何善亮

(南京師范大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院 江蘇 南京 210097)

理性思維的首要標(biāo)準(zhǔn)是概念的清晰性。無(wú)論是自然科學(xué)還是社會(huì)科學(xué)和人文學(xué)科，概念清晰都是最基本的要求。自然語(yǔ)言的不明確性及其可能帶來(lái)的歧義與含混，使得明確概念變得更為重要。在《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》等課程文件及教學(xué)實(shí)踐中比較常見(jiàn)，同時(shí)也作為科學(xué)素養(yǎng)的一個(gè)重要維度[1]以及STEM教育重要目標(biāo)的“科學(xué)思維”[2]，就是這樣一個(gè)需要明確或澄清的概念。為此，從邏輯學(xué)、心理學(xué)、系統(tǒng)論等多學(xué)科視角透視科學(xué)思維①還有哲學(xué)的視角、歷史的視角、語(yǔ)言學(xué)(語(yǔ)詞的)視角、價(jià)值論視角、比較的視角、關(guān)系的視角、演化的視角等，限于篇幅，不再(單獨(dú))贅述。，把握科學(xué)思維的精神實(shí)質(zhì)，對(duì)于克服在倡導(dǎo)“科學(xué)實(shí)踐”過(guò)程中有可能產(chǎn)生的低估“科學(xué)思維”價(jià)值傾向[3]，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、科學(xué)思維的邏輯學(xué)考察

科學(xué)思維首先涉及其如何定義的問(wèn)題。為了回答這一問(wèn)題，需要我們把目光轉(zhuǎn)向以研究思維的形式結(jié)構(gòu)及其規(guī)律、思維的矛盾運(yùn)動(dòng)及其規(guī)律的邏輯學(xué)，亦即從形式邏輯或辯證邏輯的視角透視科學(xué)思維概念。

(一)科學(xué)思維的本質(zhì)內(nèi)涵

概念是思維的基本形式，是構(gòu)成命題、推理的基本要素，是組織起來(lái)的個(gè)體經(jīng)驗(yàn)，是人們基于事實(shí)、事件、特性、感知信息進(jìn)行分類(lèi)、推理和抽象出來(lái)的知識(shí)，它使我們能有效地認(rèn)知、交流、發(fā)展我們對(duì)世界的認(rèn)識(shí)。作為一個(gè)基本概念，“科學(xué)思維”一方面包含著許多科學(xué)概念、科學(xué)命題和科學(xué)推理的內(nèi)容，另一方面它也具有自己的內(nèi)涵與外延。

科學(xué)思維是人類(lèi)思維之一種(科學(xué)思維“屬”于思維)，研究科學(xué)思維必須首先明確思維究竟是什么。然而，這一問(wèn)題并不那么容易回答，因?yàn)檎軐W(xué)、邏輯學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、人工智能等都在研究思維，對(duì)于思維卻有著不盡相同的定義。簡(jiǎn)單地說(shuō)，也是從名詞的意義上說(shuō)，思維是人腦對(duì)于客觀事物共同的、本質(zhì)的屬性和事物間內(nèi)在的、必然聯(lián)系的間接的、概括的反映。[4]思維是人腦的高級(jí)功能，相對(duì)于存在，思維是意識(shí)，是精神；相對(duì)于客觀，思維屬于主觀；相對(duì)于感性認(rèn)識(shí)，思維屬于理性認(rèn)識(shí)。據(jù)此我們也就不難理解，科學(xué)思維是人腦對(duì)于自然世界(客觀事物之自然世界，有時(shí)也包括人工自然世界)共同的、本質(zhì)的屬性和事物間內(nèi)在的、必然聯(lián)系的間接的、概括的反映，是人們應(yīng)用科學(xué)概念(本質(zhì)上是人腦對(duì)自然界共同的、本質(zhì)的屬性的把握)、科學(xué)規(guī)律與原理(本質(zhì)上是人腦對(duì)自然世界事物間內(nèi)在的、必然的聯(lián)系的認(rèn)知與理解)，解決科學(xué)問(wèn)題的一種人類(lèi)思維活動(dòng)。

科學(xué)思維雖然以科學(xué)實(shí)踐(活動(dòng))為其主要生產(chǎn)地，并在其中形成和發(fā)展，但是，科學(xué)思維有其獨(dú)特的思維特點(diǎn)，一旦成為一種獨(dú)立的思維形式，就具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出自然科學(xué)范圍的普遍思維形式的意義，成為理智可以廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要工具。[5]雖然，我們可以將科學(xué)思維狹義地定義為特定的推理策略，例如主導(dǎo)科學(xué)思維發(fā)展的變量控制策略，也可以將其定義為狹窄人群(例如科學(xué)家群體)的思維特征，但是，以一種包容性的方式定義科學(xué)思維，將科學(xué)思維的定義與個(gè)體以及人類(lèi)對(duì)知識(shí)的尋求聯(lián)系起來(lái)，或者更能凸顯“科學(xué)思維”就是“科學(xué)地思考”的通用性意義。[6]畢竟，科學(xué)思維中所包含的一些思維品性和形式(例如注重“證據(jù)”、強(qiáng)調(diào)“實(shí)證”等)，對(duì)于其他思維能力與品性的形成能夠產(chǎn)生重要而又普遍的遷移和影響。

(二)科學(xué)思維的表現(xiàn)形式

科學(xué)思維有著多種多樣的表現(xiàn)形式或者說(shuō)類(lèi)型。例如，演繹思維、歸納思維、類(lèi)比思維(隱喻思維)、溯因思維、數(shù)理思維、系統(tǒng)思維等。[7]但是，從邏輯的角度看，科學(xué)思維僅僅表現(xiàn)為科學(xué)概念、科學(xué)判斷與科學(xué)推理等這些最為基本也最為簡(jiǎn)單的形式。①問(wèn)題解決(決策、判斷等)活動(dòng)，從邏輯的角度看，本質(zhì)上就是推理，或者說(shuō)是借助于推理，是規(guī)則的綜合應(yīng)用。事實(shí)上，演繹思維、歸納思維、類(lèi)比思維(隱喻思維)、溯因思維，都是科學(xué)推理的具體形式而已，抽象思維則是科學(xué)概念形成、科學(xué)規(guī)律發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的思維活動(dòng)，與科學(xué)概念、科學(xué)判斷存在著緊密的聯(lián)系。

