龔龑 彭漪

摘要：科學(xué)精神的培養(yǎng)是大學(xué)教學(xué)中極其重要的內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)貫穿于學(xué)生具體專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程中。本文闡述了從科學(xué)探索的視角來看待專業(yè)知識點的教學(xué)思路，將課堂教學(xué)中的科學(xué)精神的培養(yǎng)歸納為邏輯性、啟發(fā)性、學(xué)術(shù)性和思辨性四個要素，并結(jié)合武漢大學(xué)測繪遙感學(xué)科的教學(xué)實踐，對上述四個要素的實施方法進(jìn)行了具體探討。

關(guān)鍵詞：科學(xué)精神；大學(xué)課堂；邏輯；啟發(fā)；學(xué)術(shù)；思辨

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）45-0227-03

一、引言

人才培養(yǎng)、科學(xué)研究和社會服務(wù)是大學(xué)的三大基本職能，而科學(xué)精神則是大學(xué)的靈魂，它是聚合這三大職能的強(qiáng)大磁場?？茖W(xué)精神賦予了人才培養(yǎng)的創(chuàng)造性，確保了科學(xué)研究的持續(xù)性，并孕育了社會服務(wù)的前瞻性?！掇o?！氛J(rèn)為“科學(xué)精神”是“科學(xué)文化的主要內(nèi)容之一”[1]，包括“科學(xué)發(fā)展所形成的優(yōu)良傳統(tǒng)、認(rèn)知方式、行為規(guī)范和價值取向?！?/p>

以自然科學(xué)為例，科學(xué)精神折射出窮追到底探索真理的不懈訴求，體現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的技術(shù)美學(xué)，它是學(xué)生在大學(xué)階段除專業(yè)知識以外的另一份重要收獲。

數(shù)十年來，得益于國家和社會各界的支持，武漢大學(xué)測繪遙感學(xué)科在幾代院士專家梯隊的帶領(lǐng)下，取得了一系列國內(nèi)外一流的學(xué)科建設(shè)業(yè)績，為國家培養(yǎng)了大批學(xué)術(shù)頂尖人才，而這其中也長期孕育了將科學(xué)精神培養(yǎng)貫穿于大學(xué)教學(xué)的學(xué)科文化。

如何理解科學(xué)精神培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)涵？大學(xué)課堂的教學(xué)特質(zhì)包括哪些關(guān)鍵要素？本文將對此進(jìn)行探討，并結(jié)合筆者教學(xué)團(tuán)隊在武漢大學(xué)遙感類本科課程中的系列教學(xué)實踐，對實現(xiàn)這些要素的方式進(jìn)行歸納分析。

二、科學(xué)精神培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)涵

（一）基本教學(xué)觀點

在大學(xué)本科專業(yè)人才培養(yǎng)中，專業(yè)知識是學(xué)生學(xué)習(xí)的主體，它是由各門課程有機(jī)結(jié)合所形成的邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹R集合。在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，它通常可體現(xiàn)為知識點或技能點等不同形式。學(xué)生掌握了專業(yè)知識，才能為日后在相關(guān)行業(yè)服務(wù)國家建設(shè)打下基礎(chǔ)。而僅僅著眼于專業(yè)知識的教學(xué)，遠(yuǎn)非大學(xué)教學(xué)的全部。以遙感學(xué)科為例，讓學(xué)生在專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程中，理解遙感經(jīng)典理論在逐步接近科學(xué)真相的過程中的自身規(guī)律，體會數(shù)十年來遙感主要方法在對地觀測中的創(chuàng)新歷程，并且推演在未來遙感應(yīng)用中可能出現(xiàn)的科技格局。這些都深深地植根于大學(xué)教學(xué)對科學(xué)精神的培養(yǎng)?！笆濉逼陂g，以我國“高分辨率衛(wèi)星對地觀測計劃”的深入推進(jìn)為代表，國內(nèi)外遙感技術(shù)發(fā)展迎來深層次變革[2]。只有將科學(xué)精神的培養(yǎng)滲透在專業(yè)知識的培養(yǎng)過程中，學(xué)生才能在新型遙感知識爆發(fā)式增長的條件下，形成自主思考、主動探索，并不斷創(chuàng)新的科學(xué)素養(yǎng)。專業(yè)知識為教學(xué)載體，科學(xué)精神為教學(xué)靈魂。在遙感學(xué)科長期的教學(xué)實踐中，筆者教學(xué)團(tuán)隊在對科學(xué)精神培養(yǎng)的理解中形成的一個重要教學(xué)觀點是“從科學(xué)探索的視角來看待專業(yè)知識點”。

