科學本質教學內容的國際比較與啟示

作者簡介：萬東升，江蘇第二師範學院 教育科學學院，江蘇 南京 210013； 魏冰，澳門大學 教育學院，中國 澳門 999078 萬東升(1976- )，男，安徽無為人，江蘇第二師範學院教育科學學院副教授，南京大學教育學博士，研究方向：科學教育； 魏冰(1966- )，安徽固鎮人，澳門大學教育學院副教授、博士生導師，香港大學教育學博士，研究方向：科學教育。

內容提要：從英、美兩國各自最新的科學教育標準可以看出，他們的科學本質教育具有一定的共性，即都注重科學基本特徵的經典實證主義科學本質教學。但美國涉及對科學進行反思的後現代主義科學本質內容較多，而英國較少；英國的科學本質教學內容和要求較為具體和具有可操作性，與之對應的美國較為宏觀和具有哲學化特點。中國文化與科學教育的相關性研究表明，中國科學教育不能盲目強調科學主觀性、不確定性等後現代主義科學本質教學內容，而應該循序漸進，重視強調理性精神的經典實證主義科學本質內容。

關 鍵 詞：科學教育 科學本質 實證主義 後現代主義 文化

標題注釋：本文是教育部人文社會科學研究青年基金項目「學生科學素養的文化影響機制與教育路徑研究」(15YJCZH157)階段性成果。

[中圖分類號]G40～059.3 [文獻標識碼]A [文章編號]1002～8064(2015)06～0083～05

科學的本質是科學這門學科區別於其他學科的根本特徵，也是區分「科學與偽科學」的標尺，所以理解科學的本質是公民科學素養的重要組成部分。近年來國際科學教育都特別重視科學本質的教學，例如英、美兩國分別於2014年和2013年發布的新的國家科學教育(或課程)標準，都將「學生理解科學本質」列為重要的教育目標。我國科學課程也強調和凸顯讓學生理解科學本質的重要性，例如我國初中科學課程標準(2011年版)規定其課程性質是：「以對科學本質的認識為基礎、以提高學生科學素養為宗旨的綜合課程」。但科學本質涵蓋的內容非常之廣，科學哲學界一般將其分為兩類：經典實證主義科學本質和後現代主義科學本質。前者強調客觀觀察、分類、形成模式、客觀證據、實驗思想等體現理性精神的經典科學本質內容，它使得人類擺脫神話和迷信而崇尚理性，是現代與後現代科學認知的基礎；後者則強調科學的相對性、主觀性、科學受社會文化的影響以及科學的局限性等對科學反思的科學本質內容。由於文化、經濟和社會發展狀況不一樣，不同國家在選擇具體的科學本質教學內容時，側重點也有所區別。本文將分析英、美兩國各自新的國家科學教育(或課程)標準中科學本質教學內容要求，並結合一些關於中國學生或科學教師科學本質觀(即對科學本質的理解和認識)的調查研究結果和中國文化的特點，提出中國科學課程應該選擇什麼樣的科學本質教學內容。

一、兩國《新標準》中科學本質教學的總體要求

英國2014年修訂完善的最新科學課程標準(簡稱英國《新標準》)明確科學課程學習計劃的三個總體目標：科學知識和概念理解、科學的本質和過程方法、科學的應用。[1]其中第二個目標直接明確提出「科學的本質」，但沒有將科學本質單獨作為一個目標來進行闡述，而是將科學本質與科學過程和方法融合在一起，通過科學探究幫助學生回答關於他們周圍世界的科學問題，以理解科學的本質、過程與方法。學習計劃對科學本質與過程方法的總體要求是：「科學本質、科學過程與方法不應當被分開來教，而應該體現『科學地工作』，但主要聚焦於科學探究，以便學生能夠使用各種科學方法去回答科學問題，包括持續的觀察、尋找模式、識別、分類、比較與公平實驗(控制變數)、使用二手資料。學生應當通過收集、分析和整合資料來回答問題，高年級學生能夠熟練討論科學實驗設計和控制變數，才會理解科學的本質」。[2]據此總體要求可以看出，英國《新標準》重視科學證據、科學方法、科學實驗控制思想等內容，例如客觀觀察、分類和比較等基本的科學方法和思想，即注重經典實證主義科學思想體系下的科學本質內容的教學，並將科學本質與科學探究相融合，讓學生在探究過程理解科學本質。

