近年来，作者在全国数十所项目学校进行了大量的实践考察，发现这些优质学校的课堂教学也同样存在诸多发人深省的问题:过于强调课本上客观的科学知识，忽视学生的个体知识，从而割裂了教育与生活;教学方法方面，过分强调教法而忽视学法，导致学生的主体性不强，难以掌握一些重要的科学探究方法;在教学目标方面，强调知识本身的积累，忽略知识背后的思想、文化，导致科学精神与人文精神的分离.同时，也很难遇见教师对知识的再创造和批判性思维，往往追求标准答案，为了应试而教、为了应试而学.从而整个教学过程缺乏原本应有的生机与活力.这些背后蕴藏着深刻的科学哲学根源.
1科学知识教育:走向学生个性化的动态生成
关于科学知识的生成过程，近代哲学家与教育学者们争论不休.逻辑实证主义试图把一切经验科学还原为物理科学，实现科学的统一在逻辑实证主义者眼中，科学知识应当是独立统一的，一切经验科学都可以被证实和检验，即科学知识应当是永恒不变的.科学哲学企图摆脱历史主义而用逻辑分析方法达到像我们今天的科学结果那样精确、完备、可靠的结论。正是这种根深蒂固的观念对基础教育只重视知识教育产生了持久而深刻的影响.然而这种观点是不符合人类科学知识的发展历程，并且有悖于经验科学的发现规律.
相较于逻辑实证主义孤立、静态的科学发展思想，波普尔以动态的眼光和发展的思想提出了更为世人所接受的批判理性主义.他认为，一切定律和理论本质上都是试探性、猜测性或假说性的，都是一种对自然界的普遍性的猜测，而猜测总是从问题开始的.所以他明确指出，科学只能从问题开始，并且应当把科学设想为从问题到问题的不断进步从问题到愈来愈深刻的问题.一种科学理论只不过是解决一个科学问题的一种尝试，每当理论陷入了这些困难或矛盾之中便又产生了问题.正是由于问题才激励我们去学习，去发展我们的知识，去实验，去观察.从他的整个思想来看，波普尔所强调的是，要我们从错误中学习，不应当抱着对绝对真理的占有态度来看待科学，不要为我们的知识而沾沾自喜或自命不凡，而应当永远保持着对真理的渴求和探索.
英国著名的化学家和思想家波兰尼提出个体知识和缄默知识等概念，他指出人类有两种知识.通常所说的知识是用书面文字或地图数学公式来表述的，这只是知识的一种形式.还有一种知识是不能系统表述的，例如我们有关自己行为的某种知识.它强调的是主体在科学知识形成过程中的积极的、主动的、内在的、个性的因素.与波普尔一样，波兰尼认为科学活动的起点是问题，只有当一个问题是真正的问题时，科学研究才能取得成功.笔者认为科学知识教育应当是动态的发展过程，人们在不断地探索中完善科学知识体系.这个过程并不像逻辑实证主义提出的那样是静止的，而应当是波普尔和波兰尼倡导的那样，科学知识永远是前进的，我们应当用动态的、发展的眼光来对待.在发展的视域中我们才能够看到科学知识的未来.
2科学方法教育:超越逻辑方法的多维方法体验
一般来说逻辑思维包括，比较、分类，归纳、演绎以及分析与综合等.在基础教育科学教学中，较之形象思维能力、抽象思维能力以及创造性思维能力，逻辑思维能力我们强调得最多，因为学生的科学概念源自教师和编者，他们是按照逻辑上的安排，而很少是根据实际获得知识的方式来阐述的.这种方式的优点在于，让学生在较短时间内掌握比较系统的科学知识.然而这里出现了一个我们很容易忽视却非常严重的问题:逻辑推理不能导致新发现.因为逻辑推理在研究工作中的作用不是做出事实性或者理论性的发现，而是证实、解释并发展它们，并形成一个具有普遍性的理论体系.如此学生科学研究方法方面的训练就成了纸上谈兵.
培根曾说人类主要凭借机遇或其它，而不是逻辑，创造了艺术和科,现存的逻辑方法仅有助于证实并确立那些建立在庸俗观念基础上的谬误，而于探求真理无补，因而弊多利少.现代哲学家席勒对于逻辑在科学中的运用有过精辟的论述，对科学行动步骤进行逻辑分析，实在是科学发展的一大障碍逻辑分析没有去描述科学实际发展所凭借的方法，并且没有得出可用以调整科学发展的规则，而是任意按照自己的偏见，重新安排了实际的行动步骤，用求证的过程代替发现的过程.科学论文的写作以及教科书的编排所普遍采用的方法，助长了人们对逻辑学家观点的信赖.通常采用的那种逻辑上必然的提出结果的方法，既不是按照时间先后，又不是详尽地说明实际进行研究的经过.
