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科学知识是培养学生科学素养的基石，促进知识向素养转化的关键在于厘清科学知识的属性，实现科学知识多维属性的教学表达。所谓属性是对事物的内在特性或特征的反映，知识具有科学属性、文化属性、社会属性等基本属性，科学属性是知识的第一属性，文化属性是知识的本质属性，社会属性是知识的社会学特征[1]。不同学科知识最根本的不同在于其科学属性，这也是学科发展的标志，是其独立成为一门科学的标志。科学知识不仅揭示了客观事物的本质、规律以及不同客观事物之间的相互关系，还承载了在追求真理过程中的科学方法、科学逻辑和科学思想。厘清科学知识的属性，有助于教师深化知识理解和知识处理，完整实现科学知识的育人价值，促进学生的科学素养培养。

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1 科学知识的属性

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科学知识的产生及发展不是孤立的，其具有特定的文化内涵和历史背景，因此科学知识的属性是多维的。

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1.1 科学知识的文化属性

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知识的文化属性是指任何知识都有特定的文化背景，是一个学科发展史上具有文化地标意义的东西[1]。恩斯特·卡西尔指出，科学是人类智力发展中的最后一步，并且可以被看成是人类文化最高最独特的成就[2]。

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科学知识是人类文化的产物，任何科学知识的产生和发展都有其特定的文化背景、文化意蕴和文化内涵，并且随之产生相应的精神思想、文化观念和文化认同。科学知识背后内隐的文化要素，呼吁科学教育要具有文化底蕴、实现人文关怀。

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1.2 科学知识的社会属性

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知识的社会属性是指知识的社会学特征，是社会存在的反映，知识的产生、价值及其内容，都是由社会结构决定的[3]。科学知识的社会属性表现为：科学知识的产生和发展受到社会发展的制约，受到人类认知方式和认识水平的限制。

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此外，科学知识的社会属性还表现为其价值性，即满足人与社会发展的需要。从斯宾塞对“什么知识最有价值?”所做出的“科学知识是最有价值的知识”著名论断，到“科学技术是第一生产力”的社会认同，表明科学知识对人类文明进步及社会发展所做出的巨大贡献。

1.3 科学知识的科学属性

知识的科学属性是指知识本身的产生过程、产生方式，知识内在的要素和所表达的思想中所体现的科学性[1]。知识是在实践的基础上产生又经过实践检验的对客观实际的反映[4],因此知识是经过验证的、客观的、科学的。

科学知识的科学属性意指科学知识的产生过程是逻辑的、严谨的，科学知识的研究方法是科学的、合理的，科学知识旨在呈现科学事实、概念原理、本质规律，及其解决问题的科学方法和思想。依据科学知识产生和发展的过程进行分析，科学知识的科学属性主要表现在实证性、逻辑性、结构性和思想性等4个方面。

1.3.1 科学知识的实证性

谢弗勒明确指出知识的3个条件，即信念条件、证据条件和真理条件[5]。在科学家眼里，如果有人提出一个观点，那么就必须拿出能证明该观点的证据来，否则无论看上去再怎么完美的观点都不足为信，任何科学知识都要经受实践的证实和检验[6]。科学知识包括基础知识和应用知识，相应的科学研究包括基础研究和应用研究。基础研究着眼于“求真”,要求客观如实地反映客观世界，不能带有主观色彩和价值判断；应用研究定位于“求善”,要求保证人类的生存权，增进人类社会生活[7]。科学知识的基础研究和应用研究缺一不可，“求真”“求善”融为一体。因此，科学知识一定要去伪存真、除恶扬善。

科学家不相信凭直觉或者感官所获取的经验认识，他们将尽一切可能进行实验，收集证据。在一定历史条件下，科学知识是绝对的。但随着人类认识条件和认知能力的发展，旧的认识会被新的认知所补充、批判、替代，甚至颠覆。科学知识是相对的，说明科学知识的发展要不断寻求新的证据，通过实证在批判反思中不断完善。从地心说到哥白尼的日心说，实现了天文学的根本变革。从构成物质的最小单位分子、原子，到构成物质的基本单元夸克，都表明了科学知识的不断发展，人们对客观世界认识的不断进步。科学知识的实证性要求我们正确把握知识成立的条件，任何公式、定理都有一定的适用范围，都是在一定的前提下经过科学假设、推理论证和实验论证得出的结论。因此在学习科学知识时，一定不能忽视其适用条件。如理想气体状态方程pV=nRT只适用于理想气体，描述了气体的压强、体积、物质的量以及温度之间的关系。牛顿运动定律只适用于宏观物体，而微观物体的运动则符合波粒二象性。

