精选
杰出科学家的9个思维品质特征及其对科学教育的3个启示
朱玉军
北京师范大学化学学院
核心期刊《化学教育》专职副主编、编辑部主任
1 杰出科学家取得科学成功的经验与机制
科学家开展科学研究工作，是在一定的科学观念和视角指导之下，收集有关的已知信息，确定研究目标，明确科学问题，提出科学假说，制订研究计划并付诸实施，通过相应的方法和手段收集数据、资料、事实等，再通过相应的科学思维方法推理得出科学结论，进一步建构或者发展科学模型、科学概念、科学定律、科学理论等，最后讨论科学结论的意义及实践价值。
通过考察杰出科学家获得重大科学发现的过程，可以得出杰出科学家取得科学成功的经验和机制[1-3]：
（1）提出重要的科学问题，并且能够清晰而准确地表达出来。例如，通过考察牛顿、达尔文和爱因斯坦的学习经历和研究工作，发现不是深不可测的天才头脑造就了他们的伟大科学成就，而是他们将深刻而重要的问题置于研究工作的核心，明确问题并热情而持续地追寻答案。
（2）收集、综合、记录和评价与研究工作密切相关的数据及信息，并且可以用抽象的观点给予有效的解释和说明。例如，牛顿从学生时代开始就有收集和记录信息习惯，他留下的笔记本超过300万字，包括数学、炼金术（化学）和天文学等的描述信息。达尔文依靠他的庞大的笔记本，包括个人想法、问题、碎片思想，以及他5年航行途中的笔记，旅行途中收集到的系统的标本文件，写出了《物种起源》。
（3）努力通过相关标准的检验，得出合理而符合逻辑的科学结论。例如，我国科学家屠呦呦试验了200多种中药，380多种提取方式，经过191次实验才获得抗疟疾的有效药物青蒿素，因此而获得诺贝尔生理学或医学奖。居里夫妇面对“没有原子量，就没有镭；把镭指给我们看”的质疑，经过45个月的繁重劳动，从数吨的铀矿渣中分离出了0.1克氯化镭，并测出了镭的相对原子质量为225（后来得到的精确值为226），因此而获得诺贝尔化学奖
（4）开放、客观、深入、逻辑性、创造性地思考其他的新颖的观点、视角和途径。例如，2012年度世界杰出女科学家奖获得者，美国普林斯顿大学分子生物系教授，邦妮·巴斯勒（Bonnie Bassler，1962-，女）通过持续做其他生物学家认为没有价值的研究工作，发现了细菌通过化学语言的交流方式。邦妮总是对现实有着强烈的质疑精神：“我总是认为一切都错了，觉得什么都不适合我。”
（5）思考复杂而艰难的科学问题，并能够有效地与其他人沟通合作，以寻找解决方案。例如，琼斯·索尔克（ Jones Salk ，1914-1995，美国病毒学家，发明和制造脊髓灰质炎疫苗）在与小托马斯·弗朗西斯（Thomas Francis Jr.）合作开发流感疫苗时，汇集了其他科学家的一系列发现。在1955年4月12日宣布小儿麻痹症疫苗研制成功，并表示6位助手在疫苗研发过程中发挥了重要作用。
（6）细致地观察，注意研究工作中的细微之处。例如，芭芭拉·麦克林托克(Barbara McClintock，1902-1992，女)：美国遗传学家，1983年诺贝尔生理学或医学奖获得者，美国遗传学会首位女主席。经典遗传学理论认为基因在染色体上的位置较为稳定，麦克林托克未采用新兴的物理学及化学实验技术，用肉眼与普通显微镜观察玉米细胞中的染色体，1950年代发现了染色体上的基因转移。1970年代，分子遗传学的发展证实了“跳跃基因或转座因子”（transposition）的存在，她被称为“玉米夫人”。
（7）善于深入思考和利用偶然的现象和机会，开展深入研究。例如，亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming ，1881-1955，英国）：1928年弗莱明在培养葡萄球菌的平板培养皿中发现，在污染的青霉菌周围没有葡萄球菌生长，形成一个无菌圈，后来人们称这种现象为抑菌圈。他认为这是由于青霉菌分泌一种能够杀死葡萄球菌或阻止葡萄球菌生长的物质所致，他把这种物质称为青霉素。唐本忠（1957-，中国科学院院士，高分子化学家）：2001年某天，唐本忠实验室的一名学生像往常一样做实验，样品点在薄层色谱板上，在紫光灯下却没有像预计的那样观察到明显的荧光；而当样品“湿点”中的溶剂挥发变成了“干点”，再放在紫外灯下竟然发出了十分明亮的荧光。这个 “反常现象”引起了唐本忠院士的重视，更多更深入的研究随之进行，聚集诱导发光（AIE）这个发光材料的新领域也随之展示在世人面前。
