科学教育中实施社会性科学议题教学的策略研究

/科学教育中实施社会性科学议题教学的策略研究【摘要】社会性科学议题教学是在真实情境中发生的教学模式，学生通过参与对社会性科学议题的分析、讨论、探究、论证、辩论等相关实践活动，理解科学概念和科学概念形成的过程。剖析社会性科学议题教学的内涵及其理论基础，分析当前科学教育中教师在实施社会性科学议题教学时面临的困境。分析国外社会性科学议题教学的研究过程，借鉴相对成熟的教学模式提炼出与传统教学相关联、指向学科核心素养的社会性科学议题教学模式，并根据教师的认知发展规律提出社会性科学议题教学发展的渐进策略。【关键词】社会性科学议题；科学教育；教学策略 社会性科学议题(SocioscientificIssues，简称SSI)与科学、技术、工程的高速发展密切相关，其科学性、社会性、争议性、不确定性等特征引起科学教育领域研究者的普遍关注。越来越多的国家和地区将SSI引入其科学课程标准，2017年我国高中科学相关学科，如生物学、化学等学科也将SSI在核心素养、课程目标、课程内容和实施建议等位置列出，并将其作为培养学生科学思维和社会责任的重要载体和重要策略。[1-2]新的变化为教育教学改革提供了新的方向，因此如何有效开展SSI教学成为科学教育领域的重要课题。为此，需要借鉴国外SSI教学相关研究经验并结合本土实际，探索适合我国科学教育中实施SSI教学的有效策略。 一、社会性科学议题教学的内涵及理论基础 社会性科学议题教学(简称SSI教学)能有效促进学生科学素养的发展，从SSI教学的内涵与外延、理论基础等方面对SSI教学加以阐述，有助于深入理解SSI教学。 (一)什么是社会性科学议题教学 SSI起源于西方，其全称是SocioscientificIssues的首字母缩写，其中socio是对scientific的修饰，指社会性质的科学类的；issue从词源上分析最早来自古法语，意思是“awayout，exit(退路)”并在演化的过程中经历了"outcomeofanaction""apointtobedecided""actionofsendingintopublicationorcirculation"，被翻译为“议题”，其本质含义为公共性或社交活动中需要作出决策的事情。从对issue的词源及演化分析可以看出，“议题”代表了争议。SSI的具体形成过程为：科学、技术、工程等研究在科学共同体中引发的争议，其中有被社会理解的，也有不被社会理解的，其中不被社会理解的随着人们对科学的理解程度可以转变为被社会理解的内容，而当这些科学相关问题涉及社会中的运用时，则会引发不同利益群体的争议，如转基因食品的上市等等。[3]SSI教学就是基于SSI真实情境，选取与科学主题相关的SSI，并围绕SSI展开的教学。学生参与课堂陈述、论证、探究、决策和评价信息来源等高阶实践活动，实现学生在情境中的主动学习。[4] SSI教学与传统教学在教学目标、课程组织、教学活动和评价方式上具有显著差异。[5]具体表现如表1所示。 SSI教学与基于项目/问题/案例的教学具有共同特点：“真实情境中发生的教学和学习”“教学和学习建立在个体前知识或经验基础上”“教学和学习是共同体中彼此间的合作交互过程”，即，利用情境赋予学习以意义。但SSI教学的独特之处在于：SSI的教学情境是建构在更广阔的多元社会情境中，更具有真实性；SSI的争议性和不确定性造成其没有单一的解决方案，观念和主张可以从经济、政治和伦理道德等不同角度提出，也可以从科学观念和证据中提出，科学的本质造成科学证据对现象和结果的解释并不充分，学生需要面对多元文化与科学发展之间的困境进行社会协商。 (二)社会性科学议题教学的理论基础 随着实证研究的丰富，科学教育中SSI教学的研究理论也逐渐趋于成熟，主要包括情境学习理论、建构主义学习理论和社会性科学推理理论。 