- 数学师范生科创素养培育：探索与实践
- 程晓亮主编
- 7513字
- 2025-03-28 19:49:51
绪论
一、数学学科与科创素养
数学源于对现实世界的抽象，基于抽象结构，通过符号运算、形式推理、模型构建等，理解和表达现实世界中事物的本质、关系和规律。数学通常被认为是以研究数量关系和空间形式为主的一门科学。数学与人类生活和社会发展紧密关联。数学不仅是运算和推理的工具，还是表达和交流的语言，承载着思想和文化，是人类文明的重要组成部分。数学是自然科学的重要基础，并且在社会科学中也发挥着越来越大的作用，其应用已渗透现代社会及人们日常生活的各个方面。随着现代科学技术特别是计算机科学、人工智能的迅猛发展，人们获取数据和处理数据的能力都得到极大的提升。伴随着大数据时代的到来，人们常常需要对文本、声音、图像等反映的信息进行数字化处理，这就使数学的研究领域与应用领域得到极大拓展。数学直接为社会创造价值，推动社会生产力的发展。数学在形成人的理性思维、科学精神和促进个人智力发展的过程中发挥着不可替代的作用。数学素养已经成为现代社会每一个人必须具备的基本素养。
数学学科核心素养是数学课程目标的集中体现，是具有数学特征的思维品质、关键能力以及情感、态度与价值观的综合体现，是在数学学习和应用的过程中逐步形成和发展的。数学学科核心素养包括：数学抽象、逻辑推理、数学建模、直观想象、数学运算、数据分析。这些数学学科核心素养既相互独立，又相互交融，是一个有机的整体。
数学教学的重要目的在于培养学生的数学思维能力，而数学思维能力反映在通常所说的数学思维品质上。数学思维品质是数学思维结构中的重要部分，是评价和衡量学生思维优劣的重要标志。数学思维品质主要是：广阔性、深刻性、灵活性、敏捷性、概括性、间接性、问题性、复合性、辩证性、批判性、独创性和严谨性。
科创素养是科学技术创新素养的简称，是人的一种能力的综合体现，这种能力主要体现在科学的精神观念、系统知识与应用能力的相互融合。因此，科创素养也可以从科学、技术、创新三方面来进行理解。科学注重于理论层面的研究，技术注重于实践中的应用，创新注重于一种意识观念。科学理论指导实践中技术的合理应用，技术通过实践应用验证科学理论的合理性和价值，两者相辅相成。创新则是科学和技术的内驱力，体现着科学技术的价值和核心精神。
培养学生的科创素养是教育的重要目标，关系到未来社会创造力的整体水平。科创素养主要包括科创意识、科创兴趣、科创知识、科创能力和科创精神，这些内容表明科创素养的培育不是一蹴而就的，需要科创兴趣的引导、科创知识的积累以及转化为能力的实现，从而上升为精神层面中的思维模式和行为模式，整个过程循序渐进、相互融合。数学学科作为重要的基础科学，将科创素养的培育融入其教学过程，是高等教育重视培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神在现实教育中的重要实践。
二、基础教育对数学教师科创素养的要求
当今，“科技是第一生产力”这一论述已是众人皆知，但是在我国高等教育中仍然广泛存在着“科研是科学家、工程师的事”这样的意识。在知识经济、信息化社会的今天，我国要建设科技强国，必须提高公众科创素养，这就需要在基础教育阶段加强创新能力的培养。
