第一讲：科学素养VIP

第一讲：科学素养素养概念及内涵。“科学素养”概念的提出。什么是科学素养？具有科学素养的人。专业技术人员需要具备哪些科学素养？如何提高科学素养？科学素养是素养概念的延伸和派生，其基本含义是指在科学与技术方面具有基本的读写表述和理解能力，以及具有一定的科学研究与技术创新能力。本课程重点讲解素养概念及内涵，什么是科学素养，专业技术人员需要具备哪些科学素养以及如何提高科学素养等六部分内容。认为，素质的养成过程，是一个知、情、意、行相统一、相结合的辨证过程。修养、自我教育以及自我完善的设计与实现，只有身体力行，坚技不懈地实践，方能取得成效。同时认为，发现科学问题、攻克技术难题、质疑学术权威、求证问题到底等是科技创新必备的素质。第一讲：科学素养一、素养概念及内涵我们这一讲主要讲素养的概念及内涵，科学素养概念的提出，什么是科学素养，具有科学素养的人，以及专业技术人员需要具备哪些科学素养，如何提高科学素养。首先我们来看一下素养的概念及内涵，第一个是基本概念，首先我们来看一个叫素质，素质是指事物或人本身所具有固有的属性，该此通常被认为是与英文的单词翻译过来，其基本含义是指能读会写，也就是通常所指的有文化。第二个是素养，素养是指素质渐进发展不成熟，并固化的过程，它是先定性条件和后定性学习与训练的综合结果，素养通常指一个人在从事某项工作时，应具备的素质和修养，包括品德、知识，体制等诸多方面。第三个是两个是有差异的，“素”者,原也,即本来之意；质”者为“固有”、“应有”之意，因此素者侧重于现成的结果，素养则可以视为素者的养成，既强调通过教育、学习与实践等方面，养成素质的过程，从这个意义上来说，两者既有联系，也有区别。我们下面再来看看素养的特点，第一是实践性，因为素养是在教育、学习和实践中进行知与行有机体的统一过程，也是一个渐进内进的过程。第二个是修养性，素质的培育及养成过程，又具有修养性，在素质养成过程中，通过知与行的有机结合，达到自我断裂和自我修养的目的。二、“科学素养”概念的提出再来看一下延伸的概念，第一个是科学素养，科学素养是素养概念的延伸，其基本含义是指在科学与技术方面，具有基本的读、写、表述和理解能力，以及具有一定的科学研究与技术创新的能力。第二个是专业技术人员的科学素养，指掌握了专业知识、科研方法和必备的技能，具有发现科学问题和技术难点敏锐的眼力，以及能寻求解决问题办法或有效途径的业务能力，这是一个需要长期且不断训练的过程。科学素养的概念是什么时候提出的呢？科学素养一直出现在20世纪50年代的美国，美国是第一个提出科学素养一词的。这个人是著名的教育改革家科南特，1952年，他在《科学中的普通教育》一书中，谈到普通公民具有科学素养时说，他的经验越广泛，他的科学素养就越高，所以我们看到这个科学素养是跟实践非常有关系的。第二个，斯坦福大学的赫德，也是最早使用科学素养一词的人，他在1958年发表的科学素养，对美国学校的一文中，使用科学素养来描述人们在社会实践中对科学的理解和应用，真正把科学素养引入到基础教育。1964年的时候，美国科学教师协会，我们一般都简称叫NSTA，给出了科学素养描述性的定义，他包括六个方面。第一，科学与社会的相互关系，第二，知道科学家工作的论理原则，第三个，科学的本质，第四，科学和技术的差异，第五，基本的科学概念，第六，科学和人类的关系。这是他一个定义性的描述，六个方面。1981年的时候，布兮斯科姆将素养定义为“具有读、写和理解人类系统知识能力”，他从不同功能的出发，将科学素养细分成八种类别。第一个是方法论科学素养，第二个是专业科学素养，第三个是普遍科学素养，第四个是技术科学素养，第五个是科学爱好者或业余科学家的科学素养。第六个是新闻工作者的科学素养，第七个是科学政策素养，第八个是公共科学政策素养。