首先，情境学习理论是SSI教学的理论基础，个体的学习过程是通过在情境中参与活动实现的认知活动，强调学习和认知的情境本质。[7]SSI为情境学习提供了真实的问题情境，教师利用SSI构建与科学内容知识相关的教学场境，激发学生的学习动机和学习兴趣，构建符合不同层级水平学生的认知发展活动；专家/教师和不同水平的学生参与到基于SSI的活动中，通过观察或模仿实践活动中同伴的行为参与讨论、论证、建模、探究等活动，随着学习的深入和对实践活动的反思，实现不同水平学生在活动中的角色变换。以参与活动的主导性为变量衡量学生的发展水平，让学生在认知学习和科学实践活动中逐渐从活动的边缘参与者、熟悉活动的参与者发展到活动的核心深入参与者，这其中的关键是不同水平参与者的实践共同体的构建，在实践共同体中实现学习资源的共享以及参与者之间的互相尊重和信任。 其次，维果斯基的最近发展区理论为SSI教学提供了重要理论基础。[8]SSI教学的主要特征是课堂情境、教师、学生、媒介组成的学习共同体，教师的任务是为学生建构知识和参加实践活动提供“脚手架”，支架的功能就是帮助学生实现实际发展与潜在发展之间差距的发展，当学生完全内化了支架提供的解决问题的学习过程后，就可以撤掉支架，从而持续帮助学生从一个水平提升到更高阶的水平。 再次，社会性科学推理理论为在科学学科中开展SSI教学提供了理论依据。Sadler等人认为SSI教学除了在复杂议题中学习科学内容外，还需要参与到科学与社会相联系的实践中，这些趣味性、复杂性和疑难性实践活动被称为社会性科学推理理论，主要包括五个方面：(1)认识到SSI内在联系的复杂性；(2)能多角度分析SSI；(3)在不同立场下探究问题；(4)批判性地分析有偏见的信息；(5)科学对议题的解释力和局限性。[9] 因此，随着科学教育中关于SSI教学的研究逐渐深入，可以认为教师在组织SSI教学时需要关注到SSI与学生生活的关联性，能根据学生的认知发展程度选择对社会和学生具有同样重要性的SSI，建构SSI教学情境，鼓励学生在情境中通过“体验—反思—理解”的科学实践活动，建构科学概念、理解科学本质，并实现学生的论证、批判性思维等高阶思维能力的发展。 二、科学教育中教师实施社会性科学议题教学的困境 基于文献研究和访谈研究，笔者发现当前科学教育课堂中，科学教师将SSI教学有效融合到课堂教学中还存在着很大挑战[10]，主要表现在以下三个方面。 其一，当前我国科学教育中的SSI教学往往呈现出游离化和过度化两种极端现象。一种情况是SSI教学游离于科学教学之外，教师没有真正通过SSI情境激发出学生的学习动机和兴趣，与学生的认知经验和认知水平不一致，不能与学生内心产生共鸣，没有构建起与学生前知识的关联，与教学目标和教学内容缺乏必然的联系性；另一种情况是过度强调SSI的真实性和实践性，在科学教学中生搬硬套社会和科学的内容，没有经过筛选和剔除将复杂的社会和科学情境与课程目标、内容和学生认知相关联，造成学生面对SSI的复杂要素和相互关系时很难提取有效信息，同时，学生在过度化的情境中难以系统性地建立起与学科知识之间的联系，从而达不到对科学概念的理解。 其二，教师对SSI内容的认识并不充分。主要表现为教师对SSI的认识还存在错误概念，如，将SSI理解为：“SSI是社会上当前普遍关注的科学技术相关的热点话题”“SSI问题可以利用科学知识解决”，将SSI的分析只聚焦于科学的利弊，认为科学知识对决策有决定性作用，而忽视了SSI的争议性和不确定性等特征。 其三，缺乏对SSI教学价值和教学模式的系统性认识。教师认为SSI只是传统课堂教学资源中的辅助材料，帮助引入科学主题调动学生的学习兴趣，而忽视了其内在特质。