科学家思维与实践方式培养框架的构建与思考

摘要：发展科学核心素养是中小学生科学学习的鹄的，也是国民科学素质的基本内涵。科学核心素养不仅涉及科学知识的掌握，更包括科学思维、科学态度和科学精神的培养，集中体现为能以科学的方式解决真实的问题，而且它们彼此不是独立的，而是融合于真实的科学活动之中，这为科学课程与教学提供了理论与实践依据。科学家的科学活动对于中小学科学学习具有很强的指引作用，其内在一致性是保证学习活动真实性、有效性的关键所在。本文通过系统阐述科学家思维与实践方式的内涵与特质，论证相关要素与维度，使其结构化，赋予科学学习以“真实”属性，提升学生解释科学现象、探索科学规律、解决科学问题的能力，这是中小学科学教育应有的价值取向与归宿。

就中小学科学教育目的而言，从大处论，就是要回答“培养什么人”，主要包括三类功能，即培养理工类专业研究后备人才、服务职业生涯需要、奠定国民基本科学素质。虽然以上三类对科学素养的要求层次与水平不同，但其内涵和全面性具有共通性，绝不是这样一种结果：普通公民着眼于科学常识，职业需要着眼于科学技能，理工类专业研究则着眼于科学思维与创新精神，而是三者均衡发展，比如都需要一定的科学知识、基本的操作技能、起码的探究意识与思想以及实事求是、敢于质疑等科学态度与精神。从小处论，就是致力于发展学习者的科学核心素养，包括科学观念、科学思维、科学探究和科学态度与精神，这与义务教育科学领域课程文件的要求是一致的^[1]。它们有利于学生解释科学现象、探索科学规律、解决真实问题（包括复杂的社会和环境问题）。正如中国科学社的创始人任鸿隽所说：“近代科学是教育和修养最好的工具，因为天天求真理，时时想破除成见，不但使学科学的人有求真理的能力，而且有爱真理的诚心。无论遇见什么事，都能平心静气地分析研究，从复杂中求简单，从紊乱中求秩序；拿论理（逻辑）来训练他的思维，而思考力愈增；用经验来指示他的直觉，而直觉力愈活。”^[2]科学学习对人的全面发展和终身学习具有很重要的意义。

然而，一直有一个问题困扰着中小学科学教育，那就是如何让学生的知识学习过程与技能、思维、能力、精神的提升有机结合在一起。实则，国际科学教育改革同样也存在这一问题。要想突破这样一个难题，其重要且主要路径便是，将所有学习目标熔铸于真实的科学实践过程之中，也就是像科学家一样思考与实践。让学生经历像科学家一样的探索、推理、行动、反思等过程，不论是知识学习还是其他方面，都将得到培养与提升。

除了具有以上重要意义之外，科学家思维与实践方式对于科学教学也具有其必然性。亲近并学习科学是所有现代人与自然世界和谐共存的基础，我们需要一个科学合理的视角和路径去观察、了解和领悟这个世界。稍微熟悉科学史或者博物史的人就会发现，科学的发展有赖于一代又一代科学家的努力、突破与创新，其中蕴含着科学学习的真谛与正确方式。因此，不论是着眼于人的发展还是科技发展需要，我们都必须坚持：第一，以科学的方式学习科学，是所有人与自然世界互动的应然之态；第二，只有通过科学的方式学习科学，才是真正有效的科学教育，为科技人才奠基。这其中，涉及两个重要问题：其一，什么是科学学习的科学方式？也即如何认识科学家思维与实践方式？其二，科学家思维与实践方式的结构系统和实施路径如何？

接下来，我们将围绕这两个主要问题进行讨论与阐述。特别要关注知识、情意、思维与实践之间的重要关系，唯有在这一共同认识之上，才能更好地认识科学家思维与实践方式的理论意义与实践价值。

