科學教育如何促進學生“學會思考”

（北京師范大學科學教育研究院；北京師范大學中國教育創新研究院）

我國《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020 年）》中明確指出：為了“形成各類人才輩出、拔尖創新人才不斷涌現的局面”，應“深化教育教學改革，創新教育教學方法，探索多種培養方式”，“激發學生的好奇心，培養學生的興趣愛好，營造獨立思考、自由探索、勇于創新的良好環境”[1]。隨著國家對科學教育的重視程度日益加強，高?？茖W教育的目的、內容和形式都發生了顯著變化，但是在培養學生“學會思考”的意識和能力方面，高校的人才培養體系做得還遠遠不夠。本文主張高?？茖W教育應將“學會思考”作為重要的育人目標。以此為前提，本文分析了學生“學會思考”缺失的表現，探討了解決這些問題的思路、提出了操作性的建議，以供科學教育研究和教學實踐參考。

一、“學會思考”應成為科學教育重要的育人目標

面向未來的科技人才培養，不僅應著力培養學生的專業能力，還要發展學生的文化理解與傳承素養、審辨思維、創新素養、溝通素養、合作素養等21 世紀核心素養[2]，以提升學生解決真實復雜問題的能力，迎接未來世界的挑戰。教給學生“學會思考”是該教育愿景能夠有效達成的基礎，是科學教育重要的育人目標。

教給學生“學會思考”，盡管這一詞匯還未被作為一個育人目標廣泛使用，但表達其某些含義的各種用詞卻被普遍推崇。例如，愛因斯坦在其論教育的名篇《培養獨立思考的教育》中曾強調“學校的目標應當是培養獨立工作和獨立思考的人，這些人把為社會服務看作自己最高的人生問題。”“如果一個人掌握了他的學科的基礎，并且學會了獨立思考和獨立工作，就必定會找到自己的道路，而且比起那種其主要訓練在于獲得細節知識的人來，他會更好地適應進步和變化?！盵3]耶魯大學前校長理查德·萊溫(Richard.C.Levin)在一次采訪中說，“我們希望學生具有思辨能力和獨立思考的能力。要知道，美國課堂教學的重要內容是教師與學生之間的互動，我們鼓勵學生質疑老師，鼓勵他們質疑書本，鼓勵學生不墨守成規，去質疑固有的理論，并盡可能地建立起自己的理論體系。所以說，獨立思考的能力是教學的首要目標。”[4]這些論述均強調了思維能力、思維的獨立性和反思性，“審辨思維（批判性思維）”表達了相似的內涵，發展學生的審辨思維已經成為很多國家和地區各層次教育的重要任務[5]。在美國，各級學校把培養學生“批判性思考能力”作為首要教育目標。還有人認為，批判性思考比創新思考更加重要，因為只有批判性思考，才能防止將可疑的想法轉變成不智的行為[6]。學會思考，要逐漸養成敢于質疑的態度；學會思考，要保持理性，不盲從，不隨波逐流[7]。可以說會思考既是一種思維品質，又是一種相對不變的品質，是使一個人終身受益的“萬能鑰匙”[8]。

本文主張將“學會思考”作為科學教育重要的育人目標，希望明確其三個方面的內涵與特征：首先，“學會思考”的內涵應該是多維度的。在能力方面，一個“學會思考”的人，應該“崇尚真知，能理解和掌握基本的科學原理和方法；尊重事實和證據，有實證意識和嚴謹的求知態度；邏輯清晰，能運用科學的思維方式認識事物、解決問題、指導行為”；“思維縝密，能多角度、辯證地分析問題，做出選擇和決定”[9]；從而在面對復雜問題時能夠進行有序、理性的思考，具有解決復雜問題的能力。在品格方面，一個“學會思考”的人，應該“具有問題意識；能獨立思考、獨立判斷；具有好奇心和想象力；能不畏困難，有堅持不懈的探索精神；能大膽嘗試，積極尋求有效的問題解決方法”[9]；具有“好奇、開放、冒險、挑戰、獨立、自信和內驅等典型特征”[10]；不但能夠不懈質疑、理性分析、不斷反思，而且能慎重考慮他人觀點且尊重他人挑戰自己觀點的權利[5]。在價值觀方面，一個“學會思考”的人，應尊重科學、贊賞科學對人類文明和社會進步的貢獻，認識科學技術研究與應用應受倫理等的約束；愿意致力于破解科學難題、為科學事業而奮斗。其次，“學會思考”應該是多層次的。既包括諸如“質疑批判、分析論證、綜合生成和反思評估”[5]等一般性的素養要素，又包括諸如“形成描述、歸納分類、建立規律、做出解釋、推論預測、達成目標、解決麻煩”等不同任務類型問題解決的程序路徑，還包括各學科領域問題的解決方法。第三，“學會思考”應是動態發展的。不光有“會思考”的能力，還應該具有持續“學習”、不斷提升自我“思考”能力的意識、策略和行動，從而使“會思考”的水平能夠持續發展。