Day等人的研究显示，当前科学教育的SSI教学现状采用教师为主导的方式，教师的关注重点是科学相关的事实性知识的学习，而忽视了学生在SSI情境中主动的陈述、探究和论证，学生没有实现在情境中的科学概念建构、参与科学实践活动和社会性科学推理。[11]Tidmand等人在对丹麦科学教师的SSI教学研究中也发现，教师仍聚焦于科学知识内容的讲授，而忽视其对学生价值观的培养；在SSI选取上仍习惯从个人兴趣出发，而不愿意过多探讨科学学科以外的伦理性问题。[12] 由此可见，当前教师SSI教学实践与科学教育所期待的还相去甚远。对SSI教学模式及其具体实施路径的本土化研究，能帮助教师建构起SSI教学与传统科学教学的关联，帮助教师熟悉SSI教学并具备SSI教学的能力，为SSI教学在我国科学教育中实施提供保障，从而助力学生科学素养的培养。 三、科学课堂中实施社会性科学议题教学的实施策略 SSI教学受到学科特征、教师认知、外在环境(学习材料、学校、学时)等影响。针对科学教育中SSI教学的实施困境，在情境学习理论、建构主义学习理论和社会性科学推理理论的基础上，可以借鉴欧美经验并结合传统教学特征，建构促进SSI教学的实施策略。 (一)借鉴欧美经验建构SSI教学与传统教学的关联 欧美国家关于SSI教学的研究相对较早，关于SSI教学在科学教育中的应用主要经历了两个时期：无固定理论支撑的SSI教学研究和具体理论支撑的SSI教学研究。 在无固定理论支撑的SSI教学研究时期，不同的研究学者对于SSI教学持有不同的观点，并涌现出不同的SSI教学模式，应用最广的包括Karplus的围绕概念的三步学习环模式、SSI的5E学习环模式、Pedretti的决策模式、Keefer的道德发展模式、Walks等的七步教学模式、Oliver等的法理学模式、Mas等的反思探究模式、Kniep的主题探究模式、Johnson等的结构性争论模式等。朱玉成在前期研究的基础上归纳出当前科学教育中常用的三种教学模式分别是结构性争议模式、决策模式、探究模式。这三种教学模式有如下特征。(1)结构性争议模式：适用于冲突性较高，需要经过讨论、协商达成对议题的共识性的问题，一般采用正反两方观点后，互换立场，并通过小组讨论、不同立场辩论、协商达成一致；重点是小组内的正反角色互换和观点抉择。如垃圾焚化厂选址议题等。(2)决策模式：适用于一般班级中能达成共识的价值选择，通过对不同立场的分享、对解决方案的排序，从而达成共识；需要对未来展开预测，寻求可能的解决方案，评估各个方案后达成一致性。如基因编辑婴儿议题等。(3)探究模式：适用于一般班级中争议性较弱的问题，不断形成假设并归纳所达成的结论，需要针对探究问题展开一个或多个假设，找到问题的解决方案，并不断地评估、总结阶段性的成果。如仿制药议题等。以上三种教学模式共有的特征是：围绕议题的学习，让学生置身于复杂的议题争议情境，目的是让学生从多元的角度看待问题，思考正反意见并讨论协商作出一致性决策。[13-14]由于缺乏系统的理论，关于SSI的教学注重的是对SSI本质的探讨和学习，并没有从科学学科的角度将其与学科内容整合，也没有提出对学生认知发展的要求。因此，将SSI有机地与科学教育目标整合在一起，还需要统整的理论发展建构。 在有具体理论支撑的SSI教学研究时期，Salder基于大量实证研究在其《课堂上的社会性科学议题的：教学、学习和研究》一书中提出，学生科学素养目标的达成依赖于学生的学习方式和教师的教学结构，强调情境学习理论和社会建构主义学习理论在SSI教学中的重要作用。