科学家精神融入学科教学的实践方略
作者： 陆启威【摘 要】科学家精神是全社会宝贵的精神财富，也是新时代中小学教育的精神坐标。科学家精神进校园行动，是对落实立德树人根本任务的积极回应，也是新时代赋予教育人的重要使命。科学家精神进校园，其根本在于进课堂，将科学家精神有机融入学科教学，并通过学科教学切实发挥科学家精神教育人、培养人和发展人的重要功能和价值。
【关键词】科学家精神；学科教学；资源整合；教学样态
【中图分类号】G633 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2024）03-0007-04
【作者简介】陆启威，江苏省无锡市教育科学研究院（江苏无锡，214000）科研员，高级教师。
2023年7月，中国科协和教育部联合印发了《“科学家（精神）进校园行动”实施方案》，要求广大中小学校“大力弘扬科学精神和科学家精神，将价值引领融入立德树人全过程，用新时代科学家精神铸魂育人”。那么，如何将科学家精神引进校园？如何发挥科学家精神的育人功能和价值呢？作为教育教学的主阵地，课堂应当是科学家精神进校园的重要路径和载体。本文试从学科教学的视角，谈科学家精神如何进校园，以及科学家精神进校园必然带来的学科教学上的新的挑战和变革。
一、教学内容：多向融入“科学家精神”的教育资源
教学内容是一切教学活动的根本和出发点，也是科学家精神育人的关键。科学家精神的教育资源和内容从何而来，如何开发并植入富含科学家精神的教育资源，这是科学家精神进课堂必须解决的首要问题。
1.从学科外撷取科学家精神的相关素材
学科之外，关于科学家精神的教育资源非常丰富。在学科教学过程中，为了突出和强化科学家精神教育，教师可以学科教学内容为基础，适时引入与学科内容相关的科学家精神方面的教育素材，如科学史、科技成果和科学家故事等。这些科学教育素材的植入，能够很好地培养学生不惧艰难、严谨求实的学习态度和热爱科学、献身科学的理想信念。例如：在高中生物必修1“酶的本质”一课中，教师可以结合“酶的探索”引入巴斯德的故事，让学生从巴斯德的身上学到善于发现问题并探索问题的优秀品质。再如：在讲到高中生物必修1“光合作用”时，教师可引入“光合作用”的科学史，从两千多年前亚里士多德的“植物生长的一切营养来自土壤”，到18世纪比利时科学家海尔蒙特的“植物生长主要来自水的供给”，再到19世纪德国科学家萨克斯的“植物生长是靠光照条件下水和二氧化碳合成有机物提供营养”，这是一个渐进的认识过程。科学发展史，不仅让学生见证科学探索艰辛而又光荣的过程，还让学生在充分理解科学本质的同时，学会科学研究的一般规律和方法，并在此基础上引发学生持续探索的兴趣和热情。
2.在学科内挖掘科学家精神的潜在资源
每一门学科，尤其是自然科学学科，都有着丰富的科学家精神的教育资源，教师应充分挖掘这些潜在的学科资源，培养学生的科学思维和科学品质。例如：教师在讲到高二生物选修3“亚历山大·弗莱明和青霉素”时，可以很自然地从这一问题中带出亚历山大·弗莱明发现青霉素的故事和研究历程。1928年夏，弗莱明外出度假时，忘记实验室培养皿中正生长的细菌。3周后回到实验室，他注意到一个与空气意外接触过的金黄色葡萄球菌培养皿中长出一团青绿色霉菌。用显微镜观察此培养皿时，弗莱明发现，霉菌周围的葡萄球菌菌落已被溶解，这意味着霉菌的某种分泌物能抑制葡萄球菌。经过一番研究，弗莱明将其分泌的抑菌物质称为青霉素。再如：教师在讲到高中物理选修3“电磁感应”时，可引出法拉第在1831年将两个线圈绕在一个铁环上做的电磁感应实验。这些科学家精神方面的教育资源和素材，都是教材本身潜在的。教师挖掘这些潜在的教育资源，不仅可以教给学生发现问题和解决问题的方法，还可以引导学生学习科学家身上特有的那种敏于观察生活、勤于思考以及永远充满好奇心的探索精神。