（二）教學(xué)思路

立足這一觀點，課程的專業(yè)知識點將不再是靜態(tài)的待傳授目標(biāo)物，而是科學(xué)探索的動態(tài)產(chǎn)物，教師的教學(xué)思路也會有重要區(qū)別。從形式上來看，以公式、定理、算法或準(zhǔn)則為代表的專業(yè)知識點，它們自身只是科學(xué)探索的某個節(jié)點產(chǎn)出，教師的教學(xué)不能孤立地將這種節(jié)點產(chǎn)出灌輸給學(xué)生，導(dǎo)致一葉障目不見泰山。欲明了科學(xué)探索的全貌，從以學(xué)生為中心的角度來看，教師須將教學(xué)視為引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識的過程。科學(xué)精神的培養(yǎng)蘊含在這一過程當(dāng)中，專業(yè)知識點則是這一過程的剪影。

課堂是教育發(fā)展的核心地帶。教育部陳寶生部長指出，課堂革命是“培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力”的重要手段，也是“加快教育由量的增長向質(zhì)的提升轉(zhuǎn)變”的戰(zhàn)略需求[3]。從大學(xué)本科教學(xué)的實際來看，課堂教學(xué)是人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)和主體，也是引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識首當(dāng)其沖的環(huán)節(jié)。如何在課堂教學(xué)中實現(xiàn)科學(xué)精神的培養(yǎng)呢？接下來，本文將對大學(xué)課堂教學(xué)要素進(jìn)行具體剖析。

三、大學(xué)課堂要素剖析

以武漢大學(xué)遙感專業(yè)的《遙感原理與應(yīng)用》、《高光譜遙感》和《定量遙感》等專業(yè)課程多年的教學(xué)實踐為基礎(chǔ)，結(jié)合國家級精品課程和國家級精品資源共享項目中的經(jīng)驗，筆者將面向科學(xué)精神培養(yǎng)的大學(xué)課堂的典型要素歸納為四個方面，即邏輯性、啟發(fā)性、學(xué)術(shù)性和思辨性。它們從不角度體現(xiàn)了科學(xué)精神與專業(yè)知識教學(xué)的內(nèi)在聯(lián)系。邏輯性，即知識的有序規(guī)則；啟發(fā)性，即知識的探索品質(zhì)；學(xué)術(shù)性，即知識的學(xué)科特質(zhì)；思辨性，即知識的抽象思維。

（一）邏輯性

科學(xué)研究中的邏輯性，通常與推理、歸納與演繹等過程相伴，它所體現(xiàn)的是學(xué)科思維的規(guī)律，信息流動的順序規(guī)則，包括“思維的法則及其特有的形式”[4]。而課堂教學(xué)的邏輯性則是學(xué)科邏輯性在教與學(xué)中的深刻展現(xiàn)。富有邏輯性的教學(xué)，才能充分彰顯科學(xué)知識的嚴(yán)謹(jǐn)與客觀。如何使得課堂教學(xué)具有邏輯性呢？筆者認(rèn)為可以從兩個方面著手：一是知識點的內(nèi)在一致性，二是課堂結(jié)構(gòu)形式的完備性。

