科学方法纳入课程标准：基础教育课程改革的重大理论问题，本文主要内容关键词为：基础教育论文,课程改革论文,课程标准论文,理论论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
2001年，教育部颁布《基础教育课程改革纲要（试行）》（以下简称《纲要》），由此拉开了我国基础教育课程改革的序幕。《纲要》将“知识与技能”、“过程与方法”和“情感态度与价值观”作为课程目标，体现了课程改革的理念。但笔者进一步的研究发现，目前，“科学方法”并未被纳入各学科课程标准中，这就使得“科学方法”仅仅成为课程目标的“标记”而未成为课程内容。
为什么课程改革会出现如此疏漏？造成这种现象的原因是什么？为什么这一问题始终未能得到有效解决？对这一重大理论问题的追问成为本文所要研究的主题。
一、科学方法纳入课程标准的内禀研究
何谓科学方法？有一种观点认为：“过程与方法的含义有3条，指某一学科的探究过程与探究方法；指达到教学目的或获得所需结论而必须经历的活动程序；指学生接受知识，以及发现问题、分析问题和解决问题的过程。”[1]笔者认为，这种表述是对“过程与方法”的同义反复，未能对科学方法给出清晰、明确且可操作的界定。
科学方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确的思维方式和行为方式。[2]作为一种基本的研究途径与方式，科学方法与科学的概念、定律等一些知识性内容是相平行的，包含在科学的范畴之中。与知识不同的是，科学方法涉及的不是物质世界本身，而是人们认识物质世界的途径与方式，是高度抽象的。因此，科学方法并不直接由学科知识内容来表达，而有它自己独特的表达方式，而且它比概念、定理、定律和公式这类知识更加抽象和隐蔽。[3]由于科学方法具有这些特点，我们对课程目标的研究就不能再停留于一般性的课程论层面或心理学层面，还需要从学科教学的实践出发，给“过程与方法”课程目标以富有实践力的观照。因此，从学科教育的视角审视，科学方法作为基础教育各学科的重要课程内容，理当成为“过程与方法”课程目标的核心内容。
这是因为，科学的概念、定律等知识，是人们赖以进行科学思维的基本细胞，没有科学知识，所谓智能活动就成为没有内容的空壳，是不可能存在的；但是，只有知识仍不足，还必须有一定的方法或途径，通过方法对知识进行选择、组合与运用，使这些知识与科学的问题相互沟通，才能解决问题，形成智力活动。[4]在这个意义上，科学方法可谓是人们赖以进行科学思维的神经细胞，是支配科学概念、定律等科学思维基本细胞的“细胞”，科学方法对于基础教育课程的重要性由此可见一斑。
科学方法不仅是学科课程的重要内容，还是构成学科能力的重要因素。浙江省教育厅教研室从1989年开始，积极推动广大教师结合教学实践，开展科学方法教育的研究。经过多年的探索，他们得出的结论是：“方法是通向能力的桥梁，能力既依赖于知识，更依赖于方法。在某种意义上，方法本身是能力的一部分。能力培养可以从强化方法教育入手”[5]。上海市总结20世纪90年代以来课程改革的经验得出的结论是：“能力与方法是密切联系的。一般地说，人们完成某方面任务能力的强弱，是与掌握方法的自觉程度与熟练程度密切相关的。可以认为，方法是能力的‘核心’，是对能力起决定性作用的因素。”[6]这些研究都使我们对科学方法的认识逐步走向深入。
近年来国际上的研究指出：科学素养作为国际科学教育的核心目标，科学方法是其重要内容。[7]索罗卡（Soroka）等认为，科学方法的价值是显而易见的，它能引起学生的兴趣，激发其创造力，让他们更好地理解科学是什么，科学能干什么而又不能干什么；它让学生明了人们如何使用科学来解决问题。[8]与这种观点相类似，著名科学哲学家皮尔逊（Karl Pearson）多次强调，“科学方法是通向整个知识区域的唯一门径”，他认为，“科学方法是我们能够藉以达到知识的唯一道路。其他方法可能处处导致像诗人或形而上学家那样的幻想，导致迷信或信仰，但永远不会产生知识”。[9]所以，当今许多国家和地区在制订课程目标时，都将科学方法列为目标之一。[10]
