科學(xué)思維及其在生物學(xué)學(xué)科中的獨(dú)特性

1、科學(xué)思維及其在生物學(xué)學(xué)科中的獨(dú)特性科學(xué)思維作為生物學(xué)核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容，是形成生命觀念的重要途徑，也 是科學(xué)探究的重要組成部分。生物學(xué)中的一些重要概念，如定律、原理、規(guī)律等 都是人類科學(xué)思維的產(chǎn)物，形成這些概念一般需要進(jìn)行分析、比較、歸納、演繹、 綜合、抽象和概括等科學(xué)思維的過程和方法。科學(xué)思維既重視概念形成的結(jié)果， 也關(guān)注概念的形成過程。因此，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的能力和品質(zhì)是生物學(xué)教學(xué)的 重要目標(biāo)之一。1科學(xué)思維的定義及其特征科學(xué)思維有不同的定義。胡衛(wèi)平等提出：科學(xué)思維就是具有意識(shí)的人腦對(duì)自 然界中事物（包括對(duì)象、過程、現(xiàn)象、事實(shí)等）的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及自然界 中事物間的聯(lián)系和相互關(guān)系的間接

2、的、概括的和能動(dòng)的反映。這個(gè)定義偏重于將 思維和概念合為一體，沒有準(zhǔn)確地界定科學(xué)思維的本質(zhì)特征普通高中生物學(xué)課 程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）的表述是：科學(xué)思維是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和 務(wù)實(shí)的求知態(tài)度、運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物，解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能 力。該定義認(rèn)為科學(xué)思維是一種態(tài)度、習(xí)慣和能力，缺乏對(duì)科學(xué)思維的過程和品 質(zhì)的闡釋普通高中物理學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）的表述是：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)

3、疑和批判，進(jìn) 行檢驗(yàn)和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格。這個(gè)定義認(rèn)為科學(xué)思維是一 種認(rèn)識(shí)方式、過程、運(yùn)用、能力與品格的統(tǒng)一，從心理學(xué)層面上比較好地闡釋了 科學(xué)思維的顯性特征。需要指出的是，盡管物理課程標(biāo)準(zhǔn)是以物理學(xué)視角來(lái)界定科學(xué)思維，但所提 出的科學(xué)思維的這些特征在化學(xué)、生物學(xué)等自然科學(xué)中同樣存在?？茖W(xué)思維是指人對(duì)自然界中客觀事物的一種認(rèn)識(shí)行為、認(rèn)知方式和認(rèn)知品質(zhì) 的反映。中學(xué)科學(xué)教育層面的科學(xué)思維，還包含有激發(fā)學(xué)生“崇尚真知，追求科 學(xué)知識(shí)”的認(rèn)知?jiǎng)訖C(jī)?？茖W(xué)思維具有以下一些顯性特征：崇尚真知，認(rèn)同科學(xué)知識(shí)、原理和方法在解決問題中的作用（認(rèn)知?jiǎng)訖C(jī)）； 尊重事實(shí)和證據(jù)，以事實(shí)和證據(jù)作為科學(xué)思

4、維的起點(diǎn)（認(rèn)知行為）； 正確的邏輯分析，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物及事物之間的聯(lián)系（認(rèn)知 方式）；質(zhì)疑和批判，創(chuàng)造性地提出觀點(diǎn)、方法，以解決具體的問題（認(rèn)知品質(zhì)）。 這些特征可以用結(jié)構(gòu)圖（圖1）表示它們之間的關(guān)系。質(zhì)疑和批判正確的邏輯分析（J工 n認(rèn)知品質(zhì)尊重事實(shí)和證據(jù)u二 崇尚真知0認(rèn)知方式U認(rèn)知行為L(zhǎng) 。認(rèn)知?jiǎng)訖C(jī)16圖1科學(xué)思維特征的結(jié)構(gòu)認(rèn)知?jiǎng)訖C(jī)是科學(xué)思維的起點(diǎn)，只有在“崇尚真知，追求科學(xué)知識(shí)、原理和方 法”的基礎(chǔ)上，我們才會(huì)相信科學(xué)，進(jìn)行科學(xué)分析，產(chǎn)生“尊重事實(shí)和證據(jù)”的 認(rèn)知行為“尊重事實(shí)和證據(jù)”是科學(xué)思維的前提；認(rèn)知行為如何具體落實(shí)為認(rèn) 識(shí)方式呢？進(jìn)行“正確的邏輯分析和推理”是認(rèn)識(shí)事