一、科学家思维与实践方式的内涵与特质

从科学本质上讲，就是要弄清楚“什么是科学”这一问题。任鸿隽认为，科学是学术，不是一种艺术（技术）。所谓形而下的艺术，都是科学的应用，并不是科学的本体。科学的本质是事实不是文字。唯其 要研究事实，所以科学家要讲究观察和实验^[3]。李醒 民认为，科学是人运用实证、理性和臻美等方法，就 自然以及社会乃至人本身进行研究所获取的知识 的体系化之结果。科学不仅仅在于已经认识的真 理，更在于探索真理的活动，即上述研究的整个过 程^[4]。从历史上看，科学经历了从“知识本质观”到 “探究本质观”的转变^[5]。后来，科学本质的范畴与内涵扩展为三个方面：科学是探究自然界的“思维”方 式；科学是一种“探究”的方式；科学知识是暂时的、动态的^[6]。对于中小学科学教育，美国《新一代科学 教育标准》指出：“科学是解释自然世界的追求，技 术和工程是满足人类需求、求知欲和抱负的手段。理解科学本质不仅仅是参与活动和进行探究。”^[7]有 学者对科学本质的研究进行了梳理，搭建了三维结 构，包括科学知识的本质、科学探究的本质、科学事 业的本质^[8]。科学本质不仅仅涉及知识、探究过程、思维方法，还应包括动机与态度、科学信念、创新创 造等要素。

从科学认知方式上讲，戴维·帕金斯基于“如何像专家一样思考”这一出发点提出，不同学科的主要认知方式不同，这决定了其研究方式方法也存在差异^[9]。数学以欧几里得式的形式推理为主，离开了对数学这一认知方式的判断，舍弃了抽象、演绎逻辑、体系化的思想与思维方式，就很难准确把握这一学科的特点，很难认识数学作为一种认识生活、世界的独特视角与方式。而历史的认知方式揭示了历史学习需要依据史料得出结论，但是对于能够得到什么史料、选择使用哪些史料、如何分析诠释史料却在一定的客观性之上具有很强的主观性。这里要指出，证明是认知方式中的关键部分，而历史研究的证明与科学证明截然不同。历史事件发生在无法重现的过去，我们不可能再做实验，同样历史的声音也不像科学实验室中的试管和电气设备。科学认知方式可以概括为伽利略式的认知，主要考虑其对于实验的重视和实践、对于近代科学研究方法的创立、对于数理关系的认识与把握、对于理想实验的创举等^[10]。科学认知方式，就是要尊重证据（很多时候是实验验证）、重视科学推理、追求简洁和谐、追求世界的客观认识等。

从科学实践上讲，其与一般意义上的实践具有共同之处：一是实践的开放性。实践的对象和内容是多方面且不断变化的，需要及时对实践的方式与策略作出调整；不断解决问题，又产生新的问题。二是实践的阶段性。不同阶段具有不同特点，但非绝对割裂，因为实践的过程是一个循环往复的过程，实践与理论认识是相互促进的。三是经验的重要性。感觉经验是第一的东西，只有实践才能使人的认识开始发生，从客观外界得到感觉经验，但要确保感觉的材料十分丰富（不是零碎不全）和合于实际（不是错觉）。四是重视抽象的精神与倾向。概念是抽象与概括的结果，直接关系到模型建构，以及如何将实际问题转化为学科问题的过程^[11，12]。杜威批评传统哲学所谓“旁观者的知识论”以主体与客体的截然分离为出发点，提出了“五步”探究基本模式^[13]。从一个问题处境开始，以这个问题处境或人本身的某种改变结束，这正是实践的观点。我国义务教育科学课程将观察、实验、记录、测量、制作、调查等作为探究实践活动， 突出强调“科学工程与实践”^[14]。其更高的意旨在于，不是为了“应用”而学，而是在真实问题解决之实践中完成知识的学习、素养的提升。这里要着重说明的是，基于科学与技术的不同，我们将科学实践与工程实践相区分，并主要关注前者。

综上所述，科学家思维与实践方式着眼于科学素养的发展，就是要学生像科学家一样思考与实践，在科学学习活动中经历“准真实”的科学家研究过程，重视并尊重证据，应用科学思维方法，用思维指导科学行为，用实践检验思维成果，并结合检验结果和客观实际，不断优化结论。以下进行四个方面的说明。

