如何在科学教学中培养学生的科学精神

科学精神的培养是整个科学学科教学的根本任务, 学科教学的急功近利导致科学精神培养的冷落。以培养科学精神为旨归，必须重新构建初中自然学科教学新体系。科学精神的培养应落实到知识学习、技能训练的过程中，应落实在科学方法、思维的教育上，应落实于科学探究的活动里。

关键词：科学教学培养落实科学精神

据有关人士透露，在第二次国际教育成就评价中，中国学生科学成绩测试平均百分正确率在参加测试的20个国家和地区中仅居第13位。为什么在这一测试中中国学生的成绩不是人们想象的数一数二？原因就在于这一测试的指标不仅包括科学知识，而且包括科学精神、科学态度和其他方面的科学综合素质。我国科学教育对学生掌握科学基本知识方面虽然是比较有效的，但由于在很大程度上把科学教育等同于了科学知识的教学，严重忽视了对学生进行科学态度与情感、科学精神、科学意识的教育。审视科学学科的教学现状，何尝不是如此。本文就科学学科如何有效地肩负起培养科学精神的使命，谈点浅见。 一、科学精神的培养是科学学科教学的根本任务

科学精神是人类在长期的科学探索和获取科学成就的过程中积淀而成的精神气质的集中表征，包括科学情感、态度、价值观等。科学精神是人类科学文化的重要财富，也是民众科学素养的重要组成部分。美国面向21世纪人才培养的“2061计划”在《面向全体美国人的科学》一书中就将“科学需要证据；科学是逻辑和想象的融合；科学不仰仗权威”[1]作为美国基础教育中科学世界观的构成要素；我国正在进行的新一轮课程改革也明确将科学态度与科学精神列为科学教育的重要目标。其目的就是要使科学教育超越公式与符号，使学生成为真正具有科学素养的人。因此，科学精神与科学知识、科学方法一样，是构成科学素养不可缺少的要素；也是当前科学教育最缺少，而又是人们最需要的素养。

中小学生的科学精神应包括以下几个方面：刨根问底的好奇心；喜欢新事物、新思想、新信息，大胆、求异的创造意识；怀疑精神，实证态度；不达目的誓不罢休的毅力。对此新课标也有明确的规定。其三维课程目标（“知识与技能”、“过程与方法”、“情感、态度与价值观”）之一的“情感、态度与价值观”实际上就是科学精神。三者的关系可以这样说：“知识与技能”是基础，“过程与方法”是重点，“情感、态度与价值观”才是根本目的。 二、学科教学的急功近利导致科学精神培养的冷落

审视科学学科的教学现状，绝大多数教学还局限在“知识与技能”的教学上，普遍漠视科学精神的培养。究其原因，主要是教师应试观念的根深蒂固，教育心态的急功近利。课堂上教师讲解一贯到底，课后以完成教材习题为主；学生在学习过程中只需将老师讲的内容由黑板移到笔记本上，再由笔记本移至大脑中；课后进行练习，以巩固大脑的记忆、对课堂讲授内容的学习即算完成。在教学过程中，教师把自己咀嚼细烂的知识灌输给学生，学生只需吞下即可；教师不用观察学生的反应，不用顾及学生的兴趣和爱好，只需将大纲中规定的目标和教案的内容和盘托出。教师关心的是学生掌握了哪些具体的科学知识，而对于学生掌握这些科学知识的方法，学生在学习科学的过程中形成了怎样的态度、情感与价值观等，教师是漠不关心的。其次科学精神培养受冷落也由于科学精神的内容本身比较模糊，科学精神的培养缺少具体抓手，对科学精神的培养缺乏有力的评价等诸多因素的存在。 三、以培养科学精神为旨归，重新构建初中自然学科教学新体系 1、科学精神的培养落实到知识学习、技能训练的过程中

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为知识而学习知识、为技能而训练技能的做法是不足取的。强调科学精神的培养并不排斥科学知识的学习和科学技能的训练。科学知识和科学技能是科学精神的根基。我们需要的是把科学精神的培养贯串到知识学习、技能训练的过程中。

下面摘录的是一位物理特级教师的优秀教例，他在教授“牛顿第一定律”前，花了很长的篇幅作背景铺垫：

公元前300多年前，古希腊的哲学家亚里斯多德提出：“力是维持物体运动的原因”。他解释说：一辆车运动起来后，必须用力才能使之继续运动下去，失去力的作用，小车就会停止运动。他还说：象太阳、月亮等天体的运动，依赖于某种精神力量，即上帝。亚里斯多德的思想很有影响，流传了近 2000年，被整个知识界奉为真理、教条，在16 世纪末，当时号称世界知识、文化中心的意大利比萨大学的教授们宣布：所有科学上的问题都已被科学巨人亚里斯多德解决了。可当时一位年轻的意大利学者却敢于挑战传统观念，挑战权威，他提出：发现真理的道路，不是靠背诵亚里斯多德的教条，而是要学习大自然这本宝书。这位年轻的意大利学者，就是同学们耳熟能详的伽利略。