科學(xué)概念、科學(xué)判斷、科學(xué)推理，作為科學(xué)思維的基本形式，是從抽象思維層面對(duì)科學(xué)思維的表現(xiàn)形式的具體把握。這一認(rèn)識(shí)雖然很深刻，甚至也抓住了人們對(duì)于意義(知識(shí)是一種含有一定意義的信息結(jié)構(gòu))問(wèn)題的關(guān)注，但是它依然不夠，甚至還有可能失去邏輯思維的基石。這是因?yàn)?，邏輯最為本源的部分是不能用邏輯系統(tǒng)本身來(lái)解決的，它只能有一個(gè)來(lái)源，即心象(也稱(chēng)為表象或意象)②相對(duì)于心象，動(dòng)作思維，或者說(shuō)具身認(rèn)知，可能更為根本，這是因?yàn)?，只有人與環(huán)境的互動(dòng)，才會(huì)有人的學(xué)習(xí)及發(fā)展。。這不僅是人類(lèi)進(jìn)化的歷史結(jié)果，也是個(gè)體思維的發(fā)展確證。由于心象負(fù)載著一定的信息，使它不僅成為形象思維(想象等)的載體，也成為概念的第一來(lái)源，并通過(guò)構(gòu)成、類(lèi)比、時(shí)空相鄰等方式，使形象的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化或綜合為抽象的判斷。[8]這一研究結(jié)果意味著，科學(xué)心象(表象或意象)也是科學(xué)思維的基本(甚至更為基本)表現(xiàn)形式。它也意味著，科學(xué)思維不能僅僅考慮抽象思維，而要同時(shí)使用形象思維與抽象思維兩種方式(甚至包括“動(dòng)作思維”“具身思維”等方式)。畢竟，抽象思維的概念來(lái)源于形象思維(以及動(dòng)作思維、具身思維等)，對(duì)形象思維具有驗(yàn)證和延伸功效，形象思維則對(duì)抽象思維具有跟蹤作用，并具有直覺(jué)檢驗(yàn)邏輯結(jié)論的作用。

(三)科學(xué)思維的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

直接影響科學(xué)思維的功能發(fā)揮，或者說(shuō)與科學(xué)思維功能密切相關(guān)的，是科學(xué)思維的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。一個(gè)成熟的科學(xué)工作者或科學(xué)教育工作者，以及受過(guò)良好科學(xué)教育的人，在進(jìn)行自己的科學(xué)思維活動(dòng)時(shí)，需要明確科學(xué)思維的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而應(yīng)用這一標(biāo)準(zhǔn)檢視思維各個(gè)組成部分以及思維加工過(guò)程。為此，我們需要強(qiáng)調(diào)科學(xué)思維的清晰性、準(zhǔn)確性、精確性、關(guān)聯(lián)性、廣度(廣泛性)、深度(深刻性)、重要性、邏輯性、公平性[9]，以及可信性、可預(yù)測(cè)性、可行性和完整性、徹底性等，加強(qiáng)科學(xué)思維的質(zhì)量評(píng)估和監(jiān)控調(diào)節(jié)。

要進(jìn)行科學(xué)思維，需要以科學(xué)思維的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為訓(xùn)導(dǎo)，或者換言之，要進(jìn)行科學(xué)思維，需要依據(jù)科學(xué)思維的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)思維進(jìn)行提問(wèn)。理想的境界是，讓這些質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在科學(xué)思維中變得如此“熟悉”，以至于它成為我們思考問(wèn)題時(shí)很自然的部分，亦即從明言知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榫}默知識(shí)，達(dá)到日用而不知的狀態(tài)，自動(dòng)化地引導(dǎo)我們進(jìn)行越來(lái)越好的科學(xué)思維。例如，判斷科學(xué)思維是否清晰可以提這樣一些問(wèn)題:能就此問(wèn)題作詳細(xì)說(shuō)明嗎?能換個(gè)方式表述那個(gè)問(wèn)題嗎?能給予解釋性說(shuō)明嗎?能提供一個(gè)實(shí)際例子嗎?能就他人對(duì)此問(wèn)題理解的正確性加以判斷嗎?……當(dāng)然，在科學(xué)教育實(shí)踐中，將科學(xué)思維的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與科學(xué)思維的構(gòu)成要素(參見(jiàn)后文)聯(lián)系起來(lái)思考，將更加有助于我們理解和提升科學(xué)思維的質(zhì)量。

二、科學(xué)思維的心理學(xué)分析

相較于邏輯學(xué)的靜態(tài)考察，心理學(xué)視域下的科學(xué)思維則聚焦于思維的動(dòng)態(tài)過(guò)程把握，該動(dòng)態(tài)過(guò)程中的具體方法，以及科學(xué)思維背后的推動(dòng)力量。這是科學(xué)思維研究走向教育教學(xué)實(shí)踐的重要一環(huán)。

