)識以及解決與驗(yàn)證方式的選擇，并以此指導(dǎo)反復(fù)的實(shí)踐[16]。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）幼兒和學(xué)校司高級政策分析師和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人田熊美保指出，世界各國課程再設(shè)計(jì)的共同趨勢從“以內(nèi)容為中心”轉(zhuǎn)變 為“以能力為中心”，現(xiàn)在轉(zhuǎn)變?yōu)椤皟?nèi)容與能力并重”的整合模式[17]。當(dāng)前，隨著普通高中和義務(wù)教育科學(xué)領(lǐng)域課程標(biāo)準(zhǔn)的頒布，我們可以看到以下三方面的重要變化：一是從知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度價(jià)值觀“三維目標(biāo)”到核心素養(yǎng)，包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，更加強(qiáng)調(diào)了 育人的整體性，而非分離；二是注重了知識的結(jié)構(gòu) 化，以主題或核心概念組織課程內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)“精兵簡 政”；三是研制了學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，突出加強(qiáng)了知識內(nèi) 容與素養(yǎng)培養(yǎng)之間的關(guān)聯(lián)，同時(shí)提出了“用中學(xué)” “做中學(xué)”，將素養(yǎng)發(fā)展與知識學(xué)習(xí)融入真實(shí)的科學(xué)探究、活動(dòng)與實(shí)踐中。然而，當(dāng)前四大核心素養(yǎng)本身 存在多重涵義交叉，而“像科學(xué)家一樣思考與實(shí)踐”不僅蘊(yùn)含了核心素養(yǎng)的各個(gè)維度，更加綜合，避免 了人為的割裂，且明確地指出了學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的樣 態(tài)與參照標(biāo)準(zhǔn)。從思維上講，“科學(xué)思維”內(nèi)含于科 學(xué)探究與實(shí)踐之中；實(shí)踐角度上說，“科學(xué)探究”亦 在其中。除思維與實(shí)踐本身具有很強(qiáng)的交互關(guān)系之 外，科學(xué)知識與概念當(dāng)然也是思考與實(shí)踐的重要基礎(chǔ)，態(tài)度與責(zé)任自然也是影響思考與實(shí)踐的重要因 素。由此而言，構(gòu)建科學(xué)家思維與實(shí)踐方式培養(yǎng)框 架的理論意義已經(jīng)非常明顯與重要，也就是將科學(xué) 知識學(xué)習(xí)與核心素養(yǎng)發(fā)展熔鑄于像科學(xué)家一樣的 思維與實(shí)踐活動(dòng)之中。這一思路又為教學(xué)指明了方 向與途徑。基于以上討論，“像科學(xué)家一樣思考與實(shí)踐”應(yīng)作為科學(xué)課程的架構(gòu)邏輯，更是科學(xué)學(xué)習(xí)的理論依據(jù)和實(shí)踐指針。下面對科學(xué)家思維與實(shí)踐方式進(jìn)行了框架構(gòu)建，對思維與實(shí)踐的關(guān)系進(jìn)行探討。
如圖 1，這一框架涉及知識、情意、思維與實(shí)踐（行為）四個(gè)要素。其中，“知識”“情意”處于一個(gè)基礎(chǔ)性的位置，而且很多時(shí)候，它們在科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中發(fā)揮作用，與思維一樣，呈現(xiàn)相對隱性的狀態(tài)。知識與情意影響著思維，思維很大程度上決定著行動(dòng)。對于思維與實(shí)踐行為之間的對應(yīng)關(guān)系（不是完全對應(yīng)關(guān)系，下文將具體論述），我們具有廣泛共識，你怎么想便影響了你怎么做，如此顯而易見的案例俯拾即是。