人教版高中生物新教材教學資源-高中生物核心素養(yǎng)怎么教

高中生物核心素養(yǎng)怎么教?

生命觀念和科學思維是《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中生物學學科的兩個方面的核心

素養(yǎng)。

本文基于生物學的學科本質(zhì)，著重從結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀

4個方面，闡釋了生命觀念的內(nèi)涵和意義。此外，還通過論述科學思維的內(nèi)涵及其與其他思維的關(guān)系，

提出教師應(yīng)怎樣根據(jù)科學思維的內(nèi)涵和特點加強科學思維教學。

生命觀念的內(nèi)涵和意義

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱新課標）同實驗版課標相比，最突出的變化

就是凝煉了生物學學科核心素養(yǎng)，并以此作為貫穿整個課程設(shè)計的主線，從課程目標到課程內(nèi)容再到課

程的實施和評價，都以發(fā)展學生的生物學學科核心素養(yǎng)為宗旨。理解生物學學科核心素養(yǎng)是實施新課標

的關(guān)鍵，而理解生物學學科核心素養(yǎng)，不能僅靠閱讀新課標內(nèi)容去望文生義，而必須建立在深入理解生

物學學科本質(zhì)的基礎(chǔ)上。

新課標中生物學學科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任，其中生命觀念無疑

是最具生物學學科特點的一點。新課標指出：“生命觀念是指對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進

行解釋后的抽象，是人們經(jīng)過實證后的觀點，能夠理解或解釋生物學相關(guān)事件或現(xiàn)象的意識、觀念和思

想方法。”

通過這段話可以看出，“生命觀念”不是具體的知識，更不是具體的生物學事實，而是指認識主體

在了解事實的基礎(chǔ)上形成概念后，再進一步提煉和升華，內(nèi)化在頭腦中的意識、觀念和思想方法，關(guān)乎

如何看待生命世界的態(tài)度和價值取向。在分析和解決與生物學相關(guān)的問題時.，科學的生命觀念雖不能提

供現(xiàn)成的答案，但會指明分析問題的思路和方向。

生命觀念具體包括哪些內(nèi)容呢？新課標列出了幾個重要的生命觀念：“如結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適

應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等?！毙抡n標在這里使用了“如”和“等”二字，“如”就是舉例

子，“等”說明還有其他生命觀念。當然，只舉出這4個例子，說明課標修訂組認為這4個方面的生命

觀念是最重要的。

1結(jié)構(gòu)與功能觀

關(guān)于結(jié)構(gòu)與功能觀，常見的理解是：“一定的結(jié)構(gòu)必然有與之相對應(yīng)的功能存在，且任何功能都需

要一定的結(jié)構(gòu)來完成”“結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，即有什么樣的結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地就會有什么樣的功能；另一方

面，功能的實現(xiàn)依賴于特定的結(jié)構(gòu)”。結(jié)合生物學的學科本質(zhì)來看，這些說法大體正確，但不能絕對化。

例如,生物體的有些結(jié)構(gòu)，只是進化過程的副產(chǎn)品，無害無益。由于沒有選擇壓力，這些結(jié)構(gòu)在進化中就

沒有被淘汰，如男性的乳頭。

生物學很多思想觀念的表述是柔性的，不是剛性的。在生物學中，“結(jié)構(gòu)決定功能”這一提法就稍

顯絕對。結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，但二者并非總是單向的誰決定誰的關(guān)系，功能的發(fā)揮過程對結(jié)構(gòu)有反作用。

例如，嬰幼兒大腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，有賴于他的視覺和聽覺。如果整天將其關(guān)在黑屋子里邊不見人，

他的大腦發(fā)育一定不好。他見到聽到的東西越多，對他的大腦發(fā)育越有好處，大腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的建構(gòu)就

越好。這說明，并非人一生下來就具有一個成熟的大腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)決定了大腦的分析和思考能力，而是