首先，这不是科学精英教育的立论。很多研究者一看到“科学家”，就会提出质疑：中小学是打基础的教育，应着眼于国民基本科学素质。这个质疑貌似有理有据，但是却有一个内隐的问题，就是打什么基础？这个基础和科学家培养有什么关系？或者说指向科学家培养的教育是什么基础？否则又是什么基础？两者难道没有同一性吗？前面我们业已阐述，不论是国民素质还是培养科学家，科学知识、思维、精神信念等在基础教育阶段是需要均衡发展的，此之为共同基础。基础教育不是培养科学家的教育，但学生要像科学家一样思考与实践。

其次，像科学家一样，既然是“ 像”，那就“ 不是”，当然“模仿”也不合适，而应该理解为“不断地接近真实的科学学习与研究”，虽然研究对象、内容以及答案在确定性和复杂性上有区别，但从研究以及研究过程的内涵与性质上应该保持一致。准确地说，中小学生的思考与实践是“科学家思考与实践”的低级或初级表现形式。这里我们应该思考，从真实的自然界与社会生活探索到学校科学实验室与课堂有多大的距离？从科学家真实的研究情态到学生的科学学习有多大的距离？“真实”绝对是存在巨大挑战的，但是“真实”或者“准真实”的程度将对于学生认识与学习科学造成相当的不同。

第三，“像科学家一样”突出强调了面向未来。这可以从两个角度理解：一个是提倡科学家思维与实践方式，就是要尽力让学生切身地体会科学家真实状态下的知识结构与使用、态度思维等，从而树立正确的价值观念，学习并掌握科学的方法等。这些方面均具有很强的迁移性。二是如果学生将来参与真实的科学探索，这些能力素质的发展使其不仅不会感到陌生或不适，反而觉得科学本身就应该如此来“做”和“研究”，从而达成一种习惯或共同的认知和规范。当然，这些能力素质对于一般职业与生活所需，也大有裨益。

第四，与科学探究的关系问题。两者在很大程度上具有相关性或交叉性，因为科学探究的确是科学家思考与实践的一个重要方式，这与之前对于科学本质和实践的讨论一致。科学探究虽然具有很丰富的内涵，但其逐步的程序化或要素化正在损害着对“ 人的发展”的理解与思索，且在教学中更多地加强了操作和技能层面，一定程度上忽视了思考、思维的重要性，而科学家对知识的态度和看法、对世界的观念等实际上并未进入科学学习的视野与实践之中。相比之下，“像科学一样思考与实践”更加鲜明，而且更有利于关注思考，认识到思考与实践的紧密关系（统一性）以及两者不可偏废。

二、科学家思维与实践方式培养框架的构建

1.已有研究探讨

面向 21 世纪教育，全球教育思想领导者、课程重构中心创立者和主席查尔斯·菲德尔全面分析了全球趋势与挑战，提出了为转型世界重构教育，构建了包括知识、技能、性格和元学习四个维度的 21世纪教育目标。知识维度（“我们所知道和理解的”）强调学科和领域的实践性、认知性和情感性，强调新的现代的跨学科科目、分科和主题（如社交技能、全球素养），关注基础概念、元概念、方法和工具，强调传统和现代学习的共同融合专题（如信息素养、系统思维）。技能维度（“应用我们所知道的”）强调了知识与技能的不可分离性，包括创造力、批判性思维、互动、合作。性格维度（“言行举止和为人处世的方式”）强调建立终身学习的基础，支持家庭、社区和工作场所的成功的人际关系，发展可持续参与全球事务的个人价值和美德。元学习维度（“反思与适应”）强调反思，学会如何学习。这种反思是对知识、技能和性格的深刻反思，是对学习目标、策略和结果的全面反思^[15]。从中，我们看到了未来教育对于知识的重视，因为它是一切能力、创造等的基础；此 处“技能”这一指称，已经远远超出了我们对于“双基”之“基本技能”的内涵范畴，更加强调了思维与行动的综合表现；在科学教育中，性格更多地体现为稳定的信念和心理倾向、科学态度等；元学习维度体现为在理论与思维指导下的科学探究与实践，以及对这一过程的调控，进一步准确地说，就是面对一个真实科学问题，学习者对自身的了解、对其难度复杂度的认识以及解决与验证方式的选择，并以此指导反复的实践^[16]。

