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科学教育中体现科学本质之探讨浙江师范大学数理与信息学院 余霞莹，朱铁成摘要 科学本质可以从“科学是探究”“科学有自身的价值观体系”“科学是建构性的知识”三个主要方面进行诠释。科学教育要根据学生的特点，利用探究教学、融合科学史、渗透STS等多样化的途径，让学生领悟科学的本质。有效的科学本质教育，教师要树立现代科学本质观，要把科学本质的认识活动自然融合于科学课程学习之中，在引导学生领悟科学本质要注意渐进性。关键词科学本质；科学教育；科学探究；科学价值观；科学知识科学本质是当代科学教育的重要内容，近年来各国科学教育都非常关注科学本质教育问题。美国国家科学教育课程标准(National Science Education Standard)阐明了领悟科学本质的教育任务。我国义务教育科学课程标准（79年级）也明确指出，科学课程要引导学生初步认识科学本质。（2）因此，让学生领悟科学本质是科学教育的一项重要任务。本文试图对科学本质内涵进行本土化的诠释，并探讨科学课程中突出科学本质的教育的有效途径。一、科学本质的内涵1科学本质的本土化阐释明确科学本质的内涵，是有效进行科学本质教育的理论基础。何为科学本质？国外有许多研究。比较有权威性的当属美国科学促进会(AAAS)对科学本质的论述，它将科学本质从“科学知识”“科学探究”“科学事业”三个方面进行阐述：科学知识的本质世界是可认识的、科学知识是可变的、科学并不能解决所有问题；科学探究的本质科学讲究证据、科学是逻辑和想象的结合体、科学具有解释和预测的功能、科学试图确定和避免偏见、科学反对权威；科学事业的本质科学是一种复杂的社会活动、科学分成专门领域并在不同情况下进行研究、科学必须考虑伦理的原则、科学家既作为专家又作为公民参与公众事务。笔者以为，关于对科学本质看法可以不同，但关键是对国外的有关科学本质的理论进行本土化的实践性诠释，以切合我国科学教育的实际并对科学教育有实际的作用，这才是研究科学本质目的之所在。为此，要结合我国科学教育实际对科学本身所固有的特性进行深层次的思考，从以下三个主要方面来认识科学的本质：科学本质上是一种探究：科学是一种探究，是人人（每个学生）都可以做探究活动；科学探究需要质疑、观察、提出问题、假设、实验、推理、评价、交流等活动；通过探究发现已有科学知识的局限和谬误，拓展新知识。科学有一套价值观：科学研究社会性目的是通过科学转化为技术促进社会发展从而造福人类；科学不当的应用可能会对人类产生不良甚至灾难性的后果；科学研究需要科学怀疑、科学求真、科学求实、科学创新等态度和精神。科学是知识体系：科学知识是人们对自然界的意义建构，是在一定范围和条件下合乎逻辑的对自然事物的阐释；科学知识需要观察或实验证据的论证；科学不是绝对真理，可能有偏见或谬误，随着时代发展，它会不断地发展。2科学本质教育与科学教育从上述对科学本质的阐述，可以看出，科学本质教育的内容与科学课程目标的内容是吻合的。科学本质主要体现在“科学的知识”“科学探究”“科学价值观”的本质上；而科学教育的目标是通过科学课程的“知识与技能”“过程与方法”“情感态度与价值观”等方面的学习，提高学生的科学素养，促进学生的发展。因此，可以说科学教育的本质也是在教师引导下学生在科学课程学习的过程中获得科学本质的理解过程，它包括对科学知识及其性质的理解，也包括对科学探究过程和方法的学习与运用，还包括科学态度、情感、价值观的形成与发展。二、科学教育中体现科学本质基本途径在科学教育中，要针对中小学生的特点，根据科学本质内涵，利用探究教学、融合科学史、渗透STS等多样化的途径，循序渐进地开展让学生领悟“科学的知识”“科学探究”“科学价值观”本质的学习活动。1探究教学：领悟与掌握科学探究 科学本质是一种探究活动，体现科学本质的教育要让学生领悟和掌握科学探究的过程、方法及性质。而利用模拟科学探究的教学，无疑对突出科学本质教育是有独特的作用的。