高中生物科學(xué)思維及教學(xué)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上對生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的理解科學(xué)思維及其教學(xué)趙占良摘要科學(xué)思維是基于事實(shí)證據(jù)、運(yùn)用科學(xué)概念、通過科學(xué)推理和論證對客觀事物的本質(zhì)、規(guī)律及其相互關(guān)系作出判斷和解釋、對事物客觀發(fā)展變化作出預(yù)測的認(rèn)識方式。科學(xué)思維的核心是理性思維，理性思維具有批判質(zhì)疑、重實(shí)證、重邏輯等特點(diǎn)。直覺、想象、靈感和頓悟等非理性因素是理性思維的有效補(bǔ)充。科學(xué)思維與技術(shù)思維、工程思維、倫理思維和審美思維等既有區(qū)別又有聯(lián)系。教師要根據(jù)科學(xué)思維的內(nèi)涵和特點(diǎn)加強(qiáng)科學(xué)思維教學(xué)。關(guān)鍵詞科學(xué)思維；理性思維；證據(jù)；邏輯      高中生物學(xué)課程是自然科學(xué)課程，將科學(xué)思維列入生物學(xué)學(xué)科核心

2、素養(yǎng)，凸顯了本課程的科學(xué)屬性和育人價值，也昭示了科學(xué)思維的培養(yǎng)是本課程的核心任務(wù)之一。為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，首先要弄清楚什么是科學(xué)思維。1科學(xué)思維的內(nèi)涵     普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）（以下簡稱“新課標(biāo)”）指出：“科學(xué)思維是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。”從這個定義可以看出，科學(xué)思維首先是指一種思維習(xí)慣。這種思維習(xí)慣具有什么特點(diǎn)呢？從思維的取向即態(tài)度和意識層面說，要尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度。尊重事實(shí)和證據(jù)概括地說就是重實(shí)證，這是科學(xué)思維的顯著特點(diǎn)。這里所說的事

3、實(shí)，是指運(yùn)用科學(xué)手段搜集、用科學(xué)話語表達(dá)出的科學(xué)事實(shí)。我們看到太陽東升西落，這只是我們主觀上的感覺，并不是科學(xué)事實(shí)。有人質(zhì)疑將“事實(shí)和證據(jù)”并列的說法，理由是事實(shí)就是證據(jù)，“事實(shí)和證據(jù)”是同義重復(fù)。其實(shí)，新課標(biāo)將事實(shí)和證據(jù)并列是有道理的。所謂證據(jù)，是指可以用來作出判斷的事實(shí)依據(jù)，它建立在事實(shí)的基礎(chǔ)上，但與事實(shí)之間不能完全畫等號。事實(shí)林林總總，只有與論題直接相關(guān)的事實(shí)才能作為證據(jù)。例如，某種激素能促進(jìn)植物果實(shí)發(fā)育的實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果只能作為這種激素能促進(jìn)植物發(fā)育的證據(jù)，不能作為它促進(jìn)人體發(fā)育的證據(jù)，因此，所謂吃了激素催熟的水果就會影響兒童發(fā)育的說法，就是在證據(jù)的認(rèn)定上出了偏差。嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，不

4、僅自然科學(xué)需要，人文和社會科學(xué)也需要。但在自然科學(xué)領(lǐng)域，嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)有特定的含義：嚴(yán)謹(jǐn)主要是指獲取證據(jù)的方法和從證據(jù)到結(jié)論的思維是嚴(yán)密的、周全的、無漏洞的；務(wù)實(shí)主要是指使人的認(rèn)知符合客觀事物的真實(shí)情況。怎樣才能做到嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)呢？新課標(biāo)提出要“運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實(shí)際問題”，這就涉及什么是科學(xué)的思維方法問題。而關(guān)于這一問題，新課標(biāo)在定義科學(xué)思維之后，緊接著似乎就給出了答案：“學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，如能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會議題?！睆纳舷挛膩砜?，這里所說的“歸納

5、與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法”，應(yīng)該就是前文所說的“科學(xué)的思維方法”。我們知道，歸納和演繹都是常規(guī)的邏輯思維，不僅科學(xué)研究離不開它，其他方面的研究和日常生活也離不開它。批判性思維和創(chuàng)造性思維同樣有著廣闊的應(yīng)用范圍，它們與歸納、演繹等常規(guī)邏輯思維顯然也不在一個層面。那么，究竟該怎樣理解科學(xué)思維的方法呢？     我們不妨將普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）關(guān)于科學(xué)思維的表述作為參照：“科學(xué)思維是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及其相互關(guān)系的認(rèn)識方式；是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)物理模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)

