（课程与教学论专业论文）中学生的科学本质观及其在化学教学中的培养策略.pdf

摘要 科学的本质源于哲学，但帮助学生理解科学的本质已成为国际理科教育的前沿性课 题，并逐渐成为我国理科新课程的重要理念，在课程标准中得以体现。教育者深信对科 学的本质有一定的理解是提高学生科学素养的必然要求，为此，我们有必要在科学教育 的领域中深入探讨科学的本质问题，并从学生的角度出发，探讨适合学生的科学本质观 及其培养问题。 本文首先追述了科学本质问题的哲学根源、在科学教育史上的发展历程和当代的研 究成果，阐述了科学本质教育的意义、内涵和结构特点，即“回答了科学教育领域里提 倡的科学的本质是什么、为什么要对学生进行科学本质教育”的问题。在此基础上，结 合国内外已有的研究成果，构建了我国学生应具备的科学本质观。 其次，为了解我国师生科学本质观的现状，我们参阅国外成功的调查案例，挑选“我 国学生应具备的科学本质观”中的几个问题，分别编制了( 理科) 教师和学生的n o s 调 查问卷，调查结果表明了我国师生这方面的不足，再次证明帮助我国学生形成合适的科 学本质观是可行且必要的。 最后，通过对调查结果的探讨和反思，笔者认为突破学生认识现状的一条重要途径 就是：关注过程，关注知识的真实产生过程和学生建构知识的过程。基于此，提出了两 种有助于培养学生科学本质观的教学设计方式：融合化学史于化学教学中和在探究中运 用反思性讨论。还提出在教学中适当引入哲学问题、运用符合科学本质特征的教学语言 和恰当使用教科书等教学策略也能帮助学生形成合适的科学本质观。 关键词：科学本质观； 现状调查； 化学教学；培养策略 a b s t r a c t t h en a t u r eo fs c i e n c ei sr o o ti np k l o s o p h y ，a n dn d wk 糍s t l l d e n 船t ou n d 舒s t 趾d s c i e n c et l l r o u 曲n a n 】r eo fs c i e n c eh 嬲b e c o m eaf b c a lq u e s t i o nf o rd i s c l l s s i o ni l li n t e m d o n a l s c i e 】a c ee d u c a t i o n a tt h es 卸皿et i m e i th a sb e e ni n d i c a l | e d 证n e ws c i e n c ec 1 】m c u h l m 证o u r c o 啷s c i e n c ee d u a 覆t o r sb e l i e v ct h a ti ti ss i g n j f i c a l i v et ou n d e r s t a i l d i n gn o sf o rs c i 训f i c l 揪：r l c y s o ，i ti sn e c e s s a r yf 醯u st 0d i s c u s sn l i s 也e m ef h “h e r ，缸d 幻q 慨w h a tv i c wa t 棚t n o ss h o l i l d b ee d u c a t e d 趾d h o w t oh e l ps t i l d c n ta c q l l i r em e m i 芏lt h i sp a p e r w er e 、，i e wp h i l o s o 蛳co r i g i no f n o sa n d 恤d e v e l o p m e n to f n o sh s c i e n c ee d u c a t i o n w ba l s oe x p 0 岫dt l l es i 鲥f i c 锄c e ，i l l t e 璐i o n 髓dc h 矧蛾e r i s t i co f e d u c 拍o n f o r n o s h law o r d ，w ea n s w e r 锄a t n o s i s 锄dw h yw es h o u l da d v o c a t e t h i se d u c a t i o n a l t h e m ea tf i r s t t h e nw ec o i l s m l c tt h e “e wo fn o sw 1 1 i c hm i d d l es c h o o i 咖d c n t ss h o l l l d a c q l l i r e a s w ek n o w mw es h o m dr e a l i z e 也ec l l i 渤tc o g n j t i o no fs c i e r l c et e a c h 盯锄ds t i l d e n t si 1 1 o l l rc o u 曲阱s o ，a tt 量l es e c o n ds t c p ，w ed e s i 弘aq u e s t i o n n a i r ea c c d i n gt om a t e i 谢舶m f o r c i 驴m a g a z m ea n do l l ro