国外对科学认识论的研究及对我国科学教育的启示，本文主要内容关键词为：科学论文,认识论论文,启示论文,国外论文,我国论文，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。
本文主要讨论近年来国外与科学教育有关的科学认识论的相关研究及其对科学教育的影响，以期对我国的科学教育及其研究有一定的启示。
一、学生个人认识论与科学教学
学生个人认识论，即学生对知识(knowledge)和学习(learning)所持有的信念和态度。大量研究表明，个人认识论与教师的教学和学生的学习有着密切关系。学生的个人认识论不仅影响到他们对学习信息的解释和评价、学习策略的选择、学习动机的目标定向以及最终的学习结果，而且对学生的终身学习有着重要的作用[1,2]。对科学领域中的认识论（即科学认识论）进行研究，有助于我们探析学生科学课程学习过程的认知机制，为有效的科学教与学活动提供理论指导，并有助于我们采取相应的措施促进学生正确科学认识论的形成和科学课程的学习。
1.学生个人认识论的发展与结构
(1)个人认识论的发展
个人认识论的发展研究，旨在揭示个人认识论发展的阶段和顺序。历史上曾出现过多个发展模型，而各种发展模型都有一个共同特征：即认识论从低级到高级的发展趋势是从二元主义（也叫绝对主义）发展到多元主义最后到达相对主义（也叫评价主义）的过程[3]。在最初的二元主义阶段，个体认为知识是绝对的、非此即彼，答案只有对和错两种可能。然后发展到多元主义，开始承认观点的多样性和不确定性，认为每个人都有自己的正确观点。从多元主义发展到相对主义，其认知方面的特征是承认有些观点比另一些观点更好，观点之间是可以比较与评价的。
(2)个人认识论的结构
一些研究者认为，个人认识论的结构包括多个维度，是一个多维度的信念系统。总结各种研究成果，个人认识论的结构至少包括：知识的确定性、知识的结构性、知识的来源和认识判断4个维度[4]。
知识的确定性：即一端是认同知识是确定不变的、每个问题都是有固定答案的；另一端认同知识是可以变化的、可以试验性的、每个问题是有多种答案的。
知识的结构性：即一端是认同知识是孤立的、片断性的事实，概念、原理等与其他知识和生活实际没有内在联系；即另一端认同知识是一个复杂的、有广泛联系的有机体。
知识的来源：即一端是认同知识来自权威、课本或教师；另一端认同知识来自经验和推理。
认知判断维度，即一端是凭观察、凭感觉或基于权威的判断，另一端是运用一定探究规律或专门知识的评价进行判断。
(3)“一般理论”和“特殊理论”
Hofer和Pintrieh认为个体既可以拥有关于一般领域知识的“一般理论”，也可以拥有关于某一特殊领域知识的“特殊理论”。不同领域中，认识论的具体内涵不同。科学领域中的个人认识论则称为科学认识论。
2.科学认识论与建构主义
科学认识论(science epistemology)是在科学领域中学生的个人认识论，包括学生对科学本质与科学学习的理解和认识。然而，即使在同一领域，学科不同，认识论的内涵也随之不同。对于物理而言，总的来说，成熟的科学认识论包括：物理知识是一个连贯、一致的知识体系；物理知识是暂定的，不是绝对正确的真理；物理知识也不是永远不变的，它处在不断的发展和完善中；理论、规律、猜想等形式是物理知识的呈现形式，不同的物理知识需要借助不同的形式呈现；物理学习是对已有经验的精细与再建构的过程[5]。
物理学科的认识论观念与建构主义的观点是一致的，都强调了对学生已有经验的关注，都认为学习是从各种观点中建构而成的。持有正确认识论的学生更倾向于采用建构的方式学习，而不是死记硬背，此外，他们对物理知识有一个更全面、正确的看法。
3.科学认识论和教与学的关系
研究表明，认识论与学生的学习策略和教师的教学实践之间存在一定的关系。教师的认识论观念影响教师对教学策略的选择，而教学策略又会影响学生的学习结果和认识论观念[6]。
(1)教师对学生科学认识论的影响
教师会影响学生认识论观念的形成。在课堂环境中，教师是教学活动和课堂实践的决策者，而教学活动和课堂实践又会影响学生的学习成果和认识论观念。从这个角度来看，教师可以促进、阻碍甚至阻止学生的认识论发展。有证据表明，建构的教学策略以及持有成熟认识论的教师所设计的教学活动能够促进学生的认识论观念的形成。拥有成熟认识论的教师所采用的教学策略能更好地促进学生科学认识论的发展[6]。
