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高中生物核心素养怎么教?

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-01-08  浏览次数:452
核心提示:生命观念和科学思维是《普通高中生物学课程标准(2017年版)》中生物学学科的两个方面的核心素养。本文基于生物学的学科本质,着

生命观念和科学思维是《普通高中生物学课程标准(2017年版)》中生物学学科的两个方面的核心素养。

本文基于生物学的学科本质,着重从结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观4个方面,阐释了生命观念的内涵和意义。此外,还通过论述科学思维的内涵及其与其他思维的关系,提出教师应怎样根据科学思维的内涵和特点加强科学思维教学。

生命观念的内涵和意义

《普通高中生物学课程标准(2017年版)》(以下简称新课标)同实验版课标相比,最突出的变化就是凝炼了生物学学科核心素养,并以此作为贯穿整个课程设计的主线,从课程目标到课程内容再到课程的实施和评价,都以发展学生的生物学学科核心素养为宗旨。理解生物学学科核心素养是实施新课标的关键,而理解生物学学科核心素养,不能仅靠阅读新课标内容去望文生义,而必须建立在深入理解生物学学科本质的基础上。

新课标中生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任,其中生命观念无疑是最具生物学学科特点的一点。新课标指出:“生命观念是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象,是人们经过实证后的观点,能够理解或解释生物学相关事件或现象的意识、观念和思想方法。”

通过这段话可以看出,“生命观念”不是具体的知识,更不是具体的生物学事实,而是指认识主体在了解事实的基础上形成概念后,再进一步提炼和升华,内化在头脑中的意识、观念和思想方法,关乎如何看待生命世界的态度和价值取向。在分析和解决与生物学相关的问题时,科学的生命观念虽不能提供现成的答案,但会指明分析问题的思路和方向。

生命观念具体包括哪些内容呢?新课标列出了几个重要的生命观念:“如结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等。”新课标在这里使用了“如”和“等”二字,“如”就是举例子,“等”说明还有其他生命观念。当然,只举出这4个例子,说明课标修订组认为这4个方面的生命观念是最重要的。

1  结构与功能观

关于结构与功能观,常见的理解是:“一定的结构必然有与之相对应的功能存在,且任何功能都需要一定的结构来完成”“结构是功能的基础,即有什么样的结构,相应地就会有什么样的功能;另一方面,功能的实现依赖于特定的结构”。结合生物学的学科本质来看,这些说法大体正确,但不能绝对化。例如,生物体的有些结构,只是进化过程的副产品,无害无益。由于没有选择压力,这些结构在进化中就没有被淘汰,如男性的乳头。

生物学很多思想观念的表述是柔性的,不是刚性的。在生物学中,“结构决定功能”这一提法就稍显绝对。结构是功能的基础,但二者并非总是单向的谁决定谁的关系,功能的发挥过程对结构有反作用。例如,婴幼儿大脑神经元网络的结构,有赖于他的视觉和听觉。如果整天将其关在黑屋子里边不见人,他的大脑发育一定不好。他见到听到的东西越多,对他的大脑发育越有好处,大脑神经元网络的建构就越好。这说明,并非人一生下来就具有一个成熟的大脑神经元网络决定了大脑的分析和思考能力,而是靠不断地使用大脑,不断地听、看、接触新奇的环境,来塑造大脑的结构,使思维功能越来越发达。

此外,在结构不变的情况下,执行功能的情况也可能发生变化。例如,人在熟睡的时候身体结构没有变化,但是走路这一功能就不能实现(除非梦游)。再如,先天性聋哑患者的发声器官很可能是正常的,但是由于听觉器官出现了功能障碍,导致不能说话。因此,当一个人不能说话的时候,不一定是他说话的器官出了问题,而有可能是别的器官出了问题。我们不能把某个机体功能与某个器官结构简单而绝对地一一对应起来,那样就有些机械了,就不是生物学的思维了。因此,新课标没有用“结构决定功能”这一说法,而是用“结构与功能相统一”或“结构与功能相适应”。