6、領(lǐng)域的具體運(yùn)用；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格?！边@段話強(qiáng)調(diào)了科學(xué)思維內(nèi)涵的幾個要點(diǎn)：科學(xué)思維是一種認(rèn)識方式，其目標(biāo)是認(rèn)識客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及其相互關(guān)系；為了達(dá)到這樣的認(rèn)識目標(biāo)，要在經(jīng)驗(yàn)事實(shí)（證據(jù)）的基礎(chǔ)上運(yùn)用抽象概括、分析綜合、推理論證等方法；科學(xué)思維既是一種能力，也是一種品格（與生物學(xué)新課標(biāo)所說的“思維習(xí)慣”很接近），這種能力和品格具有質(zhì)疑、批判和創(chuàng)新的取向和特質(zhì)。與生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)不同的是，物理課程標(biāo)準(zhǔn)未將批判性思維和創(chuàng)造性思維列為科學(xué)思維的方法，對此筆者是贊同的?！昂虾踹壿嫷厮季S、辨別自己和他人思維中的謬誤

7、是批判性思維的核心”1，可見批判性思維主要是指運(yùn)用邏輯思維去辨別自己和他人思維中的謬誤，主要強(qiáng)調(diào)的是對既有思維過程進(jìn)行的批判性、審辨性思考，其具體方法仍然主要是邏輯思維。創(chuàng)造性思維是指在邏輯思維的基礎(chǔ)上，通過想象、聯(lián)想、直覺思維、靈感思維等，創(chuàng)造出新觀點(diǎn)、新理論、新方法等，可是說是心智的自由構(gòu)建活動，雖然也能總結(jié)出若干具體方法2，但沒有哪位科學(xué)家和發(fā)明家是按照書本上總結(jié)出的創(chuàng)造性思維方法去思考和創(chuàng)造的，因此似可不必將其列入科學(xué)思維的方法之中。     綜合上述兩個學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合邏輯學(xué)、思維科學(xué)、科學(xué)方法論等文獻(xiàn)，可以對科學(xué)思維的內(nèi)涵作如下概括：科學(xué)思維是基于

8、事實(shí)證據(jù)、運(yùn)用科學(xué)概念、通過科學(xué)推理和論證對客觀事物的本質(zhì)、規(guī)律及其相互關(guān)系作出判斷和解釋、對客觀事物的發(fā)展變化作出預(yù)測的認(rèn)識方式?？茖W(xué)思維是一種重視實(shí)證和邏輯的求真務(wù)實(shí)的思維習(xí)慣和能力；既是常規(guī)邏輯思維在科學(xué)領(lǐng)域的具體運(yùn)用，又需要批判審視、質(zhì)疑包容的思維取向和心理品格，還要靠想象、聯(lián)想、直覺和靈感等非邏輯思維提出創(chuàng)造性見解。在它所運(yùn)用的邏輯思維中，概念、判斷、推理和論證都是思維的形式3。不同形式的思維都有一定的思維方法：概念（包括模型）的形成主要靠抽象和概括的方法；判斷有時靠感覺和知覺就可直接作出，有時要在概念基礎(chǔ)上進(jìn)行推理才能完成；推理的方法主要是歸納和演繹（在邏輯學(xué)上也將類比、比較、分類

9、、分析和綜合納入歸納的范疇）3；僅靠推理只能使得出的判斷合邏輯，不能保證它符合客觀實(shí)際，驗(yàn)證判斷的真實(shí)性靠論證，論證由論題、論據(jù)和論證方式組成，論證方式同樣離不開歸納和演繹的推理方法3。      科學(xué)思維作為一種思維習(xí)慣，對科學(xué)專業(yè)工作者來說，主要是指在面對科學(xué)問題時，首先運(yùn)用已有的知識和經(jīng)驗(yàn)，通過創(chuàng)造性思維提出猜想或假說，再尋找證據(jù)檢驗(yàn)猜想或假說是否成立，而設(shè)計尋找證據(jù)的方案、對證據(jù)的分析和解釋都要靠邏輯思維；還包括在面對一種科學(xué)的觀點(diǎn)或結(jié)論時，運(yùn)用批判性思維進(jìn)行思考和追問：這種觀點(diǎn)或結(jié)論是否有證據(jù)的支持？證據(jù)是否可靠和充分？從給出的證據(jù)到得出的結(jié)論之間邏輯是