我们可以看到方法论科学素养，专业科学素养，技术科学素养，正是我们专业技术人员必须学习和掌握的科学素养。再看一下1983年的时候，科学素养国际发展中心的主任米勒，在布兮斯科姆基础上，对科学素养做了进一步的概括，从当今科技社会的背景，提出了科学素养的三个维度，即公众科学素养的三个标准。第一，对科学规范和科学方法，即对科学本质的一个理解。第二，对重要科学概念和科学术语，科学知识的理解。第三，对科技的社会影响的意思和理解。米勒的界定比较简单，而且更具有概括性，所以目前许多国家公众科学素养的调查都是按照米勒模型来进行问卷设计的，包括我们中国公众的科学素养问卷也是按照米勒的科学素养的概念来设计问卷。我们再来看一下1985年的时候，美国科学基金会启动了一个2061计划，这是一个面向21世纪致力于科学知识普及的中小学课程改革工程，这个2061计划，分为两个阶段，在1989年，推出了第一阶段的成果叫2061计划，面向全体美国人的科学。那么它的定义科学素养是熟悉自然界，尊重它的多样性和统一性，懂得科学、数学和技术相互依赖的一些重要方法，理解科学的基本概念和原理，有进行科学思维的能力，认识到科学、数学和技术是人类共同的事业，以及他们的长处和局限性。同时还应该能够运用科学知识和思维方法，处理个人和社会的问题。这是美国科学基金会在1985年提出的有关科学素养的一个概念。2000年的时候，科技部、教育部、中宣部、中国科协和共青团中央五个部门颁布了2001到2005年，中国青少年科学技术普及活动指导纲要，和颁布的2001到2005年中国青少年科学技术普及活动的内容跟目标。这两份文件对科学素养有一个统一的理解，它包括了这四个方面。第一，是科学态度，第二，是科学知识跟技能，第三，科学方法和能力，第四，是科学的行为和习惯。这是我们国家正式颁布科学素养的概念，是这四个方面。三、什么是科学素养我们再看看什么叫科学素养呢？我们总结一下，科学素养，国际上普遍将科学素养概括为三个组成部分。即对于科学知识达到基本的了解程度，对科学的研究过程和方法达到基本的了解程度，对科学技术，对社会跟个人所产生的影响达到基本的了解程度。目前各国在测度本国公众科学素养时，普遍都采用了这么个标准。我们再来看看，我们国家曾经在专业技术人员，在科学素养、科学方法做了一个简明的读本，这是一个科普的读本，与中国的继续工程教育协会基础教育委员会，北京育知咨政公共管理研究所综合编写的，他把科学素养定义为，第一，对科学技术的理解，包括理解科学技术的性质、概念、原理跟过程。第二，对科学技术、社会三者关系的理解。第三，科学的精神跟态度，第四，运用科学技术解决日常生活且社会问题的能力，包括运用科学方法的能力，判断和决策的能力，与他人合作交流的能力，自我补充和继续学习的能力。这是我们国家对专业技术人员科学素养进行教育的一个普及读物。四、具有科学素养的人我们再来看看哪些是具有科学素养的人呢？美国科学教师协会，他的课程委员会在1970年曾提出具有科学素养的人，应该有下列这么几个特征。第一，当他与人或环境相处的时候，他会运用科学概念、过程、技术和价值进行实际事物的抉择。第二，他了解产生科学知识，必须依赖探讨过程以及概念学说。第三，他能分辨科学政局和个人意见的不同。第四，他证明事实和学说之间的关系。第五，他了解科学和技术对促进人类福祉的限度和功能。第六，他了解科学和社会的关系。第七，他知道科学起源于人类，并了解科学知识的暂时性。当资料充分之后，知识会改变。第八，因为有充分的知识和经验，所以他能够称赞别人的科学成就。第九，他对世界充满了乐观的态度。第十，他能够采用和科学相同的价值观念，所以他能够使用科学和享受科学。第十一，他一生都持续探讨科学，并增加其科学的知识。