在科学教学中，是将知识本身作为目的，还是将知识作为工具和手段以掌握科学方法为目的，这是两种完全不同的教育思想。科学并不是简单地对自然规律的揭示，更重要的是要找到研究自然规律的方法，或者可以说，一门学科如果不能形成自己的科学方法，就不可能称其为科学。不同学科构建符合自身研究对象特性的形式、符号和数学模型的方法，就是这门学科特有的思维方法和工作方法。[11]
我国目前的基础教育并没有将科学方法放在特别重要的位置，科学方法至今没有被纳入各学科课程标准中，便是这种现象的典型例证。这种情况使得学生虽然掌握了某一学科的许多知识，却不懂得这门学科的科学方法和这种方法的价值，这种现象甚至在大学也同样存在。由此，我们每位教师不妨自问：自己所教学科的独特科学方法是什么？有哪些？如果学生学习了一门学科，却没有掌握这门学科的科学方法，那么，充其量只能说学生学过了这门学科，而不是掌握了这门学科。[12]
按照现代教育观，作为结果的知识固然重要，但探求结果的方法更加重要。知识本身并不是教育的目的，而是建立科学方法的工具和手段。因此，现代教育观更关心的是怎样使传授知识的过程成为掌握科学研究方法、开发学生智慧的过程。[13]
早在课程改革早期，白月桥先生就曾指出：“《纲要》明文规定：要使学生掌握适应终身学习的‘基本方法’。因此各科课程标准也须体现《纲要》的这一规定。然而，某些课程标准实验稿却没有在课程目标中纳入方法和方法论的内容，这是一个缺漏。笔者认为，方法、方法论以及能力同属于课程目标体系的第二个层面的目标。各学科课程标准实验稿，总体来看大都缺乏有关本门学科的或普通的方法和方法论的条目内容，这很不利于学生能力的培养，应当总结吸纳我国各学科长期以来丰富的教学法研究成果，把学生可接受的方法和方法论纳入课程目标体系之中。”[14]笔者认为，这一观点是正确的。而本文正是“把学生可接受的方法和方法论纳入课程目标体系之中”思想付诸研究的系列工作之一。
二、科学方法纳入课程标准的分类研究
课程标准缺失科学方法的实质是什么？在回答这个问题之前，笔者先引用诺贝尔物理学奖获得者杨振宁教授讲过的一则寓言，这样我们就大抵可以明了课程标准缺失科学方法以后“过程与方法”课程目标的性质。
杨振宁教授的这则寓言，讲述的是现代数学家和物理学家之间不同的思考方式的故事。
一天晚上，一帮人来到一个小镇。他们有许多衣服要洗，于是满街找洗衣房。突然，他们见到一扇窗户上有标记：“这里是洗衣房”。一个人高声问道：“我们可以把衣服留在这儿让你洗吗？”窗内的老板回答说：“不，我们不洗衣服。”来人又问道：“你们窗户上不是写着是洗衣房吗？”老板又回答说：“我们是做洗衣房标记的，不洗衣服。”[15]
杨振宁教授所讲的故事是一则深刻的寓言，其本意在于说明数学圈外的人对于数学家“只做标记，不洗衣服”的做法是不赞成的。而当我们用这则寓言来审视课程标准缺乏科学方法的状况时，我们会发现这则寓言仿佛是为“过程与方法”课程目标量身打造的，因为正如寓言所寓意，目前基础教育“科学方法”课程目标已经成为一种“只做标记，不洗衣服”的“洗衣房”。
为什么基础教育课程改革中各学科课程标准均未将科学方法纳入其中？笔者认为，造成这一现象的根本原因在于：目前学科教育界始终没有从理论上弄清楚科学方法的分类，从而导致不能确定科学方法的内容。如，有学者在解读物理课程标准时就曾提出：物理课程中经常涉及的物理方法有：观察方法、实验方法；比较与分类方法、分析与综合方法、抽象与概括方法、归纳与演绎方法；类比方法、理想化方法、对称方法；数学方法；公理化方法、假设方法等。[16]显然，这混淆了不同类型的科学方法。因为，分析与综合属于思维方法，而实验则属于物理方法。
当然，目前科学方法研究中已经有了不同的分类方式。例如，一种分类方式把科学方法分为实验观察方法、逻辑思维方法、数学方法以及非常规方法。[17]这种分类方式全面，但层次不够明显，例如，逻辑思维方法中理想化和假说法与其他逻辑思维方法是不在同一个层面上的。另一种分类方式把科学方法分为两个层次，第一个层次有观察实验法、思维方法及数学方法，第二个层次是对第一个层次中的思维方法的具体化。[18]这种分类的长处是层次分明，而且明确了各层次之间的关系，但不足之处在于，把数学方法和观察实验法与思维方法排在了同一层面，这是不妥的。总之，已有的科学方法分类的共同不足之处是缺乏明确的分类标准，这就使得科学方法的界定混乱，从而给各学科在课程标准中纳入科学方法造成了无法逾越的障碍。