教师要注意将科学探究本质的教育贯穿在探究教学的过程中。（1）树立“人人都能做探究”教学理念教师要让学生领悟科学探究是科学课程学习的重要内容，也是科学课程学习重要的方法。要有效地让学生参与到科学探究中来，就要破除“科学探究仅仅是科学家做的事”的陈旧观念，要树立起“科学是每个学生都可以从事的探究活动”的新理念。因此，教师在探究教学中，要让学生观察现象和提出问题、对问题解决提出猜想和形成假设、制定研究的计划并进行实验设计、进行实验和收集信息和处理信息、对问题解决的数据和结果进行科学解释和评价、表达和交流等活动。教师要适时指出学生的这些观察、提出问题、猜想假设、设计、实验、信息收集与处理、推理、评价、交流活动，即使是它们中的某个初步活动，也正是一种科学探究活动。让学生体会到科学探究并不是高不可攀的，而是他们能够独立进行的一种活动，以激发他们积极主动地参与到科学课程的探究学习中来。（2）掌握科学探究的方法与过程要让学生掌握科学探究的方法与过程。一般来说，科学探究有质疑、观察、提出问题、假设、计划、设计、实验、推理、评价、交流等要素。教师要根据学生的实际和教学的实际，让学生循序渐进地经历部分或全部科学探究的要素，并要求学生理解这些要素的意义、方法、过程。教师要创设探究教学的问题情境，不但要让学生通过观察并发现问题和提出问题，并且要让学生理解科学质疑是科学探究的基本态度，并领悟提出问题对科学发展的意义；教师不但要引导学生对问题的解决提出猜想和形成假设，而且要让学生了解科学猜想假设与毫无根据的假想的区别，及科学假设对科学探究的作用；教师要引导学生制定对问题的探究计划和实验设计，理解制定计划和设计对提高科学探究质量和确保探究任务的完成的意义；教师不但要让学生通过亲身观察和实验，培养他们的观察实验能力，而且要让学生认识观察与实验在科学研究中的重要性，明确科学并不是虚无的想象，而是需要观察与实验的实证的支持； 教师不但要培养学生收集信息和处理信息的能力，而且要让学生理解收集、处理信息的技术对科学探究的意义；教师要引导学生通过推理得出科学解释和评价的能力，了解科学理论的产生过程，并理解科学解释需要实验或实践的检验；教师要引导学生在探究中的表达和交流活动，领悟到不同的观点的表达与交流是形成科学知识的必要环节，认识表达和交流对科学发展的意义。总之，在科学探究教学中要根据实际，让学生经历科学探究的过程，掌握科学探究的方法，理解科学探究方法与过程的本质。（3）在“创新知识”中领悟科学知识本质学生的“创新知识”一般是指通过他们相对独立的探究，获得自己先前未知的知识。在探究教学中，要有意识地渗透一些利用“探究发现已有知识的局限和谬误并拓展新知识”的活动。例如在探究环境污染对生物的影响的教学中，通过探究环境污染对生物的影响的活动，让学生辨明了有关环境对生物影响的不正确知识的同时，获得关于酸雨、环境污染等对生物影响的正确知识。教师要恰到好处地指出，科学知识就是通过大家的探究活动才得以创新和发展的。通过“创新知识”方式来进行“探究环境污染对生物的影响”的教学，也让学生学习并掌握探究一般过程与方法，形成环保意识，增加关心、爱护生物圈的情感。这种“创新知识”的学习方式有利于学生领悟科学知识“建构性”“相对真理性”“发展性”的本质。2融合科学史：领悟科学发展本质在科学教育中提供一些重要的科学事实、概念、原理、方法以及技术发明的历史背景、现实来源和应用，或者说通过科学史上一些重大发现、发明过程的介绍和一些简单而著名案例的进行教学。这些内容有助于促进学生对科学、技术与社会相互关系的理解；能使学生感受到科学是一个开放的、不断发展的系统，科学是一个永远不会完结的过程；能激发学生对科学的兴趣，培养他们的探索精神和科学态度等。已有研究显示，“学习一些科学史可以使学生们更好地了解科学的本质以及科学本身”。在科学教育中融合科学史的基本方式有：将科学史作为引入新知识的背景材料、作为相关资料、作为扩展性阅读材料、作为例题与习题、作为科技活动素材等。