科學家思維與實踐方式培養框架的構建與思考

摘? ? ? 要 發展科學核心素養是中小學生科學學習的鵠的，也是國民科學素質的基本內涵。科學核心素養不僅涉及科學知識的掌握，更包括科學思維、科學態度和科學精神的培養，集中體現為能以科學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活動之中，這為科學課程與教學提供了理論與實踐依據。科學家的科學活動對于中小學科學學習具有很強的指引作用，其內在一致性是保證學習活動真實性、有效性的關鍵所在。本文通過系統闡述科學家思維與實踐方式的內涵與特質，論證相關要素與維度，使其結構化，賦予科學學習以“真實”屬性，提升學生解釋科學現象、探索科學規律、解決科學問題的能力，這是中小學科學教育應有的價值取向與歸宿。

關 鍵 詞 科學課程? 科學教育? 科學思維? 科學實踐? 科學核心素養

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

就中小學科學教育目的而言，從大處論，就是要回答“培養什么人”，主要包括三類功能，即培養理工類專業研究后備人才、服務職業生涯需要、奠定國民基本科學素質。雖然以上三類對科學素養的要求層次與水平不同，但其內涵和全面性具有共通性，絕不是這樣一種結果：普通公民著眼于科學常識，職業需要著眼于科學技能，理工類專業研究則著眼于科學思維與創新精神，而是三者均衡發展，比如都需要一定的科學知識、基本的操作技能、起碼的探究意識與思想以及實事求是、敢于質疑等科學態度與精神。從小處論，就是致力于發展學習者的科學核心素養，包括科學觀念、科學思維、科學探究和科學態度與精神，這與義務教育科學領域課程文件的要求是一致的[1]。它們有利于學生解釋科學現象、探索科學規律、解決真實問題（包括復雜的社會和環境問題）。正如中國科學社的創始人任鴻雋所說：“近代科學是教育和修養最好的工具，因為天天求真理，時時想破除成見，不但使學科學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，從復雜中求簡單，從紊亂中求秩序;拿論理（邏輯）來訓練他的思維，而思考力愈增;用經驗來指示他的直覺，而直覺力愈活。”[2]科學學習對人的全面發展和終身學習具有很重要的意義。

然而，一直有一個問題困擾著中小學科學教育，那就是如何讓學生的知識學習過程與技能、思維、能力、精神的提升有機結合在一起。實則，國際科學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，將所有學習目標熔鑄于真實的科學實踐過程之中，也就是像科學家一樣思考與實踐。讓學生經歷像科學家一樣的探索、推理、行動、反思等過程，不論是知識學習還是其他方面，都將得到培養與提升。

除了具有以上重要意義之外，科學家思維與實踐方式對于科學教學也具有其必然性。親近并學習科學是所有現代人與自然世界和諧共存的基礎，我們需要一個科學合理的視角和路徑去觀察、了解和領悟這個世界。稍微熟悉科學史或者博物史的人就會發現，科學的發展有賴于一代又一代科學家的努力、突破與創新，其中蘊含著科學學習的真諦與正確方式。因此，不論是著眼于人的發展還是科技發展需要，我們都必須堅持：第一，以科學的方式學習科學，是所有人與自然世界互動的應然之態;第二，只有通過科學的方式學習科學，才是真正有效的科學教育，為科技人才奠基。這其中，涉及兩個重要問題：其一，什么是科學學習的科學方式？也即如何認識科學家思維與實踐方式？其二，科學家思維與實踐方式的結構系統和實施路徑如何？

接下來，我們將圍繞這兩個主要問題進行討論與闡述。特別要關注知識、情意、思維與實踐之間的重要關系，唯有在這一共同認識之上，才能更好地認識科學家思維與實踐方式的理論意義與實踐價值。

