美国高中化学教材中科学本质的呈现研究简介，本文主要内容关键词为：美国论文,本质论文,教材论文,高中化学论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
科学本质（Nature of science，简称NOS）是帮助学生获得科学素养的重要组分，也是近期科学教育改革运动的共同目标。二十世纪九十年代之前，国际科学教育界对科学本质的研究主要是课程隐性状态下的理论探讨与实践。随着各国科学教育改革的深入发展，科学本质在科学课程中从原来的隐性状态逐渐转变为现在的显性状态。近年来美国、英国、加拿大等多个国家新发布的科学课程标准都把科学本质列入主要的教育目标，并把科学本质作为内容标准的一部分单独陈述，且对不同学段的学生提出了具体的要求[1]。
国际上关于科学本质的研究普遍显示，绝大多数教师和学生对科学本质主要方面的理解仅达到质朴水平(Naive understand)[2～4]。究其原因，美国著名科学教育家Khalick认为造成当前学生和教师对科学本质理解不良现状的主要因素是科学教材对科学本质有关方面呈现方式的偏差，基于这一认识，Khalick对美国过去四十年中占主流地位的5个系列的14种高中化学教材对科学本质有关方面的呈现情况进行了分析[5]。本文基于Khalick的工作，对美国高中化学教材中科学本质呈现研究的过程和方法进行介绍，期望对我国高中化学教材科学本质的研究有所启示。
一、所选样本的标准与特点
为保证所选择分析教材的代表性并能反映四十年来美国高中化学教材中关于科学本质有关方面呈现的变化情况，Khalick制定了市场占有率、教材能否成序列、时间跨度是否达到四十年等标准来进行选择，最终选择了5个系列的14种教材进行了分析。在对教材中的章节进行选择分析的时候，所选择的分析章节覆盖了“科学方法”“科学过程”以及“科学如何运作”等方面以及与原子结构、分子运动理论和理想气体定律相关的主题。选择这些材料进行分析的原因是因为这些主题与科学本质的有关方面直接相关并且多数高中化学教材对这些主题提供了科学史材料，也就是说提供了一些与科学本质有关方面相关的潜在背景知识。
二、选择分析的科学本质方面及评价维度
由于科学本身的复杂性，科学哲学家、科学史学家、科学社会学家以及科学教育者对科学本质的理解并没有达成广泛一致，但是研究者普遍认为中小学阶段的科学本质观教育不需要涉及本体论、方法论上深奥晦涩的争议，而仅将一些非常重要且没有争议的科学本质的方面教授给K-12阶段的学生即可[6]。在最近的科学教育改革文件中普遍强调了科学本质的10个方面，Khalick即是根据这些普遍认同的方面进行的教材分析。
表1 科学教育改革文件普遍强调的科学本质所包含的10个方面及文本分析维度
NOS的方面 文本分析中强调的维度
以观察和科学主张来自于并与所观察到的自然现
实验为依 象相一致。但是科学家往往不能直接获得
据自然现象，多数情况下要借助于人工仪器，
并据此形成理论框架。
在观察与推论之间有着重要区别。观察
观察与推 描述的是可以通过感官或感官的外延能够
论的区别 相对容易获得的自然现象，这些自然现象
观察者比较容易感知。推论描述的是不能
直接感知的现象。
科学不是完全理性或系统的活动，产生
创造力的 科学知识的过程包含人类的创造力。科学
作用 的创造性以及推论性本质使得科学实体
（原子、分子等）都是功能性的理论模型而
非对“真实本体”的复制。
科学家的理论、信念、前知识、训练和对
研究结果的期望都会影响到他们的工作。
理论负荷 这些背景因素影响科学家对所要研究的问
题以及研究方法的选择、观察和对这些观
察的阐释。这些都说明了理论在产生科学
知识上的作用。
科学知识是可靠的并且是经久的，但从
科学知识 来不是绝对的和确定的。所有知识（理论，
的暂定性 定律等）都是会发生变化的。当新的证据
出现或者对原有证据的重新解释以及新技
术的出现都会导致科学主张的变化。
谬误主要表现在人们认为存在一个可以
进行所有科学实践的菜单式的科学研究方
法。这个理解是错误的，并不存在能够确
关于“科学保所有知识发展的单一的“科学方法”。科
方法”的谬学确实需要观察、比较、测量、检验、推测、
