科学探究、科学素养与科学教育，本文主要内容关键词为：科学论文,科学素养论文，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。
在我国当前素质教育课程改革的大潮中，“科学探究”、“科学素养”与“科学教育”成为备受瞩目的语汇。这些语汇昭示了我国科学教育领域的“范式转型”。厘清这些语汇各自的内涵及其相互关系，是促进我国科学教育健康发展的理论前提。
一、科学探究是什么
回答“科学探究是什么”，先须回答“科学是什么”。
美国最重要的科学研究组织之一“美国研究理事会”(National Research Council)在总结“美国科学院”、“美国工程院”及其他组织的众多研究成果后，对当代科学、科学研究和科学教育的新趋势做了如下概括：[1]
1.由强调“科学即探索与实验”，到更强调“科学即辩护(argument)与解释”。
2.由强调获得答案，到更强调运用证据和策略发展或修正解释。
3.由强调为科学问题提供答案，到更强调交流科学解释。
4.由强调运用实验结果来终结探究，到更强调将实验结果运用于科学辩护与解释。
5.由强调学生个体和学生小组只是分析和综合资料，不为科学结论辩护，到更强调学生小组经常为辩护科学结论而分析和综合资料。
6.由强调演示和证明科学内容的活动，到更强调研究和分析科学问题的活动。
7.由强调脱离情境的探究技能(process skills)，到更强调将探究技能置于情境之中。
8.由强调观察或推理等单个的探究技能，到更强调控制、认知、程序等多元探究技能。
9.由强调极少从事研究以省出时间学习大量科学内容，到更强调从事更多研究以发展关于科学探究和知识的理解、能力与价值观。
10.由强调在一节课内的研究，到更强调将研究延伸到几节课的时间中。
11.由强调学生向老师私下交流思想与结论，到更强调学生与其同学公开交流思想与工作。
12.由强调管理材料和设备，到更强调管理思想和信息。
上述这些浓缩的概括所反映的是科学家视野中的科学、科学探究和科学教育的“形象”的变化。
首先，当今时代对科学的新的理解是：科学即基于证据的思想、解释与辩护。这一“科学观”既继承了“启蒙运动”以后近三百年以来科学与技术思想发展的历史传统，又体现了当今信息时代科学与技术思想发展的新特点、新趋势。
“启蒙运动”以来，人们对科学的理解大致经历了四个阶段。在“启蒙运动”时期，科学既以“理性自由”为基础，又是“理性自由”之体现。正如德国著名哲学史家卡西尔所言：“‘理性’成了18世纪的汇聚点和中心，它表达了该世纪所追求并为之奋斗的一切，表达了该世纪所取得的一切成就。”[2]这种追求“理性自由”的热情，“有如一条河流冲决堤坝，在大自然中朝四面八方激流勇进，汹涌地扫荡挡住它去路的一切。”[3]而所谓“理性”，“是一种引导我们去发现真理、建立真理和确定真理的独创性的理智力量。”[4]“理性”的核心是“实证精神”，自然科学是这种精神的集中体现。“理性”的基本功能是分析还原与综合重建，其中“分析精神”是基础。正是由于追求“理性自由”成为一种时代精神，以实证精神、分析方法和数学计算为特点的新的方法论系统确立，具有真正现代意义的科学由此诞生。显然，此时的科学等同于“理性自由”与实证探究。这是对科学的理解的第一阶段。
然而，“启蒙时期”所崇尚的“理性”本质上是感官经验的组合与联结。用卢梭的话说，几种感觉组合成简单观念，几个简单观念组合成复杂观念，由此构成人的“理性”。[5]这样，“理性”就具有机械、静态、可还原的特征。“理性”来源于外部客观世界在感觉经验中的反映、印刻。由此导致的第一个结果是：使人的心灵和感觉器官成为被动的“受纳器”。同时，“理性的知识”的代表当然是科学，而科学是经由感觉经验而把握的事物的本质、规律、规则、原理，它所体现的是“客观世界”(主要是“自然世界”)的“真理”。这样，科学作为真理的化身，最终变成了静态的“物”，成为了可以传递和储存的对象。这种对科学的理解是“启蒙理性”的必然结果。从对应的历史时期来看，西方“启蒙运动”以后，流行于十九世纪中后期的科学观大致如此，这构成了对科学的理解的第三个阶段。当前，我国科学教育中普遍存在的把科学知识当作传递、灌输和内化的对象的做法，其背后的哲学根源之一即是这种受“启蒙理性”支配的科学观。
