科学本质观与科学教育陈志伟

科学本质观与科学教育陈志伟杭州师范大学生命与环境科学学院chzhwei@126.com130718660691可编辑ppt1、请您回答什么是科学？2、提1-2个您最想我回答的问题。2可编辑ppt科学（Science）这个词的本义为“学问”、“知识”。在我国，形成科学这个概念并有科学这个名词迟于西方，大致是在十六世纪以后。当时我国学者把它翻译成为“格物致知”。所谓“格物”，就是要以“物”为本，要解决实际问题，它强调“实践”的重要。所谓“致知”，是指人们可以获得知识。然而，科学究竟是怎么样的，至今没有一个公认的结论。几个世纪以来，人们一直想给科学下一个定义，到现在，这种努力还在继续。3可编辑ppt可是，大家发现每一个定义都不能令人满意。后来渐渐感觉到世界上有很多东西是不能下定义的，不下定义的比下定义的往往更好。于是，大家倾向于从另外一个方面去理解科学，去说科学到底应包含哪些本质特征，而不是直接去定义什么是科学。这种难以定义科学的状况，正好说明科学的博大和无限生机。当一个事情能够非常精确严密地被定义的时候，大概它也就没有多少值得探索的内容了。所以，难以准确定义科学是一件绝好的事情。4可编辑ppt一、科学本质观1、传统的观点科学方法是唯一合理的认识世界的方法科学知识是与经验事实相符合的科学的理论模型是正确无误的科学发展是事实的积累和永恒真理的积累科学家是公正无私的这样的科学观自然就导致了科学万能论，科学业已形成了一种话语霸权。5可编辑ppt在传统科学观的影响下，科学教育的各个方面也无不打上这种科学观的烙印。科学教育目标：强调基础知识与基础能力的培养，强调知识的实际应用。重视科学各分科的教学，知识的获取被放在首位；科学教育的目的主要是为培养未来的学科专家，即培养未来的科学家和工程师；科学教育关注的是科学的过去和现实；对科学的社会价值强调其实用的功能；学科之间的横向联系和科学与技术以及社会之间的相互影响很少涉及。6可编辑ppt科学课程：科学教材主要的篇幅都在讲述科学的概念和原理，而对科学的本质、科学知识是如何形成的却不甚了了，也很少提到科学观念的发展历史，或是科学在学生日常生活中的应用；科学课程中充斥的是力量型、主体式的科学观，人类运用科学，可以控制、征服和战胜大自然；把科学看成可以获得自然界定量信息的一个理性化的过程；夸大了还原论研究方法的有效性，认为这是对一个整体了解的最好办法；7可编辑ppt相信科学方法是到处适用、无所不能的，通过科学方法的运用可以导致科学技术的进步；科学知识可由现象的观察经由归纳或推理而获得；经由客观、可靠的实验，科学以合乎理性的方式检验科学上的命题，把科学的发现看成只是检验和证明；科学是一种中性的活动，科学知识是免于价值判断的；科学家的形象被偶像化、脸谱化，科学家成为理想的化身、成功的典范、人格的楷模。8可编辑ppt科学教学：科学教师认为科学教学中传授的科学知识就是教科书上的定义、定理、定律和公式，而且将它们看成是现成的静态的结论。获取知识的方法也主要是记忆、了解、理解、掌握和运用，所谓运用主要就是用于解题以应对考试。对于蕴含其中的深刻的科学本质、科学精神则不作深究。9可编辑ppt教学中致力的是教科书内容教学的完整与周到，上课讲授滴水不漏，面面俱到，却很少顾及学生的创新精神、实践能力以及个性的养成。由于实证主义科学观的影响，课堂教学通过类似“烹饪大全”的实验室活动方式，去找出已预先设定好的答案，并将之称为实验活动。10可编辑ppt科学教师的科学哲学修养我国的科学教师，由于在职前、职后的培养中都没有科学哲学类的课程，目前已有的科学课程与教学论的教材中也很少涉及这方面的内容，导致了科学教师对科学哲学的不了解甚至误解。其结果造成了对科学的误解、对科学发现和科学发展的模式、对科学价值的判断以及对观察与理论，确证与归纳关系的认识等方面的缺失，这对于在科学教育中提高学生的科学素养是极为不利的。11可编辑ppt浙江省中小学科学教师的科学素养和对科学本质的理解的调研结果，也充分证明了上述这种令人担忧的状况。这种状况将会使一些教师自以为在为科学教育而呕心沥血，但却宣扬了非科学甚至伪科学，这是当前科学教育改革中最大的困难和挑战之一。12可编辑ppt科学教育研究：对科学教育研究，大多用了可加控制的情境做研究对象，将研究对象切割成局部的还原简化方法，或抽取研究对象群中的“典型”为代表性的样本做定量研究，然后，通过实验组的平均来获取一般的规律，以此结论决定未来的行动。