经济合作与发展组织（OECD）幼儿和学校司高级政策分析师和项目负责人田熊美保指出，世界各国课程再设计的共同趋势从“以内容为中心”转变 为“以能力为中心”，现在转变为“内容与能力并重”的整合模式^[17]。当前，随着普通高中和义务教育科学领域课程标准的颁布，我们可以看到以下三方面的重要变化：一是从知识与技能、过程与方法、情感态度价值观“三维目标”到核心素养，包括科学观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任，更加强调了 育人的整体性，而非分离；二是注重了知识的结构 化，以主题或核心概念组织课程内容，实现“精兵简 政”；三是研制了学业质量标准，突出加强了知识内 容与素养培养之间的关联，同时提出了“用中学” “做中学”，将素养发展与知识学习融入真实的科学探究、活动与实践中。然而，当前四大核心素养本身 存在多重涵义交叉，而“像科学家一样思考与实践”不仅蕴含了核心素养的各个维度，更加综合，避免 了人为的割裂，且明确地指出了学生学习科学的样 态与参照标准。从思维上讲，“科学思维”内含于科 学探究与实践之中；实践角度上说，“科学探究”亦 在其中。除思维与实践本身具有很强的交互关系之 外，科学知识与概念当然也是思考与实践的重要基础，态度与责任自然也是影响思考与实践的重要因 素。由此而言，构建科学家思维与实践方式培养框 架的理论意义已经非常明显与重要，也就是将科学 知识学习与核心素养发展熔铸于像科学家一样的 思维与实践活动之中。这一思路又为教学指明了方 向与途径。

2.框架构建与阐释

基于以上讨论，“像科学家一样思考与实践”应作为科学课程的架构逻辑，更是科学学习的理论依据和实践指针。下面对科学家思维与实践方式进行了框架构建，对思维与实践的关系进行探讨。

（1）框架构建

如图 1，这一框架涉及知识、情意、思维与实践（行为）四个要素。其中，“知识”“情意”处于一个基础性的位置，而且很多时候，它们在科学实践活动中发挥作用，与思维一样，呈现相对隐性的状态。知识与情意影响着思维，思维很大程度上决定着行动。对于思维与实践行为之间的对应关系（不是完全对应关系，下文将具体论述），我们具有广泛共识，你怎么想便影响了你怎么做，如此显而易见的案例俯拾即是。那么“，知识”“情意”何以影响思维？

对于科学知识，我们首先探讨其主要内涵与范畴。OECD 在“教育 2030”课程图谱分析（Content Curriculum Mapping，CCM） 项目中提出了以四种类型知识构成的科学内容框架，包括事实性知识、程序性知识（如科学探究、调查活动）、认知性知识（如科学家的工作、像科学家一样思考和写作、科学如何联系和贡献真实生活与世界）、跨学科知识（如道德与伦理、可持续发展、国际理解等）^[18]。其中，认知性知识是一种在科学知识构建过程中必不可少的关于构造和特征定义的知识（如假设、理论和观察），以及它们如何在证明科学知识的过程中发挥作用的知识^[19]。这与科学思维直接相关。关于知识基础影响思维水平，并不难理解。一个显著的例子便是，一个特定专业背景的人士很难给出不同专业领域的专业意见。没有了具体知识的支撑，思维没有了可用的素材，包括经验、已有知识等，甚至难以组织针对性的观察与探究活动， 思维便不能很好地发挥作用。另一方面，即使同为科学背景，由于“范式”的变换，观察与思维也发生了巨大的变化，这也就是科学哲学中提出的“观察渗透理论”的著名观点^[20]。托马斯·库恩提出，一个人所看到的不仅依赖于他在看什么，而且也依赖于他以前视觉概念的经验所教给他去看的东西。比如，从“地心说”到“日心说”，所有科学家看待天空的态度都变了，看到的东西也变了。在达尔文进化论前后，生物学家看待生物、甚至看待人的视角与内容也都发生了变化，此之谓“科学革命”^[21]。对于一个中小学生，随着学习内容的拓展和深入，潜在地存在着科学“范式”的变迁。