(一)科學(xué)思維的動(dòng)態(tài)過(guò)程

思維主要是一個(gè)內(nèi)在的而且可能是非行為的過(guò)程。思維不僅是一個(gè)名詞，它也是一個(gè)動(dòng)詞?！八季S”就是“思考”，思維過(guò)程就是思考者基于個(gè)體已有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)神經(jīng)細(xì)胞和大腦皮層對(duì)信息進(jìn)行能動(dòng)操作的過(guò)程，包括信息的接受、傳遞、存儲(chǔ)、提取、刪除、對(duì)比、篩選、判別、排列、分類(lèi)、變相、轉(zhuǎn)型、輸出、整合、表達(dá)、利用等活動(dòng)。與此相似，科學(xué)思維也是一種信息加工的過(guò)程，而且這種信息加工的過(guò)程有著自己的目的——科學(xué)問(wèn)題的解決(解決科學(xué)問(wèn)題)。科學(xué)思維的這一過(guò)程性特征，或者說(shuō)科學(xué)思維的動(dòng)詞性特征，是與科學(xué)本身的探究性質(zhì)緊密聯(lián)系在一起的。

2.荷蘭。荷蘭最為著名的是研發(fā)稅收抵免(WBSO)和創(chuàng)新箱制度(Innovation box)。政府規(guī)定，對(duì)于符合要求的研發(fā)支出，最初35萬(wàn)歐元可以按32%的比率抵扣工資成本和費(fèi)用，超過(guò)35萬(wàn)歐元的部分則按照14%進(jìn)行抵扣。荷蘭的創(chuàng)新箱制度則對(duì)符合要求的研發(fā)收入按7%的優(yōu)惠稅率征收，企業(yè)的虧損可以按25%的法定稅率進(jìn)行抵免。值得一提的是，荷蘭格外重視中小企業(yè)的研發(fā)創(chuàng)新活動(dòng)，創(chuàng)新型企業(yè)可以向政府申請(qǐng)創(chuàng)新信貸，其中小型企業(yè)研發(fā)成本的45%、中型企業(yè)的35%以及大型企業(yè)的25%都可以獲得信用貸款。

嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，科學(xué)實(shí)踐(科學(xué)活動(dòng))并非僅僅是一種解題活動(dòng)。但是，我們還是可以將科學(xué)(大致)看作一種以科學(xué)問(wèn)題為定向的、解決科學(xué)問(wèn)題的活動(dòng)。于是，科學(xué)思維也就是以科學(xué)問(wèn)題為起點(diǎn)、以科學(xué)問(wèn)題求解為主線(xiàn)、以科學(xué)理論創(chuàng)建為目標(biāo)的人類(lèi)思維活動(dòng)。[10]從這一層面來(lái)講，科學(xué)思維就是對(duì)科學(xué)問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)、研究假設(shè)的提出、實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的制訂、科學(xué)數(shù)據(jù)的收集、研究資料的分析、科學(xué)結(jié)論的提出、研究成果的交流與研討等過(guò)程中獲得的信息進(jìn)行分析、轉(zhuǎn)換和綜合，并且通過(guò)這一信息加工過(guò)程解決問(wèn)題(可以畫(huà)出科學(xué)思維的一般流程圖，當(dāng)然，其中會(huì)有反復(fù)、迭代、精致等過(guò)程，這里從略)。也正是在這一科學(xué)問(wèn)題的解決過(guò)程中，特別是研究成果的交流與研討，研究論文的發(fā)表與閱讀，使得科學(xué)思維逐漸從個(gè)體(性)走向了群體(性)和公共世界。

與科學(xué)問(wèn)題解決作為典型的科學(xué)思維活動(dòng)一樣，科學(xué)論證①科學(xué)論證過(guò)程實(shí)質(zhì)上也可以看作科學(xué)問(wèn)題解決的一個(gè)部分。也是一種典型的，不僅涉及思維內(nèi)容和思維形式的轉(zhuǎn)換，同時(shí)也要應(yīng)用多種思維加工形式的科學(xué)思維活動(dòng)。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，科學(xué)論證是指(科學(xué))思維主體就某一科學(xué)主張給出理由。如果放在對(duì)話(huà)的框架中來(lái)思考，科學(xué)論證首先是實(shí)現(xiàn)某個(gè)目的的手段，這是科學(xué)論證的由來(lái)與淵源；其次，科學(xué)論證要為某個(gè)主張?zhí)峁├碛?，亦即尋找適當(dāng)理由支持某一結(jié)論，從而去接受一個(gè)主張，而不是非批判性的盲從或迷信，這是科學(xué)論證的核心內(nèi)容；再次，科學(xué)論證與打消人們的懷疑有關(guān)，正是這一現(xiàn)實(shí)的懷疑以及潛在的懷疑，使科學(xué)論證成為必要?？茖W(xué)論證預(yù)設(shè)了一個(gè)初始基礎(chǔ)或出發(fā)點(diǎn)(例如競(jìng)爭(zhēng)的主張或沖突的意見(jiàn))，規(guī)定了論證的終點(diǎn)或目標(biāo)，內(nèi)在的包括推理過(guò)程并且與推理有所不同，還涉及科學(xué)言語(yǔ)行為以及相關(guān)聯(lián)的社會(huì)性、辯證性要求。在教育教學(xué)過(guò)程中，科學(xué)論證從最簡(jiǎn)單的“由數(shù)據(jù)(Data)到結(jié)論(Claim)”模式，經(jīng)過(guò)“你怎么才能夠證明”的質(zhì)疑，逐漸發(fā)展到“根據(jù)理?yè)?jù)(Warrant)由數(shù)據(jù)(Data)到結(jié)論(Claim)”，或者“根據(jù)理?yè)?jù)(Warrant)由數(shù)據(jù)(Data)到結(jié)論(Claim)除非(Rebuttal)”等更為嚴(yán)密的模式。[11]這里的“理?yè)?jù)(Warrant)”是結(jié)果性的和解釋性的，其作用就是明確表達(dá)步驟的合法性。