那么“，知識”“情意”何以影響思維？對于科學(xué)知識，我們首先探討其主要內(nèi)涵與范疇。OECD 在“教育 2030”課程圖譜分析（Content Curriculum Mapping，CCM） 項(xiàng)目中提出了以四種類型知識構(gòu)成的科學(xué)內(nèi)容框架，包括事實(shí)性知識、程序性知識（如科學(xué)探究、調(diào)查活動(dòng)）、認(rèn)知性知識（如科學(xué)家的工作、像科學(xué)家一樣思考和寫作、科學(xué)如何聯(lián)系和貢獻(xiàn)真實(shí)生活與世界）、跨學(xué)科知識（如道德與倫理、可持續(xù)發(fā)展、國際理解等）[18]。其中，認(rèn)知性知識是一種在科學(xué)知識構(gòu)建過程中必不可少的關(guān)于構(gòu)造和特征定義的知識（如假設(shè)、理論和觀察），以及它們?nèi)绾卧谧C明科學(xué)知識的過程中發(fā)揮作用的知識[19]。這與科學(xué)思維直接相關(guān)。關(guān)于知識基礎(chǔ)影響思維水平，并不難理解。一個(gè)顯著的例子便是，一個(gè)特定專業(yè)背景的人士很難給出不同專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)意見。沒有了具體知識的支撐，思維沒有了可用的素材，包括經(jīng)驗(yàn)、已有知識等，甚至難以組織針對性的觀察與探究活動(dòng)， 思維便不能很好地發(fā)揮作用。另一方面，即使同為科學(xué)背景，由于“范式”的變換，觀察與思維也發(fā)生了巨大的變化，這也就是科學(xué)哲學(xué)中提出的“觀察滲透理論”的著名觀點(diǎn)[20]。托馬斯·庫恩提出，一個(gè)人所看到的不僅依賴于他在看什么，而且也依賴于他以前視覺概念的經(jīng)驗(yàn)所教給他去看的東西。比如，從“地心說”到“日心說”，所有科學(xué)家看待天空的態(tài)度都變了，看到的東西也變了。在達(dá)爾文進(jìn)化論前后，生物學(xué)家看待生物、甚至看待人的視角與內(nèi)容也都發(fā)生了變化，此之謂“科學(xué)革命”[21]。對于一個(gè)中小學(xué)生，隨著學(xué)習(xí)內(nèi)容的拓展和深入，潛在地存在著科學(xué)“范式”的變遷。對于科學(xué)情意，主要是指在科學(xué)活動(dòng)中學(xué)習(xí)者或者說研究者所具有的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)情感、科學(xué)信念、科學(xué)精神以及價(jià)值觀等。美國《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中提出，情感領(lǐng)域（涉及興趣、經(jīng)驗(yàn)和熱情等）是科學(xué)教育的關(guān)鍵組成部分；科學(xué)和工程領(lǐng)域的概念和技能的發(fā)展與諸如興趣、參與程度、動(dòng)機(jī)、持久性和自我認(rèn)同等因素之間有著密切關(guān)系[22]。學(xué)科或領(lǐng)域內(nèi)在的美和力量是我們?nèi)祟惖木薮蟪删?，是學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的源泉，有助于學(xué)生理解世界，應(yīng)該傳達(dá)給學(xué)生[23]。興趣等動(dòng)機(jī)對思維的積極性影響自然不必多說，這里重點(diǎn)討論科學(xué)思想信念的問題，因?yàn)檫@往往是我們認(rèn)識薄弱以及在教學(xué)中重視不夠的。信念并非意識的某種瞬時(shí)樣態(tài)，它實(shí)質(zhì)上是一種具有持久性的思維習(xí)慣。在你從事思考的每一個(gè)階段中，總有某種東西，對于它你只能說“我僅能如此思考，我不可能有別的想法”。事實(shí)上，我們決不能再在狹隘的意義上來理解思想，決不能再把它看作是消極的、沉默不語的東西。相反，思想貫穿于一切理性生活中，而人的實(shí)驗(yàn)性的行為正是思想的一種操作活動(dòng)[24]。