这样的研究明显地是因为受到行为主义和逻辑实证主义的影响而形成的。13可编辑ppt由于对认知心理学、学科哲学等研究的最新理论不能及时把握并运用于科学教育的研究之中，同时对国外基于这些最新理论而发展起来的科学教育研究成果也没有及时介绍，对研究的最新趋向不敏感，没有及时跟进，我国科学教育研究和改革与国际的差距也是比较大的，科学教育在我国整个教育研究和改革中也处于比较落后的地位。当然原因是多方面的也是很复杂的，但科学哲学的研究成果没有引起科学教育理论界和一线教师足够的重视是其中的重要原因之一。14可编辑ppt2、现代的观点一般认为，科学是反映客观事物本质和运动规律的知识体系，是科学知识、科学方法和科学精神三个方面组成的一个不可分割的有机整体。尽管这些年来对科学本质的讨论非常多，但至今并未达成共识。事实上，对于科学本质的认识和科学本身一样，也是试探性的、动态的。15可编辑ppt美国《国家科学教育标准》提出，科学是格物致知的一种途径，其基本特点是：以实证为判断尺度以逻辑作论辩的武器以怀疑作审视的出发点16可编辑ppt美国科学促进会（1）科学所看到的世界世界是可以被认识的；科学是一个产生知识的过程，这个过程依赖于对现象的细致观察以及由此提出的理论，但科学知识不是绝对真理；科学观点的变化通常不是彻底抛弃，而是修正，科学知识是有生命力的并会越来越接近事实真相；科学并不能对所有问题提供完全的答案；17可编辑ppt（2）科学探究科学重视证据；科学揉合了逻辑与想象；科学进行解释并预测；科学尽量避免偏见；科学拒绝专制；18可编辑ppt（3）科学事业具有个人、社会和公共机构三个维度，科学是复杂的社会活动；科学具有不同的研究领域；科学研究中具有普遍接受的道德原则；科学家既作为专家也作为公民参与公共事务。19可编辑pptMaComas（1998）归纳了8个国家的科学教育标准中，对科学本质的阐述一致性的部分：①科学知识是可信的，同时又是试探性的。科学知识非常依赖于观察、实验证据、理性的辩论和质疑。应清楚地、开放地报告新知识。②科学试图解释自然现象，不存在一种做科学的唯一方法。定律和理论在科学中具有不同的角色。③所有文化背景的人都对科学有贡献，科学家是创造性的人，科学家需要精确的记录保存、同事评议。20可编辑ppt④观察建立在理论的基础上，科学结果是可重复的。⑤科学的历史既是进化的，又具有革命性。科学是社会和文化传统的一部分。⑥科学和技术相互作用，科学观点受社会和历史背景影响。21可编辑pptLederman等认为，科学本质的7个方面代表了当代的科学本质观：①当发现新的证据和对已有事实有新的解释时，科学知识将会改变；②科学知识最终是建立在经验证据基础之上，那就是对自然世界的观察；③人类的想象和创造性参与了科学知识发展的所有阶段，包括假设的提出、实验的设计和数据的解释；④科学观察受到个体科学价值观和先前知识等主观性的影响；⑤科学受到文化和社会价值观念的影响；⑥科学知识是建立在观察和推论基础之上。观察是通过人的感官或这些感官的扩展收集的，推论是对这些观察的解释；⑦科学定律和理论是不同的科学知识。22可编辑ppt3、后现代的观点（补充）否定科学即是真理的科学本质观，认为科学是人与自然进行交流、不断理解自然和自身的一种交往活动。科学的发展并非简单的“线性积累”式，而是一个曲折的、非线性过程。科学发展往往表现为科学范式的彻底更迭，其中科学共同体的个人兴趣、社会的价值取向、权威的影响和习惯信念等等科学活动之外的因素会起到重要作用。23可编辑ppt科学不是独白，而是人与自然、人与人的对话。在对话过程中学会科学共同体的共有的范式和共同的科学话语，而不是将其转译为自己的语言。科学的发展也正是建立在理解与对话的基础之上。不同科学共同体之间的范式是不可通约的，恰恰是通过对话才能使不同的科学共同体达成共识。24可编辑ppt科学的存在形态已不再是印刷在典籍上的定理、定律、公式和理论，也不是各种科学方法的汇集，而是人类与自然不断交往的实践活动。后现代主义反对科学知识的客观性，主张科学知识的暂时性、主观性、建构性。正如波普尔指出的，由于人们根本就不可能获得完全证实或证明的知识，所有的知识都是一种“暂时的”理论，都是对现有问题的猜测性解释。