[15]随后Sadler提出以设计要素与学习者体验为核心，教师属性和课堂环境为外在影响的SSI教学概念框架；Presley&Sadler在此基础上提出三要素概念框架，该框架包括三个核心要素：设计要素、学习者体验要素、教师属性要素，并包含了外在环境等影响因子，如教室环境、学校，学区、社区/州/国家政策，强调教师属性的核心地位[16]；Sadlar团队根据SSI核心三要素教育框架，并围绕美国《国家科学课程标准》(NextGenerationScienceStandards，NGSS)的课程目标要求，构建了与课程标准目标具有一致性的SSI-TL(SocioscientificIssuesTeachingandLearning)教学模型，强调SSI教学中学生的学习目标与国家课程标准的课程目标的一致性，在科学活动中发展学生对核心概念、学科交叉概念和科学实践活动的学习，提出社会性科学推理理论。[17] 通过对以上欧美国家SSI教学研究的阐述发现，在无固定理论支撑时期，主要强调多元文化冲突中关于SSI本体的学习；而在理论支撑下则关注SSI与科学教育目标的关联性。借鉴SSI教学的成熟经验，笔者在Sadler的SSI-TL框架基础上，将其与当前科学教育中教师熟悉的5E教学模型建立了联系，其具体结构如图1所示。20世纪80年代美国生物学课程研究所的ByBee等人基于建构主义学习理论开发设计了5E教学模式，该模型被广泛应用于科学教育领域，其有效性和科学性受到科学教育研究者的广泛认可和充分的实验验证，对于培养学生科学素养和21世纪技能具有重要作用。[18]将SSI-TL教学模式与5E教学模式进行比较，一是为了验证教学模式的有效性；二是帮助教师理解SSI教学中以学生为中心的学生学习的相关顺序；三是建立起SSI教学与5E教学的联系性，帮助教师熟悉SSI教学顺序。 图1SSI教学模式与5E教学之间的关系 为了让该教学模型与我国科学教育的课程目标更好契合，笔者将SSI-SE教学模型进行了简化处理，以生物学学科为例提出指向生物学学科核心素养的SSI教学设计模式(见图2)。首先，通过整合SSI、教材和课程标准制定教学目标；其次，在教学活动环节，根据教学目标设计相关问题—围绕问题确定学习任务—利用社会性科学推理作出决策、解决问题；最后，实现发展学生学科核心素养的目标。 图2指向生物学学科核心素养的SSI教学设计模式 (二)遵循认知发展规律，阶段性发展SSI教学 Knight和McNeill认为，教师在接受新理念、新概念或新策略后，会根据认知发展的过程(接受—适应—理解)，出现三种不同的教学形式：拼接式(整理原有素材进行简单拼接)、渗透式(适应期将新理念渗透入原有教学)、全新式(理解后设计的全新课程)。[19]因此，SSI教学在我国中学科学学科课堂运用时要遵循教师认知发展规律，首先需要让教师认识到SSI的内涵和价值，产生在科学课堂教学中实施SSI教学的意愿；随后分阶段让教师在科学学科课堂中实施SSI教学。具体可以分为以下三个阶段。 第一阶段，拼接式。教师在传统教学案例中加入SSI相关要素，在教学导入环节利用SSI引入学习主题，让教师关注到SSI的社会性、科学性和当代性等特征，借助当前SSI所具有的社会性热点特征引入原有教学，激发学生的学习兴趣。 第二阶段，渗透式。渗透式可以分为简单渗透式和深入渗透式两个阶段。 所谓简单渗透式就是指教师在已有案例的单元设计中增加SSI相关活动，通过简单的提供反思问题、引导讨论、提供SSI中某个相关争议的视频剪辑，让学生思考已经嵌入到课程中的相关议题的争议性或伦理性，引发学生对SSI的深入思考，如，在学习“细胞分化”时，如果你必须对克隆技术的运用进行投票选择，你会如何选择? 复杂渗透式阶段指教师能围绕SSI展开教学设计并实施教学实践活动。教师让学生收集并分析有关问题的数据，为学生创设讨论该主题下社会维度的任务和活动，引导学生利用媒体或技术解决相关问题，并对该问题得出结论或形成观点。教师能理解SSI教学的目的是让学生思考、讨论并形成对复杂社会或伦理问题的科学观点，能理解学科中的科学知识和社