二、“學會思考”缺失的表現

長期以來，由于我國科學教育過分注重知識的灌輸，忽視了科學精神、科學方法的培養[11]，這樣的教育文化被固化后難以迅速轉變，特別是受社會浮躁氛圍的影響，教育的功利性追求有增無減，處于信息爆炸和信息泛濫時代的青年學生越來越難沉下心來潛心鉆研。致使很多大學生包括研究生看起來很勤奮，卻不愿思考、不敢思考、不會思考，成為行為上的勤奮者和思想上的懶惰者，具體表現有：

缺少深度思考的動機，不愿思考。許多學生缺少對科學貢獻和科學價值的真正追求，缺乏對科學的好奇與追問，缺少不畏困難、持之以恒的品格，缺乏對科學在研究什么問題以及如何解決問題的深入思考；許多學生的觀念中功利取向很強，大學生認為考試考什么就學什么，研究生認為容易發論文的研究選題才是好選題，很少會超越教材內容、超越導師的具體要求去積極探索。

缺少自主思考的信心，不敢思考。許多學生對自主思考缺少信心，認為只要自己能想到的，肯定早有專家都想好了，自主思考沒有價值；許多學生抱有走捷徑的心態，擔心自己想的不對、走彎路耽誤時間，從而放棄自主思考；許多學生不認可思考的自我訓練價值，無法認識到持續的自主思考是學習和研究能力提升的重要途徑。

缺少有效思考的策略，不會思考。許多學生在問題解決過程往往憑印象、憑感覺、憑嘗試來解決問題，缺少清晰的思路，不知道該如何表征問題、拆解問題和解決問題；許多學生的思維過程缺少有序性，不會對思維過程進行自省、監控和調節，思維方式和思維品質中缺少系統性和辯證性；許多學生缺乏或者不知道自主學習和自主研究問題，對別人的觀點不會分析判斷，不會揚棄和重建概念，不會獨立思考和工作，不會總結實驗結果，寫實驗報告，以至于最后寫不出畢業論文[12]。

大學生缺少“學會思考”的意識和能力，已成為制約我國高校科學教育質量提升的瓶頸，轉變這一現狀對于創新型人才培養至關重要。

三、培養學生“學會思考”主要措施

實現學生“學會思考”的教育愿景是一項系統工程，絕非易事，有賴于大學的科學研究、教學實踐、教育教學研究和教師專業成長的文化環境和保障機制的系統變革，從而營造“學會思考”的育人環境，建立科學與人文教育融合的培養體系，建設反映真問題、真思路的課程內容，探索促進學生思維品質提升的教學方式。本文從以下幾方面提出建議、做出呼吁，但真正破解這些難題仍需更為廣泛、深入的研究與實踐探索。

1.營造促進學生“學會思考”的育人環境

科學教育中存在的諸多問題，最大的癥結恐怕不在教育本身，而在科研文化和大學文化。我國科研文化和大學文化環境浮躁，唯論文、唯帽子、唯職稱、唯學歷、唯獎項等功利性現象普遍且頑固，剽竊抄襲、移花接木、低水平的重復、盲目追求論文論著數等學術“泡沫”層出不窮。如果教師的學術出現浮躁和“泡沫”現象，必然會影響學生的學術理念[13]。

