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?？茖W(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)的方式解決真實的問題，而且它們彼此不是獨立的，而是融合于真實的科學(xué)活動之中，這為科學(xué)課程與教學(xué)提供了理論與實踐依據(jù)?？茖W(xué)家的科學(xué)活動對于中小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)具有很強的指引作用，其內(nèi)在一致性是保證學(xué)習(xí)活動真實性、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”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)有的價值取向與歸宿。

關(guān) 鍵 詞 科學(xué)課程? 科學(xué)教育? 科學(xué)思維? 科學(xué)實踐? 科學(xué)核心素養(yǎng)

引用格式 任建英.科學(xué)家思維與實踐方式培養(yǎng)框架的構(gòu)建與思考[J].教學(xué)與管理，2023（15）：19-26.

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、解決真實問題（包括復(fù)雜的社會和環(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，因為天天求真理，時時想破除成見，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)驗來指示他的直覺，而直覺力愈活?！盵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、精神的提升有機結(jié)合在一起。實則，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)熔鑄于真實的科學(xué)實踐過程之中，也就是像科學(xué)家一樣思考與實踐。讓學(xué)生經(jīng)歷像科學(xué)家一樣的探索、推理、行動、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)，我們需要一個科學(xué)合理的視角和路徑去觀察、了解和領(lǐng)悟這個世界。稍微熟悉科學(xué)史或者博物史的人就會發(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)家思維與實踐方式？其二，科學(xué)家思維與實踐方式的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和實施路徑如何？

接下來，我們將圍繞這兩個主要問題進行討論與闡述。特別要關(guān)注知識、情意、思維與實踐之間的重要關(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)家思維與實踐方式的理論意義與實踐價值。

一、科學(xué)家思維與實踐方式的內(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?？茖W(xué)的本質(zhì)是事實不是文字。唯其要研究事實，所以科學(xué)家要講究觀察和實驗[3]。李醒民認(rèn)為，科學(xué)是人運用實證、理性和臻美等方法，就自然以及社會乃至人本身進行研究所獲取的知識的體系化之結(jié)果?？茖W(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，即上述研究的整個過程[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)涵擴展為三個方面：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)知識是暫時的、動態(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)不僅僅是參與活動和進行探究?！盵7]有學(xué)者對科學(xué)本質(zhì)的研究進行了梳理，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)包括動機與態(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，很難認(rèn)識數(shù)學(xué)作為一種認(rèn)識生活、世界的獨特視角與方式。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，我們不可能再做實驗，同樣歷史的聲音也不像科學(xué)實驗室中的試管和電氣設(shè)備?？茖W(xué)認(rèn)知方式可以概括為伽利略式的認(rèn)知，主要考慮其對于實驗的重視和實踐、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、對于理想實驗的創(chuàng)舉等[10]?？茖W(xué)認(rèn)知方式，就是要尊重證據(jù)（很多時候是實驗驗證）、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)實踐上講，其與一般意義上的實踐具有共同之處：一是實踐的開放性。實踐的對象和內(nèi)容是多方面且不斷變化的，需要及時對實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。二是實踐的階段性。不同階段具有不同特點，但非絕對割裂，因為實踐的過程是一個循環(huán)往復(fù)的過程，實踐與理論認(rèn)識是相互促進的。三是經(jīng)驗的重要性。感覺經(jīng)驗是第一的東西，只有實踐才能使人的認(rèn)識開始發(fā)生，從客觀外界得到感覺經(jīng)驗，但要確保感覺的材料十分豐富（不是零碎不全）和合于實際（不是錯覺）。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，提出了“五步”探究基本模式[13]。從一個問題處境開始，以這個問題處境或人本身的某種改變結(jié)束，這正是實踐的觀點。我國義務(wù)教育科學(xué)課程將觀察、實驗、記錄、測量、制作、調(diào)查等作為探究實踐活動，突出強調(diào)“科學(xué)工程與實踐”[14]。其更高的意旨在于，不是為了“應(yīng)用”而學(xué)，而是在真實問題解決之實踐中完成知識的學(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)實踐與工程實踐相區(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)家一樣思考與實踐，在科學(xué)學(xué)習(xí)活動中經(jīng)歷“準(zhǔn)真實”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，用實踐檢驗思維成果，并結(jié)合檢驗結(jié)果和客觀實際，不斷優(yōu)化結(jié)論。以下進行四個方面的說明。

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)。這個質(zhì)疑貌似有理有據(jù)，但是卻有一個內(nèi)隱的問題，就是打什么基礎(chǔ)？這個基礎(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)生的思考與實踐是“科學(xué)家思考與實踐”的低級或初級表現(xiàn)形式。這里我們應(yīng)該思考，從真實的自然界與社會生活探索到學(xué)?？茖W(xué)實驗室與課堂有多大的距離？從科學(xué)家真實的研究情態(tài)到學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)有多大的距離？“真實”絕對是存在巨大挑戰(zhàn)的，但是“真實”或者“準(zhǔn)真實”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?/p>