一、科學家思維與實踐方式的內涵與特質

從科學本質上講，就是要弄清楚“什么是科學”這一問題。任鴻雋認為，科學是學術，不是一種藝術（技術）。所謂形而下的藝術，都是科學的應用，并不是科學的本體。科學的本質是事實不是文字。唯其要研究事實，所以科學家要講究觀察和實驗[3]。李醒民認為，科學是人運用實證、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果。科學不僅僅在于已經認識的真理，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，科學經歷了從“知識本質觀”到“探究本質觀”的轉變[5]。后來，科學本質的范疇與內涵擴展為三個方面：科學是探究自然界的“思維”方式;科學是一種“探究”的方式;科學知識是暫時的、動態的[6]。對于中小學科學教育，美國《新一代科學教育標準》指出：“科學是解釋自然世界的追求，技術和工程是滿足人類需求、求知欲和抱負的手段。理解科學本質不僅僅是參與活動和進行探究。”[7]有學者對科學本質的研究進行了梳理，搭建了三維結構，包括科學知識的本質、科學探究的本質、科學事業的本質[8]。科學本質不僅僅涉及知識、探究過程、思維方法，還應包括動機與態度、科學信念、創新創造等要素。

從科學認知方式上講，戴維·帕金斯基于“如何像專家一樣思考”這一出發點提出，不同學科的主要認知方式不同，這決定了其研究方式方法也存在差異[9]。數學以歐幾里得式的形式推理為主，離開了對數學這一認知方式的判斷，舍棄了抽象、演繹邏輯、體系化的思想與思維方式，就很難準確把握這一學科的特點，很難認識數學作為一種認識生活、世界的獨特視角與方式。而歷史的認知方式揭示了歷史學習需要依據史料得出結論，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，證明是認知方式中的關鍵部分，而歷史研究的證明與科學證明截然不同。歷史事件發生在無法重現的過去，我們不可能再做實驗，同樣歷史的聲音也不像科學實驗室中的試管和電氣設備。科學認知方式可以概括為伽利略式的認知，主要考慮其對于實驗的重視和實踐、對于近代科學研究方法的創立、對于數理關系的認識與把握、對于理想實驗的創舉等[10]。科學認知方式，就是要尊重證據（很多時候是實驗驗證）、重視科學推理、追求簡潔和諧、追求世界的客觀認識等。

從科學實踐上講，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整;不斷解決問題，又產生新的問題。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往復的過程，實踐與理論認識是相互促進的。三是經驗的重要性。感覺經驗是第一的東西，只有實踐才能使人的認識開始發生，從客觀外界得到感覺經驗，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果，直接關系到模型建構，以及如何將實際問題轉化為學科問題的過程[11，12]。杜威批評傳統哲學所謂“旁觀者的知識論”以主體與客體的截然分離為出發點，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束，這正是實踐的觀點。我國義務教育科學課程將觀察、實驗、記錄、測量、制作、調查等作為探究實踐活動，突出強調“科學工程與實踐”[14]。其更高的意旨在于，不是為了“應用”而學，而是在真實問題解決之實踐中完成知識的學習、素養的提升。這里要著重說明的是，基于科學與技術的不同，我們將科學實踐與工程實踐相區分，并主要關注前者。

綜上所述，科學家思維與實踐方式著眼于科學素養的發展，就是要學生像科學家一樣思考與實踐，在科學學習活動中經歷“準真實”的科學家研究過程，重視并尊重證據，應用科學思維方法，用思維指導科學行為，用實踐檢驗思維成果，并結合檢驗結果和客觀實際，不斷優化結論。以下進行四個方面的說明。

首先，這不是科學精英教育的立論。很多研究者一看到“科學家”，就會提出質疑：中小學是打基礎的教育，應著眼于國民基本科學素質。這個質疑貌似有理有據，但是卻有一個內隱的問題，就是打什么基礎？這個基礎和科學家培養有什么關系？或者說指向科學家培養的教育是什么基礎？否則又是什么基礎？兩者難道沒有同一性嗎？前面我們業已闡述，不論是國民素質還是培養科學家，科學知識、思維、精神信念等在基礎教育階段是需要均衡發展的，此之為共同基礎。基礎教育不是培養科學家的教育，但學生要像科學家一樣思考與實踐。