伽利略用自制的望远镜(伽利略望远镜)，观察月球，并发现了木星的四颗卫星，为哥白尼的“日心说”找到了确凿的证据，天文界将木星的四颗卫星：木卫一、木卫二、木卫三、木卫四称作伽利略卫星。后人评说：西班牙的哥伦布发现了新，而意大利的伽利略发现了新宇宙。他在比萨斜塔上进行了著名的“两铁球同进落地”的实验，重创了亚里斯多德的观点，在科学界引起了极大的反响。随后，他又进行了同样著名的“斜面实验”。 (教师指导学生进行“斜面实验”，并就实验结果进行充分讨论和大胆推理。)

伽利略是伟大的物理学家和天文学家，科学的先驱。他以系统的实验和观察推翻了以亚里斯多德为代表的、纯属思辨的传统的自然观，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学，因此他被称为“近代科学之父”。伽利略的研究触犯了罗马教庭，并因此被判终身监禁，此间他写出了他一生中最伟大的一本书 ——《运动的法则》。 对科学的执著追求以及罗马教庭的使伽利略生活窘迫，健康水平下降，以致双目失明，于12年1月8日因病去世。也许是历史的巧合，就在这一年，在英国一个偏僻的乡村里牛顿诞生了。

牛顿总结了伽利略、笛卡尔的研究成果，建立了力与运动关系的第一条规律，即著名的牛顿第一定律。(板书：牛顿第一定律及其内容)

这位物理特级教师，不仅仅善于向学生呈现知识、传授方法、启迪思维、激发兴趣，更给学生以人文关怀、精神滋养和灵魂寄托。在他的课堂上，生命相遇，心灵相约。将一个不畏强权，充满正义感和使命感，执着追求真理的鲜活灵动的伽利略形象呈现在学生们面前，紧随其后，法国的笛卡尔，和英国的牛顿又一路走来。这时，学生们眼中的“牛顿第一定律”，不再是简单的文字，而因博动着众多科学家的生命气息变得沉甸甸的。

由此可见，在知识学习、技能训练的过程中，我们完全可以开掘出科学精神培养的有效资源，在进行精神培育的同时，深化知识学习和技能训练。

2、科学精神的培养落实在科学方法、思维的教育上

科学精神的培养离不开科学方法的掌握和科学思维的养成。科学方法是人们在认识和改造世界活动中遵循和运用的以科学为基础的各种方法和手段的总称，是人们在实践活动中总结出来的正确的思维方法和行为方法。科学方法与科学知识相伴生，是学生掌握物理知识和训练基本技能的重要手段，更是培养科学态度和科学精神的主要依托。科学方法是科学思维的具体外现，科学思维是科学方法的内隐运作，两者互为表里。科学思维层次的高低，决定

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了一个人获取知识和创造知识、或者说发现问题和解决问题的能力。目前素质教育的重大误区，是认为科学知识越多、人的素质越高，其结果是学生的书包越来越重，作业越来越多，“高分低能”现象越来越普遍。这种情况类似我们想提高计算机的性能，不是去优化其管理系统，而是在其落后的管理系统上再加载五花八门的应用程序一样。科学思维训练的目的就是优化人脑这台“大型计算机”的管理系统，提高系统的性能。在知识爆炸的今天，在网络技术导致知识和信息流通量呈天文数字增加的今天，加强科学思维训练，提高学生获取知识和创造知识的能力，比以往任何时候都重要。

科学学科科学方法的教育是指在教学中，有目的、有意识、有步骤地渗透和传授自然学科科学研究方法，使学生受到科学方法的熏陶和训练，逐步地掌握最基本、最主要的自然学科科学方法，达到促进知识学习、培养能力和培养科学精神的目的。初中自然学科教学中科学方法教育的内容可概括以下内容:（1）观察和实验方法:有意观察，单因子实验法、实验数据处理方法等;（2）分析和综合方法:定性分析、定量分析、因果分析、综合等;（3）比较和分类方法:异中求同、同中求异、分类等;(4)假说方法; (5)归纳和演绎方法:简单枚举归纳、三段论、演绎等; (6)数学方法:用比值定义物理量、表达物理规律的形式化语言、运用图象描述物理现象和规律; (7)理想化方法:理想实验、理想模型; (8)类比方法:简单共存类比、因果类比; (9)推理方法; (10)分析和解决问题的具体方法:等效方法、近似处理方法等: (11)非逻辑思维方法:自觉、灵感、想象、猜测等。

根据学生的认知水平和学科教学的实际，科学方法教育的内容应以经典方法、逻辑方法为主，兼顾非逻辑方法，以典型的科学方法作为教育内容。对中学生而言，培养学生的科学精神主要体现在培养学生的逻辑思维能力。科学探究离不开严密的逻辑思维。例如在研究“影响电磁铁磁性强弱的因素”时，假设通过电磁铁的电流由1A增加到2A，电磁铁的磁性会怎样？是否可以这样推测：导线中的2A电流是两股1A电流汇合而成的，每股电流都产生一个磁场，两个相同磁场合在一起，电磁铁的磁性增强了。设计实验离不开科学方法，实验涉及多个变量时，就需要控制变量，逐个研究，如滑动摩擦力的大小与什么因素有关、蒸发快慢与什么因素有关、铁制品锈蚀需要的条件、种子萌发与什么环境因素有关、流水侵蚀作用与哪些因素有关等。在科学探究过程中经常需要设计对比实验，例如在研究植物蒸腾作用发生的主要场所时，实验中为什么不用大塑料袋把花瓶也一起包进去呢?这就需要科学思考。分析与论证时更离不开科学方法，常常需要运用归纳法得出结论。有时，为了反驳某一观点，运用科学的推理是十分有力的。