第三，“像科學(xué)家一樣”突出強調(diào)了面向未來。這可以從兩個角度理解：一個是提倡科學(xué)家思維與實踐方式，就是要盡力讓學(xué)生切身地體會科學(xué)家真實狀態(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的遷移性。二是如果學(xué)生將來參與真實的科學(xué)探索，這些能力素質(zhì)的發(fā)展使其不僅不會感到陌生或不適，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，因為科學(xué)探究的確是科學(xué)家思考與實踐的一個重要方式，這與之前對于科學(xué)本質(zhì)和實踐的討論一致?？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、對世界的觀念等實際上并未進入科學(xué)學(xué)習(xí)的視野與實踐之中。相比之下，“像科學(xué)一樣思考與實踐”更加鮮明，而且更有利于關(guān)注思考，認(rèn)識到思考與實踐的緊密關(guān)系（統(tǒng)一性）以及兩者不可偏廢。

二、科學(xué)家思維與實踐方式培養(yǎng)框架的構(gòu)建

1.已有研究探討

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”）強調(diào)學(xué)科和領(lǐng)域的實踐性、認(rèn)知性和情感性，強調(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、合作。性格維度（“言行舉止和為人處世的方式”）強調(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)的個人價值和美德。元學(xué)習(xí)維度（“反思與適應(yīng)”）強調(diào)反思，學(xué)會如何學(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，因為它是一切能力、創(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，更加強調(diào)了思維與行動的綜合表現(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)探究與實踐，以及對這一過程的調(diào)控，進一步準(zhǔn)確地說，就是面對一個真實科學(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)識以及解決與驗證方式的選擇，并以此指導(dǎo)反復(fù)的實踐[16]。

經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）幼兒和學(xué)校司高級政策分析師和項目負(fù)責(zé)人田熊美保指出，世界各國課程再設(shè)計的共同趨勢從“以內(nèi)容為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙阅芰橹行摹?，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)，突出加強了知識內(nèi)容與素養(yǎng)培養(yǎng)之間的關(guān)聯(lián)，同時提出了“用中學(xué)”“做中學(xué)”，將素養(yǎng)發(fā)展與知識學(xué)習(xí)融入真實的科學(xué)探究、活動與實踐中。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)家一樣思考與實踐”不僅蘊含了核心素養(yǎng)的各個維度，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)探究與實踐之中;實踐角度上說，“科學(xué)探究”亦在其中。除思維與實踐本身具有很強的交互關(guān)系之外，科學(xué)知識與概念當(dāng)然也是思考與實踐的重要基礎(chǔ)，態(tài)度與責(zé)任自然也是影響思考與實踐的重要因素。由此而言，構(gòu)建科學(xué)家思維與實踐方式培養(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)家一樣的思維與實踐活動之中。這一思路又為教學(xué)指明了方向與途徑。

2.框架構(gòu)建與闡釋

基于以上討論，“像科學(xué)家一樣思考與實踐”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)和實踐指針。下面對科學(xué)家思維與實踐方式進行了框架構(gòu)建，對思維與實踐的關(guān)系進行探討。

（1）框架構(gòu)建

如圖1，這一框架涉及知識、情意、思維與實踐（行為）四個要素。其中，“知識”“情意”處于一個基礎(chǔ)性的位置，而且很多時候，它們在科學(xué)實踐活動中發(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。對于思維與實踐行為之間的對應(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，包括事實性知識、程序性知識（如科學(xué)探究、調(diào)查活動）、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)系和貢獻真實生活與世界）、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。一個顯著的例子便是，一個特定專業(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、已有知識等，甚至難以組織針對性的觀察與探究活動，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[20]。托馬斯·庫恩提出，一個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、動機、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)動機的源泉，有助于學(xué)生理解世界，應(yīng)該傳達(dá)給學(xué)生[23]。興趣等動機對思維的積極性影響自然不必多說，這里重點討論科學(xué)思想信念的問題，因為這往往是我們認(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樣態(tài)，它實質(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，而人的實驗性的行為正是思想的一種操作活動[24]。杜威的觀點則更加直接，“思維實際上是信念的同義語”[25]。用W.海森伯的觀點就是，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)的精神價值高于物質(zhì)價值[26]。例如，相信“上帝不會擲骰子”的愛因斯坦針對量子力學(xué)“測不準(zhǔn)原理”多次提出理想實驗進行質(zhì)疑，以波爾為首的哥本哈根學(xué)派均給予了“回?fù)簟薄垡蛩固闺m表示接受，但直到晚年，才勉強認(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)多次針對思維與實踐（行為）的對應(yīng)性作過討論。這個部分?jǐn)M對兩者及其品質(zhì)進行探討，也是對圖1所示框架的補充。同時，為了增強科學(xué)家思維與實踐方式培養(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€立體模型。行為與思維以及其品質(zhì)要素的關(guān)系，如圖2。