為了適應新的科學教育改革需要，2013年美國發布的《下一代科學教育標準(NGSS)》(簡稱美國《新標準》)，其中對科學本質進行了單獨的闡述和總體規定，美國的《新標準》規定了八條科學本質的教學內容[3]：科學研究使用各種方法；科學知識以實證證據為基礎；根據新的證據科學知識有可能修改；科學模型、定律、機制和理論解釋自然現象；科學是認識世界的一種方式；科學知識假設自然系統中有次序和一致性；科學是一種人類的努力；科學針對人造和物質世界的問題。美國關於科學本質內容的這八條表述，是相互聯繫，而非割裂的，其中一些具有明顯的後現代主義科學本質特徵，例如，「根據新的證據科學知識有可能修改」、「科學是一種人類的努力」，反映出科學知識的可變性和科學是一種人類努力所蘊含的創造性和主觀性，但也沒有丟棄經典科學本質的內容，例如，「科學以實證證據為基礎」、「科學知識假設自然系統中有次序和一致性」。所以美國《新標準》對科學本質教學內容的總體要求涵蓋面較廣，不再停留於科學探究的過程與方法層面，而是突出強調功能性科學本質內容，這種綜合的科學本質內容可以折射出，美國在強調經典科學本質內容基礎上，突出發展科學具有主觀性、暫時性等帶有後現代主義特徵的科學本質內容。

二、兩國《新標準》中各學段的具體要求

英國《新標準》將學生的學習分為四個關鍵階段：K1、K2、K3、K4(其中K2階段又分為上、下兩段)，各關鍵學習階段的科學本質教學內容都融合在各階段的科學教育分目標中，本文對英國《新標準》中各關鍵學習階段具體科學教育目標和要求進行了梳理，整理出體現科學本質教學內容的要求和目標，見表1[4]。

根據科學本質教學內容的總體要求，英國《新標準》對各個關鍵學習階段的具體要求呈逐步加深趨勢，K1和K2(上)學段要求學生留意身邊簡單的現象和提出問題，並引導進行簡單的觀察分類和分組以及進行簡單的比較，並沒有要求能夠提出科學問題，也沒有要求能夠進行控制變數的對比實驗。到了K2(下)和K3學段，學生能夠提出科學問題並就其進行相關的科學探究活動，這些探究活動不只是停留在觀察、分類和分組，而是要求能夠進行控制變數的公平實驗來收集、記錄和處理數據，並能夠知道科學理論將由於新的證據而發生改變。到了K4學段學生要能夠使用模型和理論去解釋自然現象，並對原因提出進一步的假設，知道科學進步總體過程，並理解科學的歷史發展及其應用，讓學生從歷史、社會的角度來理解和應用科學，強調功能性科學本質內容。

美國《新標準》將科學課程教學劃分為四個學習階段：K-2、K3-5、初中和高中。並將科學本質的八個大的方面分別按照這個四個學段學習要求進行了細化，分別提出了每個學段對八個科學本質教學內容的要求。[5]低學段學生要能理解科學的方法、科學問題、科學觀察、自然世界具有規律性等科學基本特徵，例如科學研究始於問題，科學家通過觀察來尋求自然世界規律；科學家尋求因果關係來解釋自然現象；科學知識有助於人們認識世界；科學假定自然現象可以重複發生。而到了高年級的學段，要學生從反思科學的角度理解科學與社會、科學的歷史發展過程以及科學能做什麼不能做什麼等問題，例如科學的決策不僅僅受制於科學本身而且還受文化的影響、科學與技術及社會的關係等。同時還強調科學知識的蘊含著人類的想像、科學理論是如何變化的等。

三、英、美兩國科學本質教學內容特點的比較分析

通過對兩國《新標準》中科學本質教學要求的比較，可以發現英美兩國關於科學本質教學內容所具有的共同特點以及差異性。

(一)科學本質教學內容的「兩面性」

兩國的《新標準》，都強調經典科學本質教學內容(特別是英國)，即科學基本特徵的教學，並在此基礎上突出了一些強調科學的歷史發展以及與社會、文化的聯繫等後現代主義科學本質，突出功能性科學本質內容。兩國各自的《新標準》關於科學本質教學內容的表述呈現出「兩面性」：既有經典實證主義科學本質內容，又有後現代主義科學本質內容，尤其是美國更明顯。

以美國為首的西方科學教育關於科學本質內容「兩面性」的陳述，實際上暗含著「以經典實證主義科學本質為基礎，逐步發展到後現代主義科學本質」，即其「兩面性」陳述實際上表達出其科學本質教學內容的全面性。一方面他們並沒有拋棄科學基本特徵的經典實證主義科學本質內容的教學，另一方面，由於科學技術帶來的負面效應問題在西方大國更加明顯，以及人類社會面對日益複雜非單一的物質世界，需要權衡社會、文化和政治等各方面的影響，因此全面的科學本質觀念在西方更受重視。美國科學教育對科學素養目標已經突破科學知識層面到達科學方法層面，且向著價值觀和科學倫理問題等對科學進行反思層面發展，[6]即後現代主義科學本質觀的教育目標。

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