w ns t u d y o l l ri n v e s t i g a t i o ni i l d i c a t e st h ec l l 仃e n tc o g n i t i o no f t e a c h e r s a i l ds n l d e m s a b o u tn o si sn o to p 血i s t i c ，t h a tm 钮n si ti si n l p o r t a 咀ta i l dn e c e s s a 哆 t os 仃e n g m e ne d u c a t i o no f n o s t h e 证v e s t i g a t i o na l s oi i l s p i r eu sf i n da i la p p r o a c ht oi i l l p m v es t i l d e n 招c u r r e mc o g n i t i o n ， t l l a ti st oa n a c hi m p o n a n c et ot h ep m c e s si ns c i e n c et e a c h i n g ， e m b m c i n gp r o c e s sh o w s c i e n c ek n o w l e 起ep r o d u c ea n dh o ws t u d e n 乜c o n s 廿u c ts c i 锄c el a l o w i e d g e b a s eo na b o v e v i e w ，w ep u tf o n a r dt w od e s 硒m 如o do fc h e i n i s 拄yt e a c h i i l g ：劬s c u l a t 吨l l i s t o r yi n 搬l c l l i n ga n dl l s e dr c f l e c t e dd i s c l l s s i o ni ns c i e n c ei n q u 【时t e a c h 抽g o t l l c rs n - a t e g ya r ea l s o a d v a n c e di f lt 1 1 i sp 印e r ，f o re x a r n p l e ，t e a c h e rc a nm i u c tp m p e r l yp h i l o s o 出c a lq u e s t i o nt o t e a 出n g ，m e ya l s 0c a ni 呻r o v es t u d e n 乜c o 班t i o nb yu 咖ga p p r o p r i 踟t e a c l l i n gl 龃g u a g eo r t e x t b o o k 1 ( e ，7w o r d ：e w sa b o u tn a n 聆o f s c i e n c e ( n o s ) ；c h e m i s 廿yt e a c h i n g ；i n v e s t i g a t i o n i n s m l c d o n a ls 缸a t e g y i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师范 大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：易矗日期： 至! q i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规 定，即；东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：丝晶 日 期：出缉 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名：至i 毡l 日 期： ；皿 电话： 邮编： 洞题提出 ( 一) 帮助学生理解科学的本质是嚣际理科教育的前沿性谋题。 近年来。在科学教育中让学生理解科学本质的要求已经逐激得到了普遍的认可荧 国、英国、加拿大等多个囡家的科学教育标准中都对科学的本质进行了阐述，并对不同 学段的学生提出了具体的要求，这说明科学课程不薅停留在科学知识的传授、科学方法 与技齄的训练上，人们邑经开始芙注更具有普遍价值意义的教育主题，包括科学本质和 科学探究。科学教育界之所以如此关注科学的本质教育问题，主要从以下几方瑶考虑： 1 、理解科学的本质是台格公民应嶷备的素养。科学教育者和很多科学教育组织不 断提倡培养学生的科学豢养。科学素养涉及了一个人对科学概念、原理和理论的理解， 对科学过程的理解，以及对科学与技术、社会复杂芙系的理解。同时，一个具有科学素 养的入也应该对科学的本质( t h en a t u r eo fs c i e n c e ，n 0 s ) 有一定的理解k l o p e r ，1 9 6 9 ： 美圆国家科学教师协会 n s t a 3 ，1 9 8 2 ) 。