科學(xué)思維：小學(xué)科學(xué)教學(xué)的價(jià)值追求

許春良 冷巨豐

摘要：對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維的培養(yǎng)應(yīng)成為科學(xué)課的價(jià)值追求。科學(xué)思維是一種建立在事實(shí)、邏輯和不斷驗(yàn)證基礎(chǔ)之上的思維方式，是理性主義和實(shí)踐主義相結(jié)合的一種認(rèn)識(shí)客觀世界的方式。目前，科學(xué)教學(xué)存在把科學(xué)探究等同于科學(xué)思維、滿足于得出簡單的科學(xué)結(jié)論等誤區(qū)。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，應(yīng)重視科學(xué)觀察活動(dòng)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維；擺脫形式主義的探究活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維；暴露學(xué)生日常思維的缺陷，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維；小學(xué)科學(xué)教學(xué)；價(jià)值追求

中圖分類號(hào)：G623 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-9094（2014）06-0028-04

近幾十年來，我國的小學(xué)科學(xué)課程發(fā)生了巨大的變革。首先，課程名稱經(jīng)歷了從“常識(shí)”到“自然”再到“科學(xué)”的變更；其次，教學(xué)方法發(fā)生了從以“講授式”為主到以“科學(xué)探究”為主的轉(zhuǎn)變；再次，課程目標(biāo)從重視知識(shí)技能傳授轉(zhuǎn)變到關(guān)注學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。但不管什么時(shí)候，任何一名科學(xué)教師都希望自己的學(xué)生能夠像科學(xué)家一樣去關(guān)注自然世界，觀察并研究自然世界中的各種現(xiàn)象和問題。其原因在于，要想成為科學(xué)家，必須要具備像科學(xué)家一樣的思維方法。退一步來講，即使學(xué)生不想成為科學(xué)家，由于科學(xué)思維能有效促進(jìn)學(xué)生智力發(fā)展并有效處理日常生活中的許多問題，因此對(duì)其個(gè)體來說也具有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。下面就“什么是科學(xué)思維”、“我們離科學(xué)思維有多遠(yuǎn)”以及“如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維”等問題作粗淺的論述。

一、科學(xué)思維的本質(zhì)

一般來講，人有兩種思維方式：一種是日常思維，它構(gòu)成了日常生活中各種行為處事的基礎(chǔ)；另一種則是科學(xué)思維，它主要作用于人對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)過程之中，科學(xué)思維的價(jià)值在于“達(dá)成對(duì)客觀世界本真的認(rèn)識(shí)”，它探求的是客觀世界的實(shí)在的本質(zhì)。科學(xué)課教學(xué)的主要任務(wù)不僅是讓學(xué)生掌握最基本的自然科學(xué)常識(shí)，更重要的是讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的過程，這恰恰正是學(xué)生科學(xué)思維形成的最有效的過程。

美國教育家?guī)於魇茄芯靠茖W(xué)思維領(lǐng)域的代表人物。在他看來，科學(xué)思維首先起源于學(xué)生對(duì)于理論與證據(jù)的區(qū)分，也就是說，他們必須認(rèn)識(shí)到理論與證據(jù)來自于不同的認(rèn)識(shí)論范疇，科學(xué)思維的發(fā)展則表現(xiàn)為能有意識(shí)地控制理論與證據(jù)的協(xié)調(diào)。[1]簡單地講，理論就是我們對(duì)某一現(xiàn)象的解釋，這其中包括學(xué)生頭腦中已有的認(rèn)識(shí)經(jīng)驗(yàn)；證據(jù)就是通過測量實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)所獲取的經(jīng)驗(yàn)性觀察，公認(rèn)的理論也可以被當(dāng)作證據(jù)來使用。庫恩認(rèn)為，學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：能夠?qū)ψC據(jù)和理論作出區(qū)分；能夠尊重證據(jù)和理論；能不時(shí)地注意到理論和證據(jù)的不一致，并樂于作出協(xié)調(diào)的嘗試。科學(xué)學(xué)習(xí)的過程其實(shí)就是要讓學(xué)生原有的某種知識(shí)經(jīng)驗(yàn)受到與此不一致的新的經(jīng)驗(yàn)的影響，從而發(fā)生重大改變而形成新的認(rèn)識(shí)。