25可编辑ppt知识是相对的。知识不是对现实的纯粹客观的反映，不是对现实绝对正确的表征，它只不过是人们对客观世界的一种解释、假说或假设，它不是问题的最终答案，它必将随着人们认识程度的深化而不断地变革、升华和改造，并随之出现新的解释和假设。反对一元论的方法论，提倡多元与宽容的方法论。26可编辑ppt肯定错误的认识在通向真理途径中的必然性和积极作用，否定把科学简单地等同于真理的观点。强调主体在科学认识中的作用，认为科学知识也是主体和客体的统一，而非纯粹的客观。强调科学的革命，力图把逐渐的进化与突然的革命结合起来。强调科学的两面性，在承认科学给人类带来福音的同时，也正视科学已经或可能造成的损害等等。

27可编辑ppt启示现代科学观启示我们，必须重新审视传统科学教育的价值定位和方法取向。在科学主义科学观的影响下，传统的科学教育把中小学科学教育目标定位于单一的认知领域，忽视了科学精神、科学方法和科学能力，忽视了学生实践能力和创新能力的培养，忽视了学生发散性思维、批判性思维、创造性思维的培养。根据现代科学观，科学教育不是简单的科学知识的介绍和记忆，而是在不断发展、生成和调整的活动中培养学生合理的怀疑、批判意识和求异精神的过程。这一过程取决于个人特定的知识经验背景与丰富学习环境因素的相互作用。

28可编辑ppt科学教育不仅需要有各种真实的现实环境，还要有特定的历史文化环境。科学史作为科学文化资源，一旦与科学教学相结合，就能为学生提供生动详实的历史文化背景，通过与这种环境与背景的相互作用，就能有效地促进学生知识的建构，提高学生的科学文化素养，发展学生的创新能力。