“结构与功能相适应”无疑是生物学中结构与功能观的一种正确表述,但如果将结构与功能观等同于这句话,就过于简单化了。这句话不足以表达结构与功能观的丰富内涵,也无需通过许多教学内容来建构。这句话说的是结构与功能的关系,但结构与功能观不仅仅是对结构与功能关系的认识,还包括其他方面的内涵。首先是结构观,其次是功能观,最后才是结构与功能的关系观。

关于结构观,大致包括以下基本认识。

(1)生命系统的结构是以物质作为基础的(这说明结构观与物质观相联系)。

(2)生命系统的结构是有层次的,如个体具有器官、组织、细胞等结构层次;生物圈具有生态系统、群落、种群、个体等结构层次。

(3)生命系统中的结构与结构之间是有联系的,如细胞内各种膜结构之间相互联系形成生物膜系统;生产者和各级消费者靠食物联系构成生态系统的营养结构。

(4)生命系统中的结构大多是动态的、活的、变化的,如染色体和染色质是同一物质在不同时期的存在状态,它们在细胞周期的不同阶段不仅有形态的改变,还能在相关结构的协助下在细胞内运动。生命的结构观具有生物学的特点,这种结构观用在物理、化学等学科,有的适用,有的不一定适用。

关于功能观,首先要认识到功能与性质是不同的概念。化学讲物质的结构决定性质,性质是物质本身的特性;生物学讲结构具有功能(即有什么用),功能是作为部分的结构对整体的贡献,这是结构与功能关系的实质。例如,叶绿体的功能,就要看叶绿体对细胞有什么贡献。离开了整体,局部结构的功能就无从谈起。因此,认识某层次结构的功能,不能离开它上一层次的整体。例如,认识细胞器的功能就不能离开细胞;认识器官的功能,就不能离开生物体。

另外,生命体最基本的特征是自我更新和自我复制(即代谢和繁殖),所以对生命体各层次结构的功能,大都应当围绕这两个基本特征去理解。生命系统的维持还依靠3个流:物质流、能量流和信息流。所以对生命系统各层次结构的功能,也可以从这3个维度去分析。这样,结构与功能观就为我们分析生物学现象和问题,提供了思想方法上的指导。

在上述结构观和功能观的基础上,才能深入理解结构与功能的关系。

(1)如前所述,在生物学中,对结构与功能观不能机械、线性地去认识。

(2)不能孤立地去看一个结构和它的功能,一个结构功能的实现需要其他结构的配合。例如,哺乳动物的呼吸系统需要循环系统的配合;甲状腺分泌激素的功能受到下丘脑和垂体的控制,等等。

(3)功能的实现需要外部条件。有的教师在总结结构与功能观的时候,往往忽略了这一点。例如,光合作用是叶绿体的功能,在黑暗中虽然结构没发生变化,却无法进行光合作用,因为光照是进行光合作用的必要条件。

(4)发挥功能的过程可能对结构有反作用。如肌肉的功能是运动,而运动又可以使肌肉发达,两者相辅相成。

总之,柔性的、非线性的、相互联系的、动态变化的、作用与反作用的结构与功能观,才是生物学的结构与功能观。建立这样的生命观念,对培育学生的辩证思维和辩证唯物主义世界观有不可替代的价值,这鲜明地体现了生物学科课程的育人价值。

2  进化与适应观

生物是怎么来的?生物是怎样进化的?进化的结果是怎样的?对这些问题的基本看法就是进化观。这些基本看法可以概括为以下几点:生物是不断进化的,现在的生物都是进化来的,现存的所有生物之间都有亲缘关系,它们有着共同的祖先;进化的过程大体是从简单到复杂,从低等到高等,从水生到陆生;进化的机制主要解释为现代生物进化理论,包括以自然选择学说为核心的物种形成理论以及协同进化理论;进化的结果表现为分子的进化、物种的进化及生态系统的进化;进化的方向是多元的,进化的结果是不完美的,进化产生的新物种不一定对环境的适应能力更强,而是占领更多的生态位,更加充分地利用地球上的资源和空间等等。

适应的含义包括结构与功能相适应、生物与环境相适应两个方面。适应既有普遍性(生物区别于非生物的特征之一),也有相对性。适应的方式具有多样性。适应就是生物的遗传变异与环境相互作用的结果,也就是自然选择的结果。