營造良好的促進學生“學會思考”的育人環境，首先應摒棄功利性、唯數量的科研評價方式。2018 年10 月，科技部、教育部、人力資源社會保障部、中科院和工程院聯合發文，開展清理“唯論文、唯職稱、唯學歷、唯獎項”專項行動[14]。兩年過去了，這一頑瘴似乎并未得到有效緩解。近期，多部門又在論文[15][16]、專利[17]等評價指標的使用上出臺了一系列指導意見，但這些措施在高校似未引起太大波瀾。核心問題在于這些意見指出了問題、提出了“禁令”，卻沒有給出解決問題的有效途徑。雖然目前在“破”上已經取得突破，但在“立”上還不清晰，需要在評價機制上進一步優化設計。其次應轉變“重科研、輕教學”的高校環境。在高校，專心搞教學的教師似乎成為另類，不受重視甚至受到歧視。多數教師無暇顧及教學，且教學偏重知識灌輸。

不論是評價科研還是評價教學，目前看都難逃指標化的束縛。教學評價比科研評價更復雜，由誰來評、按照什么標準來評等都是更難解決的問題。如果將各類教學獎項作為評價教師教學的主要指標的話，對于普通教師而言，科研論文似乎是更可及、更可控的目標。正是由于這個原因，盡管越來越多的高校不斷加大對教學成果的獎勵，但重視教學的氛圍遲未形成。由此看來，需要擺脫對“靠轉變評價方式來改變育人環境”的依賴，創新設計其他的實現路徑。只要這樣，才能真正保障大學科學教育變革的實現，否則教給學生“學會思考”只能是停留在紙面上的口號。

2.搭建支撐學生“學會思考”的培養體系

科學教育不僅是為了提升國家的經濟實力或者軍事實力，更重要的是提供思想和精神，使求真務實和邏輯思辨成為一個國民的一種最基本的行事、思考和討論問題的方式[18]。改革科學教育，要加強科學與人、與社會的聯系，充分挖掘科學教育中的人文價值，發揚科學精神，注重理性精神的培育，實現科學價值和人文價值的統一[19]。

首先，科學教育應注重發展學生的探索精神與社會責任感，激發良好的學習與研究動機。亟待加強的方面主要包括：對科學及其價值的認識和理解，認識并贊賞所學學科領域對于社會進步以及個人職業發展的重要作用；理解所學學科對自然和人類的長遠影響，認識在發揮科學技術功能時應最大限度的避免和克服它們的破壞作用和消極影響；認識所學學科的發展前沿和尚待解決的難題，以及這些難題的破解對于社會發展所將發揮的作用。

其次，科學教育應注重培養哲學思想與邏輯思維，幫助學生形成良好的科學思維品質?？茖W教育不能夠脫離哲學教育，而在我國高?？萍碱惾瞬排囵B體系中，哲學往往被看作“無用”的領域，學生哲學思想的培養被嚴重忽視?？茖W史、科學哲學、科學社會學等方面的教育能夠幫助學生加強對科學的反思，加深對科學本質、科學方法、科學精神等方面的認識，樹立科學思想，崇尚科學精神，同時受到科學之美的熏陶[20]。邏輯學是所有科學的基礎，它在人類整個知識結構中占據著重要的基礎地位，與科技的發展和社會理性的形成緊密相關。在我國，邏輯學一直沒有成為大學教育的重要內容，鮮有大學為科學類專業的學生開設[21]，而發達國家對邏輯教育相當重視，尤其是21 世紀以來，由于信息科學和計算機科學對邏輯學的極大需求，使得邏輯學發展重現生機，一些大學紛紛加強了邏輯學教學。

需要特別指出的是，科學教育與人文教育相融合，應體現在每門課程尤其是核心專業課程的教學中，而不是科學和人文社科兩大類課程的拼盤。只有將科學教育和人文教育真正地整合起來，科學的人文內涵才能超越那些需要學生背記的文字和段落，才能真正轉化成學生的思維方式。這一愿景實現起來并不容易，特別需要開展基于學科的大量的基礎研究和進行深入的課程內容建設，從而為學生搭建起“學會思考”的寬厚基礎。

3.建設承載學生“學會思考”的教育內容

我國高?？茖W教育內容的更新速度緩慢，與科學發展前沿和生產實踐脫節的情況比較嚴重，以靜態陳述知識結論為主，缺少時代性、真實性、過程性和思想性。由此，學生學了不少科學知識，但是不清楚這些知識是如何建立的，為何獲得科學共同體的接納，在哪些領域適用，存在什么局限、問題和挑戰，進一步會如何發展；不清楚這些科學知識創造、評價、應用和發展背后的人和事，涉及哪些群體，他們在如何工作，又有怎樣的品格，跟學生自身職業發展有什么關系。學生往往僅在一個“純粹的”知識海洋中航行，而沒有邁入一個“真實的”科學世界，從而教育內容的建設是高?？茖W教育發展的一個重要領域。

