數智時代應該培養具有怎樣能力的學生？清華大學教授彭凱平認為，人類有與生俱來的、人工智能所無法替代的三種競爭優勢：創造力、審美力和同理心。它們呈三維螺旋狀交織重構學生的“知情意行”，并在本質上指向學生的“求知欲、好奇心和想象力”。這些能力的培育，需要依托教材教法的深度改革。如何讓教材“活”起來、教法“動”起來？筆者認為，關鍵在于活化“科學發現”的邏輯。

　　1 什么是“科學發現”的邏輯

　　教材是教育教學的主要依據，是立德樹人的重要載體。新課程背景下的教材教法應活化“科學發現”的邏輯。這一邏輯原指科學家從觀察現象到構建理論、驗證規律的系統性思維框架和方法論體系。它強調通過理性思維與實證檢驗的結合揭示自然規律，其核心在于如何從已知走向未知，并通過持續生成的路徑實現科學知識的迭代與創新。而教材教法通過活化“科學發現”的邏輯，意味著教師通過創造性改編教材內容、優化教學方法，將靜態知識轉化為動態探究過程，讓學生在動態體驗中建構知識、發展思維，激發學生潛能，實現從“0”到“1”到“∞”（無窮）。

　　2 如何活化“科學發現”的邏輯

　　加法：以“情境活化”點燃探究熱情

　　科學發現往往始于對日常現象的敏銳洞察，情境活化的本質是讓教材教法回歸生活本源。中國科學院院士周忠和指出：“好奇心源于對生活現象的追問，情境活化是培育科學思維的基石。”浙江省杭州市金都天長小學的一年級科學課《氣味告訴我們》，教師讓學生盲測不同水果的氣味并記錄感官數據，由此引出“嗅覺與記憶關聯”的探究課題。情境活化不僅能激發學習興趣，更能訓練學生“像科學家一樣思考”。然而，情境活化絕非簡單的情景堆砌，而是通過科學設計的“生活—教材—實踐”閉環，讓學生在真實情境中經歷“觀察→假設→驗證”的完整思維歷程，這正是科學發現邏輯在教育中的生動再現。

　　減法：以“思維活化”構建認知框架

　　《義務教育課程方案（2022年版）》提出“強化思維品質培養”。思維活化的核心在于將隱性的認知過程顯性化，通過可視化工具與結構化模型，訓練高階思維能力，幫助學生歸納和建構一個能夠整合所有已知發現的框架模型。而其中最核心的要素就是數學模型。古老的畢達哥拉斯學派有“萬物皆數”的理念，提出任何事物之間的任何關系，最終都可以抽象為“數量關系”（或空間關系）。當然，框架模型必須能對一切已知的現象進行成功解釋，在此基礎上，依據框架模型反過來指導學生學會發現新事物、解決新問題。思維活化不是簡單的“畫圖游戲”，而是通過結構化工具與學科邏輯的深度耦合，讓學生經歷“具象→抽象→遷移”的完整認知躍遷。唯有如此，教材教法才能真正成為科學發現邏輯的載體，為創新人才培養筑基。

　　乘法：以“問題活化”激發創新潛能

　　為什么學生記住了公式卻不會解決問題？解決了問題卻不會創新創造？新課程方案強調“加強知識間的內在關聯，促進知識結構化”，知識得以結構化的內在線索是問題鏈，由一系列縱橫交錯、由淺入深的問題編織出復雜的、動態的、開放的、探索性的學習過程。華東師范大學終身教授祝智庭的“五何”提問法值得借鑒：第一，由何（where/who/when）：問題是從哪里來？描述一個情境。第二，是何（what）：是什么？陳述事實性知識。第三，為何（why）：為什么？了解事物之間的關系，并作出解釋和推理。第四，如何（how）：怎樣？事物發展的規律。第五，若何（if）：如果情境中的一個因素（人物、時間、地點、工具和規則）發生變化，結果會怎么樣？比如，在物理“浮力”教學中，可依次設問：“船為何能浮在水面？（為何）→浮力大小與哪些因素相關？（如何）→若液體換成鹽水會怎樣？（若何）”。層層遞進的問題鏈，能激發學生從“被動應答”轉向“主動發現”。正如蘇霍姆林斯基所說，“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個發現者、研究者、探索者，而在兒童的精神世界中，這種需要特別強烈。”

　　除法：以“素養活化”超越技術依賴

　　當前教育技術存在“重數據輕直覺”的傾向。當使用者向AI提問“strawberry里有幾個r”時，系統經過復雜運算得出有“3個r”，而人類卻能瞬間作出反應。這一案例，暴露了當前教育技術應用的深層危機——過度依賴海量數據分析與模式匹配，將簡單問題復雜化，本質是創新素養的空心化。科學史中曾有相關經典案例：門捷列夫在夢境中“看見”元素周期表排列，凱庫勒通過火爐旁打盹頓悟苯環結構。這些突破性發現均非算法推導的產物，而是科學家長期積累與直覺思維碰撞的結晶。靈感、直覺、頓悟作為科學發現中的非邏輯因素，往往在創新中起到關鍵作用。教學中，教師需平衡技術應用與素養內化，通過項目式學習、跨學科實踐等活動，為學生留出“沉思與頓悟”的空間，培育超越算法的核心競爭力。

　　“科學發現”的邏輯是理性與實證的共舞：它既需要嚴密邏輯推理，又依賴實驗數據支撐；既追求客觀性，又承認主觀性；既是積累性的，又是革命性的。教材教法活化“科學發現”的邏輯，本質是將課堂轉化為微型“科研現場”。教師需以情境為入口、思維為主線、問題為驅動、素養為目標，進一步提升課堂質效，方能培養學生的批判性思維與創新能力。只有如科大訊飛研發團隊提出的“解放生產力，釋放想象力，培養站在人工智能肩膀上的新人類”的理念，教育才能真正實現從教師“授人以漁”到學生“授己以漁”的躍遷，為創新人才培養注入持久動力。

　　（作者單位：教育部課程教材研究所）