1995年10月份的时候，加拿大大西洋省编制的科学课程中，认为具有科学素养的人有下面六个特征。第一，理解科学的性质，科学知识及技术的性质。第二，运用科学知识，运用认知和技术的技能，对自然界进行调查。解决问题和作出有见解的决定。第三，能够理解科学和技术主要概念的原则。第四，理解全球社会经济和生态系统的相互依存。第五，具有科学的态度，对科学技术持正面态度。第六，对科学技术职业感兴趣，具有终生学习的习惯。五、专业技术人员需要具备哪些科学素养科学技术人员需要具备哪些科学素养呢？首先第一个问题，应该具备的是问题意识，指发现问题，提出问题，表征问题，分析问题和解决问题的意思。第二个是创新精神，指思维不固化，学术无权威，有清醒的头脑和独特的观点。第三，求实态度，指尊重科研事实，严格按照科研规程进行课题研究或技术开发。第四，讲究方略，指顺于寻找有效解决科学研究和技术开发问题的方法和策略。第五，目标专一，指在科研道路上无论遇到什么困难，都能坚定不移的朝前迈进。这五个专业技术人员应具备的科学素养，我们下面以第一个问题意识，怎么来发现问题，提出问题，表征问题，分析问题和解决问题，我们来讲个案例。科学研究的过程，同时也是科学信息积累与交流的过程，知识是积累的，人类历史上每一次突破性的重大发现，在很大程度上都是前人研究成果的继续跟延伸。所以说我们的科学素养第一个，就是要带着问题去寻找问题，解决问题，这个类型，首先我们科研工作者有一个问题，或者创意的时候，我们首要的科学素养，就是要去学会查找信息，来解决你的问题。这个信息检索，我们在任何写作的过程中，我们一般来讲，我们向国际投稿的话，我们可能会用到SCI，所以这里边，一般我们建议用专业的、学术的查找工具，像（weibawusaisi），或者谷歌、Scholar等等，据在全球的高水平研究的使用成果里面，或者（deyingte）专业技术里面进行查询，找到查全这个研究领域所有的研究成果，在前人的工作基础之上，得到启发，再获得新的想法，带来这个想法以后，我们再去做实验，做计算。然后给他进行总结，发表学术论文，这个是我们科学研究的过程。那么在发表学术论文第一个读者，就是审稿人，审稿人或者读者对你这个工作，在理解的基础之上，同行评议的一些观点，这个观点会给你的工作带来进行延伸，会产生新的问题，读者通过科研工作一读以后，他也会对他的科研思维，激发他的思想，获得新的想法，又产生新的问题。又会寻找这个工作怎么解决。这是一个科学研究学术交流问题，也是在信息距离和交流过程中，他的循环过程。我们再来看看，一个科学分支能够提出大量的问题，它就充满了生命，而问题的缺乏，则预示着独立发展的衰亡跟终止。个体的形成跟选择，无论作为外部的经济要求，或者是作为科学本身的要求，都是研究工作中最复杂的一个阶段。所以一般来说，提出问题比解决课题更困难，所以爱因斯坦曾经提出过，“我们提一个问题，往往比解决一个问题更重要。”这是我们科学素养首要的部分。在一个研究领导里面，我们应该怎么来解决呢？首先我们要通过整体的把握，非常清楚这个研究领域中，哪些是提出的环境，研究中相互矛盾之处，目前迫切需要解决的问题，提出相应的假说，或者理论，或者方法，来推动这个研究领域进一步前进。对提出的方案是不是切实可行，他的研究方法和手段，我们都要通过论证来实现，我们要有一个很好的科学素养来解决。我们的科学繁荣发展需要很多条件，在众多的条件中，科学家本人对科学发展历史的了解，与同行有效的学术沟通，显得尤为重要，而我们再阅读科学文献，正是帮助科学家达到这些目的的最好途径。美国科学基金曾经对美国科学家做过一个调研，他们发现阅读跟查找消化科技资料时间，要占50%以上，我们在科学素养里面，首先我们要对科研的问题发现，要有信息素养，这是一个。