我國幼兒科學(xué)教育專家張俊則將科學(xué)思維的內(nèi)涵概括為以下幾點(diǎn)：（1）相信客觀知識(shí)的存在，并愿意通過自己的探究活動(dòng)去認(rèn)識(shí)客觀世界。（2）對(duì)于未知的事物會(huì)作出猜想，并知道主觀的猜想是需要客觀事實(shí)來證明的。（3）相信事實(shí)，只有在全面地考察事實(shí)之后才會(huì)得出結(jié)論。（4）通過對(duì)事實(shí)進(jìn)行合乎邏輯的推理而得出結(jié)論，并知道任何結(jié)論都是暫時(shí)性的，需要更多的事實(shí)來證明，結(jié)論也可能被新的事實(shí)所推翻。[2]這也從另一個(gè)側(cè)面印證了注重證據(jù)、遵循邏輯、經(jīng)受檢驗(yàn)是科學(xué)思維區(qū)別于日常思維的三個(gè)主要維度。

從小學(xué)科學(xué)課中所涉及的各種科學(xué)研究活動(dòng)來看，它們其實(shí)最終都指向三個(gè)問題：一是回答“事物的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能是什么？”，在于竭力追求科學(xué)事實(shí)，這揭示了科學(xué)思維注重證據(jù)的特性；二是探討“事物的變化和發(fā)展為什么？”，也就是揭示事物間的因果聯(lián)系，這揭示了科學(xué)思維遵循邏輯的特性；三是“事物的變化和發(fā)展有什么規(guī)律？”，能否將之應(yīng)用于更廣泛的現(xiàn)實(shí)之中，這揭示了科學(xué)思維應(yīng)能經(jīng)受實(shí)踐檢驗(yàn)的特性。

因此從本質(zhì)上講，科學(xué)思維是一種建立在事實(shí)、邏輯和不斷驗(yàn)證基礎(chǔ)之上的思維方式，是理性主義和實(shí)踐主義相結(jié)合的一種認(rèn)識(shí)客觀世界的方式。對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維的培養(yǎng)應(yīng)成為科學(xué)課的價(jià)值追求。

二、科學(xué)教學(xué)中對(duì)科學(xué)思維培養(yǎng)的誤區(qū)

國外不少文獻(xiàn)在科學(xué)教育目標(biāo)中特別提出科學(xué)思維的培養(yǎng)。美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)在《面向全體美國人的科學(xué)》中將科學(xué)思維的能力作為科學(xué)素養(yǎng)的一個(gè)部分，我國的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)也提到，“小學(xué)科學(xué)課程是以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的科學(xué)啟蒙課程，……要讓學(xué)生學(xué)會(huì)用科學(xué)的思維方式解決自身學(xué)習(xí)、日常生活中遇到的問題”。兒童科學(xué)啟蒙教育，最根本的內(nèi)容就是思維方式的啟蒙。但現(xiàn)實(shí)的課堂教學(xué)表明：我們離科學(xué)思維其實(shí)還有一段距離。主要表現(xiàn)為：

1.把科學(xué)探究等同于科學(xué)思維

很多教師認(rèn)為，在課堂中組織學(xué)生進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)、控制變量、數(shù)據(jù)分析等探究性活動(dòng)就能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，這種認(rèn)識(shí)是片面的。我們注意到：課堂上大凡動(dòng)手做的環(huán)節(jié)學(xué)生表現(xiàn)很活躍，教師很難控制住，但真正意義上的學(xué)生交流和質(zhì)疑的場景卻非常罕見。這充分表明課堂中學(xué)生科學(xué)思維的缺失。

一旦我們將科學(xué)思維培養(yǎng)作為科學(xué)學(xué)習(xí)的價(jià)值追求，那么我們所關(guān)注的自然就不再是執(zhí)行程序化步驟和得出確定結(jié)論，而是關(guān)注學(xué)生真正的想法是什么？它能否解釋所探究的問題？如何獲得證據(jù)來支持或反駁這個(gè)想法？推理過程能找出漏洞么？……這樣的目標(biāo)和教學(xué)方式可能會(huì)讓有些教師覺得過于理想化，甚至在內(nèi)心里嘲笑：小學(xué)生能建構(gòu)出什么“自己的科學(xué)理論”？他們建構(gòu)不出正確的理論怎么辦？[3]其實(shí)學(xué)生對(duì)于任何現(xiàn)象都有自己的解釋，教師所要做的就是創(chuàng)設(shè)一個(gè)個(gè)具體的科學(xué)情境，讓學(xué)生在這個(gè)情境中充分暴露已有的科學(xué)概念，結(jié)合新證據(jù)，不斷建構(gòu)新的科學(xué)理論。因此，假設(shè)、預(yù)測、推理、解釋、交流、質(zhì)疑等思維性活動(dòng)遠(yuǎn)比純粹意義上的“動(dòng)手探究”重要。