“1 固际理科课程专家拜比( b y b e e ) 禊定义一个其 褒科学素养豹入应具备的品质时，就强调对科学豹本质要有一定的理解e 他指出，一个 昊有科学素养的人应该“理解当代科学的本质，科学解释的本质，科学可能解决的闷趣 和局眼性：理解技术的举质，技术解决人类润题的本质、可能性和尚限性4 。美嚣国 家科学课程标准中也提出，良好的科学素养缀重要的一方面就是对科学本质驰理解， 知遭科学是认识世界的一种途径，了解科学的萋本特征，挠判断哪些论断是科学，哪磐 不是科学，了解科学如何在社会文化中起作用等赫题。 2 、关注科学本质教育问题是统一科学教育目标的要求 科学教育专家c o l l i n s 曾指出，科学教育一直试图实现三重鞲相矛盾的目标。 方面科学教育想商学生穗示科学韵巨大力量科学总是试图挣脱已有知识的柬缚发 现并创造蒴的知识，形成对世羿新的解释，这个过程让从事科学研究的秘学家们为之兴 套、为之全身心的投入并奋斗终身。为此学校理科课程耍为学生提供一个成为“科学家” 的机会，让他们也经历科学探索的过程，弗希望这种经历能提高学生的思维能力和从事 其他各种探究性活动的能力。另一方强，科学麴机制又要求教育实现一种教条的投成的 教育目标，学生必须接受所谓的明显的、笼可争辩的毫无疑问的科学。“教科书一开始 就提出具体问题的答案，提供用柞解释的一般横式，这些是已被专家们作为规范接受了 的。然后，他们簧求学生震笔和纸或者在实验宣尽量模仿书本引用他们的方法，”逐渐 模糊了科学本质的探索性。m 与此同时，科学教育又为自己确立了第三个目标，期学生 应该了解科学内部运作的图景，了解科学知识的生产过程，形成个人对科学的独特理解。 在这样彼此不一致的教育目标下，学生很可能对蚀们所学习的科学产生混乱的理鳃，对 科学学科产生一种矛盾的或消极的态度，更会缺乏对事物构判断能力，而不能批判性的 评价科学家或科学结论。 为此，科学教育界迫切需要重新审视科学教育的耳标，确定究竟让学生了解一个怎 样的科学，究竟关于科学的哪些观念对于来来公民是必要的劳且是人们在某种水平上能 够达到共识的，即确定学生应该理解豹科学的本质，并将其佧为萃莓学教育的一个一致性 疆标。 此外，教师和学生对科学的认识现状不容乐鼹，雨以往的科学课程和教材往往传达 不恰当的科学观念，这些情况也是科学课程需要重视科学本质教育的缀嚣， ( 二) 培养学生芷确的科学本蕨观是我匿科学教育的特殊要求 科学在中国没有深浮的根基。科学对我们来说是一个舶来品，最初是侵略者的枪炮 将科学带避国门，中国人是抱着“师夷长技以铡夷”的态度和目的开始学习科学，注重 的是科学的结累，两忽略过程和方法，更不关心科学思想和精神：五四运动詹，“赛先 生”在中国如日中天的同时，科学理性与传统入文的冲突也不断上演；民国时期科学一 直在艰难的条件下睦折的发展，并常常被一些社会政治学谎用作其真理性的标识；新中 国成立以后科学在某些时期有较大发展，但常受到政治运动的严重干扰”；改革开放以 看科学得以正率定位，但人们更看藿其经济价值和社会价值。从科学在中国的发展历程 我们可以看到匿人( 大众) 一直没有静下心来，冷静的思考一下什么是科学，科学教育 理应承担起这个责任。 然而，点到现在我冒的科学教育仍然面对着两个尴尬的现实：我国学生缺薏创新性和怀 疑精神；我国公民的科学素养不高。，由于在以往科学教育中忽视了有关科学本质的教育， 中学科学教育中存在着一个不容忽桎的现象，即学生学了若千年科学矗，学到了不少科 学知识，掌握了一些科学技能和科学方法，接受7 丈赣的解题训练，但最终学生头脑中还 是没有“科学”。出予缺乏对科学本质特征的理解和认识，对诸如“科学是什么”、“科 学不是骨么”、“科学能做什么”、“科学不能傲什么”等问题不能给出正确的解答，造 成了学生现代科学索养关键部分的蛱失，以至予对一些迷信、伪科学和反科学现象也无 法识别。“ 教育界大力呼吁改革科学教骞，就因为我们的教育辨没有让学生学4 真正的辩学、 完整的科学，面要达到这个目的，首先要让学生全面的认识科学，认识科学的本质。 我嚣科学教育也意识到这个教育主嚣的囊要作用，并在新一轮课程改革中有所体 现。比如，新颁布的辩学( 7 9 ) 课程标准中明确提出：科学课程是建立在对科学本质 认识的蒸础上，它应引导学生认识科学的本质。”分群的化学、物理、生物课程标准中 也渗透了科学本质教育的要求，如高中化学课程标准中提出：高中化学课程应有利于学 生体验科学探究的过程加深对科学本质的理解。“假是，我们也应该看到关于使学 生理解科学本质的圈标没有受到虚有的重视，显得可有可无。在这种背景下，我们有必 要进一步讨论什么是科学的本质、为什么要对学生进行科学本质教育、中学生应该了解 科学的哪些本质特征、我嗣师生的了勰现状如何以及怎样帮助学生理解科学的本质等阍 题。 2 第一章、科学的本质与科学本质的教育 一、人们对科学本质认识的历史发展过程 ( 一) 哲学、社会学上的讨论 科学的本质源于哲学，要回答科学是什么的问题。现代观点认为科学不仅是知识体 系，而且也应包括动态的知识生产过程。然而，科学是一项复杂的不断发展的事物，正 如贝尔纳所说，对科学本质的讨论不能用一个定义一劳永逸的固定下来。 哲学上对科学本质的讨论0 1 是从科学与非科学的分界问题开始的，在那里科学的本 质指向科学自身的一系列特征，这些特征可以在科学与非科学之间划一条清晰的界限。 关于分界问题的讨论有着论争不断的历史和丰富的内容。