活化“科学发现”的逻辑

　　数智时代应该培养具有怎样能力的学生？清华大学教授彭凯平认为，人类有与生俱来的、人工智能所无法替代的三种竞争优势：创造力、审美力和同理心。它们呈三维螺旋状交织重构学生的“知情意行”，并在本质上指向学生的“求知欲、好奇心和想象力”。这些能力的培育，需要依托教材教法的深度改革。如何让教材“活”起来、教法“动”起来？笔者认为，关键在于活化“科学发现”的逻辑。

　　1 什么是“科学发现”的逻辑

　　教材是教育教学的主要依据，是立德树人的重要载体。新课程背景下的教材教法应活化“科学发现”的逻辑。这一逻辑原指科学家从观察现象到构建理论、验证规律的系统性思维框架和方法论体系。它强调通过理性思维与实证检验的结合揭示自然规律，其核心在于如何从已知走向未知，并通过持续生成的路径实现科学知识的迭代与创新。而教材教法通过活化“科学发现”的逻辑，意味着教师通过创造性改编教材内容、优化教学方法，将静态知识转化为动态探究过程，让学生在动态体验中建构知识、发展思维，激发学生潜能，实现从“0”到“1”到“∞”（无穷）。

　　2 如何活化“科学发现”的逻辑

　　加法：以“情境活化”点燃探究热情

　　科学发现往往始于对日常现象的敏锐洞察，情境活化的本质是让教材教法回归生活本源。中国科学院院士周忠和指出：“好奇心源于对生活现象的追问，情境活化是培育科学思维的基石。”浙江省杭州市金都天长小学的一年级科学课《气味告诉我们》，教师让学生盲测不同水果的气味并记录感官数据，由此引出“嗅觉与记忆关联”的探究课题。情境活化不仅能激发学习兴趣，更能训练学生“像科学家一样思考”。然而，情境活化绝非简单的情景堆砌，而是通过科学设计的“生活—教材—实践”闭环，让学生在真实情境中经历“观察→假设→验证”的完整思维历程，这正是科学发现逻辑在教育中的生动再现。

　　减法：以“思维活化”构建认知框架

　　《义务教育课程方案（2022年版）》提出“强化思维品质培养”。思维活化的核心在于将隐性的认知过程显性化，通过可视化工具与结构化模型，训练高阶思维能力，帮助学生归纳和建构一个能够整合所有已知发现的框架模型。而其中最核心的要素就是数学模型。古老的毕达哥拉斯学派有“万物皆数”的理念，提出任何事物之间的任何关系，最终都可以抽象为“数量关系”（或空间关系）。当然，框架模型必须能对一切已知的现象进行成功解释，在此基础上，依据框架模型反过来指导学生学会发现新事物、解决新问题。思维活化不是简单的“画图游戏”，而是通过结构化工具与学科逻辑的深度耦合，让学生经历“具象→抽象→迁移”的完整认知跃迁。唯有如此，教材教法才能真正成为科学发现逻辑的载体，为创新人才培养筑基。

　　乘法：以“问题活化”激发创新潜能

　　为什么学生记住了公式却不会解决问题？解决了问题却不会创新创造？新课程方案强调“加强知识间的内在关联，促进知识结构化”，知识得以结构化的内在线索是问题链，由一系列纵横交错、由浅入深的问题编织出复杂的、动态的、开放的、探索性的学习过程。华东师范大学终身教授祝智庭的“五何”提问法值得借鉴：第一，由何（where/who/when）：问题是从哪里来？描述一个情境。第二，是何（what）：是什么？陈述事实性知识。第三，为何（why）：为什么？了解事物之间的关系，并作出解释和推理。第四，如何（how）：怎样？事物发展的规律。第五，若何（if）：如果情境中的一个因素（人物、时间、地点、工具和规则）发生变化，结果会怎么样？比如，在物理“浮力”教学中，可依次设问：“船为何能浮在水面？（为何）→浮力大小与哪些因素相关？（如何）→若液体换成盐水会怎样？（若何）”。层层递进的问题链，能激发学生从“被动应答”转向“主动发现”。正如苏霍姆林斯基所说，“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望自己是一个发现者、研究者、探索者，而在儿童的精神世界中，这种需要特别强烈。”

　　除法：以“素养活化”超越技术依赖

　　当前教育技术存在“重数据轻直觉”的倾向。当使用者向AI提问“strawberry里有几个r”时，系统经过复杂运算得出有“3个r”，而人类却能瞬间作出反应。这一案例，暴露了当前教育技术应用的深层危机——过度依赖海量数据分析与模式匹配，将简单问题复杂化，本质是创新素养的空心化。科学史中曾有相关经典案例：门捷列夫在梦境中“看见”元素周期表排列，凯库勒通过火炉旁打盹顿悟苯环结构。这些突破性发现均非算法推导的产物，而是科学家长期积累与直觉思维碰撞的结晶。灵感、直觉、顿悟作为科学发现中的非逻辑因素，往往在创新中起到关键作用。教学中，教师需平衡技术应用与素养内化，通过项目式学习、跨学科实践等活动，为学生留出“沉思与顿悟”的空间，培育超越算法的核心竞争力。

　　“科学发现”的逻辑是理性与实证的共舞：它既需要严密逻辑推理，又依赖实验数据支撑；既追求客观性，又承认主观性；既是积累性的，又是革命性的。教材教法活化“科学发现”的逻辑，本质是将课堂转化为微型“科研现场”。教师需以情境为入口、思维为主线、问题为驱动、素养为目标，进一步提升课堂质效，方能培养学生的批判性思维与创新能力。只有如科大讯飞研发团队提出的“解放生产力，释放想象力，培养站在人工智能肩膀上的新人类”的理念，教育才能真正实现从教师“授人以渔”到学生“授己以渔”的跃迁，为创新人才培养注入持久动力。

　　（作者单位：教育部课程教材研究所）

《中国教育报》2025年12月01日 第05版