第一個維度：科學(xué)思維，包括目的、問題、假設(shè)和觀點、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;核實各個推斷之間的一致性;基于推斷驗證假設(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，從不用觀點或者已經(jīng)長期確立的信念來代替事實。無論一個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，直到其被試驗證明。進一步講，這些試驗必須是其他科學(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)革命時期，新科學(xué)觀念的提出有賴于科學(xué)家的“機智的反思”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]?？茖W(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、問題和因素進行“理智化”的過程中，強調(diào)思維的連續(xù)性和推理，伴隨著行動對假設(shè)的檢驗，又產(chǎn)生新的問題[30]。知道一條物理定律是沒有價值的，除非人們能用它進行運算或解決某個問題。學(xué)生往往從事了很多活動，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”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）的個體并不能直接感受到任何東西。實際上，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候，并不會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，而這與實踐檢驗還有一定的距離。

第二個維度：科學(xué)實踐（行為），包括觀察、設(shè)計與開展實驗、致力于精確的測量、力圖發(fā)現(xiàn)物質(zhì)運動規(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)家一樣思考與實踐”中的“實踐”。以觀察為例，觀察應(yīng)該包含主動的探索，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)域的實在性，意識到探究的方向和可能性，并且在頭腦中存儲一些可能由想象轉(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驗檢驗條件來說，是必要的。一個突出的例子就是在實驗室中開展的實驗觀察，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;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]。

實踐無疑是重要的，正如一貫的信條“實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”。實則，實踐也是促進學(xué)生真實學(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)歷了真實的實踐，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)疑與檢驗將會使我們獲益終身。這里還要辨析一個概念，那就是關(guān)于直覺等形而上學(xué)的提法，因為其與實踐的觀點形成了對立?？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)驗的內(nèi)容，并不必受概念思維框架的限制的那種觀點被否定了[34]。

第三個維度：思維和實踐（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)注你是否可以進一步詳細(xì)說明你的觀點？是否可以換一種方式表述你的觀點？是否可以提供一個圖解？是否可以給出一個例子？清晰是一個基本標(biāo)準(zhǔn)。如果一個表述不清晰，我們就不能確定其是否準(zhǔn)確或相關(guān)。事實上，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。從另一個方面來講，這也是對思維與實踐本身的反思，體現(xiàn)了對思維以及外化行為的監(jiān)控，正如前文中四個維度的教育中的“元學(xué)習(xí)”維度。有了這個維度，科學(xué)思維與實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”？因為從行為到思維，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。

上述維度的細(xì)化有助于更加深入地認(rèn)識科學(xué)家思維與實踐方式，對于優(yōu)化科學(xué)教學(xué)實踐也具有較強的指導(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，但是其在實際教學(xué)中關(guān)注與監(jiān)測不夠，主要有兩個原因：一個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值更為糟糕的事情了[37]。

2.增強科學(xué)教育教學(xué)的實踐性、開放性

為發(fā)展學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)，加強知識結(jié)構(gòu)化、涵養(yǎng)科學(xué)情意、提升科學(xué)思維能力、解決真實科學(xué)問題，需要實踐。而實踐的開放性也應(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開放過程;強調(diào)嚴(yán)密性，確保科學(xué)實踐過程和結(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）評價的操作路徑為：

C=T×P×Q

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。

3.更加重視科學(xué)史料的價值

對于科學(xué)史，實際教學(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地以史為鑒，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考與實踐。當(dāng)然也就不會讓學(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，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)，進而依據(jù)此原理設(shè)計了一個扭秤才得以實現(xiàn)。然后他利用溫差電池和電磁扭秤繼續(xù)進行金屬的導(dǎo)電實驗，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、行動之力，可見一斑，令人動容。

參考文獻

[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)教育的理論與實踐[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻出版社，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，2020：156-159.

[15][23] 查爾斯·菲德爾，瑪雅·比亞利克，伯尼·特里林.四個維度的教育[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：六個趨勢[EB/OL]. https：//mp.weixin.qq.com/s/xlFFR7Elf_jpG3i8TT8kvQ.

[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.

[作者：任建英（1988-），男，河北宣化人，課程教材研究所中小學(xué)課程研究中心，副研究員，碩士。]

【責(zé)任編輯? 鄭雪凌】