（39）（1）以科学史为教学背景材料在科学教育中，科学研究问题的提出、解决与发展，科学概念的提出与发展，重大科学事实的发现，重要科学规律、原理、方法的建立、应用与发展，科学理论体系的建立，新的科学分支学科的诞生等内容，都可以以科学史为背景材料，让学生体会科学的本质。如在“遗传物质DNA”的教学中，教师可利用DNA双螺旋结构发现的历史过程作为背景材料，让学生学习有关“遗传物质DNA”知识，并介绍沃森、克里克以及其他做出相应贡献的科学家，让学生感受到科学知识依赖于观察、实验以及理性的辩论和质疑，并领悟科学探究不是一蹴而就的，而是要经历不同观点的交锋等历程。同样，在海陆变迁的教学中，可以利用“大陆地壳是如何演变”不同学说的背景材料，来探讨原始的大陆地壳是如何演变成现在的七大洲和四大洋的过程，使学生参与到海陆变迁的过程的探究中来。同时通过图片和文字介绍魏格纳的生平及提出的“大陆飘移”假说等，让学生在体会到科学假说和证据在建构科学知识的重要性。（2）注重科学理论发展史实的教学科学史上不乏有争议的问题，也充满科学概念和理论从不完善到逐步完善的历程。教师应当让学生以类似于科学探究的方式学习这些内容，以获得科学知识、探究及价值观的本质。例如，从魏格纳的大陆漂移学说到板块学说；由斯塔尔、普里斯特列的燃素说、到罗蒙诺索夫根据实验得出“反应前全部反应物的质量等于反应后产物的质量”的结论、最终由拉瓦锡的实验进行验证并提出质量受衡定律的观点；从托勒密神圣不可侵犯的地心说、到哥白尼提出的日心说、到布鲁诺捍卫日心说并为此献出了宝贵的生命，等等，无一不充满对科学理论阐释的客观性、合理性、谬误、片面、局限等的分析、判断、评价的探究活动。通过学生设身处地地体验科学概念和理论的发展历程，体会科学理论的多元性、建构性、相对性、发展性等本质。（3）科学史扩展性的学习科学史有许多引人入胜的史实材料，对培养学生的科学情感态度与科学价值观从而理解科学本质有独特的作用。教学中可以根据具体情况，把科学史、科学哲学的书籍、杂志，或者是观看相关的电影、实况录像片段等作为扩展性阅读材料供学生选择性学习。如阅读生命科学史，了解人类一般文明，如古希腊的自然哲学家和科学家、中世纪的学术贡献和宗教、文艺复兴时期的科学革命，以及显微镜的发现、物理学和化学革命；观看电影美丽心灵、居里夫人自传等；讲述了获诺贝尔奖的数学博士约翰纳什、居里夫人等的毕生经历；观看爱因斯坦、戈达德与他的火箭、阿波罗登月等视频。通过这些选择性的学习，让学生更加深刻理解不同学科之间的联系，科学家研究科学现象的不同态度、为科学事业奉献终身的精神，以及科学与社会的相互影响等问题。3 渗透STS：培养科学价值观科学教育体现科学本质的有效方式之一是在科学中渗透STS的内容。让学生通过科学、技术和社会相互关系的研讨来达到科学教育理解科学本质和提高科学素养的目的。当代社会无不呈现科学的社会化和社会的科学化的特点，教师应当“使学生认识科学、技术与社会有着密切的联系，科学是一项人人都应当关注的社会事业”。（4）（1）STS专题学习要在科学教育中进行一些STS专题学习，以让学生树立正确的科学、技术意识与社会责任意识。STS专题的素材可以在生态失衡、环境污染、温室效应、新型病毒、电脑犯罪、核子战争、克隆恐慌等一系列伴随科学和技术发展而带来的问题中进行挖掘。通过STS专题学习活动，一方面让学生体会到科学技术与社会生活的息息相关的，意识到科学的双刃剑性质，它在使社会受益的同时也会给社会带来了负面的影响。另一方面让学生扩展现代科技知识，培养正确处理科学技术与社会和谐发展的基本意识。（2）课堂渗透STS要在科学教材知识学习中渗透科学、技术以及对社会的影响的内容。如“乐器与噪音”一节中，教材从环境保护这一社会课题出发(社会)，从物理知识来讨论噪音的来源(科学)及噪声控制的办法(技术)；在涉及“摩擦”和“惯性”的有关知识时(科学)，联系到交通事故的发生(社会)，合理使用安全带(技术)，让学生了解交通事故发生的成因并学会避免交通事故等。在进行阅读材料“电冰箱的原理”的指导时，结合说明书中的示意图，介绍电冰箱的工作原理(科学)，同时也介绍了制冷剂氟利昂对臭氧层的破坏作用(社会)，并引入能解决该问题的无氟冰箱的内容。