杜威的觀點(diǎn)則更加直接“，思維實(shí)際上是信念的同義語”[25]。用 W.海森伯的觀點(diǎn)就是，西方科學(xué)的傳統(tǒng)源自于古希臘哲學(xué)思想，西方文化的全部力量來自于并一直來自于其提出問題的方式與行動(dòng)的方式之間的密切關(guān)系，正是這一思想締造了近代科學(xué)的繁榮。其精髓在于：為科學(xué)而科學(xué)；追究事物的根源，并力圖提出原理性的假設(shè)與理論；科學(xué)的精神價(jià)值高于物質(zhì)價(jià)值[26]。例如，相信“上帝不會(huì)擲骰子”的愛因斯坦針對量子力學(xué)“測不準(zhǔn)原理”多次提出理想實(shí)驗(yàn)進(jìn)行質(zhì)疑，以波爾為首的哥本哈根學(xué)派均給予了“回?fù)簟薄?/span>愛因斯坦雖表示接受，但直到晚年，才勉強(qiáng)認(rèn)同了“可惡”的“不確定關(guān)系”[27]。由此可見，思想信念影響思考之深。（2）思維與實(shí)踐（行為）及其品質(zhì)在上文中，我們已經(jīng)多次針對思維與實(shí)踐（行為）的對應(yīng)性作過討論。這個(gè)部分?jǐn)M對兩者及其品質(zhì)進(jìn)行探討，也是對圖 1 所示框架的補(bǔ)充。同時(shí)，為了增強(qiáng)科學(xué)家思維與實(shí)踐方式培養(yǎng)框架的指導(dǎo)性和可操作性，引入了“思維”以及對應(yīng)的“行為”的品質(zhì)要素，從這個(gè)意義上講，也是對以上框架的拓展，使平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)立體模型。行為與思維以及其品質(zhì)要素的關(guān)系，如圖 2。
第一個(gè)維度：科學(xué)思維，包括目的、問題、假設(shè)和觀點(diǎn)、信息和證據(jù)、推理與解釋、啟示和影響等方面[28]。這集中反映了“像科學(xué)家一樣思考與實(shí)踐”中的“思考”。比如說，對于推理與解釋，要關(guān)注推斷證據(jù)的含義是什么；核實(shí)各個(gè)推斷之間的一致性；基于推斷驗(yàn)證假設(shè)等。林肯基本信息圖書館（The Lincoln library of essential information）有言：真正的科學(xué)探究人員從不在結(jié)論上跳躍，從不把任何事情想當(dāng)然，從不認(rèn)為他的結(jié)論比他所獲得的信息更好，從不用觀點(diǎn)或者已經(jīng)長期確立的信念來代替事實(shí)。無論一個(gè)說法看似多么可信或者一種解釋多么符合邏輯，它都必須只能作為一種假設(shè)來看待，直到其被試驗(yàn)證明。進(jìn)一步講，這些試驗(yàn)必須是其他科學(xué)家可以重復(fù)的，且可以得出相同的結(jié)論。只有通過這一方式，值得信賴的科學(xué)知識方可建立。李醒民提出，作為科學(xué)主體的科學(xué)家是最積極、最活躍的因素。尤其在科學(xué)革命時(shí)期，新科學(xué)觀念的提出有賴于科學(xué)家的“機(jī)智的反思”和“思維的 理性”，或用愛因斯坦的話來說，取決于科學(xué)家的 “思維的自由創(chuàng)造”或“理智的自由發(fā)明”[29]。科學(xué)思維是科學(xué)研究行為、創(chuàng)造的靈魂，沒有思維的學(xué)習(xí) 活動(dòng)必然是干涸的、沒有深度的、不能達(dá)成真正科 學(xué)理解的。杜威將“反思性思維”作為教育的主要目 的，其倡導(dǎo)把科學(xué)信念建立在證據(jù)的基礎(chǔ)之上，在 對情境、問題和因素進(jìn)行“理智化”的過程中，強(qiáng)調(diào) 思維的連續(xù)性和推理，伴隨著行動(dòng)對假設(shè)的檢驗(yàn)，又產(chǎn)生新的問題[30]。知道一條物理定律是沒有價(jià)值 的，除非人們能用它進(jìn)行運(yùn)算或解決某個(gè)問題。學(xué) 生往往從事了很多活動(dòng)，從中提取了一些信息，卻 沒有問過自己，它們在哪些方面可以指導(dǎo)自己的行 為。那種認(rèn)為“只需要看見就能學(xué)會(huì)”的想法是非常 幼稚的。