当历史发展到十九世纪末、二十世纪初，“启蒙理性”的被动性已获得充分展露。人们日益深切地感受到，这与“启蒙运动”原初倡导的以批判、质疑、判断为特征的“理性自由”渐行渐远，人类社会迫切需要“再一次启蒙”。如果说原初的“启蒙”是从封建迷信中获得解放的话，那么这次“再启蒙”则要从“启蒙理性”的被动性中获得救赎。就科学与科学教育而言，人们一方面坚持“启蒙运动”以后关于科学与科学教育的经验本性的立场，一方面摈弃经验的被动性，基于科学实验重建经验的本质，经验(experience)因而变成实验(experiment)，经验的本质是人对置身于其中的环境、自然、世界的主动反思、探究与问题解决。科学由此成为“探索与实验”。这是对科学的理解的第三阶段。从美国的科学教育理论与实践的历史发展来看，从二十世纪初的杜威到二十世纪50、60年代的布鲁纳，其共同坚持的观点是：“科学即探索与实验”。
二十世纪80、90年代以来的历史，是人类逐步迈入信息时代的历史。在这个时代，每一个人过有创造、有选择的生活不仅是必要的，而且是可能的。在纷繁复杂的信息面前，不做出明智选择、进而从事创造，就不可能有一份健全生活、甚至无法生活。而网络通讯等信息技术工具又为人的选择和创造提供了物质条件和手段。与这个时期相适应的科学开始具有“后学院科学”的性质，[6]即是说科学实践不再局限于科学共同体内部，开始“飞入寻常百姓家”。一方面，科学日益深刻影响社会、文化实践和人们的日常生活，另一方面，公众、产业、教育、政府等日益参与到科学研究进程之中。科学开始成为“公共科学”或“大众科学”。在此背景下，科学的“发现情境”和“辩护情境”的界限日益模糊。科学日益具有解释与辩护的性质，它是一种动态变化且情境关联的有证据的思想。这是人们对科学的理解的第四阶段。
当科学被理解为有证据的思想、解释和辩护的时候，不仅普通大众有了参与科学研究的必要与可能，而且儿童亦可合法参与科学研究。“科学探究”(scientific inquiry)因而具有了新的内涵。
“科学探究”即产生并发展思想，辩护并修正解释。不存在划一的、普适的探究技能。探究技能不仅是情境关联的，而且是复杂、多元的。科学探究过程既体现个体独特性，又体现社会性和对知识的集体创造。
具体言之，“科学研究”的新意义至少包括四个方面：第一，它是专业科学研究人员(即科学家)提出有证据的思想、解释并为之辩护的过程；第二，它是普通大众从事科学研究和技术设计的过程；第三，它是儿童设计和从事科学研究的过程、能力以及对科学探究本质的理解；第四，它是科学教学和学习的取向与策略，即通过探究而教学和学习。这四方面的内涵相互关联。
研究认为，科学教育中的“探究”有五个关键特征：学习者被科学问题所吸引；学习者寻找证据以解释科学问题；学习者基于证据将对科学问题的解释体系化；学习者对其形成的解释进行评价，以获得更恰当的解释；学习者对其提出的解释加以确证和交流。[7]这五个特征可概括为：形成问题——获取证据——形成解释——评价解释——交流解释。而这种对“探究”的理解，直接体现了“科学即基于证据的解释”的新科学观。
二、科学素养是什么
科学探究是过程，科学素养是结果，二者相互依存。科学探究与科学素养自是一体两面。
“科学素养”(scientific literacy)这一概念伴随20世纪50、60年代美国“课程改革运动”(Curriculum Reform Movement)而系统确立起来。尽管对这一概念的内涵尚未达成共识，但是，把科学素养作为科学教育的目标，已在世界各国取得共识。
美国杰出科学教育专家、美国研究理事会科学、数学与技术教育中心执行主任拜比(Rodger W.Bybee)(他曾是美国“课程改革运动”中推出的著名“新课程”BSCS生物项目组副主任)在研究了众多代表性的关于科学教育改革的文献后，指出：科学教育的目标是达成科学素养。拜比认为，科学素养包括不同的维度或要素，“然而，历史上我们曾过度强调了科学素养的某一维度，如20世纪60年代我们过度强调学科结构，80年代我们过度强调S-T-S主题，或者我们过度关注科学素养的一个方面，如科学术语或过程技能。”[8]他因而认为科学素养应在如下四个维度上保持平衡：
(一)功能性科学素养(functional scientific literacy)：即科学(与技术)的术语(vocabulary)。指学习者能够恰当使用科学术语或技术语汇。这大体属于习惯上所称谓的“科学知识与信息”之列，是传统科学教育过度强调的方面。