对于科学情意，主要是指在科学活动中学习者或者说研究者所具有的科学态度、科学情感、科学信念、科学精神以及价值观等。美国《新一代科学教育标准》中提出，情感领域（涉及兴趣、经验和热情等）是科学教育的关键组成部分；科学和工程领域的概念和技能的发展与诸如兴趣、参与程度、动机、持久性和自我认同等因素之间有着密切关系^[22]。学科或领域内在的美和力量是我们人类的巨大成就，是学生学习动机的源泉，有助于学生理解世界，应该传达给学生^[23]。兴趣等动机对思维的积极性影响自然不必多说，这里重点讨论科学思想信念的问题，因为这往往是我们认识薄弱以及在教学中重视不够的。信念并非意识的某种瞬时样态，它实质上是一种具有持久性的思维习惯。在你从事思考的每一个阶段中，总有某种东西，对于它你只能说“我仅能如此思考，我不可能有别的想法”。事实上，我们决不能再在狭隘的意义上来理解思想，决不能再把它看作是消极的、沉默不语的东西。相反，思想贯穿于一切理性生活中，而人的实验性的行为正是思想的一种操作活动^[24]。杜威的观点则更加直接“，思维实际上是信念的同义语”^[25]。用 W.海森伯的观点就是，西方科学的传统源自于古希腊哲学思想，西方文化的全部力量来自于并一直来自于其提出问题的方式与行动的方式之间的密切关系，正是这一思想缔造了近代科学的繁荣。其精髓在于：为科学而科学；追究事物的根源，并力图提出原理性的假设与理论；科学的精神价值高于物质价值^[26]。例如，相信“上帝不会掷骰子”的爱因斯坦针对量子力学“测不准原理”多次提出理想实验进行质疑，以波尔为首的哥本哈根学派均给予了“回击”。爱因斯坦虽表示接受，但直到晚年，才勉强认同了“可恶”的“不确定关系”^[27]。由此可见，思想信念影响思考之深。

（2）思维与实践（行为）及其品质

在上文中，我们已经多次针对思维与实践（行为）的对应性作过讨论。这个部分拟对两者及其品质进行探讨，也是对图 1 所示框架的补充。同时，为了增强科学家思维与实践方式培养框架的指导性和可操作性，引入了“思维”以及对应的“行为”的品质要素，从这个意义上讲，也是对以上框架的拓展，使平面结构转变为一个立体模型。行为与思维以及其品质要素的关系，如图 2。

第一个维度：科学思维，包括目的、问题、假设和观点、信息和证据、推理与解释、启示和影响等方面^[28]。这集中反映了“像科学家一样思考与实践”中的“思考”。比如说，对于推理与解释，要关注推断证据的含义是什么；核实各个推断之间的一致性；基于推断验证假设等。林肯基本信息图书馆（The Lincoln library of essential information）有言：真正的科学探究人员从不在结论上跳跃，从不把任何事情想当然，从不认为他的结论比他所获得的信息更好，从不用观点或者已经长期确立的信念来代替事实。无论一个说法看似多么可信或者一种解释多么符合逻辑，它都必须只能作为一种假设来看待，直到其被试验证明。进一步讲，这些试验必须是其他科学家可以重复的，且可以得出相同的结论。只有通过这一方式，值得信赖的科学知识方可建立。