其次，像科學家一樣，既然是“像”，那就“不是”，當然“模仿”也不合適，而應該理解為“不斷地接近真實的科學學習與研究”，雖然研究對象、內容以及答案在確定性和復雜性上有區別，但從研究以及研究過程的內涵與性質上應該保持一致。準確地說，中小學生的思考與實踐是“科學家思考與實踐”的低級或初級表現形式。這里我們應該思考，從真實的自然界與社會生活探索到學校科學實驗室與課堂有多大的距離？從科學家真實的研究情態到學生的科學學習有多大的距離？“真實”絕對是存在巨大挑戰的，但是“真實”或者“準真實”的程度將對于學生認識與學習科學造成相當的不同。

第三，“像科學家一樣”突出強調了面向未來。這可以從兩個角度理解：一個是提倡科學家思維與實踐方式，就是要盡力讓學生切身地體會科學家真實狀態下的知識結構與使用、態度思維等，從而樹立正確的價值觀念，學習并掌握科學的方法等。這些方面均具有很強的遷移性。二是如果學生將來參與真實的科學探索，這些能力素質的發展使其不僅不會感到陌生或不適，反而覺得科學本身就應該如此來“做”和“研究”，從而達成一種習慣或共同的認知和規范。當然，這些能力素質對于一般職業與生活所需，也大有裨益。

第四，與科學探究的關系問題。兩者在很大程度上具有相關性或交叉性，因為科學探究的確是科學家思考與實踐的一個重要方式，這與之前對于科學本質和實踐的討論一致。科學探究雖然具有很豐富的內涵，但其逐步的程序化或要素化正在損害著對“人的發展”的理解與思索，且在教學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，而科學家對知識的態度和看法、對世界的觀念等實際上并未進入科學學習的視野與實踐之中。相比之下，“像科學一樣思考與實踐”更加鮮明，而且更有利于關注思考，認識到思考與實踐的緊密關系（統一性）以及兩者不可偏廢。

二、科學家思維與實踐方式培養框架的構建

1.已有研究探討

面向21世紀教育，全球教育思想領導者、課程重構中心創立者和主席查爾斯·菲德爾全面分析了全球趨勢與挑戰，提出了為轉型世界重構教育，構建了包括知識、技能、性格和元學習四個維度的21世紀教育目標。知識維度（“我們所知道和理解的”）強調學科和領域的實踐性、認知性和情感性，強調新的現代的跨學科科目、分科和主題（如社交技能、全球素養），關注基礎概念、元概念、方法和工具，強調傳統和現代學習的共同融合專題（如信息素養、系統思維）。技能維度（“應用我們所知道的”）強調了知識與技能的不可分離性，包括創造力、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”）強調建立終身學習的基礎，支持家庭、社區和工作場所的成功的人際關系，發展可持續參與全球事務的個人價值和美德。元學習維度（“反思與適應”）強調反思，學會如何學習。這種反思是對知識、技能和性格的深刻反思，是對學習目標、策略和結果的全面反思[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、創造等的基礎;此處“技能”這一指稱，已經遠遠超出了我們對于“雙基”之“基本技能”的內涵范疇，更加強調了思維與行動的綜合表現;在科學教育中，性格更多地體現為穩定的信念和心理傾向、科學態度等;元學習維度體現為在理論與思維指導下的科學探究與實踐，以及對這一過程的調控，進一步準確地說，就是面對一個真實科學問題，學習者對自身的了解、對其難度復雜度的認識以及解決與驗證方式的選擇，并以此指導反復的實踐[16]。