从纵向看经历了逻辑经验的可 证实性标准、证伪主义的可证伪性标准、历史主义的相对标准，以及它们之间的折衷的 综合的划界标准。 逻辑实证主义认为科学是实证主义和经验主义的，科学知识来自经验，是经验材料 的归纳，并且可以由经验来检验。依据可证实性原则科学命题都得到经验的证实，那么 科学就是真命题或真理的集合，就是确凿无误的知识体系。依据可证实性原则，从观察 上升到理论只有依靠逐步的归纳，归纳方法是唯一可靠的、有效的方法。而事实上科学 知识确是不断发生变化的，后来这种完全的、绝对的证实标准被一定程度的确认性原则 代替。实证主义对科学本质的认识遭到了多方的挑战，其中最具代表性的就是波普尔的 证伪主义。证伪主义者否认科学的可证实性标准，认为只有可证伪性或可反驳性、可检 验性才是科学区别于非科学的特征。根据可证伪性标准，任何科学理论都是试探性假说， 是人们对问题大胆推测、尝试解释的结果，都有可能错误，必须要接受严格的批判和不 断的检验。批判和检验都是尝试性的反驳，以便不断排除错误、逼近真理。因此，科学 需要批判、需要创新，批判的态度、创新的精神才是科学的精髓。无论是证实性原则还 是证伪性标准都局限于科学证明的前后关系上，都是从静态的、逻辑的视角看待科学， 而历史主义的出现使科学观发生了根本性转变。 历史主义从历史的、发展的视角看待科学，认为科学知识是一种历史产品，科学本 质上是一种人文事业、社会事业，有一个能够维护常规科学体系的规范的存在是区别科 学与非科学的特征。而规范的提出、接受、变更，靠的并非逻辑的论证、也非经验的证 实或证伪，而是科学共同体的“格式塔”转换，科学乃是集团的产物。这种带有一定主 观性、约定性的社会建构观忽视了科学的理性精神，否定了科学进步和科学真理。新历 史主义者( 以夏佩尔为代表) 看到了这种片面性，他们继承了历史主义的发展变化的观 念，同时吸取了逻辑主义的理性精神，认为科学的发展变化具有继承性，有着变化的客 观性和合理性。总之，哲学上对科学本质观的争论是步履维艰的，形成的科学观点却对 科学教育产生了深远的影响。 1 ( 二) 科学的本质问题是科学教育长期以来的主题 纵观科学教育的历史，随着人们对科学本质认识的不断地深入，科学课程的教育重 点也在不断地变化。最初，人们对科学本质的理解停留在有用、正确的科学知识上，学 生对知识的记忆成为重要的教学任务；随着科学的社会地位的不断提升，科学成为真实 世界的主观反映，科学知识被认为是客观的、绝对真实的、充满理性的，人们自然把知 识及其结构看作科学的本质而成为重要的内容进行教学：逻辑实证主义认为科学知识是 通过科学方法获得的，科学的本质体现于科学知识生产过程中所采用的科学方法上，因 此科学的教学中应该让学生掌握这种方法并转化为学生学习科学的能力。二十世纪八十 年代以后，在重新从现代科学哲学的基本观点出发思考科学教育的认识论基础后，科学 教育界开始重视建构主义的科学本质观，认为科学不仅是系统的知识体系，更是一种探 究活动，学生应该在探究中学习科学。 我们可以从几个著名的历史片断中追寻“科学的本质”教育在具体的科学教育实践 中的发展脉络。 早在1 9 世纪末，英国化学家阿姆斯特朗在大力倡导科学教育时就强调要帮助学生 理解科学的本质。不过，对他来说科学的本质主要体现于科学方法“”。与阿姆斯特朗类 似，著名教育家杜威也曾主张：了解科学方法比获得科学知识来得重要。上世纪6 0 年 代的理科教育现代化运动时期，人们把学科结构等同于科学的本质。著名教育家布鲁纳、 施瓦布、鲁滨逊等人都极力倡导教师与学生理解学科的结构，鲁滨逊在“科学的本质与 教学”( t h en a t u r eo fs c i e n c ea n ds c i e n c et e a c h i n g ) 一书中首次向科学教育者提 供了当时的科学哲学观，描述了各种科学学科中科学本质的观点，并建议将科学本质融 入科学教学中。【l ” 另一个科学本质教育的做法体现在科学教学中对科学史的重视。科南特 ( j b c o n a n t ) 1 9 4 6 年在耶鲁进行他的著名演讲( t e r r y1 e c t u r e ) 时，主张所有的学 生应在研究历史的背景下理解科学的特征。卢瑟福等人主编的“哈佛设计物理”( h a r v a r d p r o j e c tp h y s i c s ) 、k 1 0 p f e r 的“中学科学史案例”( h i s t o 珂o fs c i e n c ec a s e ) 以及 施瓦布负责编写的“生物科学课程研究”( b i o l o g i c a ls c i e n c ec u r r i c u l u ms t u d i e s ) 都是试周通过在正式的科学课程中融入科学史帮助学生更深刻地理解科学。“” 尽管如此，上述这些努力并没有正式提及我们现在所谓的科学本质教育的概念。帮 助学生理解科学本质观念的明确提出可追溯到上个世纪初美国“科学与数学教师协会” ( c e n t r a la s s o c i a t i o no fs c i e n c ea n dm a t ht e a c h e r s ) 在1 9 0 7 年发表的报告。