李醒民提出，作为科学主体的科学家是最积极、最活跃的因素。尤其在科学革命时期，新科学观念的提出有赖于科学家的“机智的反思”和“思维的 理性”，或用爱因斯坦的话来说，取决于科学家的 “思维的自由创造”或“理智的自由发明”^[29]。科学思维是科学研究行为、创造的灵魂，没有思维的学习 活动必然是干涸的、没有深度的、不能达成真正科 学理解的。杜威将“反思性思维”作为教育的主要目 的，其倡导把科学信念建立在证据的基础之上，在 对情境、问题和因素进行“理智化”的过程中，强调 思维的连续性和推理，伴随着行动对假设的检验，又产生新的问题^[30]。知道一条物理定律是没有价值 的，除非人们能用它进行运算或解决某个问题。学 生往往从事了很多活动，从中提取了一些信息，却 没有问过自己，它们在哪些方面可以指导自己的行 为。那种认为“只需要看见就能学会”的想法是非常 幼稚的。在大多数领域，不具备解码情境的智力工 具（思维以及思维方法）的个体并不能直接感受到 任何东西。实际上，我们的感觉只能让我们感受到 眼前的环境。例如，当我们观察海平面的时候，并不 会对地球的形状有直观感受，分子、原子、夸克更非 肉眼可及。孤立的经验从来都不具有说服力，它只 有依据学习者所采用的不同思维模式才能获得自 身意义^[31]。另一方面，思维是内在的，在科学学习中，有时候通过言语来表现，比如一种科学说明或解 释，其中体现了推理、逻辑等，而这与实践检验还有 一定的距离。

第二个维度：科学实践（行为），包括观察、设计与开展实验、致力于精确的测量、力图发现物质运动规律、研究相关或相似的现象、形成一般的假说或物理理论等^[32]。这集中反映了“像科学家一样思考与实践”中的“实践”。以观察为例，观察应该包含主动的探索，应当基于对学生兴趣的激发，在性质上应该是科学的。要灵活应用广泛的观察、深入的观察和审美性观察。广泛的观察就是宽泛的、不太精确的观察，对于使学生感到探究领域的实在性，意识到探究的方向和可能性，并且在头脑中存储一些可能由想象转变为联想的材料来说，是必要的。深入的观察指的是紧凑的、精确的观察，对于限制问题和保证实验检验条件来说，是必要的。一个突出的例子就是在实验室中开展的实验观察，通过控制各种变量的针对性研究。就这两类科学观察而言，后者比较专门化，技术性较强；而前者又比较肤浅、分散。学生要从感性观察逐步发展到科学家式观察^[33]。

实践无疑是重要的，正如一贯的信条“实践是检验真理的唯一标准”。实则，实践也是促进学生真实学习的主要途径，对此前文已有论述。有些学习可能需要记忆，需要听长者或者教师传授，但是我们最终会发现，不论是记忆还是传授，只有学习者经历了真实的实践，在理解、领悟或者智识上产生回应或者共鸣，这种知识方可能是持久的，才可能成为自身认知的一个部分。当然，这并不是完全低估纯理论的辨析与理解，虽然这些东西最终也将或多或少、或直接或间接地与经验产生关系，但是毕竟学习者不可能全部自身去经历。这种貌似脱离实际的学习当然也有意义，但也可能阻碍我们突破思维定式，一味沿袭旧路，所以在对前人智识成果保持谦卑的前提下，证据与思维支持下的质疑与检验将会使我们获益终身。这里还要辨析一个概念，那就是关于直觉等形而上学的提法，因为其与实践的观点形成了对立。科学的世界并不完全否定直觉，然而必须力求为每一直觉知识找到一种合理的根据。认为直觉是更高更深刻的认知方式，能够超越感觉经验的内容，并不必受概念思维框架的限制的那种观点被否定了^[34]。

第三个维度：思维和实践（行为）的品质，包括清晰性、准确性、相关性、复杂性、普遍性和逻辑性^[35]。如清晰性，要关注你是否可以进一步详细说明你的观点？是否可以换一种方式表述你的观点？是否可以提供一个图解？是否可以给出一个例子？清晰是一个基本标准。如果一个表述不清晰，我们就不能确定其是否准确或相关。事实上，当我们不知道其在说什么，不能给予任何回应。