现代科学技术的发展表现为知识既高度分化又高度综合，知识的综合化是主要趋势，反映在基础教育上，就是各学科的知识联系越来越密切。随着素质教育的全面实施，要求培养学生的综合能力，数学教师仅有本学科的专业知识是不够的，必须具有综合的知识结构。如果说其他高等教育是在“广”和“博”的基础上尽可能地“专”和“精”，那么师范教育则应当是在针对未来中小学教师的专门性的基础上尽可能地“广”和“博”。随着基础教育改革的深入，现在小学课程已实现了综合化，初中课程已达到一定程度的综合化，高中课程的改革正在推进。《普通高中课程方案（2017年版2020年修订）》中明确指出了各学科课程标准制定的指导思想和基本原则，要求课程要反映先进的教育思想和理念，关注信息化环境下的教学改革，关注学生个性化、多样化的学习和发展需求，促进人才培养模式的转变，着力发展学生的核心素养。根据经济社会发展新变化、科学技术进步新成果，及时更新教学内容和话语体系，反映新时代中国特色社会主义理论和建设新成就。在这种背景下，如果高等师范院校的课程还停留在学科指导下的课程分类模式，则难以适应新的变化。当前我国高等师范院校正处于改革和发展的关键时期，高等师范院校不仅要注重学科知识的传授，还要特别加强提升师范生的科学与人文学科交融的素养，培养师范生的综合素质，为基础教育培养一流的中小学教师。
教育的目的是促进人的全面发展，所以我们要重视师范生专业学科知识和通识知识的教育。只有将科学素养与人文素养相融合，才能在真正意义上全面提高师范生的综合素质。
从学科地位的层面看，自然科学在人类科学系统中处于基础和前提地位，它的发展可以成为社会人文科学发展的理论先导，并为社科人文的发展开拓新的研究领域，提供新的研究技术条件。当前学科发展的现实已证明现代自然科学与工程技术为社会科学提供了越来越多的研究方法与技术手段，自然科学的概念也日益渗透到社会科学中，促进了社会科学不断由定性描述为主向定量化研究的发展。人文社会科学要逐步走向成熟、完善和现代化，就必须学习和吸收自然科学的研究范式和方法。同样，师范生也需借鉴自然科学的思维方式，以健全和发展自己的思维。未来社会的发展必然符合“科技发展是第一生产力”的规律，师范生也必然要在日新月异的社会变迁中，在强化自身专业的同时，为传播科技知识做好准备。
从知识需求的主流看，现今社会需要的是科学素养与人文素养全面发展的高素质人才。师范生作为高等教育培养的高层次人才，必然是未来社会的建设者、科技发展的推动者、现代文明的传播者。数学是人类文化的重要组成部分，数学素养是现代社会每一位公民都应该具备的基本素养。作为促进学生全面发展教育的重要组成部分，数学教育既要使学生掌握现代生活和学习中所需要的数学知识与技能，更要发挥数学在培养人的思维能力和创新能力方面的不可替代的作用。
从教育创新的角度看，创新能力与开拓精神更多地来源于自然科学和人文社会科学的碰撞与交流。创新意识的培养是数学基础教育的基本任务，应贯穿于数学教与学的整个过程。学生自己发现和提出问题是创新的基础；独立思考、勤于思考是创新的核心；归纳概括，得到猜想和规律，并加以验证，是创新的重要方法。创新意识的培养应该从义务教育阶段做起，体现在教育的方方面面。长期以来的“专才教育”模式割裂了自然科学和人文社会科学之间的联系，造成师范生除本专业学科知识外科学素养不高的状况。因此，师范生需要加强科学素养的培养和两个学科群领域知识融合交汇的能力，这样才能在今后工作中很好地向自己的学生传播科学知识、科学方法以及科学创新精神。
三、数学师范生科创素养培育的重要性
科技已经成为当今社会发展的核心力量，师范生作为未来知识传播的主体需要学习掌握科技发展的历史，了解当代科学和技术的最新发展，接受科学思维方法的熏陶和提升科学精神。针对数学师范生的特点，从教学目的、教学内容和教学方法入手，有针对性地开展教学，才能发挥科创素养培养的应有作用。