1.所謂知識點的內(nèi)在一致性，是指對待每一個具體的專業(yè)知識點，教師都應(yīng)該從宏觀和微觀的不同層次理解其內(nèi)在關(guān)聯(lián)，洞悉該知識點在培養(yǎng)方案、課程大綱和教學(xué)設(shè)計三個層次的映射。教師在課程教學(xué)之前，應(yīng)具備專業(yè)培養(yǎng)的宏觀視野，對學(xué)科知識進(jìn)行整體思考。具體而言，首先應(yīng)對專業(yè)培養(yǎng)方案深入解讀，培養(yǎng)方案體現(xiàn)了課程與專業(yè)的關(guān)系，而在此基礎(chǔ)上的教學(xué)大綱，須明晰該課程內(nèi)部的知識結(jié)構(gòu)體系，最后的教學(xué)方案（教案），則是教師針對各教學(xué)單元的具體實施藍(lán)本。通常，培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱具有相對的穩(wěn)定性，而教學(xué)方案則是教師個人教學(xué)創(chuàng)造性的集中體現(xiàn)。知識點的內(nèi)在一致性，即知識點源于培養(yǎng)方案，具象于教學(xué)大綱，落實于教學(xué)方案。這就要求教師針對知識點的具體教學(xué)，還須跳出課程本身，厘清知識點在學(xué)生培養(yǎng)各個層次內(nèi)涵的一致性。

2.課堂結(jié)構(gòu)形式的完備性，是指在教學(xué)單元的實施過程中，應(yīng)當(dāng)盡可能的還原提出問題、分析問題和解決問題的完整科學(xué)過程。在與之相應(yīng)的課堂結(jié)構(gòu)中，通常應(yīng)有課程導(dǎo)入、課程展開、課程深入和課程小結(jié)等必要結(jié)構(gòu)。首先，科學(xué)研究中起始階段的工作是選題和確定研究目標(biāo)，課程導(dǎo)入與之存在本質(zhì)關(guān)聯(lián)。課程導(dǎo)入起到三個基本作用，即承上啟下、激發(fā)興趣和明確重點。優(yōu)秀的課程導(dǎo)入通常應(yīng)起到凝練、深刻的承上啟下的作用，揭示出上、下節(jié)課程中的關(guān)鍵異同。同時，應(yīng)有具備沖擊力的教學(xué)方式和手段激發(fā)學(xué)生的求知欲望，并且能夠一語中的地幫助學(xué)生明確教學(xué)重點。而課程展開和課程深入作為課堂的主體，它是一個與科研探索過程相對應(yīng)的教學(xué)過程，教師引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)對本單元的核心知識的學(xué)習(xí)。最后的課程小結(jié)，教師可通過歸納、提升和擴(kuò)展等方式，幫助學(xué)生對本單元的知識點進(jìn)行重新審視，這一環(huán)節(jié)與科學(xué)研究的總結(jié)與展望異曲同工。

因此，知識點的內(nèi)在一致性體現(xiàn)了專業(yè)教學(xué)的邏輯性，課堂結(jié)構(gòu)形式的完備性體現(xiàn)了科學(xué)研究的邏輯性。要很好的實現(xiàn)這種教學(xué)效果，需要教師洞悉教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，尊重學(xué)生認(rèn)知的一般規(guī)律，進(jìn)而梳理知識合理的呈現(xiàn)順序。

（二）啟發(fā)性

啟發(fā)通常是指開導(dǎo)指點或闡明事例，引起對方聯(lián)想并有所領(lǐng)悟。大學(xué)課堂教學(xué)的啟發(fā)性對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索品質(zhì)尤為重要。