靠不斷地使用大腦，不斷地聽、看、接觸新奇的環(huán)境，來塑造大腦的結(jié)構(gòu)，使思維功能越來越發(fā)達。

此外，在結(jié)構(gòu)不變的情況下，執(zhí)行功能的情況也可能發(fā)生變化。例如，人在熟睡的時候身體結(jié)構(gòu)沒

有變化，但是走路這一功能就不能實現(xiàn)(除非夢游)。再如，先天性聾啞患者的發(fā)聲器官很可能是正常

的，但是由于聽覺器官出現(xiàn)了功能障礙，導(dǎo)致不能說話。因此，當一個人不能說話的時候，不一定是他

說話的器官出了問題，而有可能是別的器官出了問題。我們不能把某個機體功能與某個器官結(jié)構(gòu)簡單而

絕對地一一對應(yīng)起來，那樣就有些機械了，就不是生物學的思維了。因此，新課標沒有用“結(jié)構(gòu)決定功

能”這一說法，而是用“結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一”或“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”。

“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”無疑是生物學中結(jié)構(gòu)與功能觀的一種正確表述，但如果將結(jié)構(gòu)與功能觀等同

于這句話，就過于簡單化了。這句話不足以表達結(jié)構(gòu)與功能觀的豐富內(nèi)涵，也無需通過許多教學內(nèi)容來

建構(gòu)。這句話說的是結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，但結(jié)構(gòu)與功能觀不僅僅是對結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的認識，還包括其

他方面的內(nèi)涵。首先是結(jié)構(gòu)觀，其次是功能觀，最后才是結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系觀。

關(guān)于結(jié)構(gòu)觀，大致包括以下基本認識。

(1)生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是以物質(zhì)作為基礎(chǔ)的(這說明結(jié)構(gòu)觀與物質(zhì)觀相聯(lián)系)。

(2)生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是有層次的，如個體具有器官、組織、細胞等結(jié)構(gòu)層次；生物圈具有生態(tài)系統(tǒng)、

群落、種群、個體等結(jié)構(gòu)層次。

(3)生命系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間是有聯(lián)系的，如細胞內(nèi)各種膜結(jié)構(gòu)之間相互聯(lián)系形成生物膜系統(tǒng)；

生產(chǎn)者和各級消費者靠食物聯(lián)系構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。

(4)生命系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)大多是動態(tài)的、活的、變化的，如染色體和染色質(zhì)是同一物質(zhì)在不同時期的

存在狀態(tài)，它們在細胞周期的不同階段不僅有形態(tài)的改變，還能在相關(guān)結(jié)構(gòu)的協(xié)助下在細胞內(nèi)運動。生

命的結(jié)構(gòu)觀具有生物學的特點，這種結(jié)構(gòu)觀用在物理、化學等學科，有的適用，有的不一定適用。

關(guān)于功能觀，首先要認識到功能與性質(zhì)是不同的概念。化學講物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)是物質(zhì)本

身的特性；生物學講結(jié)構(gòu)具有功能(即有什么用)，功能是作為部分的結(jié)構(gòu)對整體的貢獻，這是結(jié)構(gòu)與

功能關(guān)系的實質(zhì)。例如，葉綠體的功能，就要看葉綠體對細胞有什么貢獻。離開了整體，局部結(jié)構(gòu)的功

能就無從談起。因此，認識某層次結(jié)構(gòu)的功能，不能離開它上一層次的整體。例如，認識細胞器的功能

就不能離開細胞；認識器官的功能，就不能離開生物體。

另外，生命體最基本的特征是自我更新和自我復(fù)制(即代謝和繁殖)，所以對生命體各層次結(jié)構(gòu)的

功能，大都應(yīng)當圍繞這兩個基本特征去理解。生命系統(tǒng)的維持還依靠3個流：物質(zhì)流、能量流和信息流。

所以對生命系統(tǒng)各層次結(jié)構(gòu)的功能，也可以從這3個維度去分析。這樣，結(jié)構(gòu)與功能觀就為我們分析生

物學現(xiàn)象和問題，提供了思想方法上的指導(dǎo)。

在上述結(jié)構(gòu)觀和功能觀的基礎(chǔ)上，才能深入理解結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。

(1)如前所述，在生物學中，對結(jié)構(gòu)與功能觀不能機械、線性地去認識。

(2)不能孤立地去看一個結(jié)構(gòu)和它的功能，一個結(jié)構(gòu)功能的實現(xiàn)需要其他結(jié)構(gòu)的配合。例如，哺乳動