误假设、讨论并产生观点和概念化工具并建
构理论和解释。但是，并不存在一个单一
的活动顺序能够正确地引导人们获得正确
的主张，遑论“确定”的知识。
科学理论是得到良好确定、高度证实并
且内部一致的解释性系统。科学理论用来
(1)解释表面上不相干的几个研究领域的
科学理论 观察(2)产生研究的问题(3)指导将来的
研究。理论通常都基于假设或者数学公理
以及不能观察到的实体。因此，直接检验
是站不住脚的，只有间接的证据支持理论。
一般而言，科学定律表述的是所观察到
的现象之间的关系。而理论则是对所观察
科学定律 到的现象或规律的推论性解释。理论和定
律之间没有等级关系，理论和定律都是知
识的不同形式，一方不会转化成为另一方。
科学知识科学知识建构的社会性指的是科学知识
建构的社 在产生之后需要经过科学共同体的交流和
会性 评论，目的是减少科学家在知识建构过程
中的主观性。
科学是在一个大的文化环境下进行实践
科学的社的人类事业。因而，科学影响并受到不同
会和文化文化元素和领域的影响，包括社会结构、世
嵌入性 界观、权力结构、哲学、宗教以及政策和经
济因素等。
三、研究所使用的赋值类目
Khalick研究开发了一套详细的赋值类目(scoring rubric)来对美国高中化学教材中所涉及的有关科学本质的方面进行赋值。该赋值类目以上文提到的科学本质的10个方面作为分析目标。在进行分析的时候，Khalick对同一教材中所选择的材料没有进行独立分析和赋值，而是对同一教材中涉及科学本质某一方面的全部材料进行综合分析后进行整体赋值。已有的研究普遍显示，对科学本质进行显性教学比隐性教学效果要好[7～9]，因此研究中使用的赋值类目还对科学本质有关方面的显性和隐性呈现方式进行了明确区分。
赋值类目如下：3分代表显性(explicit)、理性(informed)、并且内部一致(consistent)的表征有关科学本质方面的目标：①使用显性、理性的方式来对科学本质的有关方面进行表述，②在所选择的章节中关于科学本质有关方面的表述具有内部一致性。③对科学本质某方面的表述应与其他相关的科学本质方面的表述相一致；2分代表显性、比较理性的表述科学本质的有关方面：①使用显性、理性但是不完善的陈述方式来表述科学本质的有关方面，②在所选择的章节中关于科学本质某一方面的表述具有内部一致性，但是教材中对其他相关科学本质的方面表述不完善；1分代表隐性(Implicit)、理性、并且内部一致的表述有关科学本质方面的目标：①能够从教材的材料中推断出对科学本质有关方面的理性表述（例如相关的说明、活动、案例、或者缺乏结构的历史事件，反思性的提示或者陈述），②没有与所推断的隐性表述不一致的其他显性或隐性信息；0分代表没有提到有关科学本质的方面：①没有对科学本质的有关方面进行显性或者隐性的处理，或者②没有充足的材料（陈述、案例、历史小插图等）传达出科学本质有关方面的信息；-1分代表隐性曲解对科学本质方面的理性理解：可以从文本材料中推导出对科学本质有关方面的质朴表述；-2分代表教材材料以显性与隐性混合的方式表述科学本质的有关方面：①部分材料呈现出隐性的、理性的关于科学本质有关方面的表述，而另一部分材料则呈现出显性的、质朴的关于科学本质有关方面的表述，或者②以显性的方式传达有关同一科学本质方面的相冲突的信息；-3分代表以显性的方式表述对科学本质有关方面的质朴理解。
四、研究结果
表2按照出版的时间，给出了所分析教材在科学本质10个方面的得分情况。总体来看，研究中所分析的14种教材对科学本质有关方面的呈现都不理想。在本研究中分析了科学本质的10个方面，得分范围可能是-30到+30。表2中给出的研究结果表明，这些教材在科学本质方面的得分范围在-7到+12之间，而绝大多数教材（11种，79%）的得分范围在-7到+7之间，其中4种教材(29%)总得分为负值，其余的10种教材得分为正，范围为3分～12分。
表2 各版本教材在科学本质各方面的得分（按出版时间为序）