在明确了科学方法分类的重要性之后，对科学方法进行合理分类就成为在课程标准中纳入科学方法的关键环节。笔者认为，与其他教育工作一样，科学方法分类也要遵守教育性原则，即无论任何领域的内容、方法、结构，一旦被引入教育领域，都应尊重教育的规律、服从教育的目标，经过“教育性”这个筛子的过滤，从而彰显其教育功能。所以，已有的依据科学方法内部的特点加以分类的方式不宜采用，科学方法的分类需要采取教育性的分类方式。基于以上研究，笔者从科学方法的来源出发，对科学方法进行了思维方法和学科方法的第一级分类。其中，前者是主观的，是大脑的功能，需要训练才能使学生形成与掌握；后者是客观的，不是大脑的功能，需要传授才能使学生习得与掌握。
把科学方法分为思维方法和学科方法，这与心理学的研究结果是一致的。心理学的研究认为，方法可以分为强认知方法（strong cognitive methods）与弱认知方法（weak cognitive methods）。强认知方法是特定专业领域的独特认知方法，往往与专业知识紧密结合，不容易区分；弱认知方法是可以被运用到各种问题解决过程中的一般策略和方法。[19]显然，学科方法就是强认知方法，例如，地理学的调查法、历史学的文献法。这类科学方法指的是某学科所特有的、充分体现学科特点的方法，可迁移性弱。思维方法就是弱认知方法，例如，分析综合、抽象概括。这类科学方法是大脑的功能，贯穿于各门学科之中，可迁移性强。可见，这种科学方法的分类方式不仅来源清晰，而且与教育方式在逻辑上是自洽的。它有效避免了将思维方法与学科方法混为一体的分类方式，使科学方法教育内容的研究豁然开朗。[20]
科学方法的第一级分类解决了科学方法中思维方法与学科方法的混淆问题，而要在课程标准中纳入科学方法还需要对其进行第二级分类。根据课堂教学过程与科学方法使用的时空条件，学科方法又可分为获得知识的方法和应用知识的方法；思维方法依据其性质，又可分为逻辑思维方法与非逻辑思维方法两种。按照这一研究思路，笔者得到了系统化的科学方法分类结构体系（如图1所示）。这种分类不仅使科学方法教育内容进一步明确，并且使科学方法内容的显化顺理成章。
三、科学方法纳入课程标准的实证研究
在具体的学科教育层面，正是对科学方法分类的混淆造成了科学方法教育的虚化。尽管如此，学科教育工作者仍在努力践行将科学方法纳入课程标准的研究工作。但由于其科学方法教育内容体系的建构基于哲学方法、各门科学的一般研究方法、学科特殊的具体的研究方法，这就导致其科学方法的分类不清。这将导致“由于科学方法教育的目标和内容体系不确定，实施缺乏计划性、系统性和层次感，使得科学方法教育的随意性和盲目性较大，实效性很差”[21]。针对这一现状，笔者认为，在已有“两级分类”的基础上，采用恰当的显化原则就可以确定课程标准中科学方法的内容。老一辈学科教育家乔际平先生最早提出：科学知识的得出总是与一定的科学方法相联系的。[22]笔者汲取了这一“对应”思想的内核，针对获得知识的科学方法，提出了方法显化的“对应原则”，即每个知识的获得总是对应于获得过程中使用的一系列物理方法。依据这一思路，我们研究团队以初中物理为例，显化了初中物理课程标准中获得物理知识的物理方法，共8种，见表1。[23]
对于知识应用过程中的科学方法，由于同一种知识可以对应无数问题情境，不同的情境需要用到不同的方法，所以“对应原则”就不再有效。有鉴于此，笔者提出了显化应用知识过程中科学方法的“归纳原则”，即通过对应用知识的情境与解决问题所使用的科学方法进行归纳，从而显化科学方法的内容。依据这一研究路径，我们研究团队同样以物理课程为例，显化了初中应用物理知识的科学方法，共14种，见表2。[24]
根据以上研究，我们研究团队以初中物理“声和光”为例，阐述将科学方法纳入课程标准的具体方式，见表3。[25][26]
上述研究不仅说明了科学方法教育内容显化的有效性，而且说明在各学科课程标准中纳入科学方法教育内容是可行的。如此，就使得“过程与方法”课程目标成为与“知识与技能”课程目标在课程内容上平行的课程目标。这样，就在课程标准层面为科学方法教育提供了理论前提，从而为进一步贯彻落实科学方法教育提供了政策的保障。
