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引用本文请注明： 顾晔.核心素养框架下高中学生科学精神的阐释和养育[J].基础教育课程,2022(Z1):101-109.  科学精神是人类科学探索经验和教训的凝结，众多专家学者对科学精神有不同的理解，《中国学生发展核心素养》对“科学精神”的内涵进行了明确界定，包括理性思维、批判质疑、勇于探究等基本要点。本文以高中化学学科核心素养为参照，罗列学科教学中需要培育的科学精神，在此基础上提出在学科教学中养育学生科学精神的四点措施：重新定位学科教学目标、合理选择学科教学内容、创设真实的学科教学探究情境和多元评价学科教学成果。最后指出科学精神养育过程中易走入的两个误区。 2021年6月，国务院印发《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》，指出要“将弘扬科学精神贯穿于育人全链条。坚持立德树人，实施科学家精神进校园行动，将科学精神融入课堂教学和课外实践活动，激励青少年树立投身建设世界科技强国的远大志向，培养学生爱国情怀、社会责任感、创新精神和实践能力”。科学精神如此受到重视，那么，科学精神具体指的是什么？高中阶段的科学教育需要培育学生怎样的科学精神？教师如何以学科教学为平台培育高中学生的科学精神？  一、科学精神是什么  科学精神是科学实现其社会文化职能的重要形式，是科学文化的主要内容之一，包括自然科学发展所形成的优良传统、认知方式、行为规范和价值取向。集中表现在主张科学认识来源于实践，实践是检验科学认识真理性的标准和认识发展的动力；重视以定性分析和定量分析作为科学认识的一种方法；倡导科学无国界，科学是不断发展的开放体系，不承认终极真理；主张科学的自由探索，在真理面前一律平等，对不同意见采取宽容态度，不迷信权威；提倡怀疑、批判、不断创新进取的精神。 清华大学校长邱勇在清华大学2018级本科生开学典礼上曾这样说：“科学造福社会，而科学家身上所体现的科学精神对人类社会和人类思想产生了更为广泛的影响。”此处的科学精神，是“科学家在科学实践过程中逐步积累形成的，并为科学界所认同与遵循的稳定而持久的心理和行为倾向性，是由科学本质所要求的价值观念、思想品质和行为准则的整合”。学者刘华杰提出，“科学精神就是：实事求是、勇于探索真理和捍卫真理。具体说来科学精神包括求实精神、创新精神、怀疑精神、宽容精神等几个方面。其中最主要的就是求实和创新。不求实就不是科学，不创新科学就不会发展”。清华大学吴国盛教授认为，弘扬科学精神就是要弘扬自由的精神，科学精神高于具体科学的地方就在于“追求真理”。葛剑雄也指出，“科学精神的最大特点，即它是追求真理的，它寻求的是客观存在的规律”。 众多学者对科学精神的理解，有共同之处（如追求真理等），也有不同的视角（如规范、方法、价值等），那么，在高中阶段的学科教学中，我们需要培养学生怎样的科学精神？这里的“科学精神”不能完全等同于科学家身上的科学精神，我们也不能简单地将学者们的观点进行综合。本文拟在核心素养框架下，以培养全面发展的人为目标，结合化学学科核心素养要求，对高中学生所要具备的科学精神进行分析。 二、核心素养框架下科学精神的阐释  （一）中国学生发展核心素养中的科学精神 2016年9月，中国学生发展核心素养（以下简称“核心素养”）发布，包括核心素养总体框架及基本内涵。基本内涵由文化基础、自主发展和社会参与三个方面组成，其中，文化基础包括人文底蕴和科学精神两个方面。科学精神主要是学生在学习、理解、运用科学知识和技能等方面所形成的价值标准、思维方式和行为表现，具体包括理性思维、批判质疑、勇于探究等基本要点。三者紧密联系、不可分割（图1）。
1.理性思维 “理性思维”主要表现为崇尚真知，能理解和掌握基本的科学原理和方法；尊重事实和证据，有实证意识和严谨的求知态度；逻辑清晰，能运用科学的思维方式认识事物、解决问题、指导行为等。理性是科学精神的本质和特征。科学的理性精神就是认为客观世界是有规律、有秩序的，而且这种规律和秩序是可以被认识的。同时，人类对于客观规律和秩序的认识必须经过严密的逻辑论证，以概念、判断、推理等形式来表达。 2.批判质疑 “批判质疑”主要表现为具有问题意识；能独立思考、独立判断；思维缜密，能多角度、辩证地分析问题，作出选择和决定等。批判质疑不仅是科学精神的重要组成部分，也是学生与生俱来但需要不断发掘而不是打压的重要品质，批判质疑的科学精神一旦被恰当激发，将有利于学生提高认知水平，同时提升创新能力。在追求真理的路上我们还差些什么？我们缺乏的是独立思考、怀疑批判的精神，以及不畏强权、为真理而献身的精神。 3.勇于探究 “勇于探究”主要表现为具有好奇心和想象力；能不畏困难，有坚持不懈的探索精神；能大胆尝试，积极寻求有效的问题解决方法等。近年，欧美等发达国家在其科学教育改革中非常重视学生的科学实践。