物的呼吸系統(tǒng)需要循環(huán)系統(tǒng)的配合；甲狀腺分泌激素的功能受到下丘腦和垂體的控制，等等。

(3)功能的實現(xiàn)需要外部條件。有的教師在總結(jié)結(jié)構(gòu)與功能觀的時候，往往忽略了這一點。例如，光

合作用是葉綠體的功能，在黑暗中雖然結(jié)構(gòu)沒發(fā)生變化，卻無法進行光合作用，因為光照是進行光合作

用的必要條件。

(4)發(fā)揮功能的過程可能對結(jié)構(gòu)有反作用。如肌肉的功能是運動，而運動又可以使肌肉發(fā)達，兩者相

輔相成。

總之，柔性的、非線性的、相互聯(lián)系的、動態(tài)變化的、作用與反作用的結(jié)構(gòu)與功能觀，才是生物學

的結(jié)構(gòu)與功能觀。建立這樣的生命觀念，對培育學生的辯證思維和辯證唯物主義世界觀有不可替代的價

值，這鮮明地體現(xiàn)了生物學科課程的育人價值。

2進化與適應(yīng)觀

生物是怎么來的？生物是怎樣進化的？進化的結(jié)果是怎樣的？對這些問題的基本看法就是進化觀。

這些基本看法可以概括為以下幾點：生物是不斷進化的，現(xiàn)在的生物都是進化來的，現(xiàn)存的所有生物之

間都有親緣關(guān)系，它們有著共同的祖先；進化的過程大體是從簡單到復(fù)雜，從低等到高等，從水生到陸

生；進化的機制主要解釋為現(xiàn)代生物進化理論，包括以自然選擇學說為核心的物種形成理論以及協(xié)同進

化理論；進化的結(jié)果表現(xiàn)為分子的進化、物種的進化及生態(tài)系統(tǒng)的進化；進化的方向是多元的，進化的

結(jié)果是不完美的，進化產(chǎn)生的新物種不一定對環(huán)境的適應(yīng)能力更強，而是占領(lǐng)更多的生態(tài)位，更加充分

地利用地球上的資源和空間等等。

適應(yīng)的含義包括結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)、生物與環(huán)境相適應(yīng)兩個方面。適應(yīng)既有普遍性（生物區(qū)別于非

生物的特征之一），也有相對性。適應(yīng)的方式具有多樣性。適應(yīng)就是生物的遺傳變異與環(huán)境相互作用的

結(jié)果，也就是自然選擇的結(jié)果。

上述內(nèi)容與其說是進化與適應(yīng)觀的基本內(nèi)容，不如說是形成進化與適應(yīng)觀所基于的大概念。有了這

樣的大概念，再上升到意識、態(tài)度和思想方法層面，才能形成看待生命世界的進化觀（個人認為進化與

適應(yīng)觀可以統(tǒng)稱為進化觀，適應(yīng)是進化論的核心概念之一）。

例如，認同人類不是神創(chuàng)造的，而是大自然演化的產(chǎn)物，同其他生物一樣是自然界的一員，而不是

凌駕于其他物種之上的主宰；認同每個生物身上都凝聚著數(shù)十億年的進化史，生命來之不易，包括人類

的生命在內(nèi)，都是億萬年生物的遺傳基因與環(huán)境相互作用的產(chǎn)物，因此應(yīng)當珍愛生命、敬畏生命；認識

到自然界的各種生物和生態(tài)系統(tǒng)是協(xié)同進化的，它們是作為一個有機整體不斷發(fā)展的，進而認同人類應(yīng)

當尊重自然、順應(yīng)自然、保護自然，與大自然和諧共生；在面對奇妙的生命現(xiàn)象尋求解釋時，如“為什

么所有的生物都共用一套遺傳密碼系統(tǒng)”“細胞內(nèi)葉綠體和線粒體是如何起源的”，都可以從進化的視

角去分析（體現(xiàn)進化觀的方法論價值）。

3穩(wěn)態(tài)與平衡觀

之所以把穩(wěn)態(tài)與平衡觀列為生命觀念之一，是因為穩(wěn)態(tài)和平衡是從細胞到生物圈所有層次生命系統(tǒng)