与学科方法不同的是，思维方法往往体现在探索与发现科学知识与学科方法之中，不亲历这种过程，就难于体味其中“只可意会，难以言传”的奥妙之处，而这正是学科方法可以采用传授教学方式，思维方法必须对学生进行训练的道理之所在。由于思维方法是大脑的功能，是生成性的，因此，不宜将学科方法纳入课程标准的方式简单地迁移到思维方法上，而需要以一种更加恰当的方式将思维方法纳入课程标准之中。
有学者指出：“无论是专门的思维课程还是已有的学科教学，如果要使思维教学得到大规模的推广和普及，尤其是使思维能力的培养真正成为教育教学的核心目标和最终追求，并贯彻落实在课程教学的实施过程中，就必须在国家课程文件中明确培养学生思维的总体目标和阶段性目标，并在各学科的课程目标和教学大纲中详细列出各种思维能力培养和发展的学段和操作性要求。”[27]笔者认为，这一观点无疑是正确的。
四、科学方法纳入课程标准的应用研究
在明确科学方法的教育内容并将科学方法纳入课程标准之后，探讨科学方法的教学方式就成为关乎科学方法课程目标能否真正落实的关键问题。以下笔者分别从教材编写、教学模式和教学过程三个层面探讨科学方法的教学方式。
（一）科学方法的教材编写
教材编写是科学方法教育异常重要的层面。教材作为教学基本内容的书面材料系统，对于安排教学过程以形成学生的认知结构、能力结构和品格结构，具有知识载体、教学指导和实用参考的作用。基于科学方法的显化理论，笔者提出了科学方法融入教材编写的显化观点。[28]
所谓显化，是指编写教材时，应当明确指出科学方法的名称，传授科学方法的内容，揭示科学方法的形式，挖掘科学方法的内涵，说明科学方法的使用。亦即把科学方法视为知识的脉络，按照科学方法的逻辑去组织教材内容，形成知识的逻辑链条，进而形成知识结构。这样编写教材，才能使学生学会通过科学方法，在自己的头脑中把大量的知识编织成一个层次清晰、逻辑严密的结构或网络，才能不断接收、容纳新的信息，从而不断完善自己的知识系统。
我国传统的教材编写通常对知识点的逻辑联系采用显处理，而对知识的内在关系和科学方法，特别是对科学方法采用隐处理，即不在课文中写明，而是让学生在学习过程中自己去领悟，[29]但是对于“悟”什么，则语焉不详。
遗憾的是，到目前为止，人们对于教材编写的认识仍然停留在知识中心的层面。这种观点认为，多数教科书都是以知识为线索来规划全书的，章节的设置大都按知识体系编排而成。在一节课中，教学内容的逐步展开，很多情况下也是以知识为线索的。方法则不是针对一个具体事物的，它是从许多同类事物中概括出来的。然而，方法的存在依赖于具体的事物，如果没有具体问题的支撑而空谈方法，这些“方法”只能是空洞的条文。因此，我们不能撇开知识，以“方法”作为展开教学的线索。
教材编写显化科学方法，并非脱开具体的知识而只讲方法，而是说应当强调、突出科学方法，按照科学方法所展示的路子去编写教材。采用科学方法的显化方式来编写教材，逻辑明确，脉络清晰，容易使学生在学习中建立良好的认知结构，并形成有序的知识结构。这不仅有助于培养学生分析问题和解决问题的能力，而且焕发着科学理性的文化意蕴。这正是素质教育所追求的目标。[30]
（二）科学方法的教学模式
教学模式是指在一定教学思想指导下，以实践性为特征，为完成特定的教学目标而围绕某一主题所形成的相对稳定且简洁的教学结构及其具体的操作范式，简言之，就是在一定的教学思想指导下所建立起来的比较典型和稳定的教学程序或阶段，具有系统功能性与目标指向性两种基本品质。教学模式作为教学理论与教学实践的媒介或桥梁，都是在一定的教学理论指导下，通过教学实践构建起来的。[31][32]所以，科学方法教学模式的构建就需要基于科学方法的教育理论与教学实践的融合。
依据教学模式建构的路径与逻辑，笔者提出凸显科学方法的“一知多方”与“一方多知”两种教学模式。所谓“一知多方”是指某个知识的获得过程是经由一系列科学方法的运用。例如，“牛顿第二定律”知识的获得过程，主要使用的方法有：实验法、控制变量法、图形图像法、曲线改直法和比例系数法。如图2所示。
按照这种教学模式，在某个知识的教学中，就要按照所用科学方法的次序，合理、明确地导出所教知识，同时阐明所用科学方法的名称、内涵和使用条件。这样，知识就不再是孤立的散点，而是发挥了“知识线”的作用，将科学方法贯穿起来，既使学生明确了各种科学方法的来源与内涵，又更有利于学生牢固地把握知识。[33]