其一，持有成熟认识论的教师会从新颖的角度解决问题。White(2000)曾做过一项研究，了解持有二元论（即认为知识是确定的，只有对和错两种答案）的教师和持有成熟认识论的教师是如何解决课堂问题的。结果表明，持有二元论的教师往往根据自己的经验，采用相对简单的方式解决问题。而持有成熟认识论的教师具有新颖的观点，选择新颖的方法解决问题。
其二，持有成熟认识论的教师重视学生的新颖观点。Hashweh(1996)曾在巴勒斯坦研究过教师中的建构主义者和经验主义者。建构主义者认为知识是从各种观点中建构而成的，并能深刻地理解什么是知识，因此具有更高的认识论水平。Hashweh首先将35名科学教师分成两类：“建构主义者”与“经验主义者”。然后将两类教师对危急事件做出的反应进行一系列分析。结果发现，对于学生在学习过程或问题解决过程中提出的新颖看法，建构类教师更重视和乐于探究，而经验类教师往往视而不见。此外，建构类教师比经验类教师拥有更丰富的教学策略，更愿意去尝试和促进学生的概念转变。
其三，持有成熟认识论的教师能够促进学生对知识本质的理解。Johnston等人(2001)通过观察教师与学生之间的谈话来研究教师与学生认识论之间的关系。被试中包含两类教师：持有传统教学观念的教师和建构类教师。传统教师认为教学就是传递知识，学习就是接受知识；而建构类教师认为知识是被建构起来的。传统教师与学生的对话单一，内容仅仅关注答案正确与否，在学生学习过程中避免讨论复杂的问题。相反，建构类教师在课堂对话中更倾向于使用“我们”这个词，以此暗示知识的所有权属于教师和学生共有，而不是仅限于教师，学习需要教师和学生的共同参与，而不是采取权威的态度。教师的这些活动对学生在课堂上对知识本质的理解产生影响。
(2)学生的科学认识论对其科学学习的影响
David Hammer和Andrew Elby(2003)对大学生进行研究，发现认识论是学生学好大学物理的因素之一。在物理学习上有困难的学生往往持有错误的科学认识论，他们认为物理知识仅仅是一些事实、公式与方法的集合，这些知识与日常生活是分离的，物理学习只是对物理知识的记忆；相反，成功的物理学习者则认为物理是一个连贯的知识体系，物理学习是对自己已有理解的精细与再建构。
学生的科学认识论会影响学生的科学学习结果。研究者认为，反映成熟认识论的学习策略可以促进学生的学业成就[7]。这里的学业成就并不是应试能力。持有成熟认识论的学生能够完成一篇好的论文，但并不一定能够在考试中得高分。Hofer指出，根据学生对认识论的理解可以预测其论证技巧中的三个要素：论证(arguments)、反证(coumerargument)和辩驳(rebutal)，而论证技巧包含了学业表现的一些重要方面。
为什么认识论会影响到学生的科学学习结果？原因之一在于学生的科学认识论影响其学习策略。Braten and Stroms(2005)通过研究发现，学生的个人认识论比学生的智力内隐理论更能影响学生的自主学习策略。同样地，Lonka and Lindbloom-Ylanne(1996)发现，持二元论的学生在学习中更倾向于采取消极的学习方法，而持评价论的学生则更倾向于采取建构的学习策略。此外，大量研究表明，简单的科学认识论限制了学生对主动学习策略和探究学习策略的使用。Jonassen等人(2004)指出，即使在建构的学习环境中，简单的认识论观念也会阻止学生的科学学习。
二、认识论资源与科学教学
Hammer和Elby从教学的角度提出了认识论资源的观点。给我们的研究教与学提供了一个新的视角。
1.何谓认识论资源？
个体的认识论具有一定的情境性。即使在同一学科中，不同的情境下，认识论的内容也随之不同(Leach，Millar，Ryder，& Séré，1999；Roth & Roychoudhury，1994)。例如，在物理学习中，有的学生认为物理知识是从权威来的。然而，换个情境，如果你问他“你的名字是怎么来的？”他会告诉你：“父母起的”。在这种情境下，他认为知识是发明出来的，不是来自权威。从这个例子可以看出，对同样一个问题，例如这里的知识，不同的情境，人们会有不同的看法。也就是说，不同的情境激发的认识论是不同的。那么，个体所具有的需要其他情境激发的那些认识论观念，则称为认识论资源。
Hammer和Elby认为，每个个体都具有一组在不同情境中被激活的认识论资源，它们包括知识的来源、立场、形式、活动等各个方面的内容，并且能联接在一起组成各种结构。认识论资源具有很强的情境性：一方面它只有在情境中才能被激活；另一方面不同的情境会激活不同的认识论资源[10]。