“3 1 之后，1 9 6 0 年美国国家教育研究会明确地将我们今天所谓的科学的本质陈述为科学教学 的一个主要目的。它指出：“科学教学有两个主要的目的，一个是科学的知识，另一个 是进取的事业。科学不是一堆孤立的、综合的事实的堆积一个学生应该学习有关科 学知识特征的一些知识，知道知识是如何发展的，以及它们是如何被使用的。” ( h u r d 1 9 6 0 ) 现在我们比较熟知的科学本质教育融合于s t s 教育中，更明确的体现在h p s 教育中。 s t s 教育兴起于上世纪7 0 年代，以科学、技术和社会之间关系为教学中心，把科学视为 4 一种认知方式，关注科学教育中的技术问题。s t s 教育具有跨学科性、社会性和争论性 的特点，当代科学的本质、科学发展对社会的影响、科学技术的作用和局限性等都是它 的教育主题。h p s 是科学史、科学哲学和科学社会学( h i s t o r y ，p h i l o s o p h ya n d s o c i 0 1 0 9 yo fs c i e n c e ) 的英文缩写，这三门学科一起阐释了科学本质问题，h p s 教育 就是把科学史、科学哲学和科学社会学的有关内容纳入科学课程中。很明显，科学课程 中有了h p s 的内容可以使学生更好的把握科学的本质，使学生懂得科学究竟是什么，科 学知识是怎样产生的，科学在社会发展和进步中的作用，科学与科学方法的优点和局限 性等问题。咖 ( 三) 新的历史背景下，理解科学的本质成为科学课程的目标之一 虽然作为指导课程观与教学观的哲学基础的科学的本质问题一直伴随着科学教育， 是科学教育中重要的隐性的教育主题，但将科学的本质作为一项明确的课程内容写进课 程标准中还只是近几年的改革。 科学本质问题在经过了几十年的或隐性或明确的提倡后，引起了科学教育界的重 视。如今，将科学的本质作为学校科学课程的重要内容已经广泛地被一些教育组织，如 英国科学教育协会( 1 9 8 3 ) 、美国科学促进会( 1 9 9 3 ) 以及国家研究理事会( 1 9 9 6 ) 所 接受。“”同时，科学的本质作为一项明确的课程内容已经写入多个国家的课程文件中。 如美国1 9 9 6 年颁布的科学素养的基准中对不同学段的学生对科学本质应达到的认 识程度提出了具体的目标要求。“”这种从“隐性”走向“显性”的变化无疑将促使各国 教育界对科学本质问题进行更深入的研究和探讨，同时这种变化更具体的体现在：科学 的本质问题不再只是哲学家、教育专家必须探讨的问题，它更是科学教师必须学习、探 讨，并且必须在教学中涉及的教学内容，也是中学生在科学课堂上必须思考、讨论和领 会的学习内容。本论文以下提到的“科学的本质教育”正是在这种背景下提出的，它所 指向的重点不是为科学课程和教学确立更合理的哲学观，而是在此基础上，从学生的角 度出发，探讨适合学生的科学本质观及其培养问题。 二、人们对科学本质认识的特点 ( 一) 对科学本质认识的层次性 科学学界对科学本质的认识一直处在不断变化和发展中，论争较多，但大体包括了 科学的知识本质观、科学的探究本质观、知识与探究辩证统一的建构本质观。科学学界 对科学本质的认识处在很高的层次上，这种争论不断的局面恰恰说明了科学本质的复杂 性。尽管如此，目前在科学教育界还是对科学的本质在较低层次上形成了一些共识，n 7 3 这些共识在众多教育文件中得以体现。科学本质的复杂性决定了人们在不同目的的驱使 下对科学本质的反映、建构起来的观念具有层次性。科学哲学家、科学家、科学教育者、 不同学段的学生对科学本质的认识处在不同的层次上。对学习科学的中学生而言，所能 建构起来的科学本质观是一种低层次的个人性的观念。而他们应该建立以及能够建立什 么样的科学本质观，则与教师的科学本质观、教育界认同的科学本质观，以及科学学界 所争论的科学本质观密切相关。尤其是教师对科学本质的理解直接影响学生能够达到的 认识程度。 ( 二) 对科学本质认识的结构性 正如前面“哲学上的讨论”所述，因为科学本身在不断的发展，人们对科学本质的认 识也不断发展，至今并无定论，但我们仍可以从人类认识科学的过程透析科学的内涵。1 英文中的“科学”( s c i e n c e ) 一词原意是指“知识”、“学问”； 1 9 7 8 年我国出版的现代汉语词典把科学定义为“人们反映自然、社会、思维 等的客观规律的分科的知识体系”； 1 9 8 2 年出版的简明社会科学辞典也指出：“科学是关于自然、社会和思维的知 识体系，是社会实践经验的总结，并在社会实践中得到验证和发展”； 美国科学学家小李克特认为，科学是“一种社会地组织起来探求自然规律的活动”； 美国学者威廉和玛丽指出，“科学的本质就是模式建构的过程，是建构能够解释未知 世界本质的心理影像的过程：思考、解决问题和形成概念是科学的全过程“”。 我国学者赵学漱等人认为，科学是一种不断前进和自我矫正的探究过程“”； 费士齐在列举了数十位科学家对于科学的见解后提出，科学是一个包含知识、方法 和态度三向度的活动；。3 我国学者梁英豪也认为，科学是系统化的知识体系，但更是一种方法论体系，包含着 独特的科学方法与科学精神。因此，科学知识、科学方法和科学态度是构成科学的三个 不可分割的组成部分。 