有学者认为，科学思维是关于任何科学主题、内容或问题的思维模式，在这种模式下，思维者通过巧妙地掌握思维固有的结构并将智力标准（intellectual standards）加诸其上来提高思维质量^[36]。这一智力标准便需要一个反应思维深刻性的品质要素或变量来予以表征。从另一个方面来讲，这也是对思维与实践本身的反思，体现了对思维以及外化行为的监控，正如前文中四个维度的教育中的“元学习”维度。有了这个维度，科学思维与实践才有更加明确的路径去丰富、深入与拓展。在科学教学中，我们需要通过学生的外在表现，特别是学生在解决真实科学问题中的行为以及言语等来相对客观地评估其知识、情意、思维等多方面的品质与水平。为什么是“相对客观”？因为从行为到思维，这往往需要教育者具有教育、心理、学科等多领域良好的知识基础，更重要的是，需要有相关的思维方法与能力，而且也不可能尽善尽美。这样一种品质的指标与层次，确是应该不断完善与优化的重点。

上述维度的细化有助于更加深入地认识科学家思维与实践方式，对于优化科学教学实践也具有较强的指导作用。

三、启示与建议

1.注重学生情意因素在科学教育中的地位

科学学习的情意因素非常重要，这毋庸置疑，但是其在实际教学中关注与监测不够，主要有两个原因：一个是高利害考试的压力使我们更多地关注知识的掌握、解题能力的提高；二是情意因素较难把握和测评，对于教育者的认识和能力水平要求极高。然而，我们要克服困难去改变这一现状，如 W.海森伯在科学发展的宏大视野下指出，恰恰是希腊思想及其业已被我们继承的全部遗产中，清楚地显露出精神的卓越之处。为什么强调精神之重要，譬如箭一旦离弦，就按自己的路线飞行，只有更强大的力量才能改变它的方向；但它最初的方向是由瞄准的人决定的，若无胸怀目标的人在场，箭恐怕永远不会自己开始飞行。从这一方面说，我们也许没有比教育青年过低评估精神价值更为糟糕的事情了^[37]。

2.增强科学教育教学的实践性、开放性

为发展学生的科学核心素养，加强知识结构化、涵养科学情意、提升科学思维能力、解决真实科学问题，需要实践。而实践的开放性也应该是中小学科学课程教材的基本要求与特征。比如，强化教材内容（素材）的丰富性，确保问题提出与解决过程是一个开放过程；强调严密性，确保科学实践过程和结论经得起质疑，等等。我们要关注学生科学学习实践中的行为，这不仅是科学教育目的之所在，也是监测教学成果的根本依据。按照图 2 所示，科学素养（Competencies）评价的操作路径为：

C=T×P×Q

这里，考虑到思维与行为的不对称性，也即思维不唯一决定行为，还取决于技能、毅力等因素，而且思维也不一定通过行为来体现，也可能通过多种形式的说明、解释来呈现。因此，我们将思维与行为同权放到以上公式之中，以供同行评议与参考借鉴。

3.更加重视科学史料的价值

对于科学史，实际教学的突出挑战是，教育者缺乏科学史的知识与应用能力，不清楚如何自然生动地以史为鉴，引导学生像科学家一样思考与实践。当然也就不会让学生具身地感受科学研究与突破的精神共鸣、科学思潮的跌宕与审辩等。比如，德国物理学家欧姆在研究电压、电流和电阻关系时，面临的困难绝不是当前课堂所见到的，可以直接将问题确定为三者的定量测量，而且仪器是现成的。没有理想的稳定电压，欧姆从伏打电堆的尝试转变到温差电池才得以实现；没有理想的电流表，他从利用电流的热效应导致的热胀冷缩来测量电流的大小到使用电流的磁效应，进而依据此原理设计了一个扭秤才得以实现。然后他利用温差电池和电磁扭秤继续进行金属的导电实验，终于得出了“通过导体的电流与电势差成正比，与电阻成反比”的结论^[38]。其知识理解之深、思维之强、行动之力，可见一斑，令人动容。

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该文为中国教育学会 2020 年教育科研“中小学教材研究”专项课题“基于核心素养的中小学科学教材编写策略研究”（2020JYX013413ZB）的研究成果

[作者：任建英，课程教材研究所中小学课程研究中心。]