3.为学生发展诉求开发适切的校本课程
课程是育人的载体，开发指向科学家精神培养的校本课程，是落实科学家精神教育的重要支撑和保障。为确保科学家精神进校园、进课堂、进学生头脑，学校需要站在时代发展的高度，结合学生发展的可能和诉求，开发科学家精神教育的校本课程。学校可参照中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于进一步弘扬科学家精神加强作风和学风建设的意见》中对科学家精神内涵的界定，围绕“胸怀祖国、服务人民的爱国精神”“勇攀高峰、敢为人先的创新精神”“追求真理、严谨治学的求实精神”“淡泊名利、潜心研究的奉献精神”“集智攻关、团结协作的协同精神”“甘为人梯、奖掖后学的育人精神”等六种精神，整体架构校本课程。
二、教学方式：有效构建“科学家精神”落地的实践方略
科学家精神融入学科教学，亟须教学方式的变革。
1.构建以学习为中心的教学生态
构建以学习为中心的教学生态，不仅要培养学生自主学习的能力和习惯，还要培养学生独立思考和判断等学习品质。
以学习为中心的课堂，需要重点关注三种情况下的学习。一是主题式学习。主题式学习的主题是开放的，凡是与主题相关的所有学习都是允许的，这里的一切管理和组织活动都围绕“学习”展开。二是任务驱动式学习。在任务驱动下，学生可以自行设计探究路径和方法，教师不作统一规定和要求。三是个性化学习。每个学生的学习基础、学习经验、学习兴趣、学习个性甚至学习风格都是不同的。在以学习为中心的课堂上，首先，教师要充分尊重学生的习惯和意愿，激发学生学习的积极性和热情。其次，教师要引导学生自我探究。学生遇到困难和问题时，教师积极跟进，观察学生的学习状况，知晓和回应学生的需求，及时提供学习支架和行为干预。最后，教师要积极倡导和鼓励学生大胆尝试和探索，教给学生质疑和批判的思路与方法，鼓励学生敢于质疑已有的观点和定论，在批判中进行反思性学习。
2.开展基于真实情境的学习和探究
基于真实情境的学习是一个复杂的过程，其复杂性主要在于对情境中各种关系的梳理和建构，这也是解决现实问题所必需的关键能力。基于真实情境的学习和探究，需要从三个方面关注概念的意义理解和建构。
一是在情境中发现问题。由于学生思考问题的角度过于单一，他们常常找不到解决问题可行的方法和策略。基于真实情境的学习，既培养学生的问题意识，训练学生即时捕捉现实问题的能力，又便于教师及时观察和审视学生的学习情况，发现学生在情境学习中暴露出的问题和不足，进而指导学生更好地学习和探究。
二是在情境中建构概念。科学学习是一个不断形成和建立概念的过程，必须在情境中对概念进行意义建构。例如：为了建立“沉浮”概念，教师需要从学生的日常生活和经验出发，为学生设计一个真实的学习和研究情境。在这个情境里，学生可以把不同的物体放在水里做实验，并通过大量的实验和观察比较，不断明晰并建构起“沉浮”概念（包括沉浮秘密），同时也能够应用“沉浮”知识解决复杂的现实问题（大情境），以彰显“沉浮”知识存在的合理性与价值。
三是在情境中体现人文性和价值观。基于真实情境的学习，让学生在学习知识的同时，能够以促进人类发展的态度和视角进行考量。从这个层面上讲，基于真实情境的学习，就是为现实更好地发展而学习，为人类的一切美好而学习，这就是学习的人文性和价值观。在学习过程中，教师要广泛发动学生走向社会，让学生在现实社会问题的参与和学习中学会解决问题，形成主动的社会参与意识，让知识发挥社会功能和价值。
3.建立以小组合形式为主的团队协作机制
科学家的许多研究和项目攻关，需要集体的智慧，需要不同学科背景人员的融入和支撑。协作攻关是科学家走向成功的关键，也是解决问题的必要条件。因此，在学科教学中，教师要着力培养学生的团队意识和协作能力。