以美国为例，在美国NRC（National Research Council,即国家科学研究委员会）发布的《K-12年级科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》中，首位关键词由“科学探究”变为“科学实践”，“这一变更折射出近20年来美国科学教育研究者扭转课堂探究模式化倾向的努力”。同时我们也要看到，改用“实践”一词，不是为了取代“探究”，而是要为“探究”正名，以更好地阐述“探究”在科学中的含义，即认知、社会、行为等多维度的实践活动。无论是百年之前杜威的“做中学”，还是今天的“探究”“科学实践”，都是让学生在真实的情境中动起来，在实践探究的活动中形成坚持不懈的探索精神，并尝试自主解决问题。 （二）化学学科核心素养中的科学精神 《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中提出了该学科5个学科核心素养，其中素养3、素养4和素养5均有培养学生科学精神的相关表述（表1），而且内容与核心素养中的要点表现描述有类似之处，这样的比较有助于科学精神培养在化学学科教学中的落实。
由表1可见，核心素养和化学学科核心素养有联系，但在表达视角上也有区别。前者是从培育全面发展的人出发提出的中国学生发展核心素养框架，“科学精神”放在“文化基础”层级中，与“人文底蕴”相对应。科学精神中不可或缺的“创新精神”，在核心素养总体框架中，以“实践创新”来表述并被单独拎了出来，以强化和突显其重要性。后者是以化学学科为落脚点，虽然没有“科学精神”的字样，但是素养3、4、5中均有科学精神的相关描述，需要教师在学科教学中全面把握。 三、学科教学中学生科学精神的培育  学科教学具有系统性，不仅仅是知识点的传授，还包括方法教学、思维教学和文化价值教学，如此才能在学科教学中将科学精神的养育落到实处。下文以高中化学学科为例，探讨如何在学科教学中养育学生的科学精神。 （一）重新定位学科教学目标 在很多人的观念里，化学的知识性或者其生产力功能是最值得重视的，由此在化学学科教学的目标定位上，教师往往更加重视化学科学知识的传授，而忽视了其学科文化中的科学精神、科学思想等内容，从而导致学科教学的最大缺陷——将化学知识当成了全部，忽略了学科文化。学科知识固然重要，尤其对于高中生，学科基础很大的部分就是学科知识，但教师不能将之视为唯一目标。从培养核心素养框架下的科学精神来看，我们有必要重新定位化学学科教学目标，从单纯关注化学科学知识到兼顾学科文化，进而以学科教学为平台，培育学生学科核心素养中的科学精神。 （二）合理选择学科教学内容 在科学教育的课堂上，对科学方法和科学过程的理解都远比科学知识的掌握来得重要，但对作为课堂教学的组织者——教师而言，教什么（内容）比怎么教（手段）更加重要。同样的知识点，是关注结论性知识，还是关注人类在知识形成过程中的思维脉络？是关心学生的知识掌握牢固程度，还是关心学生运用所学知识解决问题的能力……这些都与教师合理选择教学内容息息相关。培养核心素养框架下的科学精神，教师选取合理的教学素材尤为重要。融合科学史情境和社会性科学议题的教学内容均有助于培育学生的科学精神。 1.开发融合科学史的教学情境 科学史是人类不断追求真理的历史。当科学史融入教学后，它就不再只是一个个故事，科学的发展历程中所蕴含的经验内涵，正是科学教育中帮助学生理解科学本质及培养学生批判思考能力的最真实的情境。 将科学史融入教学的方式非常多样，例如，历史个案研究、交互式历史小品、历史调查研究、角色扮演、历史对话、探访参观博物馆、重复科学史上重要的实验、科学家私人的传记阅读、小组讨论、富有想象力的科学史写作等。 化学学科中的科学史教学内容，除了可以选择西方近代科学的发展史，还可以适当关注中国古代科技典籍中与化学教学相关的史料。中国古代科技典籍众多，涉及学科广泛，诸如《梦溪笔谈》《天工开物》《周易参同契》《本草纲目》《齐民要术》等众多著作中，均有与化学理论、实践相关的教学素材。 2.开发社会性科学议题的教学内容 社会性科学议题（Social-Scientific Issue，简称SSI），是指由于科学、技术与社会之间错综复杂关系所引发的一些争议性科学议题。在这些议题中，科学或技术层面的因素以及社会层面（如道德、文化、情感、立场等）因素均扮演重要角色。在教学中融入SSI可以帮助学生理解“科学技术发展带来的伦理问题，科学决策并不能仅仅依靠科学，还要取决于社会背景、文化背景等因素”。 例如，人教版教科书（2019版）必修第一册《氯及其化合物》的练习题中出现“科学家是否应进行类似氯气这类有可能被错误利用的物质的研究”，这就是一个很好的社会性科学议题，涉及“科学技术发展带来的伦理问题”，若以此为素材加以适当设计，将SSI教学融入授课过程，就可以将科学精神的培养落到实处。再如，人教版教科书（2019版）必修第二册《化学品合理使用》“思考与讨论”栏目设计的SSI问题情境：以“农业生产中是否应该继续施用化肥和农药”为题进行小组辩论。