經濟合作與發展組織（OECD）幼兒和學校司高級政策分析師和項目負責人田熊美保指出，世界各國課程再設計的共同趨勢從“以內容為中心”轉變為“以能力為中心”，現在轉變為“內容與能力并重”的整合模式[17]。當前，隨著普通高中和義務教育科學領域課程標準的頒布，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、情感態度價值觀“三維目標”到核心素養，包括科學觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任，更加強調了育人的整體性，而非分離;二是注重了知識的結構化，以主題或核心概念組織課程內容，實現“精兵簡政”;三是研制了學業質量標準，突出加強了知識內容與素養培養之間的關聯，同時提出了“用中學”“做中學”，將素養發展與知識學習融入真實的科學探究、活動與實踐中。然而，當前四大核心素養本身存在多重涵義交叉，而“像科學家一樣思考與實踐”不僅蘊含了核心素養的各個維度，更加綜合，避免了人為的割裂，且明確地指出了學生學習科學的樣態與參照標準。從思維上講，“科學思維”內含于科學探究與實踐之中;實踐角度上說，“科學探究”亦在其中。除思維與實踐本身具有很強的交互關系之外，科學知識與概念當然也是思考與實踐的重要基礎，態度與責任自然也是影響思考與實踐的重要因素。由此而言，構建科學家思維與實踐方式培養框架的理論意義已經非常明顯與重要，也就是將科學知識學習與核心素養發展熔鑄于像科學家一樣的思維與實踐活動之中。這一思路又為教學指明了方向與途徑。

2.框架構建與闡釋

基于以上討論，“像科學家一樣思考與實踐”應作為科學課程的架構邏輯，更是科學學習的理論依據和實踐指針。下面對科學家思維與實踐方式進行了框架構建，對思維與實踐的關系進行探討。

（1）框架構建

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”處于一個基礎性的位置，而且很多時候，它們在科學實踐活動中發揮作用，與思維一樣，呈現相對隱性的狀態。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關系（不是完全對應關系，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？

對于科學知識，我們首先探討其主要內涵與范疇。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成的科學內容框架，包括事實性知識、程序性知識（如科學探究、調查活動）、認知性知識（如科學家的工作、像科學家一樣思考和寫作、科學如何聯系和貢獻真實生活與世界）、跨學科知識（如道德與倫理、可持續發展、國際理解等）[18]。其中，認知性知識是一種在科學知識構建過程中必不可少的關于構造和特征定義的知識（如假設、理論和觀察），以及它們如何在證明科學知識的過程中發揮作用的知識[19]。這與科學思維直接相關。關于知識基礎影響思維水平，并不難理解。一個顯著的例子便是，一個特定專業背景的人士很難給出不同專業領域的專業意見。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揮作用。另一方面，即使同為科學背景，由于“范式”的變換，觀察與思維也發生了巨大的變化，這也就是科學哲學中提出的“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驗所教給他去看的東西。比如，從“地心說”到“日心說”，所有科學家看待天空的態度都變了，看到的東西也變了。在達爾文進化論前后，生物學家看待生物、甚至看待人的視角與內容也都發生了變化，此之謂“科學革命”[21]。對于一個中小學生，隨著學習內容的拓展和深入，潛在地存在著科學“范式”的變遷。

對于科學情意，主要是指在科學活動中學習者或者說研究者所具有的科學態度、科學情感、科學信念、科學精神以及價值觀等。美國《新一代科學教育標準》中提出，情感領域（涉及興趣、經驗和熱情等）是科學教育的關鍵組成部分;科學和工程領域的概念和技能的發展與諸如興趣、參與程度、動機、持久性和自我認同等因素之間有著密切關系[22]。學科或領域內在的美和力量是我們人類的巨大成就，是學生學習動機的源泉，有助于學生理解世界，應該傳達給學生[23]。興趣等動機對思維的積極性影響自然不必多說，這里重點討論科學思想信念的問題，因為這往往是我們認識薄弱以及在教學中重視不夠的。信念并非意識的某種瞬時樣態，它實質上是一種具有持久性的思維習慣。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，西方科學的傳統源自于古希臘哲學思想，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系，正是這一思想締造了近代科學的繁榮。其精髓在于：為科學而科學;追究事物的根源，并力圖提出原理性的假設與理論;科學的精神價值高于物質價值[26]。例如，相信“上帝不會擲骰子”的愛因斯坦針對量子力學“測不準原理”多次提出理想實驗進行質疑，以波爾為首的哥本哈根學派均給予了“回擊”。愛因斯坦雖表示接受，但直到晚年，才勉強認同了“可惡”的“不確定關系”[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