在大多數(shù)領(lǐng)域，不具備解碼情境的智力工 具（思維以及思維方法）的個(gè)體并不能直接感受到 任何東西。實(shí)際上，我們的感覺只能讓我們感受到 眼前的環(huán)境。例如，當(dāng)我們觀察海平面的時(shí)候，并不 會(huì)對地球的形狀有直觀感受，分子、原子、夸克更非 肉眼可及。孤立的經(jīng)驗(yàn)從來都不具有說服力，它只 有依據(jù)學(xué)習(xí)者所采用的不同思維模式才能獲得自 身意義[31]。另一方面，思維是內(nèi)在的，在科學(xué)學(xué)習(xí)中，有時(shí)候通過言語來表現(xiàn)，比如一種科學(xué)說明或解 釋，其中體現(xiàn)了推理、邏輯等，而這與實(shí)踐檢驗(yàn)還有 一定的距離。第二個(gè)維度：科學(xué)實(shí)踐（行為），包括觀察、設(shè)計(jì)與開展實(shí)驗(yàn)、致力于精確的測量、力圖發(fā)現(xiàn)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、研究相關(guān)或相似的現(xiàn)象、形成一般的假說或物理理論等[32]。這集中反映了“像科學(xué)家一樣思考與實(shí)踐”中的“實(shí)踐”。以觀察為例，觀察應(yīng)該包含主動(dòng)的探索，應(yīng)當(dāng)基于對學(xué)生興趣的激發(fā)，在性質(zhì)上應(yīng)該是科學(xué)的。要靈活應(yīng)用廣泛的觀察、深入的觀察和審美性觀察。廣泛的觀察就是寬泛的、不太精確的觀察，對于使學(xué)生感到探究領(lǐng)域的實(shí)在性，意識到探究的方向和可能性，并且在頭腦中存儲(chǔ)一些可能由想象轉(zhuǎn)變?yōu)槁?lián)想的材料來說，是必要的。深入的觀察指的是緊湊的、精確的觀察，對于限制問題和保證實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)條件來說，是必要的。一個(gè)突出的例子就是在實(shí)驗(yàn)室中開展的實(shí)驗(yàn)觀察，通過控制各種變量的針對性研究。就這兩類科學(xué)觀察而言，后者比較專門化，技術(shù)性較強(qiáng)；而前者又比較膚淺、分散。學(xué)生要從感性觀察逐步發(fā)展到科學(xué)家式觀察[33]。實(shí)踐無疑是重要的，正如一貫的信條“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”。實(shí)則，實(shí)踐也是促進(jìn)學(xué)生真實(shí)學(xué)習(xí)的主要途徑，對此前文已有論述。有些學(xué)習(xí)可能需要記憶，需要聽長者或者教師傳授，但是我們最終會(huì)發(fā)現(xiàn)，不論是記憶還是傳授，只有學(xué)習(xí)者經(jīng)歷了真實(shí)的實(shí)踐，在理解、領(lǐng)悟或者智識上產(chǎn)生回應(yīng)或者共鳴，這種知識方可能是持久的，才可能成為自身認(rèn)知的一個(gè)部分。當(dāng)然，這并不是完全低估純理論的辨析與理解，雖然這些東西最終也將或多或少、或直接或間接地與經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生關(guān)系，但是畢竟學(xué)習(xí)者不可能全部自身去經(jīng)歷。這種貌似脫離實(shí)際的學(xué)習(xí)當(dāng)然也有意義，但也可能阻礙我們突破思維定式，一味沿襲舊路，所以在對前人智識成果保持謙卑的前提下，證據(jù)與思維支持下的質(zhì)疑與檢驗(yàn)將會(huì)使我們獲益終身。這里還要辨析一個(gè)概念，那就是關(guān)于直覺等形而上學(xué)的提法，因?yàn)槠渑c實(shí)踐的觀點(diǎn)形成了對立?？茖W(xué)的世界并不完全否定直覺，然而必須力求為每一直覺知識找到一種合理的根據(jù)。認(rèn)為直覺是更高更深刻的認(rèn)知方式，能夠超越感覺經(jīng)驗(yàn)的內(nèi)容，并不必受概念思維框架的限制的那種觀點(diǎn)被否定了[34]。