该问题不仅是一个辩题，还是教师在本节教学中引导学生查阅资料、形成观点、敢于质疑的教学素材。 （三）创设真实的学科教学探究情境 科学精神的培育离不开科学探究，学科教学中的科学探究与真正意义的（科学家的）科学探究有类似之处，但又不完全相同。对化学学科而言，在其教学中，探究情境的创设至关重要，除了社会性科学议题外，实验探究是具有化学学科特色的探究情境。 以“暖宝宝使用前后主要成分的探究”教学片段为例，“暖宝宝”的工作原理是铁与炭粉形成原电池后发生吸氧腐蚀（食盐做电解质），在反应中释放出热量，但是使用后就不能再次放热了，那么探究的问题情境就产生了——“暖宝宝”使用后其成分发生了什么变化？教学过程中，探究的难点是铁元素的价态，教师可以指导学生按照“提出假设→设计方案→实验探究→验证假设”的基本探究思路，在Fe2 、Fe3 离子的检验过程中发现问题、分析问题并尝试解决问题，最后对整个实验过程进行质疑、回顾和小结。该探究教学的目标指向培养学生证据推理、科学探究等化学学科核心素养，培育理性思维、批判质疑和勇于探究等科学精神（表2）。
指向培育学生科学精神的探究教学，既不宜偏向科学探究，远离学生的生活，使一般学生丧失学习科学的兴趣，也不宜过于偏向学生的需要和兴趣，使课堂上的探究远离科学家的探究，沦为生活科学。应在使探究教学在反映科学探究本来面目的同时，尽量在学生、社会和科学之间保持一定张力，谋求三方面的共同发展。 （四）多元评价学科教学成果 多元评价方式已经提出多年，倡导在传统的纸笔测试评价方式以外，增加新的评价方式方法，更加注重过程性评价和评价主体的多元化，注重定性与定量相结合，从而更好地衡量学生的学科素养发展状况。但是目前为止，高中学生面临的评价机制仍以纸笔测试为主体，所以我们也需要思考如何在纸笔测试中更好地考查学生的学科素养、科学精神。近年高考的化学试题已经提供了较好的示例。 以2020年高考江苏卷化学试题第13题为例，该题以高中阶段四个重要实验为命题素材，不仅考查了学生掌握学科知识和实验技能的状况，还考查了学生根据实验设计、实验现象得出结论的能力，对素养3中“具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系”提供了具体的考查示例。
四、科学精神的认识误区和培育误区 （一）重视科学精神不等于轻视人文底蕴 《中国学生发展核心素养》把“人文底蕴”和“科学精神”共同看作构成一个全面发展的人所需的文化基础，可见二者不仅不相互矛盾，而且缺一不可，某种程度上二者还相辅相成。 例如，“能关切人的生存、发展和幸福”的人文情怀可以帮助把控科学创新的方向。又如，STSE（Science，Technology，Society，Environment）教育是一种融合了科学、技术、社会和环境的教育理念，在内容上，探索如何将理科课程从纯科学的框架上解脱出来，在方法上，更多地强调培养学生的参与、交流、合作、适应、决策以及探究与创新能力，引导学生关注人类社会可持续性发展。再如，“具有发现、感知、欣赏、评价美的意识和基本能力”与科学中无处不在的美也是息息相关的。通常人们可能会很容易认同科学中的“真”，而比较难认同科学中的“美”。实际上，“真”和“美”虽然是两个不同的概念，但二者之间并不是对立的。在科学中，人们时常能够看到、感受到美的身影，就如同在艺术中有“真”一样，在科学中也有“美”。科学在纷繁杂陈的自然万物中发现了其中蕴藏的“和谐美”和“简单美”。溶液的五彩缤纷、金属材料的迷人光泽、苯环分子的对称环状结构、金刚石晶体的正四面体结构、由60个碳原子组成的“足球烯”等，这些化学物质中存在着对称、均匀、稳定之美。这些化合物结构的发现过程，很多时候也是科学家对美的追求的结果，也是科学和人文的完美对话。 （二）培育科学精神不单单是理科教学的事情 以化学等学科为代表的科学课程，除了可以培养学生的科学精神，还可以成为实现科学文化和人文文化融通的“桥梁”。与此对应，培养科学精神也不是化学等科学课程独有的功能，各人文学科都包含人文与科学两方面的因素，其中，它们所涉及的事实、文本等属于科学，同样适用科学研究的理论和方法。 葛剑雄先生曾以郑和下西洋的研究为例，说明科学与人文不可分割：郑和所乘之“宝船”的尺寸大小是客观存在的，但由于原始档案已被销毁，现有争议局限于文本本身，比较普遍的看法是有关尺寸的文字不见于原始记录，是后人窜入的，并不可靠。上海交通大学杨槱先生认为，木制船舶龙骨绝对不可能超过100米，因此无法造出符合“宝船”尺寸的船，而且按这一长宽比例，造出来的船是无法在海上行驶的。可见，类似历史等人文学科也离不开科学研究的理论和方法，科学类和人文类的学科相互沟通才是培育高中学生科学精神不可缺少的路径。 |
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