2 l 】 从这些定义我们可以看到，人们对科学的认识从静态的角度，认为科学是系统化、 逻辑化的实证知识，逐渐转变为动态的角度，将科学看作是人类获取知识、探索自然的 认识活动，是创造知识的过程。 为此，科学既是一种过程，同时也是一种结果。一方面，科学作为一种认知活动，是 人们积极探索周围世界、获取知识、探求规律的过程，它包括探索、解释和检验三个基 础性要素a 另一方面，科学也是人们探索和认识自然世界的活动结果，它不仅表现为系统 化的知识体系，而且还包含有独特的科学方法和科学精神。 所以，科学知识与能力、科学过程与方法、科学态度与精神是科学的三大基本要素。 同样，科学本质是由多种成分构成的，包括作为结果的科学知识的特征、科学的过程与 方法的特征，以及作为一项社会事业的科学的特征。 美国科学促进会在其所制定的“2 0 6 1 计划面向所有美国人的科学”中，从“科 学的世界观、科学探究和科学事业”3 个方面对科学的本质进行了阐释，m 1 涵盖了科学 本质的3 个基本成分，随后出版的“科学素养的基准”中将其落实到不同学段的中学生 应达到的标准。3 1 美国“国家科学课程标准”5 8 学段中主要从科学探索的角度揭示科 学本质的特征。”；我国科学( 卜9 年级) 课程标准中“对科学本质认识”的说明基本上 在这3 种成分包含的范围之内。哺3 同样，个人的科学本质观也包含类似的3 种成分，是一个结构化的观念系统。这个 以下定义均转引自陈琴，庞丽娟科学的本质与科学教育，北京大学教育评论，2 0 0 5 ( 4 ) 6 观念系统由人们对科学知识、科学探究过程、科学事业3 方面特征的理解构成，不同的 理解构成了不同的科学本质观。这些为学生科学本质观的目标定位提供了参考。 三、科学教育中科学本质教育的基本内涵 在科学教育中，科学的本质是典型的涉及科学社会学和科学认识论方面的概念，是 指如何理解作为一种认知途径的科学，以及内隐于科学知识发展过程中的价值观和信 念。嘲 笼统的说，科学课程中的科学本质教育就是在学生学习具体的科学知识过程中培养 他们对科学的理解力，具体包括理解科学知识的性质、科学探究的过程以及科学事业的 特征三个主要方面，从而形成合适的科学本质观。” 需要强调的是，理解科学知识的性质不同于教会知识本身，即科学知识是什么的结 果。它更关注知识产生的过程，了解科学家是如何建构与使用知识的，了解为什么这些 知识和观念有价值，为什么这些观念能被确信是正确的等。 理解科学的过程也不同于简单的让学生经历科学探究的过程或教会方法技能本身。 科学的过程是关于提出问题、收集数据、做出解释、得出结论的活动，例如观察活动、 实验活动、推理活动、评价交流活动。而对科学过程的理解则是涉及隐含于过程中的认 识论问题，是对科学活动过程理性思考的结果。例如了解科学家( 或学生自己) 是如何 决定哪个问题值得研究，如何决定是否相信已有研究的结果，知道观察是受我们感官限 制的，我们已有的知识影响观察的基础等等。 理解科学事业是从整体上宏观地理解科学，了解科学事业的基本运作情况，了解科 学家进行工作的标准与约束力，知道科学与社会、文化是相互影响的。对这些事情的理 解构成了个人对科学的本质的认识情况，这些认识内化为学生自己的价值观和信念，就 形成了学生的科学本质观。表1 列举了三个方面的几个具体观念“1 。 表1 ：科学本质教育的三个主要方面 科学本质 教育的三个 主要特征举具体观点描述举例 方面例 科学知识原则上是会发生变化的，但当 对科学知稳定性与变今很多科学知识已经经过了大量的实验和 识性质的理化性观察的证实，在未来长时间内不可能发生重 解 大变化； 对科学探多样性与统在科学的各个领域，对研究哪些内容和 究过程的理一性怎样研究有着不同的传统。但是大家对证 解据、逻辑和科学理论的意义却具有共同的信 念。 对科学事科学事 科学研究中有普遍接受的道德规范，保 业的理解业的道德约持记录准确性、公开性、可重复验证性是多 束性 数科学家恪守的职业道德： 7 第二章、构建中学生应该具备的科学本质观 一、学生形成正确的科学本质观的意义与价值 h u g hg g a u c h 总结了在科学教育中引入科学本质的六大益处，其中包括改进综合 理解能力、增强适应能力、提高兴趣、更为现实、加强研究能力，以及成为更优秀的教 师。汹1 这里我们从学生的角度，着重论述在科学课程中培养学生的科学本质观，对提高 学生素养方面的意义与价值。 在以往科学教育中忽视了有关科学本质的教育，中学科学教育中存在着一个不容 忽视的现象，即学生学了若干年科学后，学到了不少科学知识，掌握了一些科学技能和 科学方法，接受了大量的解题训练，但最终学生头脑中还是没有“科学”。甚至出现对科 学的盲目崇拜或信仰，“当某种说法或某些人宣称自己是科学时，学生便笃信不疑，他 们对贴上科学标签的东西自动放弃自己的辨识力，不再使用自己的头脑进行思考。川捌 科学课程( 包括分科的理、化、生课程) 以提高未来公民的科学素养为根本宗旨，而要 实现这个目标就不可忽略科学本质教育。 理解科学的本质不仅是科学素养目标的基本成分，更为全面实现科学素养目标提供 支持和保证。 ( 一) 理解科学的本质有助于学生更深刻的理解和运用科学知识 培养学生的科学本质观不是向学生灌输某种观念，或让学生站在某个哲学立场上，它 的一个重要目的就是帮助学生理解科学知识本身，了解知识的产生过程、历史背景、存在 的价值、能解决的问题以及人们确信它的原因。