“一方多知”教学模式则体现了科学方法中心的观点。所谓“一方多知”意即一种科学方法可能在多个知识的得出或应用过程中使用。例如，物理学中的比值定义法，就在如密度、速度、加速度、压强等多个概念的导出中使用。如图3所示。
这种模式使得科学方法发挥了“方法线”的功能，将各个知识点用科学方法的逻辑归结起来。[34]该模式首先要求教学必须同时呈现两个以上的知识情境。并且，科学方法的概括性越高，越要提供更多的例子。其次，还要提供变式练习的机会并注意层次性，避免机械重复。因为，要使认知结构充分优化，必须进行足够数量的变式练习。但是，变式并不是重复，要着眼于例子的变化精心设计。其中，体现科学方法须有正确的依据，要避免追求繁琐的、旁门左道式的技巧；情境性则要从抽象向生态化逐步过渡。
（三）科学方法的教学过程
在教学中，学科方法的传授与思维方法的训练总是交织在一起的。相关研究指出，科学方法教育具有明显的智力发展价值。“科学思维是科学活动中特定的思维，它虽然也遵循人类的思维的一般规律，要经过分析、综合、比较、抽象等基本过程，但是它却表现出高度的创造性，代表了人类思维的最高水平，集中体现了思维的各种优秀品质。”[35]因此，正确处理学科方法与思维方法教学的统一关系，是科学方法教育得以深入下去的重要环节。
已有研究指出，学科方法是由思维方法所操纵的。所以习得、使用学科方法过程本身也是对思维方法的有效训练。没有思维方法的参与，学生就无法将客观的学科结构内化为认知结构。因此，学科方法的教学不仅要点明学科方法的内涵、步骤，更要讲明每个步骤的过程，讲明学科方法的本质。换言之，只有在讲授学科方法的同时积极调动思维方法的参与，才能实现有意义教学，从而避免学科方法成为一堆散乱的步骤而失之琐碎与功利。例如，比值定义法的教学，就不能仅仅停留于“选取相同标准”“两者相比”的步骤叙述，而是还要介入比较、分析、综合等思维方法，这样才能触及比值定义法的科学方法本质。因此，思维方法的教学就需要一种特殊的时空次序，这种“时空次序”常常被表达为“教学的逻辑”。它不仅包括教学语言的逻辑性，教师的教学设计、举手投足、演示的节奏、板书的结构、活动的安排等都是教学的逻辑，目的都是使学生生成对思维方法的心理体验，并在此基础上体会到一种微妙的逻辑感。由此，思维方法的教学才能名至实归。然而，目前我们对于思维方法内涵的观照还很不够，在很多情况下还没有充分认识到，思维方法作为一种特殊的心理体验与可以传授的学科方法具有很大的不同，所以，常常在教学中有意无意地忽视思维方法的训练。2011年8月，温家宝同志在“农村教师大会”上的讲话中指出：“提起中学教育，我前年在北京三十五中听了半天课，我发现老师对当前的逻辑教育重视很不够。其实逻辑思维对一个学生的成长非常重要，为什么孩子们有的听了教师一个报告，能够很快地把它概括出来，看到一件事物，能够很快地、深刻地分析出来，并且表达出来。我说这就是逻辑思维。”[36]所谓“逻辑教育”指的就是“教学的逻辑”，更进一步地说，表现为教师教学过程中对学生思维体验的关注与训练。
综上所述，科学方法作为“过程与方法”维度的课程目标，是基础教育课程的重要内容之一，具有重要的课程价值与教育价值。通过对科学方法进行正确分类，把“学生可接受的方法和方法论纳入课程目标体系之中”是可行的，进一步通过在教科书编写中显化科学方法，在教学中恰当选择教学模式，细化教学过程，从而可以把“过程与方法”课程目标真正落到实处。
回顾科学方法纳入课程标准的研究历程，我们发现，“三维目标”本是我国课程改革的亮点与革新，然而，“过程与方法”维度却由于未被纳入各学科课程标准而在事实上被架空，这种缺失极大消解了课程改革的公信力与课程文本的合法性，并且直接关乎课程改革的成败得失。本研究立足于纠正这一重大疏漏，在明确科学方法内涵与教育价值的基础上，根植于科学方法教育的深厚土壤，结合学科教育心理的研究，明确提出了科学方法纳入课程标准的分类标准与纳入方式，从而为“过程与方法”维度的落实作出力所能及的工作。笔者相信，随着科学方法教育研究的持续推进，基础教育课程改革中课程标准只有科学知识而无科学方法的现状，不久应该改变了。
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