科学本质教学内容的国际比较与启示，本文主要内容关键词为：教学内容论文,启示论文,本质论文,科学论文,国际论文，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。
[中图分类号]G40～059.3 [文献标识码]A [文章编号]1002～8064(2015)06～0083～05 科学的本质是科学这门学科区别于其他学科的根本特征，也是区分“科学与伪科学”的标尺，所以理解科学的本质是公民科学素养的重要组成部分。近年来国际科学教育都特别重视科学本质的教学，例如英、美两国分别于2014年和2013年发布的新的国家科学教育(或课程)标准，都将“学生理解科学本质”列为重要的教育目标。我国科学课程也强调和凸显让学生理解科学本质的重要性，例如我国初中科学课程标准(2011年版)规定其课程性质是：“以对科学本质的认识为基础、以提高学生科学素养为宗旨的综合课程”。但科学本质涵盖的内容非常之广，科学哲学界一般将其分为两类：经典实证主义科学本质和后现代主义科学本质。前者强调客观观察、分类、形成模式、客观证据、实验思想等体现理性精神的经典科学本质内容，它使得人类摆脱神话和迷信而崇尚理性，是现代与后现代科学认知的基础；后者则强调科学的相对性、主观性、科学受社会文化的影响以及科学的局限性等对科学反思的科学本质内容。由于文化、经济和社会发展状况不一样，不同国家在选择具体的科学本质教学内容时，侧重点也有所区别。本文将分析英、美两国各自新的国家科学教育(或课程)标准中科学本质教学内容要求，并结合一些关于中国学生或科学教师科学本质观(即对科学本质的理解和认识)的调查研究结果和中国文化的特点，提出中国科学课程应该选择什么样的科学本质教学内容。 一、两国《新标准》中科学本质教学的总体要求 英国2014年修订完善的最新科学课程标准(简称英国《新标准》)明确科学课程学习计划的三个总体目标：科学知识和概念理解、科学的本质和过程方法、科学的应用。[1]其中第二个目标直接明确提出“科学的本质”，但没有将科学本质单独作为一个目标来进行阐述，而是将科学本质与科学过程和方法融合在一起，通过科学探究帮助学生回答关于他们周围世界的科学问题，以理解科学的本质、过程与方法。学习计划对科学本质与过程方法的总体要求是：“科学本质、科学过程与方法不应当被分开来教，而应该体现‘科学地工作’，但主要聚焦于科学探究，以便学生能够使用各种科学方法去回答科学问题，包括持续的观察、寻找模式、识别、分类、比较与公平实验(控制变量)、使用二手资料。学生应当通过收集、分析和整合资料来回答问题，高年级学生能够熟练讨论科学实验设计和控制变量，才会理解科学的本质”。[2]据此总体要求可以看出，英国《新标准》重视科学证据、科学方法、科学实验控制思想等内容，例如客观观察、分类和比较等基本的科学方法和思想，即注重经典实证主义科学思想体系下的科学本质内容的教学，并将科学本质与科学探究相融合，让学生在探究过程理解科学本质。 为了适应新的科学教育改革需要，2013年美国发布的《下一代科学教育标准(NGSS)》(简称美国《新标准》)，其中对科学本质进行了单独的阐述和总体规定，美国的《新标准》规定了八条科学本质的教学内容[3]：科学研究使用各种方法；科学知识以实证证据为基础；根据新的证据科学知识有可能修改；科学模型、定律、机制和理论解释自然现象；科学是认识世界的一种方式；科学知识假设自然系统中有次序和一致性；科学是一种人类的努力；科学针对人造和物质世界的问题。美国关于科学本质内容的这八条表述，是相互联系，而非割裂的，其中一些具有明显的后现代主义科学本质特征，例如，“根据新的证据科学知识有可能修改”、“科学是一种人类的努力”，反映出科学知识的可变性和科学是一种人类努力所蕴含的创造性和主观性，但也没有丢弃经典科学本质的内容，例如，“科学以实证证据为基础”、“科学知识假设自然系统中有次序和一致性”。