由此可见，实证性应是科学知识的科学属性之一，科学知识的实证性要求我们要辩证看待、敢于质疑、勇于求证，在科学教学中努力培养学生的科学实证精神。

1.3.2 科学知识的逻辑性

知识是由符号表征、逻辑形式和意义等3个内在要素相互关联构成的整体[8]。科学知识的符号表征呈现的是对客观事物本质和规律的认识结果，逻辑形式体现的是认识客观事物的方式和过程，意义表明的是科学知识对人的发展价值和功能。

人们对客观事物的认识过程从低级阶段的感性知觉开始，上升到高级阶段的逻辑思维，逻辑推理过程对科学知识的发现是必不可少的。科学知识的产生和发展，经历了观察与思考、实验与论证、模型与推理、分析与综合、归纳与演绎、分类与比较、系统化与综合化等逻辑思维过程，涵盖了概念、判断和推理等逻辑思维形式。因此，科学知识是逻辑的演绎和推理。例如，牛顿三大运动定律顺承逻辑推理构成有机整体，第一定律定性揭示出力和运动的关系，第二定律定量揭示出力、加速度和质量之间的关系，第三定律进一步给出作用力的性质，揭示物体运动的相互制约机制。

由此可见，逻辑性也是科学知识的科学属性之一，科学知识的逻辑性要求我们要重视逻辑思维。科学知识的学习，不仅要知道科学知识是什么，还要理解科学知识为什么是这样，知道科学知识的逻辑推理和产生发展过程，用历史的眼光、学科的逻辑看待科学知识的来龙去脉。

1.3.3 科学知识的结构性

人们对客观事物的本质及规律探索是逐步积累的，科学知识的发展经历了从点到线到面结成知识网络、构成知识体系的漫长过程。科学知识不是科学结论杂乱无章的堆积，而是通过一定的逻辑相互关联，具有一定结构的巨大系统[9]。科学知识的结构承载着科学知识的产生、发展和演化，具有层次性和系统性，是科学知识交叉融合、协同共生而形成的复杂关联和结构网络，是一个有内在联系的有机整体。科学知识的结构主要是指科学知识的基本理论结构或者概念结构，根据概念间的关系特点，科学知识的结构可分为基于类目关系的结构和基于实质联系的结构[10]。

基于类目关系的结构主要根据学科分支结构和学科核心概念的分类层次建立[10]。类目关系的结构是显性的，而实质联系的结构则是隐性的。揭示类目内以及不同类目之间所具有的实质联系，并据此建立统摄性的概念和基本观念，反应了学科结构中下位概念和上位观念之间的关系。好比生物学上由细胞构成组织、由组织构成器官、由器官构成系统、再由系统构成一个完整的生物体一样，从学科的基本概念到统摄概念再到基本观念，构成了学科的基本理论结构。根据类目关系进行学科结构建构时，根据不同的角度和标准，可得出多种结构形式。例如：关于“化学反应的分类”,按反应形式进行分类，可分为分解反应、化合反应、置换反应、复分解反应；按反应物的性质进行分类，可分为无机反应、有机反应、生化反应等；按反应中有无电子转移进行分类，可分为氧化还原反应和非氧化还原反应；按反应中粒子的特征进行分类，可分为分子反应、离子反应、原子反应等。说明化学反应的认识角度是十分丰富的，也说明科学知识的结构不是单一的，而是多重的。

由此可见，结构性必然是科学知识的科学属性之一，科学知识的结构性要求我们不能简单、孤立地对科学概念、原理和规律进行学习，而要联系、系统地对科学知识进行结构化学习，形成对科学知识的整体性和结构性认识。

1.3.4 科学知识的思想性

知识是一粒有待发育的“精神种子”,知识作为精神的种子，其本质是思想的种子、思维的种子、德性的种子，具体的课程知识所凝结的是学科思想、学科思维和价值观念[3]。科学知识的思想性是指通过科学知识的学习，形成对客观世界的总观性的认识和看法，进而形成分析问题、解决问题的思维方式和行为方式。科学知识不仅揭示了关于客观世界的认识结果，更是学科思想和观念的载体。学科思想在各领域中对深化认识和改进实践，具有世界观和方法论层面的价值和意义[3]。