第三個(gè)維度：思維和實(shí)踐（行為）的品質(zhì)，包括清晰性、準(zhǔn)確性、相關(guān)性、復(fù)雜性、普遍性和邏輯性[35]。如清晰性，要關(guān)注你是否可以進(jìn)一步詳細(xì)說明你的觀點(diǎn)？是否可以換一種方式表述你的觀點(diǎn)？是否可以提供一個(gè)圖解？是否可以給出一個(gè)例子？清晰是一個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)。如果一個(gè)表述不清晰，我們就不能確定其是否準(zhǔn)確或相關(guān)。事實(shí)上，當(dāng)我們不知道其在說什么，不能給予任何回應(yīng)。有學(xué)者認(rèn)為，科學(xué)思維是關(guān)于任何科學(xué)主題、內(nèi)容或問題的思維模式，在這種模式下，思維者通過巧妙地掌握思維固有的結(jié)構(gòu)并將智力標(biāo)準(zhǔn)（intellectual standards）加諸其上來提高思維質(zhì)量[36]。這一智力標(biāo)準(zhǔn)便需要一個(gè)反應(yīng)思維深刻性的品質(zhì)要素或變量來予以表征。從另一個(gè)方面來講，這也是對思維與實(shí)踐本身的反思，體現(xiàn)了對思維以及外化行為的監(jiān)控，正如前文中四個(gè)維度的教育中的“元學(xué)習(xí)”維度。有了這個(gè)維度，科學(xué)思維與實(shí)踐才有更加明確的路徑去豐富、深入與拓展。在科學(xué)教學(xué)中，我們需要通過學(xué)生的外在表現(xiàn)，特別是學(xué)生在解決真實(shí)科學(xué)問題中的行為以及言語等來相對客觀地評估其知識、情意、思維等多方面的品質(zhì)與水平。為什么是“相對客觀”？因?yàn)閺男?/span>為到思維，這往往需要教育者具有教育、心理、學(xué)科等多領(lǐng)域良好的知識基礎(chǔ)，更重要的是，需要有相關(guān)的思維方法與能力，而且也不可能盡善盡美。這樣一種品質(zhì)的指標(biāo)與層次，確是應(yīng)該不斷完善與優(yōu)化的重點(diǎn)。上述維度的細(xì)化有助于更加深入地認(rèn)識科學(xué)家思維與實(shí)踐方式，對于優(yōu)化科學(xué)教學(xué)實(shí)踐也具有較強(qiáng)的指導(dǎo)作用。
三、啟示與建議1.注重學(xué)生情意因素在科學(xué)教育中的地位科學(xué)學(xué)習(xí)的情意因素非常重要，這毋庸置疑，但是其在實(shí)際教學(xué)中關(guān)注與監(jiān)測不夠，主要有兩個(gè)原因：一個(gè)是高利害考試的壓力使我們更多地關(guān)注知識的掌握、解題能力的提高；二是情意因素較難把握和測評，對于教育者的認(rèn)識和能力水平要求極高。然而，我們要克服困難去改變這一現(xiàn)狀，如 W.海森伯在科學(xué)發(fā)展的宏大視野下指出，恰恰是希臘思想及其業(yè)已被我們繼承的全部遺產(chǎn)中，清楚地顯露出精神的卓越之處。為什么強(qiáng)調(diào)精神之重要，譬如箭一旦離弦，就按自己的路線飛行，只有更強(qiáng)大的力量才能改變它的方向；但它最初的方向是由瞄準(zhǔn)的人決定的，若無胸懷目標(biāo)的人在場，箭恐怕永遠(yuǎn)不會(huì)自己開始飛行。從這一方面說，我們也許沒有比教育青年過低評估精神價(jià)值更為糟糕的事情了[37]。2.增強(qiáng)科學(xué)教育教學(xué)的實(shí)踐性、開放性為發(fā)展學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)，加強(qiáng)知識結(jié)構(gòu)化、涵養(yǎng)科學(xué)情意、提升科學(xué)思維能力、解決真實(shí)科學(xué)問題，需要實(shí)踐。而實(shí)踐的開放性也應(yīng)該是中小學(xué)科學(xué)課程教材的基本要求與特征。比如，強(qiáng)化教材內(nèi)容（素材）的豐富性，確保問題提出與解決過程是一個(gè)開放過程；強(qiáng)調(diào)嚴(yán)密性，確?？茖W(xué)實(shí)踐過程和結(jié)論經(jīng)得起質(zhì)疑，等等。