2.滿足于得出簡單的科學(xué)結(jié)論

以“晝夜形成的原因”為例。教師一般都是通過手電筒和地球儀來幫助學(xué)生理解晝夜的成因：光線照在地球儀上，照亮的一面是白天，背光的一面是黑夜，當(dāng)?shù)厍騼x慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，白天和黑夜就會(huì)交替出現(xiàn)，以此來得出科學(xué)結(jié)論：地球自轉(zhuǎn)造成了晝夜交替。這種教學(xué)策略在很長一段時(shí)間里被廣泛采用，很少受到質(zhì)疑。但仔細(xì)推敲一下：能造成地球晝夜交替的可能性非常多，從歷史來看，人類對(duì)它的認(rèn)識(shí)也是一個(gè)不斷深入的過程。如最早可見于西方國家的太陽神神話，認(rèn)為太陽神在天空中駕車巡游；近代的地心說則認(rèn)為太陽圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)造成晝夜交替，這與人的視覺現(xiàn)象也完全吻合。教師能否換一種角度來進(jìn)行課堂教學(xué)呢？比如教師可以讓學(xué)生對(duì)這個(gè)問題先提出自己的假設(shè)，然后讓他們通過各種方法去收集有利于自己所支持理論的各種證據(jù)。學(xué)生所展示的事實(shí)性證據(jù)越多，就越能引發(fā)對(duì)原先想法的反思，有的證據(jù)能進(jìn)一步支持，有的證據(jù)則起到證偽的作用，有的則提出另一種可能存在的解釋等等。地球自轉(zhuǎn)、太陽繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)、地球繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)、地球自轉(zhuǎn)同時(shí)繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)……不妨讓學(xué)生知道它們都可能造成晝夜的交替出現(xiàn)，這應(yīng)該要比課堂上只出現(xiàn)一種合理的解釋來得更有意義，更能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

三、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)實(shí)踐

作為全球公認(rèn)的兒童科學(xué)思維研究領(lǐng)域的專家，庫恩認(rèn)為兒童科學(xué)學(xué)習(xí)的過程其實(shí)就是要讓學(xué)生原有的某種知識(shí)經(jīng)驗(yàn)受到與此不一致的新的經(jīng)驗(yàn)的影響，從而發(fā)生重大改變而形成新的認(rèn)識(shí)。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，我們可以嘗試從以下幾方面進(jìn)行課堂教學(xué)實(shí)踐，以期培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

1.重視科學(xué)觀察活動(dòng)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

科學(xué)課上學(xué)生的大多數(shù)科學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)都可以被理解為某種意義上的觀察活動(dòng)，如分類是有比較的觀察，實(shí)驗(yàn)是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的觀察等等（見下表）。我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在同一個(gè)科學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)中看到的現(xiàn)象、獲得的數(shù)據(jù)可能是完全不同的；退一步講，即使所見完全一樣，但是他們對(duì)此所作出的解釋也可能完全不同。這表明觀察是引發(fā)學(xué)生科學(xué)思維活動(dòng)的源泉所在。

對(duì)教師而言，首先要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生觀察活動(dòng)的指導(dǎo)。學(xué)生通過觀察能注意到什么、不能注意到什么、什么細(xì)節(jié)該放大、什么細(xì)節(jié)該忽略不計(jì)、什么現(xiàn)象是真的、什么現(xiàn)象是假的……這些往往與教師的引導(dǎo)不無關(guān)系，因?yàn)槿怂^察到的東西在很大程度上依賴于他對(duì)周圍世界知道并期望知道什么。簡言之，觀察是通過解釋、期望和希望而展開的。教師的指導(dǎo)從本質(zhì)上講是為學(xué)生的觀察活動(dòng)施加一種心理預(yù)期。其次，教師要充分利用觀察到的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，特別是要讓學(xué)生對(duì)自己觀察到的東西和別人的結(jié)果進(jìn)行比較和分析：什么地方是相同的，什么地方是自己沒有留意到的，甚至是和自己的完全相反，可能是什么原因造成的，能否在下一次的觀察活動(dòng)中得到驗(yàn)證……這些都需要教師發(fā)揮組織引導(dǎo)作用。通過這些科學(xué)觀察活動(dòng)，進(jìn)一步來發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