29可编辑ppt后现代科学观认为，没有绝对真理，没有普适的规律，教学过程绝非知识的传递和接受，教学过程实际上是一种对话过程。科学知识的建构必须建立在学生原有知识经验基础上，必须通过与学习环境的相互作用（即对话），从而建构新的认知结构。科学教育的实质在于创设一定的情境，引导学生在与情境的对话中完成科学知识的建构。。30可编辑ppt二、科学教育应努力体现科学本质国际上对于科学教育过程中帮助学生理解科学本质的要求，近年来广受关注。美国《国家科学教育标准》中三个年龄段的科学内容标准部分，都有科学的历史和本质的内容。近年来，国内对中学科学课程应该“提高学生的科学素养”的认识正在被广泛接受，科学课程标准也把“全面提高每一个学生的科学素养”作为其核心理念，并在科学素养的阐述中明确提出了要“体现科学本质”。那么，在科学教育中应怎样体现科学的本质特征呢？31可编辑ppt由于对科学的定义至今未达成共识，故常常使一线的科学教师感到困惑。为了便于科学教师理解科学，并在教学中体现科学的本质特征，一些科学家和教育家将自然科学分为四个维度。若从这四个维度来认识科学，将有助于科学教师在备课、授课和评课的过程中，去体现科学的本质，把握科学课的特征。自然科学的四个维度是：科学是一系列的思维方式，科学是一套研究的方法，科学是一个知识体系，科学要与技术和社会相互作用。32可编辑ppt当然，自然科学还会有其他的维度，但有了这四个主要维度，便能够帮助科学教师去分析科学课程标准、教科书、实验和实践活动等内容是否体现了科学的本质特征。1、科学是一系列的思维方式思维是人脑的机能和对客观存在的反映，是人脑接受、加工、存储和输出信息以指导人的行为的活动过程。思维方式则是人类在认知过程中形成的，带有一定普遍性和稳定性的思维结构模式，它是思维规律和思维方法的统一结合形式。科学思维方式则是人对客体的一种理性的反映、认知，是认识和解决问题的一种思路、方法和程序，是思维运作的方法、程序的总和，是一种相对稳定的、惯性的认识规范。33可编辑ppt科学思维是科学智力活动的核心。科学智力活动主要包括观察、实验、记忆、思维、注意、想象等因素。在这些因素中，思维处于核心地位。学习和进行科学研究均离不开思维，不论是科学问题的提出、实验现象的观察、实验数据的测量、科学模型的抽象、科学概念的形成、科学规律和科学理论的建立，还是应用科学理论解决实际问题，都离不开思维。34可编辑ppt科学思维的一般过程。由于自然科学的研究对象是极其复杂的，故具体的科学思维过程没有固定的模式，但就整个自然科学发展来看，科学思维主要遵循提出问题、搜寻事实、捕获信息、立论解释的程序。科学家对自然界具有强烈的好奇心和求知欲。他们所具有的态度、信念和价值观，激励着他们不断提出问题、解决问题。科学工作中许多新的想法、新的观点、新的解释，都是人大脑的思维活动。35可编辑ppt现在人们已经知道，人的大脑可以分为左右两个半球。左脑是语言的优势半球，具有逻辑思维功能，主要分管语言、书写、计算、顺序、判断、推理等。右脑是形象的优势半球，具有形象思维功能，主要负责韵律、节奏、音乐、图画、想象、幻想等。右脑思维常以灵感、直觉、顿悟的方式出现。右脑在创造活动过程中起着突破性的认识作用。

现代脑科学研究还发现，人的显意识功能主要集中在左半球，潜意识功能主要集中在右半球。可是大多数人在工作、学习和日常生活中，较多使用的是左脑，使左脑常常处于超负荷状态。36可编辑ppt左右脑功能差异示意图