首先，该研究的结果显示所分析的高中化学教材很少关注科学本质的有关方面。绝大多数教材的得分分布在狭小的-7到+7范围之内，这反映了教材普遍缺少对科学本质有关方面的关注。尽管有的教材在其中一章或者一章中的一部分集中讨论“科学过程”或者“科学是如何运作的”等主题，但是这些讨论却没有很好地围绕科学本质的关键方面，而更多情况下是将所涉及的有关科学本质的方面分散在整个材料之中。通常显性或者隐性表述科学本质有关方面的材料是以文字陈述的形式，很少有图形或者图表的形式。
其次，表2显示这些教材中没有一本教材能够关注到科学本质的全部10个方面。例如，第一套ChemCom（即ACS，1988）就缺乏对其中6个方面的呈现。即便是得分最高的教材（即Toon，1968）也欠缺其中4个方面的呈现。事实上，一些科学本质的方面在所分析的教材中的体现率相当低，科学的社会和文化嵌入性以及社会对科学事业的影响两个方面分别在86%和57%的教材中根本没有任何体现，而71%的教材也没有体现科学的理论负荷性质。除了1968年Toon出版的教材之外，其他所有教材在“科学方法”上的得分都在-3和-2分，这说明尽管长期以来无论是研究者还是官方文件都试图去破除那种认为存在菜单式的、按部就班的、单一的、程序化的具有普遍意义的错误的“科学方法”观，但这种错误的“科学方法观”在美国高中化学教材中还是得到了广泛支持和反映。
第三，研究结果显示，所分析的教材对科学的推论和基于观察和实验的性质以及科学理论的解释性、预测性都处理得相对较好，而且对科学的推论性处理得相对更好些。尽管有两种教材(14%)没有提到科学的推论性质，且4种教材(29%)仅以隐性方式涉及这一性质，但剩余的8种教材(57%)都以显性并且内部一致的方式对这一性质进行了呈现，其中还有5种教材因为提供了对科学本质这一性质的良好理解与讨论而获得了满分。表2还显示所有教材对科学知识基于观察和实验的性质提供了充分说明，多数教材(64%)是通过隐性方式来呈现的这一性质，而其他教材(36%)则是通过显性方式来呈现的，但是正如表2中所显示的，没有一本教材在这一方面得到满分。另外，虽然程度上有所不同，但是多数教材（11种，79%）以显性并且理性的方式对科学理论的性质进行了呈现，有7种教材因为以显性并且理性但还存在一些偏见的方式呈现科学理论的性质因此得到了2分，另外3种教材因为以显性方式正确呈现了科学理论的关键方面而得到了满分。
第四，教材对定律的性质、科学的创造性和科学知识的暂定性的处理是比较混杂的，但总体来看，表述的质朴性多于理性。有一半的教材要么没有涉及科学定律的性质(21%)要么就是对科学定律的性质表述不当(29%)，其中还有4种教材以显性的呈现方式将定律与“事实”相等同而被赋值-3分。而对于科学的创造性性质，有8种教材没有对这一性质进行任何方式的呈现，剩余的6种教材中的4种(29%)以显性方式传达了关于这方面性质的质朴理解，只有两种教材因为以显性但内部表述不一致的形式呈现了科学的创造性性质而得到了2分。
最后，多数教材(57%)要么没有体现科学知识的暂定性质，要么通过强调科学定律的真实性或者确定性而传达了对科学知识暂定性的不当理解。
五、讨论与启示
表2是以教材出版的年代顺序排列的，通过观察最后一栏的总得分我们发现了一个很让人困惑的结果。除了2005年Wilbraham出版的教材之外，总体看来，在过去四十年中教材科学本质的总体得分呈下降趋势，而实际上在20世纪60年代出版的教材得分最高，而1966～1982年之间出版的教材的得分大于等于1982年之后的教材得分，而且得负分的教材都集中在1996年之后出版的教材。除了科学的推论性质之外，其他科学本质的方面也呈现出类似的得分特征。尤为让人感到困惑的是这种现象出现在科学教育改革文件广泛强调科学本质之后。很明显，在所分析的教材中，美国最近十几年出版的教材不仅没有对国家课程改革文件中的要求做出响应，相反还以与当前课程改革中倡导的观点相悖的方式来呈现有关科学本质的方面。研究普遍证明，多数学生对科学本质很多重要方面的理解处于质朴水平，其中一个很重要的原因就是科学教材没有以显性、理性且内部一致的方式来呈现科学本质的有关方面，若想要提高学生对科学本质的理解，需要解决教材中科学本质有关方面的呈现和处理方式的问题，而事实上教材对学生学习的影响甚巨[10]。该研究的结果也在一定程度上解答了为什么教师很少考虑科学本质教学以及为什么学生普遍持有对科学本质的质朴理解。