众所周知，现代科学技术的新成果，被广泛应用于国民经济和人们社会生活的各个方面，改变了社会的生产方式、人们的生活方式与思维方式，时至今日，人们无不感受到科学技术的巨大动力及其带来的恩惠。这也对当下高校师范生的培养提出了更高的要求。师范生不仅应当具有某一个专门领域的知识和技能，而且还要认识到不同学科之间的联系，更要有将历史与未来、人文与科学、理论与经验、个人与社会紧密结合的能力。师范生要学习全面看待科学和技术的作用，对它们现存和隐含的负面效应保持警醒，要有对人类命运的责任感。
现有的教学内容体系，注重的是对具体科学结论的罗列介绍，知识体系庞杂宏大，这些恰恰是师范生最头痛的，对于他们来说也是最难以理解和掌握的，而对于科学思想、研究过程、科学方法、各个学科间的联系、知识发展的过程却极少涉猎，或者过于简要，然而对于师范生而言这些内容才是理解科学思想的最重要的方面。在教学内容中，尤其对科学研究中的一些不可缺少的思想和方法着墨较少，而且没有对著名科学家从事科学研究的个案分析，使得讲授的内容空洞，科学研究、发现变得枯燥无味。没有科学伦理的教学内容，使人觉得科学研究工作不需要道德准则，就会造成学生在未来的研究中缺少基本的科研伦理修养和规范意识。由此可见，师范生科创素养的提高是提高教学质量的必然要求，忽视科创素养必将造成教学质量的缺失。
科学文化对价值观的构建作用不仅在于它直接影响人的理性思维判断，而且在于它的发展和进步作为人类认识世界、改造世界的动力，给整个人类社会结构、文化结构带来了巨大变化，并通过这种变化影响着人的整个心理结构及社会价值观念的发展与进步。试看从刀耕火种的原始社会到当今的大科学时代，几乎每一种文明的发展都是以科学文化的发展和进步为基础的。科学的发展不仅创造了物质财富，也创造了精神财富。它改变了整个社会结构及其组织形式，并以此为中介，代表着一种价值体系，影响着人的整个心理结构与意识形态的发展。
历史一再证明，每一个新科学里程的开启不仅会带来一种新的文明、价值体系，而且还会使人们产生新的思想、观念，产生新的追求和价值思维判断，帮助人们构建新的理想、目标和信念。科学文化的这种进步是比任何道理说教和抽象的思辨都有力量的。特别是当代，哪个国家的国民拥有最高的科学文化素质，哪个国家便能走在世界的前列。同样，没有高水平科学文化素质国民的国家是不能引领现代文明的。
开展科创素养教育是数学师范生自身发展的内在要求。这是由如前所述的科学文化在人生价值观的构建中所具有的基本功能所决定的。正是因为这些功能的存在，才能够为数学师范生提供量化知识和量化技能，提供一些模型化方法、公理化方法、实验方法以及高度简洁、统一、和谐的美学方法，这些方法帮助他们弥补直觉思维、形象思维的偏颇，训练他们的科学思维、逻辑思维和创造思维的能力，培养他们的科学精神，进而使他们形成严谨、细腻、坚毅、务实、追求真理等优秀品格。大学生正处在青年中期，心理渐趋成熟，世界观、人生观、价值观正处在形成过程之中。在这个时期，适时地通过开展课内外各种形式的教育活动，在数学师范生的以科学知识为主的知识结构中熔铸进人文知识，对于他们的马克思主义人生价值观的构建具有极其重要的作用。
四、数学师范生科创素养培育的基本途径
第一，重视教育类课程，增加教育实习的时间。高等师范教育必须重视教育类课程对培养教师的作用。实际上，中学教师缺少教育教学能力已成为制约基础教育新课程实施的瓶颈。要突破这一点，师范生教育类课程的设置应使学生通过教育理论的学习树立科学的教育理念，深层次地认识教育规律，通过教育技能课程的学习掌握教学及教学研究的方法，提高教学与教学研究的全面能力。此外，高等师范教育应重视实践课程，增加教育实习时间，改变目前教育实习时间短的现状，为师范生成功地过渡为新手教师打下良好的基础。