普遍存在的特性。在新課標和實驗版課標中都有這樣一段話：“所有的生命系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境之

中，在不斷變化的環(huán)境條件下，依靠自我調(diào)節(jié)機制維持其穩(wěn)態(tài)。”這段話值得細細品味，它是貫穿新課

標“穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”和“生物與環(huán)境”模塊的一條主線。

穩(wěn)態(tài)的概念包括以下幾個要點。

（1）穩(wěn)態(tài)是指什么？穩(wěn)態(tài)是生命系統(tǒng)維持自身相對穩(wěn)定狀態(tài)的特性和能力。對于這一點很多教師是

有誤解的，認為穩(wěn)態(tài)是一種相對穩(wěn)定的狀態(tài)。其實不論在生理學還是在生態(tài)學中，穩(wěn)態(tài)都是指生命系統(tǒng)

或生態(tài)系統(tǒng)的一種能力和特性。

（2）穩(wěn)態(tài)有什么意義？人教版《生物?必修3?穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中寫道：“穩(wěn)態(tài)是生命系統(tǒng)的特征,

也是機體生活的條件"。生命系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的意義就是使系統(tǒng)的組分擁有一個相對穩(wěn)定適宜的環(huán)境，如人體

的穩(wěn)態(tài)可使機體細胞擁有穩(wěn)定、有序、適宜的環(huán)境。如果人體內(nèi)環(huán)境的溫度、pH,滲透壓等過高或過低，

或者病原體在體內(nèi)大量繁殖，都會危及細胞的生命活動。

（3）穩(wěn)態(tài)如何實現(xiàn)？穩(wěn)態(tài)通過自我調(diào)節(jié)實現(xiàn)（自穩(wěn)）。在不同類型的生物、不同層次的生命系統(tǒng)中，

調(diào)節(jié)機制多種多樣。例如，人體的穩(wěn)態(tài)通過神經(jīng)調(diào)節(jié)、激素調(diào)節(jié)和免疫調(diào)節(jié)來實現(xiàn)；生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)通

過種群數(shù)量的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。

（4）穩(wěn)態(tài)作為生命系統(tǒng)的顯著特征，說明生命系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)不會被動地隨環(huán)境的變化而同樣程度

地改變，這體現(xiàn)了生命的自主性。

生命系統(tǒng)內(nèi)部存在著各種因素和過程的平衡，這種平衡是動態(tài)的。例如，同化作用和異化作用的平

衡、營養(yǎng)平衡（血糖平衡、水鹽平衡等）、生態(tài)平衡（生產(chǎn)者和消費者數(shù)量的平衡等）。生物體內(nèi)部各

種過程的平衡受信息的調(diào)控（遺傳信息、激素、神經(jīng)沖動、細胞因子等），生態(tài)平衡也離不開生態(tài)系統(tǒng)

內(nèi)部信息的調(diào)控。這又與生命的信息觀相聯(lián)系。

在理解穩(wěn)態(tài)和平衡概念的基礎(chǔ)上，學生可通過進一步抽象概括、提煉升華，使之內(nèi)化為看待事物和

分析問題的視角、思路甚至是態(tài)度傾向，形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀。例如，認識到人體的穩(wěn)態(tài)“讓所有細胞共

享，靠所有細胞共建”，就會認同共建共享的理念，甚至可以將其遷移至分析人類社會的發(fā)展，認同和

諧穩(wěn)定的重要意義，認同人類命運共同體的理念。認識到生命系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力是有限的，就會轉(zhuǎn)化

為做相關(guān)決策時把握分寸、尊重客觀規(guī)律的意識。

生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與平衡是相互聯(lián)系的。二者都通過系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，而且是互為條件、互為