(二)科學(xué)思維的具體方法

科學(xué)思維是一種旨在解決科學(xué)問(wèn)題的信息加工過(guò)程，自然會(huì)涉及從外部事物到心象(亦即形象思維中的形象概念)、從形象到概念、從形象到判斷、由概念到判斷、從判斷到推理、推理反作用于判斷、概念、心象等眾多不同形式思維內(nèi)容和形式的轉(zhuǎn)換，也會(huì)涉及比較、概括、抽象、分析、綜合、判斷、圖例、具體化和系統(tǒng)化等思維的基本過(guò)程。其中，從外部事物到心象(形象)，以及從形象到概念、從形象到判斷等科學(xué)思維過(guò)程，需要人們給予特別的注意。相對(duì)于人腦對(duì)外部事物刺激的直接反應(yīng)的感覺(jué)，以及對(duì)多種綜合刺激的綜合所得出的鮮明的、清晰的、具體的感知直接結(jié)果的知覺(jué)，心象則是長(zhǎng)期記憶中對(duì)對(duì)象形象的一種概括，盡管它不是特別的鮮明、清晰和具體。在心象形成的基礎(chǔ)上，也才可能有后來(lái)的從形象到概念、從形象到判斷等思維形式的進(jìn)一步發(fā)展。

從思維的結(jié)果指向來(lái)看，過(guò)程性的或者說(shuō)動(dòng)詞性的科學(xué)思維更加關(guān)注以下一些問(wèn)題:科學(xué)事實(shí)是如何發(fā)現(xiàn)的?科學(xué)概念是如何形成的?科學(xué)規(guī)律是如何發(fā)現(xiàn)(建構(gòu))的?人們?nèi)绾芜M(jìn)行科學(xué)推理?科學(xué)問(wèn)題是如何解決的?科學(xué)創(chuàng)造是何以可能的?……為了解決這些問(wèn)題，人腦必須進(jìn)行相應(yīng)的一系列思維操作(與此相應(yīng)，也就需要一些基本的思維技能)。例如，科學(xué)概念的形成既可以通過(guò)一個(gè)科學(xué)概念的最好樣例(科學(xué)概念原型)來(lái)學(xué)習(xí)，也可以通過(guò)借助假設(shè)檢驗(yàn)策略獲得規(guī)則來(lái)學(xué)習(xí)(是分析性的概念形成過(guò)程，也是典型的科學(xué)概念形成過(guò)程，此時(shí)概念的學(xué)習(xí)者是作為一個(gè)積極的問(wèn)題解決者而出現(xiàn)的)，還可以通過(guò)非分析性的概念形成過(guò)程(內(nèi)隱學(xué)習(xí))?？茖W(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、科學(xué)推理的展開(kāi)、科學(xué)問(wèn)題的解決、科學(xué)創(chuàng)造的實(shí)現(xiàn)，乃至科學(xué)想象的產(chǎn)生，都有其相對(duì)應(yīng)的、內(nèi)在的思維操作過(guò)程與加工方式。

(三)科學(xué)思維的動(dòng)力特征

在當(dāng)代認(rèn)知科學(xué)看來(lái)，作為一種復(fù)雜的認(rèn)知活動(dòng)，思維不僅包括判斷、推理、決策、問(wèn)題解決等理性過(guò)程，還應(yīng)把人在認(rèn)知過(guò)程中與思維相關(guān)的情感因素(情意因素)包含在內(nèi)。正如情感本身包含著復(fù)雜的認(rèn)知因素和思維過(guò)程一樣(情感背后所含有的認(rèn)知研判)，思維在加工和處理傳入信息的同時(shí)也運(yùn)用情感(借助于體驗(yàn)、表征、評(píng)價(jià)和修正等)來(lái)統(tǒng)合信息，并作出反應(yīng)和綜合決定。在這里，聯(lián)系著人的意向與目的，同時(shí)關(guān)涉到人的價(jià)值取向、獎(jiǎng)勵(lì)與懲罰的情感，驅(qū)動(dòng)著思維的發(fā)生，也推動(dòng)著思維的發(fā)展。或者更進(jìn)一步說(shuō)，包括了與“感覺(jué)”相關(guān)聯(lián)的感受能力，同時(shí)也表達(dá)了人類(lèi)對(duì)自身感性體驗(yàn)的覺(jué)察與體會(huì)的情感，與思維(認(rèn)知)交互作用，構(gòu)成了有機(jī)體生存適應(yīng)和社會(huì)性發(fā)展(人際交往)的重要的心理活動(dòng)過(guò)程和心理動(dòng)機(jī)力量。

如同思維的情感驅(qū)動(dòng)或者進(jìn)一步說(shuō)思維與情感的一體化發(fā)展相類(lèi)似，科學(xué)思維也表現(xiàn)出情感驅(qū)動(dòng)或者進(jìn)一步說(shuō)科學(xué)思維與情感的一體化發(fā)展的特征與態(tài)勢(shì)。換言之，科學(xué)思維本質(zhì)上是一個(gè)情感驅(qū)動(dòng)或者說(shuō)情知交融的過(guò)程。人們?cè)诩庸ず吞幚硇畔⒌耐瑫r(shí)運(yùn)用情感來(lái)統(tǒng)合信息，并作出反應(yīng)或決定。科學(xué)家從事科學(xué)研究過(guò)程中有很多這樣的事例，例如著名理論物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)得主、開(kāi)創(chuàng)量子電動(dòng)力學(xué)的理查德·費(fèi)曼，在反思自己的人生歷程和此生成就時(shí)說(shuō)道，我從自己的工作中得到了樂(lè)趣，這就是發(fā)現(xiàn)的樂(lè)趣；1976年就因發(fā)現(xiàn)新粒子得到了諾貝爾獎(jiǎng)的著名美籍華人科學(xué)家丁肇中也說(shuō)，好奇心和興趣是他生命的原動(dòng)力。在科學(xué)教育實(shí)踐中，我們也不難發(fā)現(xiàn)，那些對(duì)科學(xué)技術(shù)充滿(mǎn)好奇與熱愛(ài)、認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)之重要價(jià)值的學(xué)生，他們科學(xué)課程的成績(jī)好，對(duì)于科學(xué)課程學(xué)習(xí)的投入更積極，也更勇于接受科學(xué)課程學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)，善于運(yùn)用科學(xué)思維來(lái)解決科學(xué)問(wèn)題。這或者可以用包括情感在內(nèi)的、廣泛意義上的“進(jìn)化理性”或“生態(tài)理性”來(lái)加以解釋——此時(shí)情感不僅在于幫助我們?nèi)绾芜_(dá)到既定目標(biāo)，更重要的是幫助我們確定到底要去追求什么樣的目標(biāo)。[12]因此，我們也就不難理解孩子們?yōu)槭裁蠢鲜窍矚g問(wèn)“為什么”的尋求解釋問(wèn)題[13]，以及在科學(xué)教育實(shí)踐中特別強(qiáng)調(diào)保護(hù)和激發(fā)學(xué)生對(duì)于科學(xué)好奇心的教育意義。