笔者首先强调逻辑思维的弊端并不是表明逻辑不重要，相反逻辑思维能力对学生扎实的基础知识掌握来说，意义确实非同寻常的.这里我们是希冀教师们要知道对于科学发现、学生的创造性来说，仅仅只有逻辑思维能力是远远不够的.达尔文曾说他的经验告诉他:在科学研究中只是演绎推理是不能信赖的.我必须从大量事实出发，而不是从原理出发，我总怀疑原理中有谬误.
我们可以看出，除了逻辑思考之外，有很多非逻辑的因素在科学理论创建中起着至关重要的作用.首先是好奇心，好奇心不过是一种追求知识的欲求，因此应该给予鼓励.给予鼓励，不仅因为它是一种良好的现象，而且因为它是自然赋予他们的一种绝好的工具，可以祛除他们生来的无知.然而这种神圣的好奇心，往往被教育得销声匿迹了.其次是形象思维，形象思维是反映和认识世界的重要思维形式，钱学森就曾建议把形象思维研究作为思维科学的突破口.再次是基于逻辑和形象的创造性思维，如赖尔地质学理论及马尔萨斯人口学说为进化论的创造提供了灵感.正如费耶阿本德所说一切方法论，甚至最明显不过的方法论都有局限性.认为任何单一的方法论规则都是约束科学家创造性的紧箍咒和抑制科学发展的桎梏。科学的发展不是依靠某一种科学研究方法，在科学教学中为学生提供综合性的科学研究方法的训练是教育应有之义.如果教师采用多元的教学方法，培养学生对周边事物进行观察，大胆作出假设，并充分进行联想与分析，那么学生获得的才会是生动的，可以在生活中运用自如的知识
3科学思想、文化教育:由隐性走向显性
科学教育的最终目的是要让学生生成科学的思想和正确的观念，知识教育如果想上升到思想的高度，那么中间就不得不经历文化教育的过程.强调文化教育，并不意味着要排斥知识教育，相反在文化教育中知识依然是重点.只不过这里所说的知识教育己经不再是那种切断其文化命脉的机械、教条、刻板的知识教育，而是一种极富文化内涵、充满文化精神而生气勃勃的知识教育.
自然科学的进步就是人们不断地探秘世界的历程，具有丰富的文化性.它不仅取得了丰硕的实践成果，同时还为我们提供了丰富的思想、方法、思维范式等.以化学为例，化学是创造的科学，更是和谐的科学.化学的旨向不应只是创造人们需要的新物质，而更应该是为人类生命质量的提升做出贡献.相应地，化学教育不应仅仅局限于让学生学习和掌握己有的知识，而应致力于让学生受到包括知识在内的整个文化的全面熏陶，从而不仅成为旧知识的占有者，更成为新知识的创造者、学科文化的传播者.正如怀特海指出，我们需要造就既有文化又掌握专门知识的人才，专业知识为他们奠定起步的基础，而文化则像哲学和艺术一样将他们引向深奥高远之境一。
4科学教育的未来走向:生态化的教育教学观
科学知识是不断发展、完善、变化的，它随人们认识自然界的深入程度而不断完善，永无止境.因此，在教学活动中教师所拥有的知识，并不一定是绝对的、至高无上的.作为教师应当持有开放的知识观，清楚的认识到自己所能理解的只不过是有限科学知识的一小部分.对待学生的态度应虔敬真诚，能包容学生的不足，能将学生的错误转化为珍贵的教学资源.同时要理解真理的相对性和时代局限，诸如亚里士多德的部分错误理论统治了欧洲近千年，而哥白尼日心说的尼桑，经历了生命和鲜血的洗礼.
教学中教师应鼓励学生多样化的表达，构建具有生态性的知识体系.让学生充分了解到我们所拥有的知识并不是机械静滞的，而是不断发展的.这样教师在教学活动中就不容易固步自封，照本宣科已然不行.如此学生的主体性发展反而促进了教师的专业发展.正如《学记》云:学然后知不足，教然后知困.知不足然后能自反也，知困然后能自强也.可见教学相长，绝不是一句空话，而是需要每位教师尽全力营造的一种良好氛围.鼓励学生动脑动手，发现新知，师生共同探讨，学习效果提升的同时，教学也到了完善.从而形成一种良性循环，达成生态化的教学境界.
如果教师只是单纯地告知学生甲烷的结构是正四面体并要求记忆，那么学生心中一定不会信服，只是屈从知识和教师的权威罢了.上述案例很好地诠释了一种生态化的教学范式.教师能珍重学生的好奇心和批判意识，不愤不启，整个教学过程在多元主体的互动，分析与探讨中进行的，最后再由教师进行总结与升华.教师是引导者、促进者，教与学相交辉映，以一种开放的视野来探讨相关对科学知识，还原了科学教育的真实面目.