5、物及事物之間聯(lián)系的核心; 在認(rèn)知的過程中，需要堅(jiān)持質(zhì)疑和批判的認(rèn)知精神和品質(zhì)。由此可見，認(rèn)知?jiǎng)訖C(jī)、 認(rèn)知行為、認(rèn)知方式、認(rèn)知品質(zhì)是逐級(jí)提升的，體現(xiàn)出科學(xué)思維鮮明的邏輯層次。 而認(rèn)知品質(zhì)又會(huì)在科學(xué)思維的全部過程之中得以體現(xiàn)。2科學(xué)思維方法的分析科學(xué)思維的表現(xiàn)形式是科學(xué)思維方法，即認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)及事物之間的關(guān)系 需要一定的方法才能得出正確的結(jié)論?？茖W(xué)思維方法有多種分類，其中按思維的抽象程度可以分為：動(dòng)作思維（直 覺）、形象思維（觀察、想象）和邏輯思維（抽象）。邏輯思維是概念形成的重要方式，而科學(xué)課程的主要內(nèi)容之一是形成各種概 念、原理和規(guī)律，因此，邏輯思維是科學(xué)思維的主要表現(xiàn)形式，是科學(xué)課程中需

6、要著重培養(yǎng)的思維。邏輯思維主要表現(xiàn)為：比較與分類、歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括 等。批判性思維包括三個(gè)緊密聯(lián)系、相互影響的階段：分析思維方式階段、評(píng)估 思維方式階段、提高思維方式階段批判性思維包含了邏輯思維的全部特點(diǎn)，是科學(xué)思維的高階水平?？茖W(xué)思維方法的種類、基本內(nèi)涵和在生物學(xué)中的應(yīng)用舉例（表1）。M 1科學(xué)思推方法的內(nèi)涵相互關(guān)系科學(xué)這推方法將小內(nèi)旃相應(yīng)對(duì)舉例叱校與分類it找是以確定步勃之M的共同點(diǎn) 和在修點(diǎn)的出推方法:分類則是根 據(jù)M望的火同點(diǎn)和力律性,把軟分為不同種類的龍立思推方法定分類的地,只為比的對(duì)酸的 共同點(diǎn)和弟界性才能進(jìn)行科學(xué)的分 拈分類分為“分.和君,“分的 依摳及對(duì)第的不

7、同也”美8的依報(bào)丸 時(shí)象的相時(shí)點(diǎn),分類體現(xiàn)了客觀功物 的共性與個(gè)性的淤井植物和動(dòng)物共肝的劃 分：原核細(xì)購(gòu)川”核細(xì) 胞的分類鵬與清蜂人打處本初始認(rèn)也在住從個(gè)聘開 然E折展列-彼.冉從般進(jìn)一步認(rèn)識(shí)個(gè)冽,納於從個(gè)別中 發(fā)現(xiàn)殷的Hi理明式卬思雄方式： 泄緯是從房中發(fā)炭午別的推理 形式和駟維方式住進(jìn)行11納時(shí)不4俺驛盡所有的個(gè) 別內(nèi)此FI納出米的整治不一定肥正 端的.還需要湎”推理進(jìn)行論i.囚 此JI炳制演”拈互為作用的動(dòng)，出物的分類：各傳動(dòng) 物的特衽的確定；細(xì)鮑學(xué)說(shuō)酌建立分析與嫁合分析是把研究對(duì)奴的爾體分桿為個(gè)個(gè)部分或腦部.分別進(jìn)行砥究 的思維萬(wàn)法;保合與分析相反.處 從修體上去認(rèn)阻和把握研究環(huán)象 的