第二，开放课程资源，完善师范生的知识结构。高等师范教育要为基础教育培养具有综合知识的人才，就要改变目前高等师范教育中各系、各专业之间教学相互隔离、学生知识面狭窄、知识结构单一的现状，开放各系的课程资源，为师范生提供广阔的学习空间。数学师范生可以选修一些文学艺术课程，从而完善自身的知识结构。
第三，课程设置在时序上同步、空间上融合。数学学科专业课程与教育类课程同步设置，有助于数学师范生尽早地树立职业意识，自觉地从职业角度去学习和掌握学科专业知识，为今后从事教育工作奠定基础。专业课教师应从高等师范教育的培养目标出发组织教学，在教专业知识的同时教学生传授专业知识的方法，并引导学生主动参与积极实践，实现学科教学与教学实践在空间上的融合，全面提高学生的教学实践能力。
第一，重视科学技术基础知识的传授。一方面，进行基础教育，使数学师范生理解、掌握基本的科学事实、科学概念、科学方法、科学原理和规律，并能运用所学知识解释生产和生活中的有关现象，解决遇到的各种实际问题，了解科学技术在生活中的应用及其对社会发展的作用；另一方面，在讲授经典科学内容的同时，应该增加科学教育的容量，不断充实科学教育内容，把最新的科学发展动态、研究成果、科技应用等及时地介绍给学生，加快课程和教材建设步伐，以适应科学发展的新要求，开阔学生的科学视野。
第二，加强科学方法教育。数学师范生的科学方法教育应结合数学专业学习进行，掌握科学方法中的哲学方法、一般方法和具体方法。通过科学方法教育，使数学师范生比较全面、系统地了解常用的科学方法及其在科学发展中所起的作用，掌握具体的科学方法，并进行必要的科学思维训练，包括严格的逻辑思维训练和非理性、非逻辑的创造性思维训练，培养学生运用方法解决科学问题的能力及创造性解决问题的能力。
第三，增加科技实践活动。首先，就课堂教学而言，可以尽量增加演示实验的数量，尽可能地将实验室向学生开放，给学生以实验的场所和时间保证。其次，在课外举办各种科技实践活动，结合专业学习，建立各种科技兴趣活动小组，举办系列科普讲座，进行科技制作比赛。最后，让学生参与教师的科研课题研究工作，在教师的指导下进行较为全面的科学实践训练。通过参与各种科技实践活动，可以使数学师范生更好地领悟、掌握科学知识和科学方法，培养良好的科学品质，树立正确的科学价值观。
第四，营造良好的科学教育环境。良好科学教育环境的建立需要广播、电视、报刊、杂志、网络、科技馆、博物馆、图书馆等社会力量的全力参与和支持。社会各界力量的参与，可以形成多层次、全方位、多渠道的立体式科学教育体系。首先，我们要营造生动活泼、勤奋学习、崇尚科学、学术自由的校园文化氛围。我们可以通过组织举办校园科技节、体育节、文化节等活动，丰富数学师范生的学习生活，活跃校园科学文化氛围。其次，要着力于营造良好的科学教育环境，在全社会形成崇尚科学的风气，积极传播科学知识，弘扬科学精神，批判伪科学和封建迷信等行为。
为达到提高数学师范生自主创新能力的目标，要不断提升学校的办学水平和办学层次，绝不单纯开展活动，要在实践过程中达到预期目的，活动注重反馈、评价机制的建立，搭起既重过程，又重结果，既遵循教育的规律性，又注重教育的发展性评价平台。
第一，注重观念上的突破。打破传统的教师自己讲的模式，更大效用地发挥学生在课堂上的主导引领作用。要真正确立学生主体观，提升学生的主体地位，提高课堂教学效率，对于能让学生思考的内容，就让学生主动思考、表述，以激发他们表达内心感受与想法的欲望，调动他们的积极性。