三、科學(xué)思維的系統(tǒng)論審視

系統(tǒng)論的出現(xiàn)使人類(lèi)的思維方式發(fā)生了深刻的變化，也為人們解決現(xiàn)實(shí)復(fù)雜問(wèn)題提供了有效的工具。系統(tǒng)論強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的整體性，倡導(dǎo)整體地認(rèn)識(shí)事物，在分析和處理問(wèn)題過(guò)程中把研究對(duì)象當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)，探究其要素、結(jié)構(gòu)、功能及其環(huán)境之間的相互關(guān)系和演化規(guī)律。從系統(tǒng)論的視角審視科學(xué)思維，有助于我們對(duì)科學(xué)思維有一個(gè)更全面的理解。

(一)科學(xué)思維的構(gòu)成要素

認(rèn)識(shí)事物往往與對(duì)構(gòu)成事物的基本單位(基本單元、構(gòu)成要素)的認(rèn)識(shí)是分不開(kāi)的。在科學(xué)思維系統(tǒng)中，那些既相互獨(dú)立同時(shí)又相互聯(lián)系的基本單元，構(gòu)成了科學(xué)思維的基本要素，亦即科學(xué)思維的構(gòu)成要素。明乎此，依然是不夠的，因?yàn)樗鼪](méi)有指出那些既相互獨(dú)立同時(shí)又相互聯(lián)系的基本單元究竟是什么。為了解決科學(xué)思維的構(gòu)成要素問(wèn)題，我們需要對(duì)科學(xué)思維系統(tǒng)有一個(gè)相對(duì)明確的界定。

事實(shí)上，科學(xué)思維系統(tǒng)是一個(gè)既可以相對(duì)宏觀也可以更為具體分析的概念，并且在不同的思維形式(是形象思維還是抽象思維)與考察方式(靜態(tài)分析與動(dòng)態(tài)分析)下有著不同的表現(xiàn)樣態(tài)。在相對(duì)宏觀的層面，科學(xué)思維系統(tǒng)包括思維者(已有知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知風(fēng)格等)、思維對(duì)象、思維者和思維對(duì)象所處的環(huán)境等一些基本單位；在更為具體的層面，科學(xué)思維系統(tǒng)與一般思維系統(tǒng)一樣，由組成它的八大要素所界定，它們是:(思維)目的(目標(biāo)、對(duì)象、功能)、關(guān)鍵問(wèn)題(難題、議題)、信息(數(shù)據(jù)、事實(shí)、證據(jù)、觀察結(jié)果、經(jīng)驗(yàn)、論據(jù))、解釋與推斷(結(jié)論與解決方案)、重要概念(理論、定義、原則、模式)、假定(前提、公理、被默認(rèn)的東西)、意涵和結(jié)果(邏輯之后的東西、效果)、觀點(diǎn)(推斷的框架、視角、方向、世界觀)等。[14]這當(dāng)然是在抽象思維形式和動(dòng)態(tài)分析之下的考察結(jié)果。在形象思維形式和靜態(tài)分析之下，科學(xué)思維的構(gòu)成要素則需要另外的思考。

(二)科學(xué)思維的內(nèi)在結(jié)構(gòu)

思維活動(dòng)千差萬(wàn)別，有的十分簡(jiǎn)單，近乎人的本能，有的則非常復(fù)雜，絞盡人的腦汁。思維活動(dòng)的簡(jiǎn)單與復(fù)雜，不僅與思維主體是否熟悉該種思維活動(dòng)類(lèi)型及其要求有關(guān)，也受到思維的內(nèi)在結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜程度的影響。那么，什么是思維的內(nèi)在結(jié)構(gòu)?科學(xué)思維的內(nèi)在結(jié)構(gòu)又意味著什么?其復(fù)雜程度又如何影響人的思維活動(dòng)?

結(jié)構(gòu)原本是指屋宇構(gòu)建的樣式，在建筑學(xué)上是指承擔(dān)重力或外力的構(gòu)造，進(jìn)而被引申為構(gòu)成事物各個(gè)組成部分的配合、組織與排列。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)取決于系統(tǒng)之中的要素，由這些要素聯(lián)系形成的關(guān)系及其表現(xiàn)形式的綜合，并由這樣的綜合導(dǎo)致了系統(tǒng)的一種整體性規(guī)定。從系統(tǒng)論的視角看，思維以及科學(xué)思維的結(jié)構(gòu)，自然也是取決于思維以及科學(xué)思維的構(gòu)成要素，這些基本要素之間的相對(duì)穩(wěn)定的聯(lián)系方式、組織形式及其時(shí)空關(guān)系的內(nèi)在表現(xiàn)形式，促成了思維以及科學(xué)思維結(jié)構(gòu)的形成，進(jìn)而使思維以及科學(xué)思維的功能得以順暢地實(shí)現(xiàn)。