上述内容与其说是进化与适应观的基本内容,不如说是形成进化与适应观所基于的大概念。有了这样的大概念,再上升到意识、态度和思想方法层面,才能形成看待生命世界的进化观(个人认为进化与适应观可以统称为进化观,适应是进化论的核心概念之一)。

例如,认同人类不是神创造的,而是大自然演化的产物,同其他生物一样是自然界的一员,而不是凌驾于其他物种之上的主宰;认同每个生物身上都凝聚着数十亿年的进化史,生命来之不易,包括人类的生命在内,都是亿万年生物的遗传基因与环境相互作用的产物,因此应当珍爱生命、敬畏生命;认识到自然界的各种生物和生态系统是协同进化的,它们是作为一个有机整体不断发展的,进而认同人类应当尊重自然、顺应自然、保护自然,与大自然和谐共生;在面对奇妙的生命现象寻求解释时,如“为什么所有的生物都共用一套遗传密码系统”“细胞内叶绿体和线粒体是如何起源的”,都可以从进化的视角去分析(体现进化观的方法论价值)。

3  稳态与平衡观

之所以把稳态与平衡观列为生命观念之一,是因为稳态和平衡是从细胞到生物圈所有层次生命系统普遍存在的特性。在新课标和实验版课标中都有这样一段话:“所有的生命系统都存在于一定的环境之中,在不断变化的环境条件下,依靠自我调节机制维持其稳态。”这段话值得细细品味,它是贯穿新课标“稳态与调节”和“生物与环境”模块的一条主线。

稳态的概念包括以下几个要点。

(1)稳态是指什么?稳态是生命系统维持自身相对稳定状态的特性和能力。对于这一点很多教师是有误解的,认为稳态是一种相对稳定的状态。其实不论在生理学还是在生态学中,稳态都是指生命系统或生态系统的一种能力和特性。

(2)稳态有什么意义?人教版《生物·必修3·稳态与环境》中写道:“稳态是生命系统的特征,也是机体生活的条件”。生命系统稳态的意义就是使系统的组分拥有一个相对稳定适宜的环境,如人体的稳态可使机体细胞拥有稳定、有序、适宜的环境。如果人体内环境的温度、pH、渗透压等过高或过低,或者病原体在体内大量繁殖,都会危及细胞的生命活动。

(3)稳态如何实现?稳态通过自我调节实现(自稳)。在不同类型的生物、不同层次的生命系统中,调节机制多种多样。例如,人体的稳态通过神经调节、激素调节和免疫调节来实现;生态系统的稳态通过种群数量的调节来实现。

(4)稳态作为生命系统的显著特征,说明生命系统的内部状态不会被动地随环境的变化而同样程度地改变,这体现了生命的自主性。

生命系统内部存在着各种因素和过程的平衡,这种平衡是动态的。例如,同化作用和异化作用的平衡、营养平衡(血糖平衡、水盐平衡等)、生态平衡(生产者和消费者数量的平衡等)。生物体内部各种过程的平衡受信息的调控(遗传信息、激素、神经冲动、细胞因子等),生态平衡也离不开生态系统内部信息的调控。这又与生命的信息观相联系。

在理解稳态和平衡概念的基础上,学生可通过进一步抽象概括、提炼升华,使之内化为看待事物和分析问题的视角、思路甚至是态度倾向,形成稳态与平衡观。例如,认识到人体的稳态“让所有细胞共享,靠所有细胞共建”,就会认同共建共享的理念,甚至可以将其迁移至分析人类社会的发展,认同和谐稳定的重要意义,认同人类命运共同体的理念。认识到生命系统的自我调节能力是有限的,就会转化为做相关决策时把握分寸、尊重客观规律的意识。

生命系统的稳态与平衡是相互联系的。二者都通过系统的自我调节来实现,而且是互为条件、互为因果的关系。这或许是新课标将二者并列为一条生命观念的原因。

4  物质与能量观

关于生命的物质观,首先是认同生命的物质性。生命本身没有什么神秘的非物质的力量来支配。前文所述的一切生命特征,都有其物质基础。生命本质上是物质的,这是辩证唯物主义自然观的基础。