37可编辑pptβ波为主兴趣～兴奋验证～检验左脑思考α波为主酝酿～深思右脑沉思θ波为主领悟～顿悟右脑潜意识δ波为主睡眠～做梦右脑活动发现与创新的用脑过程示意图

38可编辑ppt如何开发右脑是近年来比较关注的问题。这对我们科学地建构现代教育的价值观念，改变过度重视语言和逻辑思维，忽视情感教育和直觉思维的教育体系，有着重大的现实意义。传统教育过分强调给学生传授知识，把学生的大脑看作是贮存知识的容器。这样，有意无意地强化了左脑逻辑推理、语言表达、记忆学习等功能的开发。可以说我们对左脑的开发是取得巨大成绩的，但它的缺陷也是显而易见的。学生只是按单一的思维模式学习，学生的想象能力、直觉思维能力、创造思维能力等得不到重视和培养，结果是压抑了学生的创造性思维，埋没了他们的创新精神。39可编辑ppt忽视右脑训练的传统教育模式，已经大大落后于时代的发展。在计算机已经走进千家万户的今天，左脑的语言表达、逻辑判断、记忆等功能很容易被计算机所替代，而计算机不能替代的灵感、直觉、顿悟等，对我们来讲还显得十分荒疏。如果我们的教育方式不发生转变，在创造性人才培养上，很可能会造成“竹篮打水一场空”的局面，这是大家不愿意看到的结果。40可编辑ppt科学思维就是一种实证的思维方式，一种建立在事实和逻辑基础上的理性思考。具体包括以下内涵：①相信客观知识的存在，并愿意通过自己的探究活动去认识客观的世界。②对于未知的事物会做出猜想，并知道主观的猜想是需要客观事实来证明的。③相信事实，只有在全面地考察事实之后才会做出结论。④通过对事实进行合乎逻辑的推理而得出结论，并知道任何结论都是暂时性的，它需要更多的事实来证明，结论也可能被新的事实所推翻。41可编辑ppt利用首因－近因效应，做好课堂教学工作。下图显示了在40分钟的学习情境中，首因－近因效应是如何影响保持的（Sousa，2001）。42可编辑ppt英国有个中学利用神经科学研究成果搞改革：一堂课5分钟允许孩子们赖床（都市快报07.7.22）一堂课只上5分钟，听说过吗？这是英国中学准备推行的，支持者说这是利用了神经科学研究的进展，为什么一堂课非要45分钟？他们还说，让十几岁的孩子起那么早上学是不科学的，不如让他们“赖床”，推迟上课时间。他们这么做，真是有道理的吗？此提议一出，即遭到质疑：这样短的时间，孩子们能学到什么？但是，负责英国中小学教学大纲的制订与教育质量认证管理的机构——英国课程与资格署坚持认为，这种新的上课方式，有助于老师自由发挥，以便找到最适合学生的教学方式。英国课程与资格署的发言人说，对老师们来说，关注点不在5分钟，而在于新的教育理念——“少食多餐”。43可编辑ppt45分钟里有很多浪费在神经科学里有很多突破性的进展，这些研究结果对于教育方式有很多借鉴的价值，但是，教育界对这些视若无睹。美国神经科学家道格拉斯·菲尔德的工作很有启发意义，他的研究表明，不断重复确实可以加深记忆，但更关键的是，不间断、无休止地重复，对于记忆没有什么好处，如果重复的过程中有适当的时间间隔，效果就好得多。在蒙克希顿社区中学，为准备全英普通中学教育文凭考试，学校特意为参加补考的学生开了新形式的小灶：讲解做成8分钟长的幻灯片，会重复播放3遍，但每次播放中间穿插10分钟休息时间，学生们可以玩游戏、哼歌。44可编辑ppt“身为一个老师，我其实不是很愿意承认这种惊人的效果，因为在过去30年里，我都在重复那种古老而无效的复习方法。这次的成功让我反思。”凯莱说，“通常，我们把孩子们关进教室，无休止地灌输，看起来一分钟都没浪费。其实呢，因为记忆的效果并不好，即使他们在学习，那也是一种浪费。但如果给他们时间做点儿别的事情，学习的效果将完全不一样。”

让孩子早起是没用的除了“学习模式”，蒙克希顿社区中学还注意到了孩子们的“睡觉模式”。凯莱对英国牛津大学神经学家拉塞尔·福斯特的研究结果印象深刻：十几岁的孩子往往赖床，对他们来说，早睡早起极其艰难，这并不是因为他们“懒”，而是他们的“天性”使然。让小孩子天刚亮就爬起来，坐在教室里，这不仅是“残忍”的，还是“没用”的，因为那个时候他们通常正在半睡半醒中。45可编辑ppt司马光砸缸？罗密欧与朱丽叶手表卡西莫夫……46可编辑ppt47可编辑ppt48可编辑ppt49可编辑ppt2、科学是一套研究的方法科学家要研究自然界目的是要找出自然界的规律，但这些规律需要通过观察、实验和科学家的分析推理才能解释或发现。科学家获取知识的过程，人们叫做科学过程（技能）。在科学教育中，帮助学生理解科学过程比获得一些特定的知识更重要。在科学研究中，经常使用的过程（技能）方法有：观察、分类、解释、假设、预测、测量、变量控制、实验、数据处理与分析及得出结论等。其中，有三个环节是十分重要的，这就是假设、观察和实验，它们在科学探究中起着核心的作用。

50可编辑ppt3、科学是一个知识体科学是一个庞大的知识体，这是学生和科学教师最容易接受和理解的科学维度。人们很容易感受到，几百年来科学研究的成果已经汇集成了一个巨大的知识体。科学的知识体由事实、概念、原理、定律、理论及模型等不同形式的知识构