思維以及科學(xué)思維結(jié)構(gòu)的形成，根本上源于思維以及科學(xué)思維的構(gòu)成要素之間因?yàn)橄嗤?、相似、相?duì)(相反)、相異、相關(guān)、因果等關(guān)系而產(chǎn)生的激活與連接。這些思維以及科學(xué)思維要素，通過(guò)線(xiàn)性以及更多也更主要的非線(xiàn)性的相互作用、差異的整合、等級(jí)層次結(jié)構(gòu)的排列、信息運(yùn)作、環(huán)境的選擇與塑造，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的非加和效應(yīng)——整體涌現(xiàn)性(整體大于部分之和)的功能[15]，這也正是思維以及科學(xué)思維作為系統(tǒng)存在的價(jià)值所在。結(jié)合前文對(duì)思維以及科學(xué)思維的八個(gè)要素的分析，我們?nèi)菀椎贸鏊季S以及科學(xué)思維的基本結(jié)構(gòu)樣態(tài)，那就是:思維以及科學(xué)思維的目的引導(dǎo)著思維的方向；關(guān)鍵問(wèn)題是思維需要克服的障礙；事實(shí)、數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)等信息作為思維的依據(jù)；重要概念及相關(guān)假定為思維提供了基礎(chǔ)；解釋與推斷、意涵與結(jié)果以及觀點(diǎn)與世界觀等，進(jìn)階式地表達(dá)了思維的結(jié)果①這里與心理學(xué)視角下的科學(xué)思維的動(dòng)態(tài)過(guò)程具有相通性。。它既回應(yīng)了思維以及科學(xué)思維的問(wèn)題挑戰(zhàn)，趨向了思維以及科學(xué)思維的目的，也突破了思維以及科學(xué)思維就問(wèn)題論問(wèn)題可能帶來(lái)的簡(jiǎn)單化思維弊端。當(dāng)然，這里也僅僅是就抽象的思維以及科學(xué)思維而言的。

(三)科學(xué)思維的基本功能

明確了科學(xué)思維的要素與結(jié)構(gòu)，我們自然要關(guān)注科學(xué)思維的功能問(wèn)題。這不僅源于要素、結(jié)構(gòu)、功能(以及反饋等)是一個(gè)系統(tǒng)成為系統(tǒng)的重要組成部分，更源于科學(xué)思維本身對(duì)于個(gè)體、學(xué)科和社會(huì)的重要作用。

功能是指事物能夠滿(mǎn)足某種需求的屬性。從系統(tǒng)論的視角看，功能是系統(tǒng)在與外部環(huán)境的交互作用中表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)、能力與功效，是系統(tǒng)內(nèi)部相對(duì)穩(wěn)定的聯(lián)系方式、組織秩序及時(shí)空形式的外在表現(xiàn)。作為一個(gè)系統(tǒng)，科學(xué)思維自然會(huì)與涉及外部環(huán)境信息與內(nèi)部存儲(chǔ)信息之間的相互作用，并通過(guò)這一作用實(shí)現(xiàn)思維者對(duì)思維對(duì)象、思維主體對(duì)思維客體以及主體自身的科學(xué)把握。這里的把握，原本是指一把所握之大小與長(zhǎng)短，我們將其引申為對(duì)思維客體(科學(xué)對(duì)象、科學(xué)問(wèn)題等)以及主體自身(科學(xué)思維過(guò)程)的掌握、執(zhí)持與控制，其結(jié)果是在科學(xué)思維過(guò)程中產(chǎn)生的科學(xué)認(rèn)識(shí)與科學(xué)感受，包括科學(xué)概念、科學(xué)意向、科學(xué)方法、作為科學(xué)思維的物質(zhì)承載系統(tǒng)的科學(xué)語(yǔ)詞、科學(xué)圖像等過(guò)程性產(chǎn)物，以及科學(xué)思想、科學(xué)觀念、科學(xué)想象、科學(xué)情意(科學(xué)情致)、科學(xué)問(wèn)題解決等結(jié)果性產(chǎn)物。[16]正是這些科學(xué)概念、科學(xué)意向、科學(xué)思想、科學(xué)觀念、科學(xué)想象、科學(xué)情意(科學(xué)情致)，凸顯了科學(xué)思維在認(rèn)識(shí)世界過(guò)程中的能力與功效。②這里與邏輯學(xué)視角下的科學(xué)思維的基本形式具有相通性。

四、科學(xué)思維多維透視的教育意義

前文對(duì)科學(xué)思維的多學(xué)科分析，為我們?nèi)姘盐湛茖W(xué)思維的基本內(nèi)涵、表現(xiàn)形式、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)過(guò)程、內(nèi)在機(jī)制、動(dòng)力特征、構(gòu)成要素、內(nèi)在結(jié)構(gòu)、基本功能等，提供了一個(gè)整體性的認(rèn)識(shí)框架，無(wú)論是對(duì)科學(xué)思維教育的理論研究，還是對(duì)科學(xué)思維教育的實(shí)踐改進(jìn)，都具有一定的啟發(fā)意義，同時(shí)也引發(fā)我們對(duì)于科學(xué)思維教育問(wèn)題的更進(jìn)一步思考。