我們要關(guān)注學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)實(shí)踐中的行為，這不僅是科學(xué)教育目的之所在，也是監(jiān)測教學(xué)成果的根本依據(jù)。按照圖 2 所示，科學(xué)素養(yǎng)（Competencies）評價(jià)的操作路徑為：這里，考慮到思維與行為的不對稱性，也即思維不唯一決定行為，還取決于技能、毅力等因素，而且思維也不一定通過行為來體現(xiàn)，也可能通過多種形式的說明、解釋來呈現(xiàn)。因此，我們將思維與行為同權(quán)放到以上公式之中，以供同行評議與參考借鑒。對于科學(xué)史，實(shí)際教學(xué)的突出挑戰(zhàn)是，教育者缺乏科學(xué)史的知識與應(yīng)用能力，不清楚如何自然生動(dòng)地以史為鑒，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考與實(shí)踐。當(dāng)然也就不會(huì)讓學(xué)生具身地感受科學(xué)研究與突破的精神共鳴、科學(xué)思潮的跌宕與審辯等。比如，德國物理學(xué)家歐姆在研究電壓、電流和電阻關(guān)系時(shí)，面臨的困難絕不是當(dāng)前課堂所見到的，可以直接將問題確定為三者的定量測量，而且儀器是現(xiàn)成的。沒有理想的穩(wěn)定電壓，歐姆從伏打電堆的嘗試轉(zhuǎn)變到溫差電池才得以實(shí)現(xiàn)；沒有理想的電流表，他從利用電流的熱效應(yīng)導(dǎo)致的熱脹冷縮來測量電流的大小到使用電流的磁效應(yīng)，進(jìn)而依據(jù)此原理設(shè)計(jì)了一個(gè)扭秤才得以實(shí)現(xiàn)。然后他利用溫差電池和電磁扭秤繼續(xù)進(jìn)行金屬的導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)，終于得出了“通過導(dǎo)體的電流與電勢差成正比，與電阻成反比”的結(jié)論[38]。其知識理解之深、思維之強(qiáng)、行動(dòng)之力，可見一斑，令人動(dòng)容。[1][14] 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版） [S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：4-6，182.[2][3] 任鴻雋.何為科學(xué)家？[J].新青年，1919 年第 6 卷第 3 號.[4][29] 李醒民. 什么是科學(xué) [M]. 北京：商務(wù)印書館，2014：76-81，138，147.[5]袁維新.科學(xué)的本質(zhì)與科學(xué)本質(zhì)教育[J].課程·教材·教法，2004，24（07）：68-73.[6]Collette A T，Chiappetta E C.Science instruction in the middle an science school[M].Columbus USA：Merrill，1994：27-47.[7][22] National Academies of Sciences，Engineering，and Medicine.Next Generation Science Standards：For States，By States.2013.Page xv-xviii，432.Washington，DC：The National Academies Press.https：//doi.org/10.17226/18290.[8]田春鳳.物理科學(xué)本質(zhì)教育的理論與實(shí)踐[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2019：27-32.[9]戴維·帕金斯.為未知而教，為未來而學(xué)[M].楊彥捷，譯.杭州：浙江人民出版社，2015：152-179.[10]肖顯靜.伽利略物理學(xué)數(shù)學(xué)化哲學(xué)思想基礎(chǔ)析論[J].江海學(xué)刊，2012（01）：53-62.[11]吳向東.