在上文中，我們已經多次針對思維與實踐（行為）的對應性作過討論。這個部分擬對兩者及其品質進行探討，也是對圖1所示框架的補充。同時，為了增強科學家思維與實踐方式培養框架的指導性和可操作性，引入了“思維”以及對應的“行為”的品質要素，從這個意義上講，也是對以上框架的拓展，使平面結構轉變為一個立體模型。行為與思維以及其品質要素的關系，如圖2。

第一個維度：科學思維，包括目的、問題、假設和觀點、信息和證據、推理與解釋、啟示和影響等方面[28]。這集中反映了“像科學家一樣思考與實踐”中的“思考”。比如說，對于推理與解釋，要關注推斷證據的含義是什么;核實各個推斷之間的一致性;基于推斷驗證假設等。林肯基本信息圖書館（The Lincoln library of essential information）有言：真正的科學探究人員從不在結論上跳躍，從不把任何事情想當然，從不認為他的結論比他所獲得的信息更好，從不用觀點或者已經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家可以重復的，且可以得出相同的結論。只有通過這一方式，值得信賴的科學知識方可建立。

李醒民提出，作為科學主體的科學家是最積極、最活躍的因素。尤其在科學革命時期，新科學觀念的提出有賴于科學家的“機智的反思”和“思維的理性”，或用愛因斯坦的話來說，取決于科學家的“思維的自由創造”或“理智的自由發明”[29]。科學思維是科學研究行為、創造的靈魂，沒有思維的學習活動必然是干涸的、沒有深度的、不能達成真正科學理解的。杜威將“反思性思維”作為教育的主要目的，其倡導把科學信念建立在證據的基礎之上，在對情境、問題和因素進行“理智化”的過程中，強調思維的連續性和推理，伴隨著行動對假設的檢驗，又產生新的問題[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自己的行為。那種認為“只需要看見就能學會”的想法是非常幼稚的。在大多數領域，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境。例如，當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。孤立的經驗從來都不具有說服力，它只有依據學習者所采用的不同思維模式才能獲得自身意義[31]。另一方面，思維是內在的，在科學學習中，有時候通過言語來表現，比如一種科學說明或解釋，其中體現了推理、邏輯等，而這與實踐檢驗還有一定的距離。

第二個維度：科學實踐（行為），包括觀察、設計與開展實驗、致力于精確的測量、力圖發現物質運動規律、研究相關或相似的現象、形成一般的假說或物理理論等[32]。這集中反映了“像科學家一樣思考與實踐”中的“實踐”。以觀察為例，觀察應該包含主動的探索，應當基于對學生興趣的激發，在性質上應該是科學的。要靈活應用廣泛的觀察、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，對于使學生感到探究領域的實在性，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變為聯想的材料來說，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。就這兩類科學觀察而言，后者比較專門化，技術性較強;而前者又比較膚淺、分散。學生要從感性觀察逐步發展到科學家式觀察[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準”。實則，實踐也是促進學生真實學習的主要途徑，對此前文已有論述。有些學習可能需要記憶，需要聽長者或者教師傳授，但是我們最終會發現，不論是記憶還是傳授，只有學習者經歷了真實的實踐，在理解、領悟或者智識上產生回應或者共鳴，這種知識方可能是持久的，才可能成為自身認知的一個部分。當然，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驗產生關系，但是畢竟學習者不可能全部自身去經歷。這種貌似脫離實際的學習當然也有意義，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，證據與思維支持下的質疑與檢驗將會使我們獲益終身。這里還要辨析一個概念，那就是關于直覺等形而上學的提法，因為其與實踐的觀點形成了對立。科學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。認為直覺是更高更深刻的認知方式，能夠超越感覺經驗的內容，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，包括清晰性、準確性、相關性、復雜性、普遍性和邏輯性[35]。如清晰性，要關注你是否可以進一步詳細說明你的觀點？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？清晰是一個基本標準。如果一個表述不清晰，我們就不能確定其是否準確或相關。事實上，當我們不知道其在說什么，不能給予任何回應。