如何理解物质性?从元素层面看,没有特殊的生命元素,组成生命体的元素自然界中都有,它们都来自于无机自然界。

但是,组成生命体的物质又有特殊性,生命体有选择地从外界吸收有用的物质,且生物大分子(如蛋白质、核酸、多糖)是生命体独有的。因此,生命体在物质上跟无机自然界既有联系,又有其独特性。例如,DNA、蛋白质和多糖等都是生物体内才有的有机物,这些有机物的分工很明确。DNA是指挥者,蛋白质是执行者,这个过程需要糖类氧化分解提供能量。

生命的物质性,还体现在物质的运动变化是一切生命活动的基础。生命体内部的物质并不是随机堆放在细胞中就能完成生命活动的,而是有序地组织起来形成结构。结构是物质的有序组织形式,这就是物质观和结构观的联系。生命体的各种结构都有其独特的物质基础,这也是物质观的内容。

生命的能量观需要建立在以下重要概念的基础上。

(1)生命过程需要能量驱动,生命系统都是耗散结构,需要引入能量来维持有序性。

(2)生命系统的各个层次都有能量的流动和转换。

(3)能量以物质为载体。细胞内的化学反应有放能反应和吸能反应,二者总是偶联的(通过ATP的合成和分解)。

(4)光能是几乎所有生命系统中能量来源的最终源头,但是对大多数生命体来说,光能并不能直接利用,而是要通过化学反应转化为化学能才能被利用(即使在绿色植物体内,也有许多细胞不能进行光合作用)

(5)生命系统的能量流动同样遵循能量守恒定律。这些概念经过进一步提炼,就可以升华为生命的能量观。

生命的物质和能量观与生命的系统观、生态观有内在联系。生命系统是开放系统,时刻进行着物质和能量的输入输出。生物之间相互依存、相互竞争,乃至捕食与被捕食,主要也是为了获得生存、繁殖所需要的物质和能量。换言之,生物之间的关系大抵都是围绕获取生存所需要的物质和能量来建立的。

归根结底,上升到生命的物质和能量观层面,学生应该认识到生命体是物质的特殊存在形式,它的存在和发展都需要能量来驱动(非生命形态的物质不需要靠外界输入能量来维系),而能量的传递和利用又需要以物质为载体。除此之外,没有什么神秘的、不可知的力量支配生命,这对于树立辩证唯物主义世界观是十分重要的。有了这样的生命观念,面对神秘主义的歪理邪说(如通过一定方式让人体吸收宇宙中的能量),自然就不会盲目信从了。

综上所述,新课标中明确列出的结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观是重要的生命观念,它们是相互联系的。

5  其他生命观念

生命观念除上述内容外,还包括其他观念,如生命的信息观。生命本质上既是物质的,也是信息的。生命系统都是物质、能量和信息的统一体。生命体的组成以物质为基础,生命活动靠能量来驱动,同时也靠信息来控制和调节。包括我们人类在内,有性生殖的生物从亲代那里承接的主要是遗传信息(小小的受精卵里没有多少物质和能量,但是有一整套控制个体发育的遗传信息);人体的神经调节、激素调节、免疫调节都离不开信息的传递。现代生物科技靠掌握的基因序列数据(即遗传信息),就可以人工合成基因,甚至可以人工合成生命。从物种繁衍的角度看,死亡的是个体,代代相传的是遗传信息。

换言之,生物个体都是生命长河中遗传信息的临时载体。引申之,对人类之外的生物来说,个体存在的意义就是当好遗传信息的传递者。推而广之,从人类文明发展的角度看,从伟大人物到普罗大众,都会随着生命的结束“还原”为无机物,但他们所继承和创造的文明的信息会绵延不绝,这似可理解为生命的信息观对人生的启迪。

生物学课程的思想观念、教育价值,并不仅限于生命观念,还包括科学本质观、科学价值观以及世界观、人生观等。新课标指出,高中生物学课程要“展示生物学的基本内容,反映自然科学的本质”,这就是要求学生通过本课程的学习形成科学本质观。实际上,新课标在“教学建议”中有一大段是阐述科学本质观的,应当引起生物学教育工作者的重视。

科学思维及其教学

高中生物学课程是自然科学课程,将科学思维列入生物学学科核心素养,凸显了本课程的科学属性和育人价值,也昭示了科学思维的培养是本课程的核心任务之一。为了培养学生的科学思维,首先要弄清楚什么是科学思维。

1  科学思维的内涵

《普通高中生物学课程标准(2017年版)》(以下简称“新课标”)指出:“科学思维是指尊重事实和证据,崇尚严谨和务实的求知态度,运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。”从这个定义可以看出,科学思维首先是指一种思维习惯。

这种思维习惯具有什么特点呢?