2.擺脫形式主義的探究活動(dòng)，激活學(xué)生的科學(xué)思維

兒童的科學(xué)探究從一開始就被要求同科學(xué)家的研究活動(dòng)相類似，人們試圖將課堂塑造成布魯納所描繪的那種情形：“讓孩子們在教室里的所為和科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里的所為只有程度上的不同，而沒有本質(zhì)上區(qū)別。”于是，在教學(xué)實(shí)踐層面上，教師將科學(xué)探究程式化地分解為提出問題、設(shè)計(jì)并執(zhí)行探究方案、搜集證據(jù)、建構(gòu)解釋、交流討論等步驟。但程式化的探究往往不是真正意義上的自主學(xué)習(xí)，也沒有引發(fā)學(xué)生更多的科學(xué)思維。在大多數(shù)科學(xué)課堂中，即使是那些被冠之以“自主探究”的部分，也往往是學(xué)生最無需思考的部分。比如有些教師將“拉力大小與彈簧拉長的長度之間的關(guān)系”作為自主探究內(nèi)容，其實(shí)稍微有點(diǎn)生活經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生對(duì)這一結(jié)論是心知肚明的，根本不需要學(xué)生作進(jìn)一步的思考。類似的還有“氣球內(nèi)空氣的數(shù)量和它飛行距離的關(guān)系”（反沖現(xiàn)象）等等。然而在實(shí)際的教學(xué)中，教師還是習(xí)慣于按照科學(xué)探究的固定程式來學(xué)習(xí)這些哪怕是非常淺顯的科學(xué)現(xiàn)象，給學(xué)生本應(yīng)高漲的科學(xué)興趣迎頭一桶冷水。

我們提倡還原科學(xué)探究的模塊化結(jié)構(gòu)，改變課堂中將科學(xué)探究作為一個(gè)完整的、步驟化的程序反復(fù)運(yùn)行之現(xiàn)狀。這實(shí)際上對(duì)教師提出了更高的要求和更為靈活的教學(xué)策略，因?yàn)樵谀K化的科學(xué)探究教學(xué)活動(dòng)中，教師參與的程度并不是固定的，他會(huì)前前后后地移動(dòng)，且在學(xué)生自主探究活動(dòng)時(shí)達(dá)到最大，這些要比啟動(dòng)“探究程序”更為復(fù)雜和困難。然而，真正擺脫了形式主義的探究活動(dòng)，才能真正激活學(xué)生的科學(xué)思維。

3.暴露學(xué)生日常思維的缺陷，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

邏輯性是科學(xué)思維的重要特性之一，然而這并不排斥非線性思維在科學(xué)教學(xué)中的作用，相反，很多偉大的發(fā)現(xiàn)都是一種非線性思維的產(chǎn)物。比如現(xiàn)代的板塊構(gòu)造學(xué)是由德國科學(xué)家阿爾佛雷德·魏格納提出的，這個(gè)想法最初出現(xiàn)在他的腦海里是因?yàn)樗跓o意中覺得南美和非洲兩個(gè)地方的海岸線像七巧板的兩塊木頭一樣可以接合在一起。現(xiàn)在越來越多的證據(jù)從不同的側(cè)面證明了板塊構(gòu)造理論，如現(xiàn)代精確測繪技術(shù)表明如今各大洲仍然在作細(xì)微移動(dòng)，大西洋兩岸存活著近乎相同的生物種群等。學(xué)生在解釋某些科學(xué)問題時(shí)，一開始也往往并不遵循邏輯性，他們常常像魏格納一樣提出兒童所特有的天真理論，教育家稱之為樸素理論。但在現(xiàn)實(shí)的課堂中兒童樸素理論是一種受壓迫、沒有取得合法化的理論。而兒童科學(xué)教育的效果，在很大程度上取決于教育者對(duì)兒童樸素理論的接受程度。[4]比如在研究物體在水中受到的壓力（如右圖）時(shí)，教師不妨讓學(xué)生先預(yù)測哪一個(gè)瓶子中的水柱噴得比較遠(yuǎn)。事實(shí)上，有相當(dāng)一部分學(xué)生傾向于“胖”的瓶子噴得比較遠(yuǎn)，因?yàn)樗鼈兛瓷先ジ鼌柡π∵@就是兒童所特有的樸素理論在起作用。

在課堂中，教師要有意識(shí)地設(shè)計(jì)能夠暴露學(xué)生樸素理論的一系列活動(dòng)，借助它們了解學(xué)生的真實(shí)想法是對(duì)的還是錯(cuò)的，如果是錯(cuò)誤的，怎樣來進(jìn)一步改變它。由此可見，學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展過程，其本質(zhì)就是錯(cuò)誤概念如何向科學(xué)概念轉(zhuǎn)化的過程。

科學(xué)思維不僅是一種理性思維，同時(shí)也是一種最自然的思維方式。它既不依賴神秘的權(quán)威，也不依賴虛無的假設(shè)，它鼓勵(lì)人們勇敢地接受真實(shí)的世界，直面不甚完美的現(xiàn)實(shí)。只有當(dāng)一個(gè)國家的大部分公眾都被科學(xué)思維所感召時(shí)，其民族精神才會(huì)隨之得以提升。從這個(gè)意義上講，科學(xué)思維理應(yīng)成為小學(xué)科學(xué)課的價(jià)值追求。

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責(zé)任編輯：楊孝如