有學者認為，科學思維是關于任何科學主題、內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構并將智力標準（intellectual standards）加諸其上來提高思維質量[36]。這一智力標準便需要一個反應思維深刻性的品質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，體現了對思維以及外化行為的監控，正如前文中四個維度的教育中的“元學習”維度。有了這個維度，科學思維與實踐才有更加明確的路徑去豐富、深入與拓展。在科學教學中，我們需要通過學生的外在表現，特別是學生在解決真實科學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、學科等多領域良好的知識基礎，更重要的是，需要有相關的思維方法與能力，而且也不可能盡善盡美。這樣一種品質的指標與層次，確是應該不斷完善與優化的重點。

上述維度的細化有助于更加深入地認識科學家思維與實踐方式，對于優化科學教學實踐也具有較強的指導作用。

三、啟示與建議

1.注重學生情意因素在科學教育中的地位

科學學習的情意因素非常重要，這毋庸置疑，但是其在實際教學中關注與監測不夠，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狀，如W.海森伯在科學發展的宏大視野下指出，恰恰是希臘思想及其業已被我們繼承的全部遺產中，清楚地顯露出精神的卓越之處。為什么強調精神之重要，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的人決定的，若無胸懷目標的人在場，箭恐怕永遠不會自己開始飛行。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.增強科學教育教學的實踐性、開放性

為發展學生的科學核心素養，加強知識結構化、涵養科學情意、提升科學思維能力、解決真實科學問題，需要實踐。而實踐的開放性也應該是中小學科學課程教材的基本要求與特征。比如，強化教材內容（素材）的豐富性，確保問題提出與解決過程是一個開放過程;強調嚴密性，確保科學實踐過程和結論經得起質疑，等等。我們要關注學生科學學習實踐中的行為，這不僅是科學教育目的之所在，也是監測教學成果的根本依據。按照圖2所示，科學素養（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，也可能通過多種形式的說明、解釋來呈現。因此，我們將思維與行為同權放到以上公式之中，以供同行評議與參考借鑒。

3.更加重視科學史料的價值

對于科學史，實際教學的突出挑戰是，教育者缺乏科學史的知識與應用能力，不清楚如何自然生動地以史為鑒，引導學生像科學家一樣思考與實踐。當然也就不會讓學生具身地感受科學研究與突破的精神共鳴、科學思潮的跌宕與審辯等。比如，德國物理學家歐姆在研究電壓、電流和電阻關系時，面臨的困難絕不是當前課堂所見到的，可以直接將問題確定為三者的定量測量，而且儀器是現成的。沒有理想的穩定電壓，歐姆從伏打電堆的嘗試轉變到溫差電池才得以實現;沒有理想的電流表，他從利用電流的熱效應導致的熱脹冷縮來測量電流的大小到使用電流的磁效應，進而依據此原理設計了一個扭秤才得以實現。然后他利用溫差電池和電磁扭秤繼續進行金屬的導電實驗，終于得出了“通過導體的電流與電勢差成正比，與電阻成反比”的結論[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

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

【責任編輯? 鄭雪凌】