一是设计好项目学习。培养学生协作学习能力，项目式学习是一种重要的学习方式。项目是一项任务、一个问题，但又不是一个简单的任务或问题，而是一项系统工程，需要从智力、人力、物力、工具、技术等多个方面进行综合考量，并在此基础上进行统筹规划和设计，这样才可能完成学习任务。例如：初中物理教学中“研究货船的载重及其相关因素”这一项目，学生需要通过不断地“动手做船”和“测试分析”，通盘考虑材料、工具、技术、测算、分工等各个环节，还需要缜密的思维和系统实施。项目是培养科学思维的重要平台。
二是做好研究内容分工。小组合作学习要摒弃过去过于形式化的分工倾向，从研究内容上进行分工，让每一位成员都有自己的研究内容。每一项内容都是从大的研究任务中分解出来的，都是小组学习任务中必不可少的组成部分。例如：高中地理“土壤”项目研究，为了立体透视土壤和研究土壤，教师可从土壤的分布、土壤的形成、土壤的共性与个性等方面进行分工，也可以在土壤的物理性质、化学性质和生物性质上进行分工。
三是做好研究过程记录。在项目式学习过程中，必须跟进研究的记录和反思，注重成果的总结。这是科学家在研究过程中特别注重的环节，也是科学研究的重要品质。在项目式学习过程中，教师要教给学生研究记录、整理材料、分析材料、总结归纳的基本方法和策略，让学生在项目式学习和研究中学会像科学家那样思考、研究、记录、分析、总结，形成探索研究的品质。
三、教学样态：打造沉浸式学习的组织架构
教学样态是通过一定的教学组织和管理所形成的教与学的结构关系及行为表现。不同的学习需要不同的教学样态，教学样态关乎学生的学习进程和学习效果。基于科学家精神的学科教学需要沉浸式学习的教学样态，教师需重点关注以下三种教学样态。
一是翻转课堂。翻转课堂是将传统的课堂学习过程进行颠倒的教学模式。在这种模式下，学生可以在课前通过观看视频、学习教材、阅读导学案等，初步完成学习内容。课堂上，学生交流自主学习的情况，并抛出课前学习过程中遇到的问题，寻求教师或其他同学的帮助。教师更多扮演引导者和讨论者的角色，组织学生交流探讨并解决各种疑难问题，帮助学生理解知识、消除困惑。翻转课堂的最大优势在于能够很好地培养学生自主学习的能力和习惯，促使学生通过课堂上与同学之间的交流，发现自己在学习上的缺陷和不足，自觉改进学习方法和策略，不断提升学习能力和品质。
二是学术展评。学术展评是一种展示学生学习成果的教学样态。当学生进行项目重难点攻关时，他们的学习和研究过程是复杂而充满艰辛的，这对他们的成长是一笔宝贵的精神财富。教师要将每一次的学术展评，办成一次经验和成果的分享与交流会，办成一次对学生研究情况的集中论证会。学生可以在他人的展示活动中学习到好的经验和做法，并进行自我剖析和反思提升。学术展评不仅可以帮助学生提高学术水平和创新能力，还可以培养学生的团队合作意识和能力。在学术展评活动中，教师要关注个体差异，根据学生的学习个性和能力基础，进行增值性评价和针对性指导，帮助学生认识自己的不足和存在的问题，指导学生改进计划，不断完善自己的学习和研究过程。
三是社群学习。社群学习是一种新兴的学习样态，它强调在由不同成员构成的团体中进行学习，通过成员间的互动、交流和合作，达到更好的学习效果。基于科学家精神培养的社群学习，除了学校开设的社团课程外，还要使学习团体覆盖不同学习内容和研究人员。如将科学家、工程师、大学教授、科研机构研究人员以及企业高精尖科技人才请进学校的社群学习组织，让学生在学习中感受科学的魅力和科技的力量，随时汲取科学营养，探索未知领域。学校要善于构建和经营这种社群学习组织，并通过有效的手段和方式，充分发挥社群的智慧和力量，不断满足学生的个性化学习需求。
科学家精神进校园的路径和方式有很多，学科教学是科学家精神进校园并得以落地实施的关键。本文仅从教学内容、教学方式和教学样态三个重要方面表达了对科学家精神融入学科教学的思考，希望以此为突破，寻求科学家精神进校园的最佳方案。