因果的關(guān)系。這或許是新課標將二者并列為一條生命觀念的原因。

4物質(zhì)與能量觀

關(guān)于生命的物質(zhì)觀，首先是認同生命的物質(zhì)性。生命本身沒有什么神秘的非物質(zhì)的力量來支配。前

文所述的一切生命特征，都有其物質(zhì)基礎(chǔ)。生命本質(zhì)上是物質(zhì)的，這是辯證唯物主義自然觀的基礎(chǔ)。

如何理解物質(zhì)性？從元素層面看，沒有特殊的生命元素，組成生命體的元素自然界中都有，它們都

來自于無機自然界。

但是，組成生命體的物質(zhì)又有特殊性，生命體有選擇地從外界吸收有用的物質(zhì)，且生物大分子（如

蛋白質(zhì)、核酸、多糖）是生命體獨有的。因此，生命體在物質(zhì)上跟無機自然界既有聯(lián)系，又有其獨特性。

例如，DNA、蛋白質(zhì)和多糖等都是生物體內(nèi)才有的有機物，這些有機物的分工很明確。DNA是指揮者，蛋

白質(zhì)是執(zhí)行者，這個過程需要糖類氧化分解提供能量。

生命的物質(zhì)性，還體現(xiàn)在物質(zhì)的運動變化是一切生命活動的基礎(chǔ)。生命體內(nèi)部的物質(zhì)并不是隨機堆

放在細胞中就能完成生命活動的，而是有序地組織起來形成結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)是物質(zhì)的有序組織形式，這就是

物質(zhì)觀和結(jié)構(gòu)觀的聯(lián)系。生命體的各種結(jié)構(gòu)都有其獨特的物質(zhì)基礎(chǔ)，這也是物質(zhì)觀的內(nèi)容。

生命的能量觀需要建立在以下重要概念的基礎(chǔ)上。

（1）生命過程需要能量驅(qū)動，生命系統(tǒng)都是耗散結(jié)構(gòu)，需要引入能量來維持有序性。

（2）生命系統(tǒng)的各個層次都有能量的流動和轉(zhuǎn)換。

（3）能量以物質(zhì)為載體。細胞內(nèi)的化學反應(yīng)有放能反應(yīng)和吸能反應(yīng)，二者總是偶聯(lián)的（通過ATP的

合成和分解）。

（4）光能是幾乎所有生命系統(tǒng)中能量來源的最終源頭，但是對大多數(shù)生命體來說，光能并不能直接

利用，而是要通過化學反應(yīng)轉(zhuǎn)化為化學能才能被利用（即使在綠色植物體內(nèi)，也有許多細胞不能進行光

合作用）。

（5）生命系統(tǒng)的能量流動同樣遵循能量守恒定律。這些概念經(jīng)過進一步提煉，就可以升華為生命的

能量觀。

生命的物質(zhì)和能量觀與生命的系統(tǒng)觀、生態(tài)觀有內(nèi)在聯(lián)系。生命系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，時刻進行著物質(zhì)

和能量的輸入輸出。生物之間相互依存、相互競爭，乃至捕食與被捕食，主要也是為了獲得生存、繁殖

所需要的物質(zhì)和能量。換言之，生物之間的關(guān)系大抵都是圍繞獲取生存所需要的物質(zhì)和能量來建立的。

歸根結(jié)底，上升到生命的物質(zhì)和能量觀層面，學生應(yīng)該認識到生命體是物質(zhì)的特殊存在形式，它的

存在和發(fā)展都需要能量來驅(qū)動（非生命形態(tài)的物質(zhì)不需要靠外界輸入能量來維系），而能量的傳遞和利

用又需要以物質(zhì)為載體。除此之外，沒有什么神秘的、不可知的力量支配生命，這對于樹立辯證唯物主

義世界觀是十分重要的。有了這樣的生命觀念，面對神秘主義的歪理邪說（如通過一定方式讓人體吸收

宇宙中的能量），自然就不會盲目信從了。

綜上所述，新課標中明確列出的結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀是重

要的生命觀念，它們是相互聯(lián)系的。

5其他生命觀念

生命觀念除上述內(nèi)容外，還包括其他觀念，如生命的信息觀。生命本質(zhì)上既是物質(zhì)的，也是信息的。

生命系統(tǒng)都是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。生命體的組成以物質(zhì)為基礎(chǔ)，生命活動靠能量來驅(qū)動，同時

也靠信息來控制和調(diào)節(jié)。包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)，有性生殖的生物從親代那里承接的主要是遺傳信息（小小

的受精卵里沒有多少物質(zhì)和能量，但是有一整套控制個體發(fā)育的遺傳信息）；人體的神經(jīng)調(diào)節(jié)、激素調(diào)