本着培养科学精神为目的的科学方法教育，就不致于陷入为方法而方法的泥淖。科学精神的培养也只能在科学方法的教育中潜移默化地形成，而且这种精神力量也只有拥有了科学方法的强大后盾才能发挥其作用。

3、科学精神的培养落实于科学探究的活动里

科学探究本身包含着两方面的含义有：—是科学探究的基本程序，二是科学探究的基本精神即科学精神。可以这样说，前者是科学探究的“形”，而后者则是科学探究的“神”，两者之间互相联系、互相依存，缺一不可。但从新课程改革实践来看，由于在课程标准中对科学探究下了操作性定义：提出科学问题、进行猜想和假设、制定计划和设计实验、获取事实和证据、检验与评价、表达与交流，广大教师觉得有一定的规范性，有章可循，比较容易操作和实施，重视程度比较高；相比之下，对科学探究过程中的科学精神的培养既没有硬性规定，也不容易操作，不同程度地受到轻视和忽视。更令人担忧的是，在教学实践中，某些科学探究已演变成了对智力进行徒有形式的机械训练，走入了形式化的误区，使科学教育从重视知

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识的传授变成了重视关于方法的知识的传授。科学知识是科学的躯体、科学方法是科学的行为，而科学精神则是科学的灵魂。因此，在科学探究过程中，不仅要使学生学习科学探究方法，还要领悟蕴涵其中的科学精神。可是精神这种无形的东西，书本无法生动地加以呈现，它需要浓厚精神氛围的浸染。因此，科学精神的培养又只能落实于科学探究的活动里。 旨在培养科学精神的课堂教学应该是让学生在既动脑又动手的氛围中养成科学精神的一种教学模式。这种教学模式的学习过程类似于一个科学探究过程，学生是课堂教学的执行者、研究者，教师是学生的助手和合作者。该教学模式一般有如下4个环节：

（1）提出问题。教师依据教学内容提出探究的问题，学生根据自己的兴趣搜集相关的资料，提出假设，作出判断，然后根据自己的假设制订行动计划或实验步骤。这一环节主要是激发学生的探究兴趣和欲望，在动手之前先动脑思考。

（2）实践探索。动手操作、探寻结果，是培养学生科学精神的重要环节。在该环节中，学生根据自己设计的研究方案进行操作和实验论证，并不断加以调整，直至最终完成研究计划；教师作为助手，在适当的时候给予帮助，如果学生偏离研究方向则及时加以引导，辅助学生完成探究。这样的训练不仅有助于学生动手能力的提高，而且有利于学生在试误、更正、成功的探究过程中磨炼其探求的意志，养成求实的态度。

（3）探究、记录。在探究结束后，学生应详细地将探究过程和结果记录下来。这不仅有利于学生对探究过程进行分析，而且有利于学生对探究过程加以反思和进行新的学习。通过对假设、实验和记录的分析，学生就能够地作出判断，得出探究结论，形成科学的认识。

（4）结果交流。培养学生动手操作、验证假设、推演结论的能力固然重要，但学生具备科学准确地讲述、表达和与同伴交流分享探究心得的能力亦不可或缺。这也是培养学生科学精神的一个重要环节。通过小组或全班的集体讨论，接受同伴和老师的质疑，学生不仅可以对自己的探究加深认识和做多角度的分析，而且可以促进相互间的交流、分享、尊重与合作共进。

例如，以下探究活动，就能很好培养学生求实、怀疑、探索、理性等科学精神。（1）有两支蜡烛，一高一低，点燃以后，用一只透明罩盖在蜡烛上，问哪一支蜡烛先熄灭?绝大多数学生都认为低的蜡烛先熄灭，但实验结果与学生的预测正好相反，说明原来的判断是错误的。教师应启发学生认识到哪一支蜡烛先熄灭不仅与蜡烛的高低有关，还和罩子的大小有关，可作进一步的探究。（2）在用探究实验的方法弄清了蒸腾作用到底发生在植物的哪个部分后又提出了新的问题：是不是叶片的各部分在蒸腾作用中都发挥着同样的作用呢?比如叶片的两面散失水分的能力一样吗?如果不一样，那么大部分的水蒸气到底是通过叶片的上表面还是下表面散失的呢?等等。

一般来说，科学探索的过程大致为：直觉—假设—试误—思索—猜想—验证。既动手又动脑的探究学习模式符合科学探索的过程；在每一次的探究中，学生的兴趣都能得以激发，创造性得以发挥，怀疑精神得以张扬，求实态度得以强化，科学精神得以彰显。

三年级 董成武

2007年6月15日

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