个体的认识论观念依赖于不同认识论资源的激活，而个体的认识论资源并不是来源于知识体系，而是需要情境的激发。
2.认识论资源在科学教学中的应用策略
(1)资源框架与概念框架的区别
如何解释学生的认识论行为，曾出现过两种观点：资源框架与概念框架。资源框架是基于迷思概念得出的观点，而概念框架则以认识论资源为基础。后期的大量研究表明，概念框架是错误的，资源框架才是正确的。由于概念框架容易被人误用，因此有必要对两种观点加以区分。
例如，在一节物理课上，教师尝试激发学生的直觉思维，然而，学生的回答却是背诵课本给出的公式和事实。从学生的行为来看，学生在物理学习中关注的是事实和公式。为什么会出现这种现象？原因在于学生对物理学习所持有的认识论。
从概念框架的角度来解释，这是因为在学生的认识论中，物理知识来自权威，或者物理知识是由大量事实和公式构成的。也就是说，学生的认识论是错误的。那么，正像用正确概念宋代替迷思概念一样，教师需要用正确的认识论来代替学生头脑中错误的认识论。
认识论资源的观点认为，个体拥有各种认识论资源，不同的认识论资源需要不同的情境激活。在上例中，学生并不是缺乏正确的认识论，只是没有表现出来，那是因为有效的认识论资源还没有被激活，或者当时的情境激活了学生的无效认识论资源。
教师解释学生认识论行为的观点，会影响教师对教学策略的选择。
(2)基于资源框架的教学策略
从上例可看出，要想培养学生的科学认识论，教学策略首先应该找到有效的认识论资源，然后创设相应的情境激活它们[8]。学生本来就拥有这些有效的认识论资源，并曾经在其他情境中激活过它们，只是在目前的情境中，这些有效的认识论资源还没有被激活。
有效的认识论资源往往隐藏在学生的生活常识和已有经验中。教学策略中的寻找有效的认识论资源，也就是辨别出与物理学习相关的生活常识或已有经验，这些常识或经验被称为“认识论的锚”（正如概念转变中的“锚”）。然后帮助学生把这些“锚”运用到物理学习中。下面通过一个例子来理解如何实施这种教学策略。
在物理课堂上，为了让学生理解物理学家的直觉思维：物理学家有时能够凭直觉知道物体按照某种特定的方式运动，却解释不了物体为什么会这样运动。教师可以举生活中的例子来做类比。此例就是“认识论的锚”。通过这种“锚”，教师可以让学生理解到：直觉原来是建立在已有的经验基础上的。
国外的研究者总结了两种适用于科学学习的“锚”。
①规则系统。在日常生活中，我们拥有许多关于规则系统的生活经验。例如打牌、玩游戏、打球等，我们都要遵循一套规则，这一套规则就是规则系统。规则系统中的规则不能含糊，不能相互矛盾，游戏才能尽兴。这一点可以作为“锚”，帮助学生理解物理知识的一致性。在教学中，教师可以提出把物理学习看成“游戏”，来激活这个“锚”。(Hestenes，1992；Wells，Hestenes & Swackhamer，1995)。
②积木模型。玩过积木模型的学生都知道，在砌模型的时候，必须先砌下面的，才能砌上面的，上面的模型是建立在下面模型的基础上。每一个积木都不能乱放，必须放在合适的位置，起到承上启下的链接作用，模型才能砌得高而牢。这些对积木模型的认识可以作为建构学习过程中的“锚”。
当然，适用于科学学习的“锚”远远不止这两种。
三、影响学生科学认识论的外界因素[9]
1.科学课程
科学课程是学生学习科学的主要途径，因此，科学课程是影响学生科学认识论的一个重要因素。需要注意的是，学生通过探究而产生的对认识论的理解并不完全正确，因此，为了让学生更好地理解认识论，教师应该在学生的探究过程中给予提示，并让学生反思他们的探究过程与观察，提示学生思考其中隐含的认识论。
2.教师对科学认识论的理解
教师对科学认识论的理解不全面、不深刻是导致学生不能正确理解科学知识建构的因素之一。教育是一个循环的体系，如果各个年级（包括大学及大学以上）的学生都不能正确理解科学认识论，那么教师存在这方面的欠缺也就不足为奇了。
3.教学因素
一些基于课堂设计的研究表明，学生对科学认识论的理解不足，在某种程度上可以通过教学纠正。教学活动的核心包括：提出假设、定律或模型，设计实验或经验调查来检验假设，收集数据，运用数据来评价与修订主题。
4.国外科学认识论的研究对我国科学教育的启示