8、思爆方法n然科學(xué)中的任何就動(dòng)都寓不開分 折無(wú)母班比較11分類還是歸與 清烽郡離不開分析.分析助他從小的 料學(xué)方怯上分析的小礎(chǔ)上進(jìn)一小 琮合址生維的卷位和發(fā)展偎念的形成一般說(shuō)交經(jīng)過分析與爍令加像與微標(biāo)抽假是在現(xiàn)金懼杷巾物的北1，41混 件本旗特征觸配出球、介棄其有 所不同的X，質(zhì)特征的過行把 抽缺出的共同的、木成Q祝結(jié)合在起就是劇括加強(qiáng)程抽取與假拈塢兩仲方向性不同的思 堆方法.抽象施承干分析和燃煤微 括的帝r八納和右合.但二者乂仃 擰帝切的美布.副泉足慨括的娓斷. 賬抵足於皺的心展生物學(xué)歐意的形成殷 止恤金與歌拈的結(jié)果批為性思惟骷析的性和反思性的月斷， 包牯好奇,敏長(zhǎng),求等思推特性. 也包括用料

9、、分析推理評(píng)儕、解修和自救網(wǎng)候等認(rèn)何枝腌悔利性思雄八有求if、兩性、開放、我 活、碗評(píng)價(jià)、中M作出“斷、愿怠派 折號(hào)您Jf做址兩弟等特點(diǎn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)中經(jīng)合川彩撒 內(nèi)性思維上述科學(xué)思維方法都是形成概念的重要方法，而概念也是一種重要的模型， 概念的形成過程就是建立模型的過程，即建立模型也要用到上述科學(xué)思維方法。 例如，光合作用的概念就是一個(gè)概念模型，它是在一系列探索光合作用的原料、 條件、場(chǎng)所、產(chǎn)物和過程的基礎(chǔ)上，進(jìn)行分析與綜合的產(chǎn)物。除概念模型外，數(shù) 學(xué)模型和物理模型的建立都要用到表1中的邏輯思維方法。邏輯思維在概念的形成中有著重要作用。某種概念的形成既有可能是比較與分類、歸納與演繹的結(jié)果，也可能是

10、分析與綜合、抽象與概括的結(jié)果。例如，學(xué)生 學(xué)習(xí)有關(guān)魚的特征就是一個(gè)鮮活的事例。教師讓學(xué)生觀察各種各樣的魚，分析這 些魚的外部形態(tài)和生理特征，從中歸納和概括出魚所具有的共同特征：生活在水 中，身體呈流線型，體表有鱗片，用鰭平衡和游泳，用鯉呼吸。在這個(gè)過程中就 使用了分析、歸納、抽象和概括。因此，概念的建構(gòu)要用到多種邏輯思維方法， 其中分析和比較是基礎(chǔ)的邏輯思維方法，其他方法都是建立在分析、比較的基礎(chǔ) 上的。抽象程度越高的概念，用到的邏輯思維方法就越高級(jí)。圖2呈現(xiàn)了常用的 幾種邏輯思維方法之間的關(guān)系。圖2常用的幾種科學(xué)思維方法之間的關(guān)系3科學(xué)思維在生物學(xué)科中的獨(dú)特性生物學(xué)研究的對(duì)象十分復(fù)雜而且多樣