(二)观念性及程序性科学素养(conceptual and procedural scientific literacy)：即科学(与技术)的思想(ideas)及过程(process)。“科学思想”指构成科学各学术领域的主要思想，学习者能够理解构成各科学学术领域基础的概念、原理，即表明有此类素养。“科学过程”指科学探究的基本过程及方法，学习者既能够理解科学探究的性质、又具有从事科学探究的能力，则表明有此类素养。美国另一知名科学教育专家、生物学家摩尔(J.A.Moore)则用“科学即认知方式”(science as a way of knowing)一语将科学思想与科学过程两个方面整合起来。[9]这显然让人联想到这类素养与美国20世纪60年代所力倡的“学科结构”的相似性。《全美科学教育标准》将“科学即探究”(science as inquiry)作为“内容标准”之一，则是着力强调这类科学素养。那么，今日日益强调的“科学探究”与50年前力倡的“学科结构”有何区别？显然，其体现的科学观及强调的内容有所不同。如《全美科学教育标准》在规定“9-12年级从事科学探究的必备能力”时，做出下列划分：“确认引导科学研究的问题与概念”；“设计并从事科学研究”；“运用技术以完善研究及成果交流”；“运用逻辑和证据以形成和修改科学解释和模型”；“确认并分析可替代的解释和模型”；“交流并辩护科学论断”。[10]这里强调的重点显然是通过问题的探究而形成自己对自然现象的科学解释和模型，并学会为之辩护和交流。这与当年对“学科结构”的关注相比，更强调科学和科学探究的建构性。
(三)多维科学素养(multidimensional scientific literacy)：即科学的情境(context)。科学的产生及发展、科学与技术的性质、科学与技术对个人生活和社会生活的意义等，是此类素养关注的核心。学生应当既理解科学各主要学术领域的历史以及科学与技术的性质，又能够运用科学知识和技能解决个人生活和社会生活中的问题、做出明智判断与抉择。如当社会中、媒体上流传诸如“海南岛产的香蕉能传播SARS病毒”这样的谣言时，学生能够运用科学知识和证据揭示其荒谬之处、进而终止谣言的进一步传播，则表明学生具备此类科学素养。《全美科学教育标准》曾为“科学素养”下过一个这样的定义：“科学素养是关于科学概念和过程的知识和理解。这些‘概念’和‘过程’是做出个人决策，参与公众、文化事务和经济生产所需要的。它也包括各类具体能力。”[11]这个定义显然特别关注科学、技术与个人生活、社会生活的关系问题，也即所谓S-T-S问题。拜比也强调指出：“获得科学素养的关键方面是帮助学习者理解科学在其个人生活和广大社会中的限度和可能性。”[12]
(四)名义科学素养(nominal scientific literacy)：即教师和学生视野中的科学。“名义科学素养”是拜比提出的概念，他将之界定为：“名义科学素养意味着学习者能把术语、思想和观点与科学、技术的一般领域联系起来，但这些联系却反映着迷思概念、天真理论或不完整的理解。”[13]拜比认为，尽管“名义科学素养”尚不是真正的、完善的科学素养，但却是上述三类科学素养的共同基础，因为它是学生的科学观与教师的科学观。科学教育中的任何课程必须首先转化为教师的科学观、进而转化为学生的科学观，方能促进学生科学素养的提高。学生的科学观(科学经验与思想)尽管可能是天真的、不完整的、甚至错误的，但却是完善的科学素养的起点与基础。当代认知科学取得的一大成就是发现儿童学习的一大特点：儿童对世界及其运行能够发展自己的理论，而这是其学习过程的重要构成。用美国学者莱斯尼克(Lauren Resnick)的话说：“学习者总是试图将新信息与其已知的事情联系起来，以根据已经建立的结构解释新事物。”[14]儿童是“理论的创造者”。儿童经常在生活中提出自己“天真的理论”(naive theories)，这些理论是其日后发展成为成熟的科学探究者的基础和生长点。“名义科学素养”这一概念的提出显然与儿童作为“理论的创造者”的认知特点相吻合。从“名义科学素养”出发，通过一系列学生主动参与的科学探究和技术设计活动，逐步发展到成熟而完善的科学素养，是科学教育的一般过程。
由此可见，历经半个世纪的发展之后，当今的“科学素养观”呈现出三个鲜明的特征：
第一，关注科学素养的整体性。功能的、观念的、程序的、多维的、名义的科学素养，是相互交叉、彼此影响、有机统一的整体。这些要素大致包括：科学知识与技能、科学过程与方法、科学思想与精神、科学活动经验。保持彼此间的恰当的平衡和彼此间的有机联系，是至关重要的。倘对某一要素关注过多或过少，必然会打破素养整体的“生态平衡”，从而达不到培养科学素养的目的。
第二，把科学素养与儿童的当前经验和思想有机结合起来。儿童的当前经验和思想不是科学素养形成的障碍，恰恰相反，它是一切科学素养的生长点。儿童自己的科学观是“种子”，在恰当的教育条件下，它会生长为成熟而完善的科学素养。既然“科学是基于证据的思想和解释”，儿童也可能基于证据提出自己对自然现象的解释和思想，而且有其教育合理性。