这种融合STS的科学知识的学习，能让学生在学习科学知识的同时，体会科学技术的应用带来的新问题，培养起科学技术应用的整体决策能力。（3）课外STS活动要开展课外渗透STS的科技活动，以培养学生应用科学知识的能力、科学态度情感与价值观。开展利用简易或废旧材料“小实验”“小制作”“小教具”“小发明”活动，如做“小孔成像”、“自制简易望远镜”等小实验；制作“小孔成像仪”、“透镜点火仪”、“日暑仪”等小教具。这些活动一方面可以激发学生学习科学兴趣，另一方面可以利用废旧材料的意识,激发学生提出新想法、新观点的勇气和欲望，培养学生创新的能力。也可以开展一些诸如“校园环境与公路环境对植物的影响”“校园周边垃圾处理的现状”等实践活动，以培养学生综合运用知识解决实际问题的能力，提高他们的STS意识和环境素养。也可以开展如“达尔文的进化论与智能创造论”等科学、非科学和伪科学问题的讨论或辩论活动，培养学生科学质疑和交流合作的能力，提高学生求实和求真的科学品质。三、进行科学本质教育的几个问题之思考1端正教师科学观是有效科学本质教育之必要前提有研究(Brickhouse, 1990)表明，科学教师对科学本质所抱持的信念，深深影响其在课堂上的施教，教师甚至会将既定的课程加以调整，以符合其科学本质的信念。如果教师认为科学本质上是一套客观的陈述，是客观的真理，其教学行为就会使学生形成传统的科学本质观，其教学也往往注重知识的传承，缺乏知识的产生过程，学生学习科学容易导致死记硬背，把科学知识当作绝对真理，不能理解科学知识的建构性和差异性。因此，作为科学教育的组织者、引导者，教师首先应当对传统科学本质观进行深刻的反思，树立起现代的科学本质观。这是科学教师专业素养的重要组成部分，也是实施有效科学本质教育的必要前提。科学教师有了自己认同的科学本质观，就会把这种科学本质的认识转化为自己的教学信念追求，最终物化为科学教育实践的行动，从而使学生形成现代的科学本质的认识。2科学本质的认识活动应寓于科学课程学习之中对如何开展科学本质教育的问题，有一些不同的探讨。有的认为可以开设专门的科学本质的课程或讲座，有的认为应当科学本质的教育应当自然融入科学课程学习之中，也有认为二者可以结合起来。有研究（Serianz，1999)建议，教师要考虑到科学本质与儿童学习本质之间的和谐一致性，才能将科学知识转换为学生可以接受的形式，再呈现给学生学习。笔者也认为开展科学本质的教育应当符合学生的认识水平。我国科学课程的学习者一般是中小学学生，科学本质教育不宜另辟专门的途径，不能把科学本质教育变成脱离科学课程内容的空洞说教。应当把科学本质的教育自然融合于科学知识内容本身的教学过程之中，教师通过在课堂中引导学生进行探究性学习，或渗透科学史及STS教育，使学生能理解科学的本质。 3引导学生领悟科学本质要注意渐进性科学本质的教育范围在中小学科学课程中是一个有争议问题，这种争议源于科学本质的不同看法。笔者认为，在中小学阶段应当让学生认识和理解一些大家比较认同的科学本质的特性，如科学是一种探究，是人人可以做的探究；科学知识需要观察、实验、推理，需要实证的支持；科学知识不是永恒不变的，具有暂时的性质；科学研究需要科学怀疑、科学求真、科学求实、科学创新等态度和精神等。教师要根据初中生的认识能力和他们接触科学的程度，对体现科学本质的课堂教学内容要进行适当的筛选，注意引导学生循序渐进地领悟科学的这些特性。在学生对科学本质有了一个基本认识后，可以在教学渗透一些对科学本质有争议的问题，要让学生自身对这些问题的思考中，来真正领悟科学多元的性质。注释中华人民共和国教育部.全日制义务教育科学(79年级)课程标准S. 北京师范大学出版社,2001,2, 39, 4. 陈琴,庞丽娟.论科学的本质与科学教育J.北京大学教育评论,2005,3(2):70. 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