在實踐中，困擾廣大教育工作者的問題往往是教師主觀上有意運用啟發(fā)式教學(xué)，而學(xué)生在客觀上未能收到應(yīng)有的教學(xué)效果，使得啟發(fā)性教學(xué)方法難免流于形式。對于這一問題，我們可以從孔子的論述中觀其要害?？鬃诱f“不憤不啟，不悱不發(fā)”[5]。朱熹對此的注解是：“啟，謂開其意；發(fā)，謂達(dá)其辭”[6]。而“憤”是指“有求知之欲望，但苦不得解”；“悱”是指“心中想說，而口不能言”。綜合而言，孔子的大意是：“如果學(xué)生尚無強(qiáng)烈的求知欲，就不要主動幫他解答；除非學(xué)生自身想要表達(dá)但遇到困難，否則不要幫他闡述?！币虼?，啟發(fā)性課堂教學(xué)的前提是營造一個學(xué)生提前思索的氛圍。在這一氛圍下，學(xué)生才有知識點主動形成的意識。

在課堂展開深入的環(huán)節(jié)中，筆者教學(xué)團(tuán)隊采取了將知識點過程化的啟發(fā)式教學(xué)方法。其關(guān)鍵是教師有意識地引導(dǎo)學(xué)生思考新舊知識點的來龍去脈及內(nèi)在關(guān)聯(lián)，重視知識產(chǎn)生的過程。以合理的批判、轉(zhuǎn)折或質(zhì)疑，將若干知識點從教材章節(jié)原始孤立的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為逐步推進(jìn)的有機(jī)體系。

以國家級精品課程《遙感原理與應(yīng)用》中熱紅外遙感的教學(xué)為例，這部分內(nèi)容涉及遙感輻射的若干經(jīng)典理論及應(yīng)用。若直接以教材體系中的先理論、后應(yīng)用的順序進(jìn)行教學(xué)，易形成離散式的知識點灌輸。筆者教學(xué)團(tuán)隊采取如下方式：首先列舉出兩顆國際先進(jìn)的熱紅外衛(wèi)星，即美國Aqua衛(wèi)星和中國的環(huán)境-1B衛(wèi)星，讓學(xué)生觀察其傳感器熱紅外通道的波長，分別為10.5微米和10.7微米。學(xué)生很自然的產(chǎn)生疑問：為何這兩顆衛(wèi)星的熱紅外波長如此接近？這便是營造孔子所說“憤”的過程，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行數(shù)學(xué)推演，展示維恩位移定律，通過地球表面常溫區(qū)間得到衛(wèi)星熱紅外遙感的波長設(shè)計結(jié)果則是“啟”的過程。進(jìn)而再次提出質(zhì)疑：如果地表出現(xiàn)火災(zāi)等高溫目標(biāo)，這一波長是否仍舊適合？營造“悱”的思考狀態(tài)，并通過中紅外波長分析闡釋分析，達(dá)到“發(fā)”的效果。

“教育不是把籃子裝滿，而是把燈點亮”[7]。在知識點過程化的教學(xué)方式中，教師的角色不再是把知識點搬運給學(xué)生，而是讓學(xué)生看到并渴望彼岸的知識點，然后幫學(xué)生架起橋梁。

（三）學(xué)術(shù)性

關(guān)于學(xué)術(shù)的定義，教育界和科學(xué)界從不同角度存在多種不同的表述。其中一種比較普遍的觀點認(rèn)為，學(xué)術(shù)是指系統(tǒng)專門的學(xué)問，是對存在物及其規(guī)律的學(xué)科化[8]。從這個角度來看，學(xué)術(shù)性主要體現(xiàn)為系統(tǒng)性和專門性。同時，學(xué)術(shù)自身也是動態(tài)發(fā)展的，科學(xué)前沿動態(tài)發(fā)展蘊含著專業(yè)課程的演進(jìn)方向。所以，教師應(yīng)關(guān)注、篩選、融合最新科研進(jìn)展，以專業(yè)的視角將其納入課堂知識體系，橫向拓展學(xué)生視野，縱向延伸教學(xué)內(nèi)容，這也是“教學(xué)決定生存，科研決定水平”[9]在課堂中的具體體現(xiàn)。結(jié)合自然科學(xué)研究的實際來看，“學(xué)”為機(jī)理，“術(shù)”即方法。以理工類學(xué)科為例，科學(xué)機(jī)理和科學(xué)方法互為表里。一方面，人類一切先進(jìn)技術(shù)方法的進(jìn)步無疑都有機(jī)理研究不斷突破的支撐；另一方面，科學(xué)機(jī)理的演進(jìn)也受到技術(shù)應(yīng)用需求的牽引。所以在遙感專業(yè)知識的教學(xué)中，針對《高光譜遙感》這樣一種以技術(shù)應(yīng)用為主的課程，我們也注重引導(dǎo)學(xué)生思考其背后物性機(jī)理的探索過程。因此，大學(xué)教學(xué)中的學(xué)術(shù)性，源于科研學(xué)術(shù)，但更突出科學(xué)認(rèn)知的動態(tài)性，即“學(xué)”和“術(shù)”辯證統(tǒng)一，“術(shù)”的演進(jìn)過程折射出“學(xué)”中追求科學(xué)真相的精神。