从思维的取向即态度和意识层面说,要尊重事实和证据,崇尚严谨和务实的求知态度。尊重事实和证据概括地说就是重实证,这是科学思维的显著特点。这里所说的事实,是指运用科学手段搜集、用科学话语表达出的科学事实。我们看到太阳东升西落,这只是我们主观上的感觉,并不是科学事实。有人质疑将“事实和证据”并列的说法,理由是事实就是证据,“事实和证据”是同义重复。

其实,新课标将事实和证据并列是有道理的。所谓证据,是指可以用来作出判断的事实依据,它建立在事实的基础上,但与事实之间不能完全画等号。事实林林总总,只有与论题直接相关的事实才能作为证据。例如,某种激素能促进植物果实发育的实验,其结果只能作为这种激素能促进植物发育的证据,不能作为它促进人体发育的证据,因此,所谓吃了激素催熟的水果就会影响儿童发育的说法,就是在证据的认定上出了偏差。

严谨和务实的求知态度,不仅自然科学需要,人文和社会科学也需要。但在自然科学领域,严谨和务实有特定的含义:严谨主要是指获取证据的方法和从证据到结论的思维是严密的、周全的、无漏洞的;务实主要是指使人的认知符合客观事物的真实情况。

怎样才能做到严谨和务实呢?

新课标提出要“运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题”,这就涉及什么是科学的思维方法问题。而关于这一问题,新课标在定义科学思维之后,紧接着似乎就给出了答案:“学生应该在学习过程中逐步发展科学思维,如能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法,探讨、阐释现象及规律,审视或论证生物学社会议题。”从上下文来看,这里所说的“归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法”,应该就是前文所说的“科学的思维方法”。

我们知道,归纳和演绎都是常规的逻辑思维,不仅科学研究离不开它,其他方面的研究和日常生活也离不开它。批判性思维和创造性思维同样有着广阔的应用范围,它们与归纳、演绎等常规逻辑思维显然也不在一个层面。

那么,究竟该怎样理解科学思维的方法呢?

我们不妨将《普通高中物理课程标准(2017年版)》关于科学思维的表述作为参照:“科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及其相互关系的认识方式;是基于经验事实建构物理模型的抽象概括过程;是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用;是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判,进行检验和修正,进而提出创造性见解的能力与品格。”

这段话强调了科学思维内涵的几个要点:科学思维是一种认识方式,其目标是认识客观事物的本质属性、内在规律及其相互关系;为了达到这样的认识目标,要在经验事实(证据)的基础上运用抽象概括、分析综合、推理论证等方法;科学思维既是一种能力,也是一种品格(与生物学新课标所说的“思维习惯”很接近),这种能力和品格具有质疑、批判和创新的取向和特质。

与生物学课程标准不同的是,物理课程标准未将批判性思维和创造性思维列为科学思维的方法,对此笔者是赞同的。“合乎逻辑地思维、辨别自己和他人思维中的谬误是批判性思维的核心”,可见批判性思维主要是指运用逻辑思维去辨别自己和他人思维中的谬误,主要强调的是对既有思维过程进行的批判性、审辨性思考,其具体方法仍然主要是逻辑思维。

创造性思维是指在逻辑思维的基础上,通过想象、联想、直觉思维、灵感思维等,创造出新观点、新理论、新方法等,可是说是心智的自由构建活动,虽然也能总结出若干具体方法,但没有哪位科学家和发明家是按照书本上总结出的创造性思维方法去思考和创造的,因此似可不必将其列入科学思维的方法之中。