例如，科学知识是经过实践检验过的科 学真理，它的可验证性与真理性决定了它对自然现象具有解释与预见功能。了解了这些学 生就会理解诸如元素周期律对化学科学的重要意义，明白学习元素周期律的目的不是记住 理论本身，而是运用这样的理论解释更多的化学现象。同时学生也就不会满足课本上列举 的几个事实性证据，而会有意识地对更多的化学现象加以解释，无论这种尝试是成功还是 失败，都能促使学生重新反思理论本身，认清理论的成立条件和适用范围。 然而，尽管科学知识包含绝对真理的成分，但它们并不是绝对正确和永恒不变的僵 化信条，也需要补充、修正和发展。我们现在学习的知识是人们迄今为止认为“最好的”， 是经过了历史检验的，但它们仍要接受未来的考验。为此，只讲现成的结论是不够的， 必须把知识作为历史的产物来考察。对于许多抽象的科学概念和科学理论来说，如果能 让学生了解它孕育、产生和发展的过程，将会帮助他们克服理解上的困难。比如，初中 生总是混淆元素、原子和分子的概念，高中生也分不清元素、核素和同位素，其实这些 也是科学史上科学家们经历过的困惑，如果向初中生介绍一下元素概念的产生背景，向 高中生介绍一下由基本粒子到元素到同位素再到核素的元素概念的演变过程，学生的困 惑很可能就会迎刃而解。 r ( 二) 理解科学的本质有助于学生更恰当地学习和运用科学方法 科学史家斯蒂芬梅森曾说过：“比起任何特殊的科学理论来，对人类影响最大的 恐怕还是科学的方法论。”。”理解科学的方法是科学本质教育的重要方面，学生只有了 解了科学方法在科学研究中的意义、作用、运用规则等观念以后，才能正确运用它们， 并会不失时机地抓住运用方法的时机，突破科学探究中的难点。以观察和实验为例，科 学崇尚事实、重视证据，而观察和实验是获得证据的途径，也是检验假说或修正理论的 途径，科学的客观性、可重复性决定了科学的观察( 实验也是一种观察) 是一种客观的、 理论指导下的活动。为此，我们应该让学生知道观察是科学家的核心活动，他们通过 观察获取证据或提出新的问题，尽管个人的主观愿望会影响观察的结果，但科学尽力避 免偏见，保持观察的客观性，其中常用的方法就是重复观察或让不同的科学家( 学生) 研究同一个问题；科学实验是在一定观念的指导下，针对具体问题进行的，是对观念的 检验，有时为在实验中获得有用的数据，需要对实验的某些条件进行控制；同时，一个 实验的结果不能有效地证明一个科学论断。嘲学生了解了这些才可能认识到观察不能随 意、实验不是照方抓药，才不会单纯的认为化学实验就是为了看到某个现象或生成某种 物质所采用的方法，才能自觉地进行科学的观察和实验并根据结果提出问题，才可能有 意识地运用科学的方法收集证据支持自己的观点或做出判断。 ( 三) 理解科学的本质有助于学生形成科学精神 科学精神是内隐于科学过程之中的内驱力和灵魂，是推动科学进步的价值观和心理 取向。科学精神的形成是在科学真理探索过程中，在对科学本质的认识不断深化的过程 中孕育起来的。科学的本质是揭示未知世界的规律，技术的本质在于发明改造世界的新 手段，他们共同的特点是通过新发现、达到新认识、创造新事物，可见创新是科学的活 力所在；创新的前提是不断质疑，一个科学家工作的一个重要方面就是不断的反复的提 出问题、寻求答案、进行验证、提出新问题的过程，是一个怀疑、批判、探索的过程； 科学对世界合乎自然规律的、可理解的解释使人们坚信世界是可知的，科学是可信赖的； 科学所以能做到这一点，在于科学者能尊重事实、尊重规律，耐心于大量、繁杂的事实 中反复思考，并能严格进行逻辑推理，总结规律，能坚持反复运用实验检验理论，把观 察或实验所获得的事实概念化、原理化，将它上升到理论层次，又能回到实践中检验结 论或猜想。”这些就是科学精神的核心创新精神、怀疑精神、理性精神和实证精神。 如果学生认识到科学理论的预测和解释功能，而不是错误的认为理论是自然界存在 的，不可改变的客观真理，就可能激发他们的怀疑精神，勇于批判和创新。科学本质教 育有助于培养学生的科学精神，因为让学生认识科学的本质就是要认识科学的基本特 征，包括认识科学知识的本质、思考知识的探索过程、了解科学事业的特点、认识科学 的历史发展，而这些也正是孕育科学精神的土壤。 ( 四) 理解科学的本质有助于提高学生的社会决策能力 科学提供了一种关于世界的理性观点。为此，一般来说学习科学的意义在于成为一 个更好的思考者和问题解决者。而了解了科学知识的特征( 如客观性、实证性、解释性、 暂定性) 以及它的形成方式，人们就可能在科学知识并不充足的情况下，仍能够识别伪 o 科学的论断，能够区分“好科学”与“坏科学”。比如，在我国公众科学素养调查问卷 中有这样一个题目：“假设一种治疗高血压的药被怀疑疗效不好，您认为科学家会采用 如下所列三种方法中的哪一种进行研究。1 征求患者的看法；2 有医学的知识来断言此 法有效；3 将病人分成两组，一组服药，一组不服药，然后进行比较”，一个坚信科学 不迷信权威、科学的论断需要客观的证据来支持的公民，将会做出明智的选择。 当学生了解了科学家是如何工作的，了解科学家是如何得出科学的结论以及这些结 论的局限性时，他们就可能更谨慎的对待科学的结论，而不是随意的丢弃或毫无批判的 全盘接受。