節(jié)、免疫調(diào)節(jié)都離不開信息的傳遞。現(xiàn)代生物科技靠掌握的基因序列數(shù)據(jù)（即遺傳信息、），就可以人工

合成基因，甚至可以人工合成生命。從物種繁衍的角度看，死亡的是個體，代代相傳的是遺傳信息。

換言之，生物個體都是生命長河中遺傳信息的臨時載體。引申之，對人類之外的生物來說，個體存

在的意義就是當好遺傳信息的傳遞者。推而廣之，從人類文明發(fā)展的角度看，從偉大人物到普羅大眾，

都會隨著生命的結(jié)束“還原”為無機物，但他們所繼承和創(chuàng)造的文明的信息會綿延不絕，這似可理解為

生命的信息觀對人生的啟迪。

生物學課程的思想觀念、教育價值，并不僅限于生命觀念，還包括科學本質(zhì)觀、科學價值觀以及世

界觀、人生觀等。新課標指出，高中生物學課程要“展示生物學的基本內(nèi)容，反映自然科學的本質(zhì)”，

這就是要求學生通過本課程的學習形成科學本質(zhì)觀。實際上，新課標在“教學建議”中有一大段是闡述

科學本質(zhì)觀的，應(yīng)當引起生物學教育工作者的重視。

科學思維及其教學

高中生物學課程是自然科學課程，將科學思維列入生物學學科核心素養(yǎng)，凸顯了本課程的科學屬性

和育人價值，也昭示了科學思維的培養(yǎng)是本課程的核心任務(wù)之一。為了培養(yǎng)學生的科學思維，首先要弄

清楚什么是科學思維。

1科學思維的內(nèi)涵

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）指出：“科學思維是指尊重事

實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能

力?！睆倪@個定義可以看出，科學思維首先是指一種思維習慣。

這種思維習慣具有什么特點呢？

從思維的取向即態(tài)度和意識層面說，要尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度。尊重事實和

證據(jù)概括地說就是重實證，這是科學思維的顯著特點。這里所說的事實，是指運用科學手段搜集、用科

學話語表達出的科學事實。我們看到太陽東升西落，這只是我們主觀上的感覺，并不是科學事實。有人

質(zhì)疑將“事實和證據(jù)”并列的說法，理由是事實就是證據(jù)，“事實和證據(jù)”是同義重復(fù)。

其實，新課標將事實和證據(jù)并列是有道理的。所謂證據(jù)，是指可以用來作出判斷的事實依據(jù)，它建

立在事實的基礎(chǔ)上，但與事實之間不能完全畫等號。事實林林總總，只有與論題直接相關(guān)的事實才能作

為證據(jù)。例如，某種激素能促進植物果實發(fā)育的實驗，其結(jié)果只能作為這種激素能促進植物發(fā)育的證據(jù)，

不能作為它促進人體發(fā)育的證據(jù)，因此，所謂吃了激素催熟的水果就會影響兒童發(fā)育的說法，就是在證

據(jù)的認定上出了偏差。

嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度，不僅自然科學需要，人文和社會科學也需要。但在自然科學領(lǐng)域，嚴謹和

務(wù)實有特定的含義：嚴謹主要是指獲取證據(jù)的方法和從證據(jù)到結(jié)論的思維是嚴密的、周全的、無漏洞的；

務(wù)實主要是指使人的認知符合客觀事物的真實情況。

怎樣才能做到嚴謹和務(wù)實呢？

新課標提出要“運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題”，這就涉及什么是科學的思維方法

問題。而關(guān)于這一問題，新課標在定義科學思維之后，緊接著似乎就給出了答案：“學生應(yīng)該在學習過

程中逐步發(fā)展科學思維，如能夠基于生物學事實和證據(jù)運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批

判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學社會議題?！睆纳舷挛膩砜矗?/p>

這里所說的“歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法”，應(yīng)該就是前

文所說的“科學的思維方法”。

我們知道，歸納和演繹都是常規(guī)的邏輯思維，不僅科學研究離不開它，其他方面的研究和日常生活

也離不開它。批判性思維和創(chuàng)造性思維同樣有著廣闊的應(yīng)用范圍，它們與歸納、演繹等常規(guī)邏輯思維顯

然也不在一個層面。

那么，究竟該怎樣理解科學思維的方法呢？

我們不妨將《普通高中物理課程標準（2017年版）》關(guān)于科學思維的表述作為參照：“科學思維是

從物理學視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及其相互關(guān)系的認識方式；是基于經(jīng)驗事實建構(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領(lǐng)域的具體運用；是基于事實證據(jù)和科學推理