综合上述两个学科的课程标准,结合逻辑学、思维科学、科学方法论等文献,可以对科学思维的内涵作如下概括:科学思维是基于事实证据、运用科学概念、通过科学推理和论证对客观事物的本质、规律及其相互关系作出判断和解释、对客观事物的发展变化作出预测的认识方式。科学思维是一种重视实证和逻辑的求真务实的思维习惯和能力;既是常规逻辑思维在科学领域的具体运用,又需要批判审视、质疑包容的思维取向和心理品格,还要靠想象、联想、直觉和灵感等非逻辑思维提出创造性见解。在它所运用的逻辑思维中,概念、判断、推理和论证都是思维的形式。

不同形式的思维都有一定的思维方法:概念(包括模型)的形成主要靠抽象和概括的方法;判断有时靠感觉和知觉就可直接作出,有时要在概念基础上进行推理才能完成;推理的方法主要是归纳和演绎(在逻辑学上也将类比、比较、分类、分析和综合纳入归纳的范畴);仅靠推理只能使得出的判断合逻辑,不能保证它符合客观实际,验证判断的真实性靠论证,论证由论题、论据和论证方式组成,论证方式同样离不开归纳和演绎的推理方法。

科学思维作为一种思维习惯,对科学专业工作者来说,主要是指在面对科学问题时,首先运用已有的知识和经验,通过创造性思维提出猜想或假说,再寻找证据检验猜想或假说是否成立,而设计寻找证据的方案、对证据的分析和解释都要靠逻辑思维;还包括在面对一种科学的观点或结论时,运用批判性思维进行思考和追问:这种观点或结论是否有证据的支持?证据是否可靠和充分?从给出的证据到得出的结论之间逻辑是否严谨?对证据是否可能有其他解释?而对公众包括绝大多数高中学生来说,他们的目标“不是要成为科学家,而是去了解科学研究的基础,从而成为科学信息的明智消费者”。而要成为科学信息的明智消费者,就需要培养批判质疑、重视实证和逻辑的科学思维习惯。

2  科学思维与理性思维的关系

在《中国学生发展核心素养》中,作为6大核心素养之一的“科学精神”有3个基本要点:理性思维、批判质疑和勇于探究。其中关于理性思维的解释是“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”。可以看出,同前文分析的科学思维的要义一样,理性思维也是重视实证和逻辑的思维。

那么,二者完全同义吗?它们到底是什么关系呢?

其实,关于科学思维和理性思维的关系,刘大椿教授20多年前主编的《科学哲学通论》就作出了明确的回答:“理性指的是合客观性(区别于信仰)加上合逻辑性(区别于感性、情感等非理性)。”

合客观就是要尽量排除人的主观因素的影响(尽管完全排除是不可能的,观察过程也是渗透着理论的),使人的认识合乎客观事物的真实情况,而这是要通过“对证据的承诺”来实现的。观察、实验、调查都是获得证据的途径。

合逻辑是指人们在认识过程中使用的思维方法在逻辑上是合理的和有效的,科学理论的辩护乃至发现都离不开合乎逻辑的思维。

合客观、合逻辑是科学的理性追求,这就意味着在科学研究中面对既有观点或结论时,追问它是否合客观、合逻辑成为思维的必然取向或态度倾向。

因此,批判质疑就成为理性思维主体的心理品质,这或许是英文的“Critical thinking”既可译为“批判性思维”“审辨式思维”,又可译为“理性思维”的原因。美国国家科学教育标准的表述可谓与此不谋而合:科学的“基本特点是以实证为判别尺度,以逻辑作论辩的武器,以怀疑作审视的出发点”。由此可见,理性思维可以说是科学思维的核心,二者都是人类理性精神的体现。

实证加逻辑就构成科学思维的所有方法论特征吗?如果按照逻辑实证主义的理论,答案无疑是肯定的。但是,正如刘大椿教授主编的《科学哲学通论》所言,“尽管科学在本质上是理性的,但是应当承认,科学并不只是包含客观性和逻辑性两种因素,除了理性因素之外,还有大量的非理性因素存在着……它同艺术等创造性活动一样,同样需要有激情、意志、直觉和灵感,没有这些非逻辑、非理性因素作为理性的必要的补充,科学的创造与发展几乎是不可能的”。

科学史上许多成功的实例说明,科学发现过程中提出猜想或假说环节往往要靠直觉、想象、灵感和顿悟,而假说的检验、结论的确证和辩护主要靠基于证据的逻辑思维。一言以蔽之,科学思维等于理性思维加直觉、想象、灵感、顿悟等非理性因素。

厘清科学思维与理性思维的关系有什么意义呢?