所以美国《新标准》对科学本质教学内容的总体要求涵盖面较广，不再停留于科学探究的过程与方法层面，而是突出强调功能性科学本质内容，这种综合的科学本质内容可以折射出，美国在强调经典科学本质内容基础上，突出发展科学具有主观性、暂时性等带有后现代主义特征的科学本质内容。 二、两国《新标准》中各学段的具体要求 英国《新标准》将学生的学习分为四个关键阶段：K1、K2、K3、K4(其中K2阶段又分为上、下两段)，各关键学习阶段的科学本质教学内容都融合在各阶段的科学教育分目标中，本文对英国《新标准》中各关键学习阶段具体科学教育目标和要求进行了梳理，整理出体现科学本质教学内容的要求和目标，见表1[4]。
根据科学本质教学内容的总体要求，英国《新标准》对各个关键学习阶段的具体要求呈逐步加深趋势，K1和K2(上)学段要求学生留意身边简单的现象和提出问题，并引导进行简单的观察分类和分组以及进行简单的比较，并没有要求能够提出科学问题，也没有要求能够进行控制变量的对比实验。到了K2(下)和K3学段，学生能够提出科学问题并就其进行相关的科学探究活动，这些探究活动不只是停留在观察、分类和分组，而是要求能够进行控制变量的公平实验来收集、记录和处理数据，并能够知道科学理论将由于新的证据而发生改变。到了K4学段学生要能够使用模型和理论去解释自然现象，并对原因提出进一步的假设，知道科学进步总体过程，并理解科学的历史发展及其应用，让学生从历史、社会的角度来理解和应用科学，强调功能性科学本质内容。 美国《新标准》将科学课程教学划分为四个学习阶段：K-2、K3-5、初中和高中。并将科学本质的八个大的方面分别按照这个四个学段学习要求进行了细化，分别提出了每个学段对八个科学本质教学内容的要求。[5]低学段学生要能理解科学的方法、科学问题、科学观察、自然世界具有规律性等科学基本特征，例如科学研究始于问题，科学家通过观察来寻求自然世界规律；科学家寻求因果关系来解释自然现象；科学知识有助于人们认识世界；科学假定自然现象可以重复发生。而到了高年级的学段，要学生从反思科学的角度理解科学与社会、科学的历史发展过程以及科学能做什么不能做什么等问题，例如科学的决策不仅仅受制于科学本身而且还受文化的影响、科学与技术及社会的关系等。同时还强调科学知识的蕴含着人类的想象、科学理论是如何变化的等。 三、英、美两国科学本质教学内容特点的比较分析 通过对两国《新标准》中科学本质教学要求的比较，可以发现英美两国关于科学本质教学内容所具有的共同特点以及差异性。 (一)科学本质教学内容的“两面性” 两国的《新标准》，都强调经典科学本质教学内容(特别是英国)，即科学基本特征的教学，并在此基础上突出了一些强调科学的历史发展以及与社会、文化的联系等后现代主义科学本质，突出功能性科学本质内容。两国各自的《新标准》关于科学本质教学内容的表述呈现出“两面性”：既有经典实证主义科学本质内容，又有后现代主义科学本质内容，尤其是美国更明显。 以美国为首的西方科学教育关于科学本质内容“两面性”的陈述，实际上暗含着“以经典实证主义科学本质为基础，逐步发展到后现代主义科学本质”，即其“两面性”陈述实际上表达出其科学本质教学内容的全面性。一方面他们并没有抛弃科学基本特征的经典实证主义科学本质内容的教学，另一方面，由于科学技术带来的负面效应问题在西方大国更加明显，以及人类社会面对日益复杂非单一的物质世界，需要权衡社会、文化和政治等各方面的影响，因此全面的科学本质观念在西方更受重视。美国科学教育对科学素养目标已经突破科学知识层面到达科学方法层面，且向着价值观和科学伦理问题等对科学进行反思层面发展，[6]即后现代主义科学本质观的教育目标。 