對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格?！?/p>

這段話強調(diào)了科學思維內(nèi)涵的幾個要點：科學思維是一種認識方式，其目標是認識客觀事物的本質(zhì)

屬性、內(nèi)在規(guī)律及其相互關(guān)系；為了達到這樣的認識目標，要在經(jīng)驗事實（證據(jù)）的基礎(chǔ)上運用抽象概

括、分析綜合、推理論證等方法；科學思維既是一種能力，也是一種品格（與生物學新課標所說的“思

維習慣”很接近），這種能力和品格具有質(zhì)疑、批判和創(chuàng)新的取向和特質(zhì)。

與生物學課程標準不同的是，物理課程標準未將批判性思維和創(chuàng)造性思維列為科學思維的方法，對

此筆者是贊同的。“合乎邏輯地思維、辨別自己和他人思維中的謬誤是批判性思維的核心”，可見批判

性思維主要是指運用邏輯思維去辨別自己和他人思維中的謬誤，主要強調(diào)的是對既有思維過程進行的批

判性、審辨性思考，其具體方法仍然主要是邏輯思維。

創(chuàng)造性思維是指在邏輯思維的基礎(chǔ)上，通過想象、聯(lián)想、直覺思維、靈感思維等，創(chuàng)造出新觀點、

新理論、新方法等，可是說是心智的自由構(gòu)建活動，雖然也能總結(jié)出若干具體方法，但沒有哪位科學家

和發(fā)明家是按照書本上總結(jié)出的創(chuàng)造性思維方法去思考和創(chuàng)造的，因此似可不必將其列入科學思維的方

法之中。

綜合上述兩個學科的課程標準，結(jié)合邏輯學、思維科學、科學方法論等文獻，可以對科學思維的內(nèi)

涵作如下概括：科學思維是基于事實證據(jù)、運用科學概念、通過科學推理和論證對客觀事物的本質(zhì)、規(guī)

律及其相互關(guān)系作出判斷和解釋、對客觀事物的發(fā)展變化作出預(yù)測的認識方式。科學思維是一種重視實

證和邏輯的求真務(wù)實的思維習慣和能力；既是常規(guī)邏輯思維在科學領(lǐng)域的具體運用，又需要批判審視、

質(zhì)疑包容的思維取向和心理品格，還要靠想象、聯(lián)想、直覺和靈感等非邏輯思維提出創(chuàng)造性見解。在它

所運用的邏輯思維中，概念、判斷、推理和論證都是思維的形式。

不同形式的思維都有一定的思維方法：概念（包括模型）的形成主要靠抽象和概括的方法；判斷有

時靠感覺和知覺就可直接作出，有時要在概念基礎(chǔ)上進行推理才能完成；推理的方法主要是歸納和演繹

（在邏輯學上也將類比、比較、分類、分析和綜合納入歸納的范疇）；僅靠推理只能使得出的判斷合邏

輯，不能保證它符合客觀實際，驗證判斷的真實性靠論證，論證由論題、論據(jù)和論證方式組成，論證方

式同樣離不開歸納和演繹的推理方法。

科學思維作為一種思維習慣，對科學專業(yè)工作者來說，主要是指在面對科學問題時，首先運用已有

的知識和經(jīng)驗，通過創(chuàng)造性思維提出猜想或假說，再尋找證據(jù)檢驗猜想或假說是否成立，而設(shè)計尋找證

據(jù)的方案、對證據(jù)的分析和解釋都要靠邏輯思維；還包括在面對一種科學的觀點或結(jié)論時，運用批判性

思維進行思考和追問：這種觀點或結(jié)論是否有證據(jù)的支持？證據(jù)是否可靠和充分？從給出的證據(jù)到得出

的結(jié)論之間邏輯是否嚴謹？對證據(jù)是否可能有其他解釋？而對公眾包括絕大多數(shù)高中學生來說，他們的

目標“不是要成為科學家，而是去了解科學研究的基礎(chǔ)，從而成為科學信息的明智消費者”。而要成為

科學信息的明智消費者，就需要培養(yǎng)批判質(zhì)疑、重視實證和邏輯的科學思維習慣。

2科學思維與理性思維的關(guān)系

在《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》中，作為6大核心素養(yǎng)之一的“科學精神”有3個基本要點：理性思