為了培養面向未來的科技創新人才，我國的科學教育必須與時俱進，充分引入科技發展的前沿成果，關注科技未來發展對教育的挑戰與需求，增強課程內容的時代性；精選并設計基于真實問題解決、體現學科交叉融合特征的學習任務，促進學生在“真情境”中探究“真科技”。通過向學生呈現科技領域的未解難題以及突破這些難題將對社會進步和人類福祉提升所起到的作用，激發學生探索未知和攻克難題的熱情，這才是吸引學生學習科技的內在動力、真正動力[22]。

4.實施培養學生“學會思考”的教學方式

近年來，高校科學教學方式發生了很大的變化，教學實踐中已經開始關注為學生思考提供機會，例如通過設置相應的學習活動讓學生經歷自主建構認識、主動探究問題，避免被動輸入性的學習；已經開始創設鼓勵學生思考的氛圍，例如營造開放的學習環境，鼓勵學生表達觀點，引導學生進行科學論證和爭論；已經較多地應用信息技術手段，開展線上線下多樣化的教學方式。這些措施為學生“學會思考”提供了積極的幫助，但是還不夠充分，仍沒有直指學生思維的內核。在教學中，應將具體的知識點的教學視為培養思維程序的案例和載體，借助不同的案例承載和強化學生問題解決思路的習得。為了實現這一目標，需要教師從龐大的教學內容體系中提煉、概括出核心的問題解決任務類型，外顯出真實科學問題解決的思路方法，建立適合學生理解和應用的思維程序。

在教學實施中，可通過以下策略促進學生“學會思考”。在教學中明確設置相應的環節，促進學生對問題解決過程的監控與反思；通過給學生以明確的指令，讓學生不斷經歷問題解決的具體過程與問題解決的抽象思路之間的關聯互動，指導學生以抽象思維概括出問題解決思路并將其內化為自己的認識；當學生再次遇到相同或類似的新問題時，便可以調用該方法去解決新問題，繼而對思路進行修正；如此循環往復，將科學方法和科學思想的教育真正轉化為學生的問題解決能力，將真問題、真思路和真體驗從內隱的、潤物細無聲的教育轉變為顯性的教育。

為了有效培養學生“學會思考”的能力和態度，需要對不同的課型做出轉變。在理論課教學中，學生可以進行科學文獻閱讀，自主概括核心觀點，建構科學認識和提煉科學方法，而非直接呈現給學生濃縮的知識結論；給學生設置開放性、不確定性的任務，避免標準答案，激發學生的創造性。在實驗/實踐教學中，避免簡單抄寫教材內容的預習報告，改變照方抓藥的實驗模式；開展長周期的實驗研究活動，不僅帶領學生領略科研創新的無限風光，也要讓他們經歷挫敗、體驗困頓，還要感受科研日常工作的平淡無奇和重復細致，形成嚴謹、求實的態度，培養堅忍不拔的品質。

我們特別倡議在高校科學教育中大力開展項目式學習。近年來項目式學習(Project Based Learning，簡稱PBL)受到國內外教育工作者的廣泛關注。項目式學習是一種以學生為中心的教學方法，強調學生在真實的情境中，通過問題驅動組織開展探究活動，學生通過合作的學習方式解決問題，最終展示分享研究成果[23]。項目式學習注重引導學生在問題解決或項目實施過程中學習和應用核心概念，當學生有機會將課堂所學知識應用于真實問題、需要持續投入時間與精力展開合作以完成一個項目時，能更為深入地理解所學內容。項目式學習不僅能激發主動學習，而且引導學習者運用高階思維能力，是素養培養的有效途徑[24]。

通過精選科技工作者“活生生”的真實案例，挖掘這些案例背后科技工作者們在干什么、想什么、遇到什么問題和困難、解決問題的思路是什么、發展的方向是什么······把這些真實案例改造成適合學生的項目式學習活動，運用促進學生“學會思考”的教學程序和策略，引領學生探尋真實問題解決的真過程、真思路，不僅掌握基本的科學方法，還能體會這些科學方法在解決真實復雜問題時是如何發揮效力的，提升學生的問題解決能力。

感謝黨育杰、朱葉、冀爽等在本文撰寫過程中提供的幫助！