这方面研究中承前启后的例子是不胜为举的，比如说1609年的开普勒，他总结了行星运动的开普勒三定律，他这是对帝国20多年前，观察积累有关行星运动大量的数据分析，整理的一个结果。他后来为牛顿发现万有引力打下了基础。这个在科学史上都非常有名。那么我们也知道，1997年有一个克隆多利的诞生，通过动物和移在克隆个体思想的源头，1935年诺贝尔生理学和医学奖得主，汉斯?施佩曼，两个间隔60多年，历经了两栖类、鱼类低等动物的克隆技术，再过渡到畜、兔高等哺乳动物的克隆技术，几十年的经验与理论的距离，为多利羊的诞生刷平了道路。所以说大家很多都知道，在中学课本里面都有一个中国的克隆之父，童第周的先进事迹，童第周是1950年的时候，就运用了青岛文昌鱼、海鞘和鱼类为材料，进行了一系列的实验胚胎学研究，开创了我国的克隆技术先河。像这种承前启后的工作，我们有很多的在继续，或许还会有新的奇迹再发生。这些类型，都是我们要有一个科学素养去发现它，2004年的时候，诺贝尔物理学奖得主，弗兰克?维尔切克获奖的时候，他在说很明显渐进自由理论正等着让人发现，即使我们没有发现它，物理的进展也不会延缓太久。他的言外之意是说前人工作积累已经到了新理论呼之欲出的阶段。谁更胜于把握理解已有的知识，谁就会在前人基础之上向前迈出一步。像这种类型的故事，在各个学科里面有很多，所以每一个进入学术研究殿堂的人，都会成为传递人类智慧火种的发现。人类发展的脚步从来没有停歇过，我们可以看到渐进自由理论，在2004年，物理学家，他的研究工作是在波利策，然后再到维尔切克来做的。按照中国的话来说，万事俱备只欠东风，所以杨振宁在总结的时候，他就说了这么一句话，所以我们从这里面就可以发现，知识是积累性的，每一个突破重大发现在很大程度都是基于前人的发现，所以我们在科学研究中，要总结继承前人的工作，擅于发现他们工作的长处，总结出自己的一些科研规律，得到启发，在他们工作当中获得前进。六、如何提高科学素养我们如何来提高科学素养呢？首先素质的养成是一个过程，是一个知、情、意、行相统一，相结合的辩证过程。该过程需要重视自我。修养是自我教育，以及自我完善的设计与实践，只有身体力行，坚持不懈的实践，方能取得成效。素质的养成，我觉得有这么几个方面，第一，提倡自主性的科研修养，这里面包括妥善处理各种关系，敏锐的创新进取，心绪平和乐观向上，意志坚定。第二，介绍良好的养成环境，这里面包括高尚的道德品德，高度的敬业精神，自身的人格修养，要倾力科研的过程，团队协作信任。比如说团队协作，我们现在一个科研，都是需要大团队，特别是国际合作，我们可以看到，在国际合作发表的论文，均是在高水平的旗杆上的。我们从这个案例可以看到，这是南京信息工程大学被引用最多的论文，这个是南京信息工程大学、中科院、威斯康星大学，美国大气研究中心，浙江理工学院等等，他有十来个单位进行了国际合作，这个合作的工作发表在科学杂志上，他也是进入到ESI高被引论文，这一篇文章国际合作的论文，也是南京信息工程大学所有论文被引最多的。我们可以看到，国际合作需要我们更高的科学素养，所以说他的研究成果会得到很好的一个展示，我们从这个也可以看到，南京信息工程大学和美国发表的论文有300多篇，他的前几篇均高被引论文，均是国际合作的，下面这个工作可以看到，南京信息工程大学跟夏威夷，美国纳萨等等国际合作，他是发表在气侯杂志上，总被引评排在南大第二杂志上，第二名，这个你可以看到，美国为第一作者单位，这是一个。下面这个案例，我们可以看到福州大学和德国合作的工作，德国马普胶体与界面研究所跟福州大学、日本东京大学和德国马普协会合作，这个工作发表在自然材料杂志上，也是福州大学和德国发表论文有60多篇，福州大学和德国马普发表30篇论文，他有10篇进入到全球前百分之一高被引论文，篇均达到了59点几次，从这些案例，我们可以看到国际合作，我们科研工作者需要有更高的素养。