維、批判質(zhì)疑和勇于探究。其中關(guān)于理性思維的解釋是“崇尚真知，能理解和掌握基本的科學原理和方

法；尊重事實和證據(jù)，有實證意識和嚴謹?shù)那笾獞B(tài)度；邏輯清晰，能運用科學的思維方式認識事物、解

決問題、指導(dǎo)行為等”?？梢钥闯?，同前文分析的科學思維的要義一樣，理性思維也是重視實證和邏輯

的思維。

那么，二者完全同義嗎？它們到底是什么關(guān)系呢？

其實，關(guān)于科學思維和理性思維的關(guān)系，劉大椿教授20多年前主編的《科學哲學通論》就作出了明

確的回答：“理性指的是合客觀性（區(qū)別于信仰）加上合邏輯性（區(qū)別于感性、情感等非理性）。”

合客觀就是要盡量排除人的主觀因素的影響（盡管完全排除是不可能的，觀察過程也是滲透著理論

的），使人的認識合乎客觀事物的真實情況，而這是要通過“對證據(jù)的承諾”來實現(xiàn)的。觀察、實驗、

調(diào)查都是獲得證據(jù)的途徑。

合邏輯是指人們在認識過程中使用的思維方法在邏輯上是合理的和有效的，科學理論的辯護乃至發(fā)

現(xiàn)都離不開合乎邏輯的思維。

合客觀、合邏輯是科學的理性追求，這就意味著在科學研究中面對既有觀點或結(jié)論時，追問它是否

合客觀、合邏輯成為思維的必然取向或態(tài)度傾向。

因此，批判質(zhì)疑就成為理性思維主體的心理品質(zhì)，這或許是英文的“Criticalthinking"既可譯

為“批判性思維”“審辨式思維”，又可譯為“理性思維”的原因。美國國家科學教育標準的表述可謂

與此不謀而合：科學的“基本特點是以實證為判別尺度，以邏輯作論辯的武器，以懷疑作審視的出發(fā)點”。

由此可見，理性思維可以說是科學思維的核心，二者都是人類理性精神的體現(xiàn)。

實證加邏輯就構(gòu)成科學思維的所有方法論特征嗎？如果按照邏輯實證主義的理論，答案無疑是肯定

的。但是，正如劉大椿教授主編的《科學哲學通論》所言，“盡管科學在本質(zhì)上是理性的，但是應(yīng)當承

認，科學并不只是包含客觀性和邏輯性兩種因素，除了理性因素之外，還有大量的非理性因素存在著……

它同藝術(shù)等創(chuàng)造性活動一樣，同樣需要有激情、意志、直覺和靈感，沒有這些非邏輯、非理性因素作為

理性的必要的補充，科學的創(chuàng)造與發(fā)展幾乎是不可能的”。

科學史上許多成功的實例說明，科學發(fā)現(xiàn)過程中提出猜想或假說環(huán)節(jié)往往要靠直覺、想象、靈感和

頓悟，而假說的檢驗、結(jié)論的確證和辯護主要靠基于證據(jù)的邏輯思維。一言以蔽之，科學思維等于理性

思維加直覺、想象、靈感、頓悟等非理性因素。

厘清科學思維與理性思維的關(guān)系有什么意義呢？

既然科學思維的核心是理性思維，那么，科學思維教學的重點就應(yīng)該放在理性思維的培養(yǎng)上，即培

養(yǎng)學生批判質(zhì)疑、重證據(jù)、重邏輯的思維習慣和能力；既然科學思維還包括直覺、想象、靈感、頓悟等

非理性因素，那么教師在教學中也要重視通過大量的實操性的探究實踐活動，潛移默化地提升學生的直

覺思維能力，還要在訓(xùn)練邏輯思維的同時，重視培養(yǎng)學生的想象力。

至于