其次，西方国家在高年级学习阶段突出了一些对科学进行反思的后现代主义科学本质教学内容，如科学的主观性、科学家在进行科学研究过程中受社会文化的影响等，其目的是让学生了解如何避免科学会受社会、文化等主观因素干扰的缺陷，以获得客观认识，而不是以此否定科学的客观性和真理性一面，来追求科学相对性和变化性。这在美国《科学素养的基准》里有清楚的描述，其描述规定学生八年级结束时认识到：“人们对观察结果的期望常常会影响实际观察到的结果，对于在某特定环境下必将发生什么的强烈信念，会妨碍人们去察觉其他的结果。科学家们知道这点会危及科学的客观性，所以，他们在设计实验和观察数据时采取一些步骤来避免这种干扰”。[7] (二)科学本质教学内容的阶段性和递进性 英、美两国各自的《新标准》在不同学段对科学本质的目标要求表现出递进性和阶段性特点。即低年级学习阶段重点关注科学基本理性特征的教学，在学生掌握了这些科学基本特征的基础上，高年级学习阶段逐步发展出对科学反思的后现代主义科学本质观念，这也符合经典的教育理论——教育重演论。教育重演论有两个基本观点：“第一，一个人的教育发展是一个过程，进入高一级的教育阶段一定是以通过了低一级的教育阶段为前提；第二，现代学生的学习过程是对人类文化发展过程的一种认知意义上的重演，即现代人的认知发展是对其祖先认知水平长期演化过程的浓缩。”[8]根据这两个观点，科学文化是从前科学阶段到科学与非科学分化阶段的实证主义科学阶段，再到后现代主义科学阶段，只有理解了科学基本的特征，诸如分类、客观观察、变量控制等，才能理解科学能做什么，不能做什么，继而对科学与社会的关系以及科学的历史发展做出全面的认识。 (三)英、美两国科学本质教学内容的差异性 差异一：英国的科学本本质教学目标和内容较为具体且具有可操作性特点，美国科学本质教学内容较为宏观且具有哲学化特点。英国《新标准》是将科学本质融入到科学的过程和方法中，让学生在科学探究中体验和理解科学本质，熟练掌握科学是如何运作和工作的，在目标和要求上较为具体以及具有可操作性特点，例如基本的科学分类、模式识别、变量控制等教学内容，即使在高年级也强调在科学探究总体过程和特征中来理解科学知识的发展以及对社会的作用。而美国《新标准》在低年级对科学的基本过程做了一个总体概括性描述，例如科学始于问题、科学家会用不同方法研究科学，但是对如何提出科学问题、具体的观察、控制变量等方法并没有做出说明和要求；高年级对科学理论、科学知识等发展过程中受社会、文化、技术以及科学家主观性等影响以及科学的价值的描述，具有普遍性和哲学化特点，没有明确科学如何受这些因素的影响。 差异二：尽管英、美两国都强调科学基本特征的实证主义科学本质教学内容，但美国《新标准》对科学本质教学内容比英国《新标准》呈现出较多对科学进行反思的后现代主义内容，其科学本质教学要求较高。英国《新标准》在各学习阶段的递进式发展目标中，K3和K4阶段涉及部分后现代主义科学本质内容，例如，K3学习阶段涉及让教师举例说明科学知识的历史发展(包含各国文化对科学的贡献)，K4学习阶段加入了科学对社会问题的应用与局限问题。并没有像美国《新标准》那样特别强调科学主观性、相对性和科学受文化等影响。 四、对中国的启示 我国的科学课程标准中明确提出促进学生理解科学本质，但是科学本质内容的界定以及各年级具体教学内容和要求并没有像英、美两国那么明确，而更多停留在“理念”层面，缺乏可操作。而且，中国科学教育学界对科学本质教学具体内容也没有统一的共识，这给中国科学本质教学的落实与教学评价以及教材编写带来困难。甚至近年来在我国科学课程的实施过程中，存在着一些误读国际科学教育中科学本质教学内容的现象，误认为西方发达国家的科学教育只关注后现代主义科学本质教学，没有理解西方科学本质教学内容“两面性”所蕴含的深刻内涵，盲目过度强调科学知识的个人建构性和社会建构性，将科学知识理解为是一种主观创造的结果，具有不确定性和暂时性。