(一)促進(jìn)人們對(duì)于科學(xué)思維概念的深入理解

作為人們經(jīng)常提及同時(shí)其內(nèi)涵也十分豐富的一個(gè)概念，科學(xué)思維不僅具有名詞的形式，更具有動(dòng)詞的意味，亦即一種以科學(xué)問(wèn)題為起點(diǎn)、以科學(xué)問(wèn)題求解為主線(xiàn)、以科學(xué)理論創(chuàng)建為目標(biāo)的科學(xué)思維(科學(xué)思考)，并因此與以科學(xué)問(wèn)題(工程問(wèn)題)為定向、以解決科學(xué)問(wèn)題(工程問(wèn)題)為追求的科學(xué)實(shí)踐(科學(xué)探究、工程實(shí)踐，或“探究實(shí)踐”)而“同構(gòu)”。換言之，科學(xué)實(shí)踐實(shí)際上是科學(xué)思維的一種相對(duì)宏觀或者說(shuō)相對(duì)抽象的形式。當(dāng)然，科學(xué)思維要真正產(chǎn)生力量，必須從宏觀或者說(shuō)抽象走向微觀或者說(shuō)具體，亦即必須借助于比較、分類(lèi)、概括、抽象、分析、綜合、判斷、圖例、具體化和系統(tǒng)化等科學(xué)思維的實(shí)際操作(活動(dòng))——科學(xué)思維的微觀圖景，才能實(shí)現(xiàn)科學(xué)問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)、分析與解決。在這一科學(xué)思考的過(guò)程中，因其主要涉及的是科學(xué)概念、科學(xué)判斷、科學(xué)推理，或者是科學(xué)心象(表象或意象)，以及科學(xué)操作等不同素材形式及其可覺(jué)察性，使科學(xué)思維表現(xiàn)出抽象、形象、動(dòng)作以及直覺(jué)等不同類(lèi)型，并進(jìn)而構(gòu)成了科學(xué)思維的中觀圖景。

科學(xué)思維與科學(xué)觀念(科學(xué)知識(shí))也有著緊密的聯(lián)系。無(wú)論是科學(xué)問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，還是科學(xué)問(wèn)題的求解過(guò)程，總是會(huì)涉及科學(xué)思考者已有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，而科學(xué)思維的目標(biāo)是科學(xué)理論創(chuàng)建，這實(shí)質(zhì)上是對(duì)科學(xué)新知的追求，并因此構(gòu)成未來(lái)科學(xué)思維的基石或元素。

在深入理解科學(xué)思維的過(guò)程中，有兩個(gè)問(wèn)題可以進(jìn)一步探討，那就是科學(xué)思維與科學(xué)探究的關(guān)系問(wèn)題，以及科學(xué)思維的構(gòu)成要素問(wèn)題。科學(xué)思維雖然以科學(xué)實(shí)踐(活動(dòng))為其主要生產(chǎn)地，并在其中形成和發(fā)展，但是科學(xué)思維也反作用于科學(xué)實(shí)踐，并影響科學(xué)實(shí)踐的開(kāi)展質(zhì)量，二者是相輔相成的關(guān)系，絕非是一種單方向的影響與作用。在科學(xué)思維的要素認(rèn)識(shí)上，將模型建構(gòu)、創(chuàng)新思維、推理論證(或者表述為“模型建構(gòu)、質(zhì)疑創(chuàng)新、科學(xué)推理、科學(xué)論證”)表述為科學(xué)思維的三個(gè)要素并且加以強(qiáng)調(diào)[17]，這種強(qiáng)調(diào)有其合理性(因?yàn)槠湎鄬?duì)薄弱需要加強(qiáng))，但是說(shuō)成“要素”在某種程度上缺乏邏輯性與嚴(yán)謹(jǐn)性。

(二)推動(dòng)科學(xué)思維教育實(shí)踐活動(dòng)的有效展開(kāi)

培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力，必須落實(shí)在學(xué)生的科學(xué)思維活動(dòng)之中，落實(shí)在學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)(知識(shí)發(fā)現(xiàn))與知識(shí)應(yīng)用，或者說(shuō)概念化、規(guī)則化(發(fā)現(xiàn)規(guī)律)[18]、問(wèn)題解決、決策、判斷等科學(xué)思維教育實(shí)踐活動(dòng)中?？茖W(xué)思維涉及一系列復(fù)雜的認(rèn)知和元認(rèn)知技能，這些技能的發(fā)展和鞏固需要大量的鍛煉和實(shí)踐，因此需要教師積極探索各種適應(yīng)性、實(shí)踐性和指導(dǎo)性的教學(xué)干預(yù)措施，以促進(jìn)和支持學(xué)生探究、實(shí)驗(yàn)、證據(jù)評(píng)估和推理能力的發(fā)展。[19]例如，不同的概念有著不同的形成過(guò)程，科學(xué)概念教學(xué)可以根據(jù)實(shí)際情況，選擇通過(guò)獲得規(guī)則形成概念、通過(guò)獲得原型形成概念、通過(guò)內(nèi)隱學(xué)習(xí)形成概念等不同途徑開(kāi)展教學(xué)；在科學(xué)問(wèn)題解決教學(xué)中，必須充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的事實(shí)性知識(shí)、概念性知識(shí)、策略性知識(shí)、信念和元認(rèn)知等不同類(lèi)型的知識(shí)成分[20]，讓學(xué)生在識(shí)別問(wèn)題、表征問(wèn)題、選擇方案、評(píng)估方案的反復(fù)循環(huán)和迭代中，提升科學(xué)問(wèn)題解決的能力。

培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力，開(kāi)展科學(xué)思維教育實(shí)踐，需要科學(xué)課程編寫(xiě)與科學(xué)思維評(píng)價(jià)等科學(xué)教育要素的共同發(fā)力。在科學(xué)現(xiàn)象描述、科學(xué)知識(shí)生產(chǎn)、科學(xué)知識(shí)理解、科學(xué)知識(shí)組織(系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化)、科學(xué)知識(shí)應(yīng)用的不同環(huán)節(jié)，對(duì)科學(xué)思維的介入要求是不同的?？茖W(xué)教材編寫(xiě)必須挖掘不同類(lèi)型的科學(xué)課程內(nèi)容所蘊(yùn)含的科學(xué)思維要求，有意識(shí)地將比較、觀察、分類(lèi)、想象、假設(shè)、收集和整理數(shù)據(jù)、編碼、解釋、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及抽象、概括、判斷、推理、理想化、數(shù)學(xué)化、黑箱、建模、決策等科學(xué)思維方法顯性化處理，以便讓學(xué)生更容易習(xí)得和內(nèi)化科學(xué)思維。