对比我国科学课程标准与国外科学课程中的认识论目标，可以发现其理念是一致的：注重学生对科学本质的理解，让学生学会如何学习。但调查表明，我国中学生的科学认识论情况却不容乐观。多数学生对科学认识论持有错误的认识，或者缺乏认识。学生普遍认为科学知识是绝对的、确定的[10]，对科学假设和理论表现出盲从而轻信的态度。例如，许多学生认为[11]：假设都可以完全被证实；科学研究所揭示的是无可争议的、必然绝对的真理；科学理论经过不断的检验和证明终会成为规律，忽略了科学理论的首要价值。对科学的局限性认识不足，误认为科学可以解决任何问题，盲目扩大了科学的作用。另外，对科学的公众性认同程度较低，没有明确认识到：科学进步需要公众支持，公众应该了解科学的实质及其所为，大众可以理解科学，而且最终可以受益于科学。
现行的中学科学教学仍然以应试教育为主，关注学生的解题能力。围绕这个目标，其教学内容注重概念的形成，解题技能的培养，忽略了培养学生对科学的深层理解。结果，不少在考试中获得高分的学生虽然具有很强的解题能力，却仍然不理解科学到底是怎么一回事。在日常生活中，他们也不会自觉运用所学的科学知识来解释生活现象。
造成这种现象的直接原因在于，学生的生活经验根本没有介入到科学学习中，教师没有把学生所学的科学知识与其生活经验相联系，更不用说对学生已有经验的修改和重组了。根本原因在于，缺乏科学认识论的指导。
借鉴国外对科学认识论的研究成果，结合我国实际情况，笔者认为我们可以得到以下几点启示。
(1)建立科学课程中的认识论目标
科学认识论会影响学生的科学学习。Sandoval在前人研究的基础上，制定了科学课程中的认识论目标：
第一，将科学学习看成是知识建构的过程，这一点最重要。它强调了理论与证据之间的辩证关系。如果学生理解了什么是科学，那么他们就能够接受这样一个观点：科学是人们做出来的，创造出来的。这表明科学包含创造性。
第二，科学方法具有多样性。没有一种方法可以普遍适用于所有的探究（实验或许可以在某些领域开展，但不适用于其他领域）。因此，科学需要能评价科学观点的各种方法，而不能只依靠一种或几种固定的方法。
第三，科学知识以不同的形式呈现，各种形式的解释能力与预测能力是不同的（例如理论、规律、猜想）。这有利于学生理解科学的建构本质与不同知识形式在探究中的相互作用。
第四，不同的科学知识，其确定性是不同的。承认这一点有助于学生批判性地看待知识，并利用认识论的批判原则来评价知识。
上述4个认识论目标有利于培养学生对科学的正确理解。
(2)创设情境，激活学生的认识论资源
研究表明，科学认识论不是来源于科学知识体系，而是依赖情境的激发。这启发教师应该在物理教学中多组织各种活动，创设情境。活动围绕以下几个方面开展：提出假设、定律或模型，设计实验或经验性调查来检验假设，收集数据，运用数据来评价与修订主题。为了及时纠正学生的错误认识，教师应该在活动中给予适当的指导。根据学生在活动中的发言和行为表现来判断其认识论资源是否被激活。
(3)在科学教学中联系学生已有的生活经验
学生已有的生活经验可以为其理解物理概念和物理规律提供类比的例子和有用的“脚手架”。把物理教学看作对学生已有生活经验的修改和重组，可以加深学生对物理知识的理解。
(4)提倡探究和讨论的教学方式
探究活动让学生在获得知识的同时，模仿科学家进行了一场科学探索的过程，通过这个过程学生可以更好地理解科学的本质，并学会如何学习。在探究活动中，对有关认识论的问题应明确提出并开展讨论。
(5)提高物理教师的科学认识论专业知识和教学知识
一方面，应该提高教师自身的科学认识论水平，因为教师是教学的执行者，教师的观点会渗透到教学当中，最终影响到学生的科学认识观；另一方面，让教师意识到科学认识论对科学学习的影响，知道学生的认识论资源依赖情境的激发。实现这两点的主要途径有：对在职教师进行定期培训，更新教师教育观念，让教师充分认识科学认识论的重要性，提高在职教师的科学认识论水平；改革高校科学教育专业本专科人才培养的课程体系，开设科学认识论的相关课程，加强理论研究与实践探索，积极开展学术交流活动。
(6)提高课程开发者的认识论意识
对于课程开发者而言，理解认识论如何影响学习——或只知道认识论会影响学习——都是有益的[12]。在设计课程时，课程开发者除了考虑概念因素、社会因素、情感因素外，还要考虑到认识论因素，课程开发者可以尝试帮助学生将其自身的有效的认识论资源与活动、课程、学科联系起来。
科学认识论是一个新生事物，如何在科学教育中提高中学生的科学认识论，促进其科学学习，还需要专家和一线教师的不懈努力。
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