第三，把科学素养与社会生活完善、社会民主化有机结合起来。科学素养这一概念原本就是“大众主义时代”的产物。如今，无论是联合国教科文组织这样的国际机构，还是某一国家或地区，当倡导旨在培养科学素养的科学教育改革时，都把“科学为大众”(science for all)、“科学为所有学生”(science for all students)、“科学为所有儿童”(science for all children)确立为基本前提。因此，当今的科学素养观内在地包含了教育公平和社会民主化的基本诉求。
三、科学教育的“范式转型”
科学、科学探究与科学素养观念的改变，必然导致科学教育价值取向的改变乃至整个科学教育的“范式转型”。
当前，世界科学教育的基本趋势是：改变科学研究与科学教育的人为对立，实现科学研究与科学教育的内在统一。传统科学教育观由于把科学研究与科学教育对立起来，科学教育被视为传递科学研究成果的过程，这不仅在科学研究与科学教育之间人为设置了价值等级上的权威与服从关系，而且取缔了科学教育中“科学研究”的合法性，同时弱化了科学研究中所理应承担的“科学教育”的责任。新的科学教育观认为，科学教育的根本特性是“研究性”：科学教育是儿童的真实的科学探究、教师对儿童科学研究的理解与指导、以及教师与儿童合作开展的科学探究这三类“研究”的统一。儿童、教师乃至普通大众，与专职科学家一样，都是“科学研究者”。彼此间的区别不在于有无科学研究，而在于科学研究的目的、内容、方式不同。另一方面，专门的科学研究亦具有内在的教育性：无论科学研究的过程还是结果，都可以转化为对儿童、对普通大众有教育意义和发展价值的资源。对这种新教育观的基本概括即是“探究中心的科学教育”(inquiry-centered science education)。
“探究中心的科学教育”的价值追求和培养目标可概括为：
(一)倡导“儿童为本”，培养学生的综合素质和健全人格
科学技术是人积极进取的生活态度和理性精神的体现。科学是人学，是人类文明长期发展的重要构成。当今世界，科技及其成果渗透进人类生活的各个角落。作为一个现代人，没有科学素养是不可想象的。而由前述可知，科学素养包含了与科技相关的方方面面。因此，科学教育的目的决不是为了让儿童掌握尽可能多的科学知识和技能，而是为了全面发展儿童的科学素养、培养儿童的健全个性。科学教育的关键是将科学技术知识还原、转化，使之切近儿童当前的经验，让儿童亲近、喜欢科学，反思、探究科学。
通过创设科学与艺术、科学与文学、科学技术与社会诸方面存在内在联系的探究情境，让学生将科学素养与人文素养整合于一体，既能在批判、反思中变革世界，又能在体验、交往中融入、热爱并看护世界，由此形成理智与情感、自我与世界交融整合的健全人格。
(二)倡导“生活取向”，培养学生从事个人生活决策和对待公共生活的科学意识和能力
现代社会，科学技术在生活中、由于生活并为了生活，科学、生活与人的存在直接统一。儿童只有从沉潜其中的现实生活世界发现科学技术的奥秘，才能从日常生活中脱颖而出，既理解科学技术的真谛，又学会反思生活、热爱生活。科学教育的关键是从儿童的日常生活中发现科学探究和技术设计的主题，在探究和设计活动中理解、运用科学技术知识，形成科学意识、科学思想和技术设计能力，将之进一步融入生活、提升生活。
通过提供历史与现实中典型的个人与公共生活情境，让学生在活动中意识到：无论从事个人生活决策、进行人生规划，还是对待公共生活、处理社会事务，都需要科学观念和科学过程，都需要有科学和技术根据的观点或立场；通过丰富多彩的活动，让学生发展科学决策的知识、技能和能力。
(三)倡导“探究取向”，培养学生科学探究与技术设计的兴趣和能力
科学技术永远处于探究、创造的过程之中。科学的本质是探究。无论是科学技术的最初发现、发明，还是科学技术的传播、再生，都离不开探究与创造。“探究”不仅是科学技术专业人员的工作方式，还是科学教育的基本取向。因此，科学教育决不是把专业人员发现或发明的成果(科学知识体系)传递或灌输给学生，而是创造学生从事科学探究和技术设计的情境，让学生在真实的探究和设计活动中产生自己的科学思想和技术方案。
通过创设引人入胜且具有适度挑战性的问题情境，让学生持续投入各类体现其个性特点的科学探究活动，亲身经历设计研究实验、从事科学观察、基于证据形成理论假设等典型科学探究过程；通过提供真实的、与生活密切联系的技术问题情境，让学生持续投入富有想象力的技术设计活动，发展技术意识和操作能力；让学生在活动中意识到，尽管科学和技术各有不同的特点和历史，但二者相互依存、相互促进。
这种“探究中心的科学教育”既是我国科学教育的理想，又是其必然发展方向。