真實(shí)、有效、可靠的評(píng)價(jià)(評(píng)估、測(cè)評(píng))是改進(jìn)各級(jí)教育實(shí)踐和提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力的關(guān)鍵，也是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力的核心。加強(qiáng)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的評(píng)價(jià)，特別是加強(qiáng)對(duì)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)思維解決(實(shí)際)問(wèn)題的評(píng)價(jià)，精心設(shè)計(jì)與科學(xué)思維學(xué)習(xí)目標(biāo)相一致并以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心的測(cè)評(píng)干預(yù)，發(fā)揮評(píng)價(jià)之于學(xué)生科學(xué)思維能力發(fā)展的獨(dú)特作用也至關(guān)重要。例如，科學(xué)問(wèn)題解決過(guò)程中的心理活動(dòng)可以分為表征問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、實(shí)施方案、評(píng)價(jià)結(jié)果，科學(xué)思維評(píng)價(jià)就需要關(guān)注學(xué)生是否明確科學(xué)問(wèn)題的給定條件、目標(biāo)和允許的操作，是否能夠重新描述問(wèn)題，使之轉(zhuǎn)化為熟悉的問(wèn)題，建立問(wèn)題的子目標(biāo)的梯級(jí)關(guān)系，能否應(yīng)用一些具體操作來(lái)改變問(wèn)題的起始狀態(tài)，使之逐步接近并達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)，以及對(duì)結(jié)果的適宜性進(jìn)行分析與判斷。

(三)引發(fā)人們關(guān)注科學(xué)思維品性的培養(yǎng)問(wèn)題

不同學(xué)生不僅在科學(xué)思維的能力與水平上彼此不同，而且在科學(xué)思維的傾向性與表現(xiàn)風(fēng)格上也存在著差異。相對(duì)于科學(xué)思維的能力與水平，科學(xué)思維的傾向性及其表現(xiàn)風(fēng)格更為根本，也更為重要。因此，發(fā)展學(xué)生的“認(rèn)知謙遜、認(rèn)知正當(dāng)、認(rèn)知堅(jiān)毅、認(rèn)知公平、信賴(lài)推理、具備認(rèn)識(shí)勇氣、換位思考、思維自主、認(rèn)知一致，同時(shí)還要克服認(rèn)知虛偽、認(rèn)知的非公正、認(rèn)知惰性、漠視認(rèn)知的正當(dāng)性、懷疑推理、認(rèn)知怯弱、思維的(自我)中心性、思維的遵從性等思維惡習(xí)”[21]等科學(xué)思維品性(可能不僅僅是這些，并且逐漸與科學(xué)精神相通達(dá))，是科學(xué)思維教育最為重要也最為根本的目標(biāo)與追求。這也是傳統(tǒng)科學(xué)思維教育相對(duì)忽視或者說(shuō)是相對(duì)薄弱的地方，需要人們給予關(guān)注和重視。

為了發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維品性，科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)教材編寫(xiě)、科學(xué)教育實(shí)踐等都需要有意識(shí)地凸顯科學(xué)思維品性，正確處理科學(xué)思維的基本要素、內(nèi)在結(jié)構(gòu)和基本品性的相互關(guān)系。例如，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出:科學(xué)思維是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)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(guò)程，是分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)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(duì)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(jiàn)解的能力與品格。[22]這樣對(duì)科學(xué)思維的強(qiáng)調(diào)無(wú)疑是有積極價(jià)值的，但似乎又是不夠的?？茖W(xué)思維品格(本文為科學(xué)思維“品性”，寫(xiě)作“品格”也是可以的)究竟是指什么，科學(xué)思維的問(wèn)題性與方向性，已有科學(xué)知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)在科學(xué)思維中的重要作用，以及科學(xué)思維的情感驅(qū)動(dòng)及其反思性等，還需要給予特別的強(qiáng)調(diào)。

需要說(shuō)明的是，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維品性，需要處理好它與人們通常所說(shuō)的思維品質(zhì)之間的關(guān)系。相對(duì)于思維內(nèi)容、思維方法、思維產(chǎn)品的三維思維操作模型，深刻性、靈活性、批判性、敏捷性、獨(dú)創(chuàng)性等思維品質(zhì)(以及思維能力、思維傾向)，似乎更應(yīng)該是思維主體的思維素養(yǎng)描述。[23]在這一層面上，思維品質(zhì)比起上述科學(xué)思維品性的內(nèi)涵顯得相對(duì)狹窄與單薄，但同時(shí)也相對(duì)聚焦與深刻，可以作為科學(xué)思維品性的重要補(bǔ)充。

發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維品性，培養(yǎng)具有科學(xué)思維品性的人，當(dāng)然也不只是科學(xué)教育的問(wèn)題，其他相關(guān)學(xué)科的課程、教學(xué)與評(píng)價(jià)，也可以為科學(xué)思維能力與品性培養(yǎng)做貢獻(xiàn)。例如，藝術(shù)家是極度好奇的，藝術(shù)家是懷疑論者，藝術(shù)家有自己的觀點(diǎn)，藝術(shù)家會(huì)停下來(lái)去思考……[24]這些藝術(shù)家的品性與科學(xué)思維的品性是完全相通的。再如，工科推理強(qiáng)調(diào)明確的目的，清晰而準(zhǔn)確的界定問(wèn)題，適當(dāng)?shù)募僭O(shè)，基于信息和證據(jù)，從技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、倫理等視角考慮工程所帶來(lái)的積極和消極的后果[25]，本質(zhì)上就是科學(xué)思維在解決工程問(wèn)題時(shí)的一種變形或轉(zhuǎn)換?？茖W(xué)思維、工程思維、藝術(shù)思維、倫理思維等不同類(lèi)型思維形式的比較及綜合應(yīng)用，也有助于促進(jìn)科學(xué)思維能力與品性的發(fā)展，這正是教育的綜合性或融合性的必然結(jié)果，也是當(dāng)下STEM教育成為國(guó)際教育改革熱點(diǎn)的一個(gè)重要原因。