論馬克思人的全面發(fā)展理論[J].馬克思主義研究，2005（01）：29-37.[12]毛澤東. 毛澤東選集（第一卷）[M]. 北京：人民出版社，1991：282-298，310-311.[13]張汝倫.西方現(xiàn)代哲學(xué)十五講[M].北京：中信出版集團(tuán)，2020：156-159.[15][23] 查爾斯·菲德爾，瑪雅·比亞利克，伯尼·特里林.四個(gè)維度的教育[M].羅德紅，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2017：56-58，71.[16]約瑟夫·S.科瑞柴科，查琳·M.克澤尼亞克.中小學(xué)科學(xué)教學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方法與策略[M].王磊，等譯.北京：北京師范大學(xué)出版社，2021：37.[17]TAGUMA Miho（田熊美保）.OECD 國家整合 21 世紀(jì)能力的課程：六個(gè)趨勢[EB/OL]. https：//mp.weixin.qq.com/s/xlFFR7Elf_jp G3i8TT8kvQ.[18]OECD.General information about the content curriculum mapping. 2018.[19]Duschl，R.Science Education in Three-Part Harmony：Balancing Conceptual，Epistemic，and Social Learning Goals，Review of Research in Education，2008，Vol.32/1，pp.268-291，http：//dx. doi.org/10.3102/0091732x07309371.[20]漢森.觀察[A].蔣勁松，劉兵，編.科學(xué)哲學(xué)讀本[M].北京：中國人民大學(xué)出版社，2008：202-223.[21]托馬斯·庫恩.科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)[M].4 版.金吾倫，胡新和，譯.北京：北京大學(xué)出版社，2012：79-93，95.[24] 皮爾士.實(shí)用主義要義[A].陳啟偉，主編.現(xiàn)代西方哲學(xué)論著選讀 [M].北京：北京大學(xué)出版社，1992：129-130.[25][30] 杜威，我們?nèi)绾嗡季S[M].馬明輝，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2020：6，10，103-112.[26][37] W.海森伯.物理學(xué)家的自然觀[M].吳忠，譯.北京：商務(wù)印書館，1990：1-3，27-29.[27][38] 吳國盛.科學(xué)的歷程[M].2 版.北京：北京大學(xué)出版社，2002：319-320，442-447.[28][32][35][36] Richard Paul，Linda Elder. Scientific Thinking [M]. 北京：外語教學(xué)與研究出版社，2020：1-9.[31] 安德烈·焦?fàn)柈?dāng).學(xué)習(xí)的本質(zhì)[M].杭零，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2015：82.[33]任建英. 中小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的觀察 [J]. 教學(xué)與管理，2022（05）：40-42.[34]漢恩，紐拉特，卡爾納普.科學(xué)的世界概念：維也納學(xué)派[A].蔣勁松，劉兵，編.科學(xué)哲學(xué)讀本[M].北京：中國人民大學(xué)出版社， 2008：87-100.該文為中國教育學(xué)會(huì) 2020 年教育科研“中小學(xué)教材研究”專項(xiàng)課題“基于核心素養(yǎng)的中小學(xué)科學(xué)教材編寫策略研究”（2020JYX013413ZB）的研究成果
[作者：任建英，課程教材研究所中小學(xué)課程研究中心。] |