在对科学知识的内涵分析、结构性学习以及系统性理解基础之上，获得关于事物的认识角度、认识方式和认识思路，才能上升发展为学科思想。学科思想是内隐于科学知识的，具有高度的概括性、抽象性和普适性。例如：化学学科蕴含着微粒观、平衡观、变化观、守恒观、元素观、系统观等学科思想，而微粒、平衡、变化、守恒、系统等基本思想在物理学科和生物学科中也有相应的体现，可以用物质存在及其运动形式、能量、平衡与守恒、演变等几个科学大观念和科学思想统摄科学课程体系。

由此可见，思想性必定是科学知识的科学属性之一，科学知识的思想性要求我们不能满足于对科学知识的理解和掌握，更要充分挖掘科学知识所蕴含的学科思想和观念，获得关于客观世界的总括性认识，形成分析问题和解决问题的思路和方法。

2 渗透科学知识属性的教学策略

科学教学是实现学生科学素养发展的纽带，现行的科学教学对科学知识的属性认识不深，尤其是对科学知识的科学属性领悟不够，导致科学教学的育人功能未能充分发挥。基于科学知识的属性分析，提出科学教学中渗透知识科学属性的教学策略，致力于学生通过学习科学知识，掌握科学方法、发展科学逻辑、建构科学结构、领悟科学思想、培养科学素养。

2.1 融入科学史实，加强实验探究，体验科学实证

著名化学家傅鹰认为“一门科学的历史是那门科学中最宝贵的一部分，因为科学只能给我们知识，而历史却能给我们智慧”[11]。每个科学事实的发现、科学观点的提出、科学理论的产生、科学公式的推导，都要利用一定的科学方法，经历艰难曲折的探索过程，并不断经受实践的检验和完善，这些过程倾注了科学家的智慧、严谨的求知态度、不畏艰辛的意志、不惧权威的批判与创新精神，科学知识的发展史，蕴含了人们对真理的永恒追求。通过模仿或改进化学家们的历史探究实验，感悟科学发现的探究过程和科学研究方法，有助于培养学生的创新意识和科学探究能力[11]。

实验探究能力是学生的科学素养发展程度的重要体现和标志[12]。实验探究从提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与数据搜集、分析与论证、反思与评价、表达与交流等环节，简约地再现了科学发现的过程。实验探究要充分彰显科学知识求真求实的本质追求，从实验取证到数据处理，要实事求是，不能篡改编造实验数据，如果得出的实验结果与预期假设不相符，要重复多次实验，要有怀疑的眼光和批判的态度，是实验出错了还是假设有问题?探究过程是试误的过程、检验的过程、求真的过程，要不断调整科学假设和猜想，不断完善认知模型，不断改进实验方案，直到得出合理的结论。

基于化学史创设情境，引导学生围绕问题展开实验探究，基于获取的证据进行推理进而建构知识，培养了学生的化学学科素养[13]。因此，科学教学要重视实验探究，突显科学知识的实证性，并融入科学史实，为学生提供丰富的背景资料，激发学习的兴趣，理解科学知识的本质，体验科学知识的发现过程，培养学生勇于质疑、严谨求实的科学精神。

2.2 关注概念原理，巧设问题引导，发展科学逻辑

赫斯特认为“最有价值的知识是认知知识的形式，即逻辑形式”。科学逻辑是正确而有条理地解决科学问题的思维过程和思维方式。核心概念的形成有一个思维过程，通过强化感知过程，重视表象观察，揭示本质内涵，使抽象的概念具体化，使学生的思维更严谨[14]。关注科学概念原理的教学，引导学生对实验现象和科学事实进行分析，促进学生自主发现科学规律和科学原理，帮助学生拓展思考问题的角度、开发分析问题的模式、训练解决问题的方法、形成认识世界的方式，从而发展学生的科学逻辑。

基于科学素养培养的教学不是简单地传授科学知识的结论，而是要注重科学知识的获得过程，巧设有针对性的问题，引导学生历经严谨的科学思维，体悟知识“形象—深化—变化—抽象—内化”的过程，从而促进科学知识的建构和科学逻辑的发展。基于问题引导，陈爱民提出“四问”驱动问题解决的途径[15]:启问，依据目标，提出问题；探问，拾级而上，解决问题；追问，质疑交流，促进思维；回问，反思提炼，总结提升。

层层深入的问题设置有助于发展深度思维和系统建构知识网络[16]。教师可采用递进式的提问方式，引导学生一步步经历科学知识的学习过程。例如：“对于这个现象你有什么推测?”“你为什么这么想?”“基于刚刚的分析，你能进一步得到什么结论?”“你能把刚刚分析的过程再完整地讲一遍吗?”通过层层设问，引发学生积极讨论和思考，学生的思维连贯性得以优化、科学逻辑得以发展、科学素养得以提升。