国家基金委曾经公布了国际合作项目的一些成果，比如说芯片时期的国家合作，就取得一个实质性进展的工作，这个工作是系统芯片的设计方法及其电子自动化EDI关键技术的研究，它是国家基金委组织专家第一个信息领域的重大国际合作项目。这是一个中美双方的国际合作项目，2001年立项，为期四年，项目在同美国国家自然科学金，国际合作项目共同开展的基础上，成立了国际系统芯片研究中心，经历了国际研讨会，重点专题研究及合作交流机制。美方参加的有加利福尼亚大学，洛杉矶分校的计算机系的研究小组，和加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的电机和计算机系的研究小组。中方参加的有清华大学计算机系的研究小组，北京大学计算机系研究小组和浙江大学电气工程学院的研究小组，后来美方又邀请了中国台湾新组清华大学信息学院和交通大学计算机系参加合作研究。那么随着项目的进展和取得成果的增长，又有多数美国、新加坡、加拿大、日本、中国内地和台湾地区大学教授申请参加。我们从这里可以看到，项目执行以来，共发表了87篇论文，其中在这个研究领域最重要的学术期刊上发表了16篇，在这个研究领域最重要的国际学术会议上发表了17篇，被SCI收录了20篇，被EI收录了43篇，共申请国家发明17项，其中2项被授权，这是截止到2004年的数据。这个课题2004年验收以后，验收三家，对项目研究成果感觉高度的评价，这就是一个国际合作很好的案例。所以我们科研人员要自觉的培养我们对协作的科学素养。下面我们再看第二个案例，计算模型和计算方面的合作，中科院软件研究所于英国利兹大学合作研究项目，这个是计算模型理论和运用的新方向，这个来探索计算模型的数据机构，评析问题的作用与网络计算的极限。研究经典，计算模型和量子计算模型的关系，这个项目于中国、英国、美国、意大利、俄罗斯、新西兰和新加坡七个国家的参与。其中国内专家设计中科院软件所，清华大学、南京大学11个单位，项目执行期间，双方合作发表国际期刊论文九篇，中方和外方独立发展期刊论文20篇，独立会议论文14篇，出版国际期刊3部。从这里面两个案例，我们可以看到，这些都是大量的多单位的、多国家的研究人员进行国际合作的问题，所以这些都带给我们一些启发。欧美他们是怎么来提高科学素养的呢？我们现在来看一下，很多国家，专业技术人员提高科学素养启动一些项目，这个是英国消除鸿沟项目，这个项目是欧盟之柱，提高科学教师传授科学素养的能力，这个项目2007年到2009年，有九个欧洲机构参加。第二个项目是消除鸿沟项目的延伸，这个项目是科学技术方面，它是一个大规模专业教师发展合作项目，时间段是2009年到2012年，它有25个欧洲机构参与，聚焦探索科学教育的方方面面。英国消除鸿沟的主要焦点探索途径，探索式的科学教学，该项目针对特定的主题，如科学素养，论证和教师一起工作的研究人员，制定消除课程教学和学习之间的差距和专业的距离。这个项目利用复杂网络，建立科学投普，下面我们看这是一个科学素养的地图，这个地图各种定义，能反应不同国家对于科学素养的不同定义，地图揭示了定义元素，概念、行动、背景和水平等，展示了各元素之间的关系的相对重要程度，通过一种定量方法将复杂文本做成可视化的呈现。在英国课程的体系设置中，焦点放在社会环境下，科学知识和科学探索的本质。这个是基于复杂网络理论，通过网络来绘制的科学素养地图。它包含了丹麦、英国跟威尔士、匈牙利、苏格兰、土耳其、以色列、埃及、德国等国家地区。