难怪有学者指出，“科学教育过度地强调科学知识的暂时性，可能会导致学生感到‘什么都是科学，却不明白科学是什么’”。[9]其实英、美两国都强调经典科学本质教学，尤其是英国，对后现代主义科学本质教学内容持保守和谨慎态度，美国也是先注重实证再注重后现代主义科学本质教学内容。 正如国际科学本质观研究专家莱德曼(Lederman)所说：“不同的科学本质观念对科学教育来说都有其价值，经典实证主义科学本质观念尽管不全面，但是理性的思考在科学里仍然是必不可少的；另一方面，后现代主义也有它的功绩，它呈现出科学的创造性、特质性、社会价值蕴涵面和暂时性。”[10]所以不同文化中的学生由于对科学的理解缺陷不一样，其科学本质教学的内容侧重点应该不一样。中国学生对科学本质理解方面的相关研究已经发现中国学生对实证主义科学基本特征的理解较差，例如一项研究发现大部分中国大学生对科学实验思想、科学证据、科学知识的客观性等存在着主观臆想、事实与推论不分的现象。[11]梁(Liang)等人对中国、美国和土耳其理科师范专业学生的科学本质观进行比较研究[12]，发现中国学生在“观察和推论的区别”主题上选择题得分低于美国和土耳其的学生，而“观察和推论的区别”是科学本质最基本的方面，也是实证主义科学最基本的特征。但奇怪的是，中国学生在其他后现代主义科学本质主题中选择题上的得分均高于美国和土耳其学生。该研究者们采用开放式问题进行后续研究发现，几乎所有主题中(不管是实证主义科学本质观念还是后现代主义科学本质观念)中国学生得分都最低。这表明中国学生即没有理解经典实证主义科学的基本特征，同时对后现代主义科学本质认识也似是而非。在没有科学传统的中国，如果其科学课程盲目地进行后现代主义科学本质教学，学生会误认为科学知识是个人主观的建构，而非确定的和客观的。而中国文化强调主客不分、不确定的整体辩证思维，在没有理解以客观分类、实验控制等经典科学本质的基础上，容易与西方后现代主义科学本质相互混淆。正如卡拉夫(Clough)所说，能够汇报出“科学是暂时性”的研究对象，在没有承认“科学知识具有持久性”，不能被认定为理解了科学本质，应该知道在什么意义上“科学是暂时的”，什么意义上“科学是持久的”，而不是简单说出诸如“科学知识是暂时性”的这样的简单陈述。[13]所以，中国科学课程还没有达到需要超越经典科学本质而进行全面的后现代主义科学本质内容教学的高级阶段。 基于以上的分析，我国科学课程的目标应该定位在培养学生经典科学本质观念，重视在不同于西方文化背景中选择经典的科学本质作为课程的教学内容，如摆脱迷信和神话的“客观观察”、“分类”等基本的科学与非科学分化时的基本理性内容，而非超越经典的后现代主义科学本质内容。从英、美两国《新标准》内容来看，他们并没有放弃经典实证主义科学本质教学内容。那些质疑科学知识客观真理性并崇尚后现代主义科学本质观念，即便在英美国家、尤其在英国也受到诸多批评。[14]对于我们没有科学文化传统的国家，包括民主建设在内的迈向现代化过程中，需要摆脱主观盲从、迷信。在缺少科学基本特征的中国，后现代主义科学本质至少不适合基础教育课程学习者的认知能力，因为可能助长不理性、不严谨、甚至反科学的态度。科学无国界，但科学教育有国界。目前中国需要更多的科学理性教育，而少些科学的后现代主义内容教育。中国学者需要采用适合本国社会文化情境的科学本质观调查方式，厘清中国学生对科学基本理性特征的理解状况，然后制订出科学本质教育的具体目标和内容要求，分层次、递进式发展中国学生对科学本质的理解。
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