2.3 应用思维导图，强化知识联系，建构科学结构

美国教育家布鲁纳强调：“不论我们选教什么学科，务必使学生理解该学科的基本结构，这是运用知识方面的最低要求，这样才有助于学生解决在课堂外所遇到的问题和事件，或者日后课程训练中所遇到的问题”[17]。考虑到知识的可迁移性，教学中要注重科学知识的结构建构。建构主义学习理论也十分关注知识结构，对科学知识建构起清晰的结构，有利于知识的同化和顺应，有利于建立认知图式。

当前的科学教学存在着这样的不足：教师们总是千方百计地落实一个又一个知识点，但是知识之间的联系却经常受到忽视。有效的科学教学，学生不仅要理解关于某个主题的事实集合，还要理解这些事实是怎样关联的，知识是怎样联系的，如果能这样开展教学，科学就不再是编目体系，物理就不仅仅是一堆数学公式的集合，化学也不仅仅是一堆化学符号的堆积，生物也不仅仅是一堆目录卡片的分类，而是有联系的科学体系。

思维导图是一种可视化的教学工具，有利于人脑扩散性思维的展开[18]。利用思维导图不仅能建立新旧知识间的联系，提高对概念的理解程度[19],还能使学生在认知图式的建构过程中最大限度地发挥主观能动性和创新性[20]。科学教学中运用思维导图，从一开始由教师主导建构、到引导学生建构、再到学生自主建构知识间的联系。充分应用建构主义学习理论来建构知识联结，将新知识整合到自己原有的认知结构中，并对原有认知结构进行重组和改造，用联系的观点和结构化的体系增进对科学知识的理解，促进科学知识的迁移应用，不断深化完善自己的科学知识结构体系。

2.4 开展深度学习，重视科学过程，领悟科学思想

科学教学的精髓是还原科学概念原理的建立过程，体会科学知识所蕴含的科学方法和科学思想。培养科学思想绝不是一朝一夕的事情，也不是仅仅通过科学知识的讲授就能实现的，靠的是“润物细无声”般的潜移默化。受应试教育的影响，科学教学沉湎于为提高成绩而进行高强度的解题技巧训练中，学生在课堂上被动理解，往往缺乏深度，始终在知识表层耕耘。没有内化吸收的科学知识不能有效转化为科学思想。

深度学习是一种基于理解的学习，是学习者以高阶思维的发展和实际问题的解决为目标，以整合的知识为内容，积极主动地、批判地学习新的知识和思想，并将它们融入原有的认知结构中，且能将已有的知识迁移到新的情境中的一种学习[21]。深度学习通过对知识的深刻理解，经历完整的知识学习过程，是建立科学思想的有效途径。深度学习视野下的化学实验有利于培养学生控制实验变量，搜集实验证据，并基于证据进行合理推理，从而得出结论建构知识，养成基于实验的化学学科思想[12]。科学教学中教师要揭示、还原、复演科学知识产生、发展的过程，尤其要关注科学概念原理的建立过程，引导学生体验科学方法、领悟科学思想，使学生在经历知识再造的过程中发展科学思想。

学生对科学知识的学习，经历了从拥有零碎的经验到科学事实，从将具体事物的特征与抽象的科学知识相联系，到从系统化的视角看待不同知识之间的关联，最后到科学知识体系的建构，科学思想就是将学生思维发展的各个阶段串联起来的主线，也是推动其不断相互转化的动力。这种学习转化的过程要历经深度学习，学生的思维方式由简到繁、由浅入深、层层递进，科学思想也得以慢慢建立。

值得一提的是，科学知识4个方面的科学属性不是孤立的，而是相互联系的。从追求科学知识的去伪求真，凸显科学知识的实证性，到弄清科学知识的来龙去脉，厘清科学知识的逻辑性，再到分析科学知识之间的联系，建立科学知识的结构性，最后到深挖科学知识蕴含的思想，领悟科学知识的思想性，这是一个层层递进、螺旋上升的过程。科学教学中，教师要善于运用上述教学策略，渗透科学知识的科学属性，融科学知识、科学方法、科学逻辑、科学结构、科学思想于一体，培养学生的科学素养。

引用本文:

江雪清, 宋万琚. 渗透科学知识属性的科学素养培养策略 * [J]. 化学教育（中英文）, 2022, 43(11): 7-11

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