啪1 当他们走入社会，遇到与科学相关的社会问题时，也能独立的决定类似“是 否应该接受专家的建议，是否应该支持这项科学计划”这样的问题。同时学生在理解科 学的过程中形成的思维习惯( 尊重事实、合乎逻辑、严谨批判等) 能帮助他们明智的处 理社会、生活中遇到的一些不确定性的、往往需要证据、逻辑论证的问题，成为一个睿 智、果断的决策者。 ( 五) 理解科学的本质有利于学生转变被动的学习方式 已有研究显示学生对科学本质的理解、所持有的观念，与他们在学习科学时所选择 的学习方式之间有着密切的关系。学生对知识的形成过程和合理化过程所持有的认识观 念是他们认知模式形成中的一个重要因素。 具体来说，学生对科学本质的理解将影响他们的学习态度、选择的学习策略和方法， 以及评价个人学习情况的标准。比如，正确认识到理论与证据的关系会使学生的推理更 科学；理解了科学知识是如何随着时代发展而变化和发展的。学生就可能认识到他们自 己的科学观念是如何发展的。如果学生简单地认为知识或是对的或是错的( 二元论的观 念) ，那么只要能记住知识内容就认为已经达到了学习目标，就会采取死记硬背的学习 策略；反之，如果学生能持有更为相对的认识论观点，认为知识是复杂的、是相对正确 的理论框架，那么只有在能把学习的知识应用于新的情景中时他们才能满意自己的学 习，也会在学习过程中主动把新知识纳入原有的认知结构中，采取更有意义的学习策略。 同时，这种影响还在于人们对科学本质的认识是建立在科学家的探索过程的基础 上，科学家在学生心目中的威信也会促使学生模仿科学家的做法，采取更积极的学习方 式。比如，让学生知道，“科学工作是一种公共的、竞争性的活动。尽管个人可以做出 重大贡献，科学工作还是经常由群体实施，经常具有一种跨学科、跨国家的性质。新知 识通常要由科学共同体承认、接受，并必须经得起他人的质疑与批评的考验之后才能成 为科学的知识”。o ”可见合作与交流是科学家探索知识过程中经常采用的，认识到这一 点，学生也会在自己的探究学习中主动与同学合作、互相交流学习成果。再如，科学家 总是努力把一些孤立的信息综合起来并从中获得复杂而合理的推断，如果学生能看到这 一点，也将会鼓舞他们采取同样的做法。 二、国际科学教育界对适合学生的科学本质观问题的讨论 当我们提到对学生进行科学本质教育时，很多对科学的本质有所研究的人会提出这 l o 样的问题：既然把科学的本质作为研究对象的科学哲学、科学社会学等领域都不能对科 学的本质达成一致的看法，存在着众多的流派，科学教育者又应该教给学生一些什么样 的观念呢? 的确，科学教育界对科学本质教育的具体内容问题有着很多的探讨，这里只 简单阐述其中几个基本问题。 ( 一) 适合学生的科学本质观应该寻求对科学本质的一致性认识 1 分歧与一致性并存 哲学上对科学本质的认识往往在较深入的讨论中存在众多分歧，如，是否存在一个 不可改变的自然规律支配各种自然现象：科学理论是被发明的还是被发现的；客观性、 逻辑性、想象与创造在科学知识的形成中占据什么样的位置，但在低层次上总能达到 某种程度的共识。科学作为一种客观存在的事物或过程，对其特征客观的中立的描述是 人们能够普遍接受的，如科学的目的是认识世界；收集、整理、分析、解释数据是科学 研究中经常要进行的工作；科学研究需要合作。还有一些有关科学本质的观点，尽管曾 经是争论的焦点，但如今却已经形成共识，比如，如今人们确信观察是理论负载的，不 再去寻求一个统一的做科学的方法，认识到科学崇尚理性的同时也尊重事实。 a b d e l k h a l i c k ( 1 9 9 8 ) 等人认为科学哲学家、科学社会学家、科学历史学家、科 学教育者们对科学本质理解上的分歧是一种高层次上的争论，与k - 1 2 学生的教育不相 关。k 一1 2 学生不会也不应该理解史、哲专家们的观点，那些讨论对于学生来说过于抽象， 也与他们的日常生活相去甚远。我们应该在一个普遍接受的、并与学生日常生活相关的 水平上帮助学生理解科学。这个普遍意义上的水平应是联结“学生或公民对科学知识的 理解”与“依据科学论断作决策”的桥梁，也是不同领域的专家不存在分歧的水平。啪1 2 对一致性的解释 然而这种理想中的一致性是否真的存在是一直被怀疑的。a 1 t e r 等人( 1 9 9 7 ) 认为 科学哲学家是科学本质问题上的权威，为此，他们调查了2 1 0 名科学哲学家对教育文献 中已存在的有关科学本质观念的立场。从有效的1 8 7 份回收卷的分析中，研究者得出结 论：在科学教育界已存在的科学本质的观念中，科学哲学家并没有达成一个统一的立场。 ”1 这个研究及结果受到了多方面的质疑，其中l e d e 珊a n 等人对结论提出质疑的理由就 是：许多教育文件中，如全体美国人的科学( 1 9 8 9 ) 、科学素养的基准( 1 9 9 6 ) 等都展 示了对科学本质认识的一致性的观点，而这些文件中的观点是经过科学家、科学教育者、 科学教师和其他有关人员的深入讨论后达成的一致看法。如何解释这两个相互矛盾的 事实呢? 一个答案就是，国家科学课程中出现的有关科学本质教育内容的部分或全部观点， 在哲学界仍是有争议的；文件中达成的这种一致性代表了一种片面的、简单化的认识。 毕竟，科学教育通常依赖于对科学内容作通俗化、简约化的考虑