11、，因而決定了科學(xué)思維在生物學(xué)中的復(fù) 雜性、靈活性和整體性。從復(fù)雜性來(lái)看，人既是研究的主體，也是研究的對(duì)象, 所有的生物都是生物學(xué)研究的對(duì)象；除病毒外，這些生物的結(jié)構(gòu)組成單位都是細(xì) 胞，其基本的物質(zhì)組成大致相同，因?yàn)橛泄餐卣鳎桓鞣N生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)差異極 大，這些生物所依賴的環(huán)境各不相同，而且在同一環(huán)境中的生物也差異極大，這 就決定了研究這些生物要有復(fù)雜性思維。從靈活性來(lái)看，盡管在研究生物及生命 現(xiàn)象的各個(gè)層面上有著許多的共性，但所形成的概念沒有絕對(duì)的論述。例如，相 對(duì)于其他體細(xì)胞來(lái)說(shuō)，紅細(xì)胞既沒有細(xì)胞核，也沒有相應(yīng)的細(xì)胞器，不能川共性 的特征來(lái)硬套所有的研究對(duì)象；乂如，對(duì)于“生物是不斷進(jìn)化的，是

12、從水生到陸 生、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從低等到高等進(jìn)化的”的認(rèn)知，就要以靈活的思維來(lái)分析, 否則就無(wú)從解釋現(xiàn)在的地球上為什么還有那么多的低等生物在生存，而且它們還 表現(xiàn)出對(duì)環(huán)境的適應(yīng)；再如，同樣的水體污染，不同的地理和人文環(huán)境決定了污 染的方式各不相同，農(nóng)村的水體污染可能是農(nóng)田施用化肥過多或者生活污水排入 所致,城市的水體污染有可能是化工廠排污所致,這就需要針對(duì)污染的周邊環(huán)境、 所處地理位置的不同而進(jìn)行不同的考慮。從整體性來(lái)看,看待生物及其生命現(xiàn)象, 既要進(jìn)行局部分析，更要進(jìn)行整體考量。例如，分泌蛋白的形成，不能僅從合成 蛋白質(zhì)的最初場(chǎng)所核糖體來(lái)考慮，還要考慮內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的作用，同時(shí)不能 忘了線粒

13、體提供的能量；研究一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，不能過分夸大生產(chǎn)者的 作用，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為消費(fèi)者可有可無(wú)，這就是整體思維的作用。生命觀念既是 一種認(rèn)知結(jié)論，也是一種認(rèn)知方式9：科學(xué)思維強(qiáng)調(diào)認(rèn)知方式，是形成生命觀念 的重要途徑，因此，科學(xué)思維和生命觀念有著共同的特征，即認(rèn)知方式的統(tǒng)一（圖 3） o例如“進(jìn)化和適應(yīng)”是一種生命觀念，是科學(xué)思維的產(chǎn)物，但也可以用進(jìn) 化和適應(yīng)的思維來(lái)看待和分析一些生物現(xiàn)象。例如，人們經(jīng)常用進(jìn)化的思維來(lái)分 析一些生物的結(jié)構(gòu)和功能的不同之處，用適應(yīng)的思維來(lái)分析一些生物所具有的結(jié) 構(gòu)與功能的必然聯(lián)系。佟I 3科學(xué)思維和生命觀念關(guān)系圖正是因?yàn)樯^念與科學(xué)思維在認(rèn)知方式上的共性關(guān)系，因而極大地豐富了 科學(xué)思維在生物學(xué)中的內(nèi)涵。一些具有生命觀念的科學(xué)思維就組成了生物學(xué)科學(xué) 思維的獨(dú)特性，如生命系統(tǒng)思維、平衡思維、多因素思維、統(tǒng)一性和多樣性思維 等。這些思維要求對(duì)事物進(jìn)行多因素、多角度的客觀分析，既要有邏輯推理，乂 要考慮到實(shí)際情況，進(jìn)行綜合理解.。例如，對(duì)概念、規(guī)律和原理不能作絕對(duì)的理 解，對(duì)問題的求解不過分追求非此即彼的標(biāo)準(zhǔn)答案。下面以多因素思維為例進(jìn)行 分析。在分析生命及其活動(dòng)規(guī)律時(shí)，既要分析影響生物的各種因素，也要從中找 出最主要的因素。例如，影響光合作用的因素有光照（光照時(shí)間、光照強(qiáng)度、光 質(zhì)）、溫度、濕度等；影響種子萌發(fā)的條件有溫度、水分、氧氣、