（8）善于利用新技术及与研究工作有关的资源解决科学问题。例如，施一公（1967-，结构生物学家，中国科学院院士）：生命过程的法则是，DNA被转录为RNA，RNA被翻译为蛋白质，蛋白质来执行具体的生命功能。 RNA被翻译为蛋白质，需要“剪接体”剪接，1970年代科学家发现“剪接体”后，就一直想搞清楚其结构和机理。2015年8月，施一公院士团队利用“冷冻电子显微镜技术”在Science上连续发表2篇论文，阐述“剪接体”（由RNA和蛋白质组成的复合物）的三维结构及基本工作机理。
2 杰出科学家的9个思维品质特征
通过考察历史上杰出科学家的童年及其从事科学研究工作的经历，可以总结出历史上杰出科学家的品质特征 [2]：
（1）富有创造力和想象力；
（2）富有逻辑的批判性思维能力；
（3）细致的观察能力；
（4）善于收集和整合信息的能力；
（5）善于深入思考和利用偶然的现象和机会；
（6）善于使用先进技术；
（7）能够获得有利于科研工作的重要资源的支持；
（8）涉猎广泛且详细地记录信息、数据、想法等；
（9）能够与他人开放地交流与合作。
3 杰出科学家的品质特征对科学教育的3个启示
（1）要让学生亲近和接触大自然，通过联系学生的生活经验，通过科学实验活动，通过科技馆等科普教育方式，使学生体验到科学的魅力，保持、激发和增强学生探索自然科学的兴趣、好奇心和想象力，而这恰恰是创新意识和创新能力的源泉。
（2）注重培养学生的逻辑思维能力及批判性思维能力。非形式逻辑和批判性思维课程已被确立为英语国家所有大学教育的基础，设置有“批判性推理”“批判性思维”“非形式推理”“非形式逻辑”“理由与论证”“论辩”“实用推理”“实用逻辑”“逻辑与辩证法”等课程，并且有类型丰富的教科书，致力于培养一种考察它所遇到的智力产品（如论证、陈述、问题、实验设计、假说）的可信性，而不是盲目地接受或追随先入之见的自觉性，即批判精神。然而，我国的教育体系中对逻辑思维能力及批判性思维能力的培养还有欠缺，课程建设及教科书开发都存在不足[4]。
（3）注重探究性教学、项目式教学及合作学习，设计相应的科学探究实践活动及项目任务，让学生像科学家和工程师一样思考问题、解决问题、完成项目，培养学生的观察能力，定位、检索、选择、组织和利用信息的能力，发现、整合及运用学校和社会资源的能力，运用现代先进技术手段解决问题的能力，沟通、交流及合作能力，领导能力等。
国家科技创新力的根本源泉在于人，我们需要将科学教育摆在更加重要的位置，通过科学教育培养未来的杰出科学家、战略科技人才、科技领军人才、科技创新团队等，为实现中华民族伟大复兴提供第一资源——科技人才，提供第一动力——科技创新，提供第一生产力——科学技术。
参考文献：
[1] Richard Paul，Linda Elder. A Miniature Guide For Students and Faculty To Scientific Thinking[M].The Foundation for Critical Thinking,2003
[2] Amanda Heffner-Wong, Lucy Morris, Chandana Jasti,et al. The Nature of Scientific Thinking[Z]. Cambridge,MA: Harvard Graduate School of Education,2010
[3] 白欣,王晓义,冯晓颖.居里夫人-放射化学的奠基人——为纪念居里夫人获得诺贝尔化学奖100周年及2011“国际化学年”而作[J].化学通报,2011,74(5):474-478
[4]武宏志.批判性思维与逻辑教育教学[J].延安大学学报(社会科学版),2003(1):19-23
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自朱玉军科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-2066651-1389532.html?mobile=1
收藏