既然科学思维的核心是理性思维,那么,科学思维教学的重点就应该放在理性思维的培养上,即培养学生批判质疑、重证据、重逻辑的思维习惯和能力;既然科学思维还包括直觉、想象、灵感、顿悟等非理性因素,那么教师在教学中也要重视通过大量的实操性的探究实践活动,潜移默化地提升学生的直觉思维能力,还要在训练逻辑思维的同时,重视培养学生的想象力。

至于灵感和顿悟,那是可遇而不可求的,在教学中难以刻意培养,只能寄希望于学生将来的创造过程,在付出百分之九十九的汗水之后去收获那百分之一的灵光一现了!

3  科学思维与其他思维的关系

真、善、美是人类的共同追求。人类社会在追求真、善、美的过程中不断进步。人类追求真、善、美都离不开思维。求真的思维是科学思维;求善,就是怎么做才符合人类的利益,涉及技术思维、工程思维和伦理思维等;求美,就是创造美的作品、追求审美的愉悦,主要依靠审美思维。科学思维主要用来分析和解决科学问题,或者与科学有关的社会性议题,比如如何对待转基因作物、基因编辑婴儿、抗生素的使用等。科学思维素养的高低,关乎个人和社会的理性程度,关乎社会的和谐稳定,因此怎么强调也不过分。

但是科学不是万能的,科学思维并不能解决人类面临的所有问题,许多问题的解决还要靠综合运用科学思维、工程思维、技术思维、伦理思维乃至审美思维。本文限于论题,对其他思维的内涵不作阐述。

应当指出的是,科学思维与其他思维虽然在思维模式和方法上有很大区别,但是有着不同程度的内在联系,特别是随着社会科技化的不断加速,科技对社会各个领域的渗透越来越广泛和深入,科学思维在工程、技术、伦理等领域的作用也越来越显著。

4  加强科学思维教学的基本思路

从学生学的角度看,加强科学思维的教学要有3个基本点:一是培养学生批判质疑的精神和态度;二是培养学生的证据意识、获取证据的能力、评价证据的能力;三是培养学生逻辑思维的严谨性、全面性、深刻性和流畅性。在此基础上,重视培养学生的创造性思维,并且结合生物学科的特点,培养学生的整体性思维、辩证思维和复杂性思维。

从教师教的角度看,加强科学思维的教学首先要加强概念的教学,因为概念是思维的基本形式,也是思维的工具;概念教学本质上也是思维教学,要将二者统一起来而不是进行割裂,注重引导学生在事实基础上通过抽象和概括等思维建构概念。

其次,要将思维教学与科学史的教学、探究活动的设计和实施有机结合起来,通过科学家不迷信权威、敢于质疑的事例,让学生感受批判质疑精神的启迪;通过分析科学家的实验和亲身参与探究活动,在获取证据、逻辑推理等方面提升能力。

最后,通过难度较大的思维训练活动,训练学生的逻辑思维,教材中的“思考与讨论”“思维训练”“练习与应用”“复习与提高”等栏目中的思维训练题目,要充分利用起来,调动学生积极思维、讨论交流,并且针对学生在交流过程中暴露的思维问题进行有效指导。

卡尔•萨根说过:“科学与其说是一种知识体系,不如说是一种思维方式”。同样,我们也可以认为,科学课程的学习与其说是学习一种知识体系,不如说是学习一种思维方式。

从生物学学科核心素养的视角看,生命观念的形成需要科学思维,科学探究的进行需要科学思维,社会责任的担当也需要科学思维。培养学生的科学思维习惯和能力,可以说是包括生物学课程在内的理科课程的核心目标之一。如何达成这一目标,依然任重而道远。

 
 
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