我们来看看这个科学素养地图使用的是可视化，工具来凸现上述的功能，我们可以看到这个结点，学生和使用之间的网络连接，我们可以看到这个结点，用粗线表示在课程中强调实现，如果读者浏览网页的时候，他们可以使用鼠标来链接，看到相互联系各个结点的字符串，例如这个链接，学生被期望使用工具来学习科学，用收集的数据和证据来绘制和评估科学结论。用各种方式来表示科学的语言。地图上突出显示了其他动词，如理解、呈现、得出结论和收集数据，这些都反应了科学素养不同方面在课程中的体现，在这个科学素养地图里面，我们还可以看到几个概念结点。比如说符号、惯例、语言、工具和信息，这些代表科学素养的沟通和表现方面，技术、社会、环境和当代这些形容词，科学知识带来的影响，以及科学知识与社会环境之间的联系，这是这个项目动态的，通过复杂网络的关系来理解科学素养。我们下面来看看在香港，香港也做了一个工作，让教师准备好提升学生科学素养，从四个方面来提升学生的科学素养。第一，就是用组织很多的经典故事，比如说这是用四个故事，盘尼西林的发明，牛痘、牛顿发现万有引力，胃溃疡的治愈，这四个来启发科学素养的四个经典。第二，通过科学的调研，来加深对科学本质的认识。第三，用SARS危机来教述科学的本质。第四，科学教育与专业知识融合的教学资源的发展。这是香港的工作，这个工作把科学课程和预定目标做了一些规定，我们可以看到这个表是这样描述的，科学课程是数据、证据、理论跟解释，他预定的技能，我们理解科学知识的本质跟源于。它包括实践查询能力，判别并选择实践的过程，提出并运用评价证据的指标，这是他预定的技能。沟通能力，用口头或者书面向受众演示，运用科学影响这个课程，在日常活动中运用论证，包括社会、经济和政治的辩论。这个可以看到这是一个香港的案例。除了这些以外，OACD，他做了一个国际学生能力的评估计划，他的科学素养进行整个评估，那么对全世界15岁学生学习水平的测试计划，最早开始于2000年，然后每三年进行一次，这里有这么几个评估。第一个是阅读素养，这里面我们可以看到哪几个？理解、使用、表达书面文本的能力，以及实现目标，增进知识，参与社会活动。第二个是数学素养，识别理解使用数学知识，并能应用于个人工作跟社会生活。第三个是科学素养，这里面包括使用科学知识，提出问题，依据作出推论，以帮助通过人力活动认识改造自然。2012年以后，又新增了两项评估内容，一个就是借助计算机解决问题的能力。第二个就是经济素养，这是一个科学素养评估的项目，这是来自OACD的内容。中国公众科学素养也有一个调查，1989年的时候，我国进行有史以来第一次范围的公众科学素养的测评，与公众科学技术态度的调查，随后中国科学技术协会成立了中国公众科学素养的调查课题组，到2009年，在全国范围举行了六次公众科学素的测评。前五次的普查结构，均以调查报告的形式进行了结构的公示，第六次测评的结果，截止到2010年底，未见完整的公布发布。从这里面我们可以看到我国的科学素养普及，一直采用美国米勒公民科学素养测评指标体系，连问卷机构也没有改动，只是在美国的问卷基础上，吸收了若干英国跟日本的测评，再依据中国比较常见的现象和当时热门话题，设计了一些问卷，如将占星学方面的问卷，改成民性方面的问题等。中国公众科学素养调查了解中国公众成年人，18岁到69岁，对科学技术知识的了解程度，对科学技术的态度，对国家科学技术政策的看法和获得科学技术信息手段，各个方面情况的重要方法。我们国家还制订了全民科学数字行动计划的纲要，这是2006年到2010年，到2020年的。这是中国有关公众科学素养的一个调查。专业技术人员，他的科学素养应该怎么提高呢？第一，专业技术人员指的是具备专业技术知识和技能，具有专业技术资格，并从事专业技术工作的人员，这些人员才称为专业技术人员。所以说我们专业技术人员如何提高素养呢？第一，应该自己正确的定位，正确定位的前提是准确的认识自己，知道自己是一个什么样的人，适合做什么样的工作。第二，迅速获