10、否嚴(yán)謹(jǐn)？對證據(jù)是否可能有其他解釋？而對公眾包括絕大多數(shù)高中學(xué)生來說，他們的目標(biāo)“不是要成為科學(xué)家，而是去了解科學(xué)研究的基礎(chǔ)，從而成為科學(xué)信息的明智消費(fèi)者”1。而要成為科學(xué)信息的明智消費(fèi)者，就需要培養(yǎng)批判質(zhì)疑、重視實(shí)證和邏輯的科學(xué)思維習(xí)慣。2科學(xué)思維與理性思維的關(guān)系     在中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)中，作為6大核心素養(yǎng)之一的“科學(xué)精神”有3個基本要點(diǎn)：理性思維、批判質(zhì)疑和勇于探究。其中關(guān)于理性思維的解釋是“崇尚真知，能理解和掌握基本的科學(xué)原理和方法；尊重事實(shí)和證據(jù)，有實(shí)證意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度；邏輯清晰，能運(yùn)用科學(xué)的思維方式認(rèn)識事物、解決問題、指導(dǎo)行為等”4。可以看出，

11、同前文分析的科學(xué)思維的要義一樣，理性思維也是重視實(shí)證和邏輯的思維。那么，二者完全同義嗎？它們到底是什么關(guān)系呢？     其實(shí)，關(guān)于科學(xué)思維和理性思維的關(guān)系，劉大椿教授20多年前主編的科學(xué)哲學(xué)通論就作出了明確的回答：“理性指的是合客觀性（區(qū)別于信仰）加上合邏輯性（區(qū)別于感性、情感等非理性）?！?合客觀就是要盡量排除人的主觀因素的影響（盡管完全排除是不可能的，觀察過程也是滲透著理論的），使人的認(rèn)識合乎客觀事物的真實(shí)情況，而這是要通過“對證據(jù)的承諾”來實(shí)現(xiàn)的。觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查都是獲得證據(jù)的途徑。合邏輯是指人們在認(rèn)識過程中使用的思維方法在邏輯上是合理的和有效的，科學(xué)理論的

12、辯護(hù)乃至發(fā)現(xiàn)都離不開合乎邏輯的思維。合客觀、合邏輯是科學(xué)的理性追求，這就意味著在科學(xué)研究中面對既有觀點(diǎn)或結(jié)論時，追問它是否合客觀、合邏輯成為思維的必然取向或態(tài)度傾向。因此，批判質(zhì)疑就成為理性思維主體的心理品質(zhì)，這或許是英文的“Critical thinking”既可譯為“批判性思維”“審辨式思維”，又可譯為“理性思維”的原因。美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)的表述可謂與此不謀而合：科學(xué)的“基本特點(diǎn)是以實(shí)證為判別尺度，以邏輯作論辯的武器，以懷疑作審視的出發(fā)點(diǎn)”6。由此可見，理性思維可以說是科學(xué)思維的核心，二者都是人類理性精神的體現(xiàn)。      實(shí)證加邏輯就構(gòu)成科學(xué)思維的所有方法

13、論特征嗎？如果按照邏輯實(shí)證主義的理論，答案無疑是肯定的。但是，正如劉大椿教授主編的科學(xué)哲學(xué)通論所言，“盡管科學(xué)在本質(zhì)上是理性的，但是應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，科學(xué)并不只是包含客觀性和邏輯性兩種因素，除了理性因素之外，還有大量的非理性因素存在著它同藝術(shù)等創(chuàng)造性活動一樣，同樣需要有激情、意志、直覺和靈感，沒有這些非邏輯、非理性因素作為理性的必要的補(bǔ)充，科學(xué)的創(chuàng)造與發(fā)展幾乎是不可能的”5?？茖W(xué)史上許多成功的實(shí)例說明，科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程中提出猜想或假說環(huán)節(jié)往往要靠直覺、想象、靈感和頓悟，而假說的檢驗(yàn)、結(jié)論的確證和辯護(hù)主要靠基于證據(jù)的邏輯思維。一言以蔽之，科學(xué)思維等于理性思維加直覺、想象、靈感、頓悟等非理性因素。 

14、     厘清科學(xué)思維與理性思維的關(guān)系有什么意義呢？既然科學(xué)思維的核心是理性思維，那么，科學(xué)思維教學(xué)的重點(diǎn)就應(yīng)該放在理性思維的培養(yǎng)上，即培養(yǎng)學(xué)生批判質(zhì)疑、重證據(jù)、重邏輯的思維習(xí)慣和能力；既然科學(xué)思維還包括直覺、想象、靈感、頓悟等非理性因素，那么教師在教學(xué)中也要重視通過大量的實(shí)操性的探究實(shí)踐活動，潛移默化地提升學(xué)生的直覺思維能力，還要在訓(xùn)練邏輯思維的同時，重視培養(yǎng)學(xué)生的想象力。至于靈感和頓悟，那是可遇而不可求的，在教學(xué)中難以刻意培養(yǎng)，只能寄希望于學(xué)生將來的創(chuàng)造過程，在付出百分之九十九的汗水之后去收獲那百分之一的靈光一現(xiàn)了！3科學(xué)思維與其他思維的關(guān)系   