（四）思辨性

思辨，即思考和辨析。思辨能力就是思考辨析能力。所謂思考指的是分析、推理、判斷等思維活動；所謂辨析指的是對事物的情況、類別、事理等的辨別分析。思辨能力主要是一種抽象思維能力。

與基礎(chǔ)教育相比，注重思辨能力培養(yǎng)是大學(xué)教育突出的特點，但也對高校教師提出了較高要求[10]。因為，思辨性教學(xué)要求教師要善于歸納隱藏在知識點中的科學(xué)思維方法，能夠從認(rèn)識論的角度看待教學(xué)內(nèi)容。對于理工類的教師來講，也須通過自然科學(xué)的科研工作思考提煉其哲學(xué)方法。

以武漢大學(xué)《定量遙感》課程為例，定量遙感技術(shù)是近二十年來蓬勃興起的遙感技術(shù)，涉及物理、數(shù)學(xué)、地學(xué)、電子和信息科學(xué)等多學(xué)科交叉，多種科研思辨方法在該技術(shù)中均有體現(xiàn)，筆者教學(xué)團(tuán)隊進(jìn)行了的思辨性教學(xué)實踐。例如，在知識點“葉面積指數(shù)遙感監(jiān)測技術(shù)”中，該技術(shù)的主要目的是利用遙感衛(wèi)星對地球表面植被的茂盛程度進(jìn)行監(jiān)測。教學(xué)中，當(dāng)傳統(tǒng)經(jīng)典方法面對土壤含水量差異出現(xiàn)不穩(wěn)定性時，科學(xué)家提出“土壤多樣性”問題，并針對近紅外頻段采用“土壤線法”實現(xiàn)方法創(chuàng)新[11]。然而在實踐中，“土壤線法”也展現(xiàn)出其弊端。若缺乏思辨性教學(xué)方式，將會直接介紹新的技術(shù)方法；反之則不同，教師引導(dǎo)學(xué)生提煉出該技術(shù)的核心，即植被前景和土壤背景的二元分析，并從辯證法的一般性原理出發(fā)，鼓勵學(xué)生猜想：既然存在“土壤多樣性”問題，那是否也存在“植被多樣性”的問題呢？進(jìn)而秉承“大膽假設(shè)，小心求證”的科學(xué)態(tài)度，逐步揭示出更為先進(jìn)的“雙線法”[12]。

只有充滿思辨精神的課堂，才能將類比、假設(shè)、遷移和猜想等多種科研創(chuàng)新思維方式在知識點教學(xué)的過程中展現(xiàn)給學(xué)生。[13]

四、結(jié)語

我國要建設(shè)創(chuàng)新型國家，須有一大批創(chuàng)新型人才來承擔(dān)起重任。本文所討論的面向科學(xué)精神培養(yǎng)的大學(xué)課堂教學(xué)，正是在這種背景下所做的實踐探索。富有邏輯性、啟發(fā)性、學(xué)術(shù)性和思辨性的大學(xué)課堂，將為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供土壤。

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