第二，提高考评工作的效度。开展的科技创新活动、假期实践活动，在计划和实施过程中，都要建立起严格的考核、回馈制度，有目的地开展活动，争取在活动中取得最大的效益。对于活动的开展也要进行全程跟踪，以达到活动效益最大化，在活动中提高学生对于科技精神的领会以及动手实践能力。
第一，实现从“专业”教育向“通识”教育的转变。专业教育是为培养“专才”服务的教育模式，其对师范生的培养要求是具有某一方面的专门学科知识。但席卷全球的信息化浪潮已经开始猛烈冲击已显陈旧的传统理论体系和运行框架。信息化社会要求教师不仅是有知识、会传授的师傅，更要求其成为知识结构合理、懂教育、会管理的指导者、组织者、管理者。这种教师角色的转化，正是未来社会教育要求在高等师范教育中的表现。作为指导者，教师要有渊博的知识，懂得学生心理，善于发现学生的特长，掌握教育过程中的各种变化，并根据具体情况适当指导。作为组织者，教师要了解学生，具有较高的组织能力和领导能力，善于调动学生学习的积极性和主动性。从专业教育向通识教育的转变，不仅强调知识结构的“专”，更强调教师能力结构和素质结构的“通”。究其本质，这是高等师范教育人才培养由应试教育向素质教育的转变。
第二，实现从共性教育向个性教育的转变。机器大工业文明对教师知识和能力的共性特征的要求形成高等师范教育的统一模式。而当这一模式的时代基础发生变化时，高等师范教育模式的变化就成为必然。在当代，“为创造性而教”是教育追求的共同目标，而创造性本身正是人类存在的最高价值体现。创造性是以主体性为前提而以个性为其最基本特征的。创造性的个性存在特征，促使教育理论发生深刻变化。传统高等师范教育理论是建立在教师的共性特征基础之上的。以此为依据，从教育思想到教育观念、从教育内容到教育方法、从教育组织形式到教育技术手段，教育总是在追求共性的发展。人的个性的张扬是信息时代对人的要求之一，高等师范教育从共性向个性的转变，为整个教育的“适应”与“超越”奠定了坚定的基础且其必将在教育发展的这一过程中扮演先行者的角色。就此而言，高等师范教育已改变了其本来的意义。
第三，实现从知识传授型向创造力培养型师资培养模式的转变。教育实践的目标是要培养学生的创造能力，那么教师首先要具备这种能力。传统高等师范教育的人才培养模式是与传统知识教育相适应的，但当我们经历了现代教育哲学的启迪和洗礼，从人类教育的发展历程中认识到创造教育的价值之光后，应对传统高等师范教育做一番理性的反思与检讨。高等师范教育承担的巨大历史责任要求其必须具有高度的主体意识，并着眼于我国教育的未来发展。因此，在确立“为创造性而教”的目标之前，高等师范教育须首先实现自身的“超越”，即实现由知识传授型向创造力培养型师资培养模式的转变。
第四，实现从专业对口的被动就业观向适应教育要求的主动择业观的转变。我国师范教育长期被看作高等教育中的一块“圣地”，但在市场经济的今天，如果还将高等师范教育看作被保护的“圣地”，那是不现实的。事实上，用理性的眼光审视传统的高等师范教育就会发现，不仅传统的专业结构划分已严重制约了高等师范教育的发展，且这种过细、过窄的知识分割方法，使师范生学到的仅仅是一些条块状的零碎知识，而非网络状的能力结构。因此，不管是基础教育改革发展的趋势，还是当代学科发展中的高度综合化趋势，必然要求教师首先具备综合运用知识解决实际问题的能力和素质。所以，以与未来社会科技发展相适应和自身的“超越”为出发点，改革专业结构和课程设置，转变传统高等师范教育的“被动就业观”为“主动择业观”，将是师范教育发展的合理性抉择。