15、 真、善、美是人類的共同追求。人類社會在追求真、善、美的過程中不斷進(jìn)步。人類追求真、善、美都離不開思維。求真的思維是科學(xué)思維；求善，就是怎么做才符合人類的利益，涉及技術(shù)思維、工程思維和倫理思維等；求美，就是創(chuàng)造美的作品、追求審美的愉悅，主要依靠審美思維2?？茖W(xué)思維主要用來分析和解決科學(xué)問題，或者與科學(xué)有關(guān)的社會性議題，比如如何對待轉(zhuǎn)基因作物、基因編輯嬰兒、抗生素的使用等?？茖W(xué)思維素養(yǎng)的高低，關(guān)乎個人和社會的理性程度，關(guān)乎社會的和諧穩(wěn)定，因此怎么強(qiáng)調(diào)也不過分。但是科學(xué)不是萬能的，科學(xué)思維并不能解決人類面臨的所有問題，許多問題的解決還要靠綜合運(yùn)用科學(xué)思維、工程思維、技術(shù)思維、倫理思維乃至

16、審美思維。本文限于論題，對其他思維的內(nèi)涵不作闡述。應(yīng)當(dāng)指出的是，科學(xué)思維與其他思維雖然在思維模式和方法上有很大區(qū)別，但是有著不同程度的內(nèi)在聯(lián)系，特別是隨著社會科技化的不斷加速，科技對社會各個領(lǐng)域的滲透越來越廣泛和深入，科學(xué)思維在工程、技術(shù)、倫理等領(lǐng)域的作用也越來越顯著。4加強(qiáng)科學(xué)思維教學(xué)的基本思路      從學(xué)生學(xué)的角度看，加強(qiáng)科學(xué)思維的教學(xué)要有3個基本點(diǎn)：一是培養(yǎng)學(xué)生批判質(zhì)疑的精神和態(tài)度；二是培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識、獲取證據(jù)的能力、評價證據(jù)的能力；三是培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維的嚴(yán)謹(jǐn)性、全面性、深刻性和流暢性。在此基礎(chǔ)上，重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，并且結(jié)合生物學(xué)科的特點(diǎn)，培

17、養(yǎng)學(xué)生的整體性思維、辯證思維和復(fù)雜性思維。      從教師教的角度看，加強(qiáng)科學(xué)思維的教學(xué)首先要加強(qiáng)概念的教學(xué)，因?yàn)楦拍钍撬季S的基本形式，也是思維的工具；概念教學(xué)本質(zhì)上也是思維教學(xué)，要將二者統(tǒng)一起來而不是進(jìn)行割裂，注重引導(dǎo)學(xué)生在事實(shí)基礎(chǔ)上通過抽象和概括等思維建構(gòu)概念。其次，要將思維教學(xué)與科學(xué)史的教學(xué)、探究活動的設(shè)計和實(shí)施有機(jī)結(jié)合起來，通過科學(xué)家不迷信權(quán)威、敢于質(zhì)疑的事例，讓學(xué)生感受批判質(zhì)疑精神的啟迪；通過分析科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)和親身參與探究活動，在獲取證據(jù)、邏輯推理等方面提升能力。最后，通過難度較大的思維訓(xùn)練活動，訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維，教材中的“思考與討論”“思維訓(xùn)練”“

18、練習(xí)與應(yīng)用”“復(fù)習(xí)與提高”等欄目中的思維訓(xùn)練題目，要充分利用起來，調(diào)動學(xué)生積極思維、討論交流，并且針對學(xué)生在交流過程中暴露的思維問題進(jìn)行有效指導(dǎo)。      卡爾薩根說過：“科學(xué)與其說是一種知識體系，不如說是一種思維方式”。1同樣，我們也可以認(rèn)為，科學(xué)課程的學(xué)習(xí)與其說是學(xué)習(xí)一種知識體系，不如說是學(xué)習(xí)一種思維方式。從生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的視角看，生命觀念的形成需要科學(xué)思維，科學(xué)探究的進(jìn)行需要科學(xué)思維，社會責(zé)任的擔(dān)當(dāng)也需要科學(xué)思維。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣和能力，可以說是包括生物學(xué)課程在內(nèi)的理科課程的核心目標(biāo)之一。如何達(dá)成這一目標(biāo)，依然任重而道遠(yuǎn)。參考文獻(xiàn)1 加里·R·卡比，杰