科学素养初探.docx

1、科学素养初探科学素养初探 目 录 序言(1) 一、科学素养的哲学基础(3) 二、科学素养的历史发展(11) 三、科学素养的主要内容(22) 四、科学素养的分类(37) 五、科学素养的测量方法(38) 六、科学和技术素养(42) 序 目 科学素养这个概念历史悠久。沙莫斯 (Shamos)在1995年说过，对科学素养(即公众必须具有关于科学的一些知识的思想)概念的有关成分的兴趣和关心可追溯到至少20世纪的初期。近年来，中共中央国务院有关教育的文件屡次提及要实施素质教育。如1999年6月13日的中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定就提出，“要全面推进素质教育，培养适应二十一世纪现代化

2、建设需要的社会主义新人”，在课程改革方面，提出“调整和改革课程体系、结构、内容，建立新的基础教育课程体系改变课程过分强调学科体系、脱离时代和社会发展以及学生实际的状况。抓紧建立更新教学内容的机制，加强课程的综合性和实践性，重视实验教学，培养学生实际操作能力”。笔者认为，要改革科学教育，核心问题之一在于实施科学素养教育。从50年代后期开始，国外如美国对科学素养的兴趣日增，发表有关科学素养的文章也渐多，这与回应苏联人造地球卫星上天有关。我国自90年代初期始，科学素养这个术语逐渐在一些报纸上出现，基本上是介绍我国公众、青少年学生的科学素养的，并经常与外国公众、青少年的科学素养相比较。测量标准基本上采

3、用国际上流行的有关公众科学素养衡量标准，即美国乔恩治米勒提出的公众科学素养的三个标准：(1)对科学技术术语和概念达到基本的了解；(2)对科学的研究过程和方法达到基本了解；(3)对科学的社会影响达到基本了解。这个基本思想在提出后，就得到世界各国学者和专家的广泛赞同。1998年12月29日，中国科普研究所“96中国公众科学素养调查”“课题组完成的最终分析数据表明，我国公众达到基本科学素养水平的比例仅为o2，这与欧共体国家(1989年达到44)相差2l倍，与美国 (1990年达到69)相差335倍。经比较，我国公众在对科学知识的理解上与美国公众的理解相差之几，然而，在对科学过程、科学技术对社会的影响

4、两方面的差距分别达到4倍到7倍。1997年11月的一个报道中，指出上海中小学师生科技素养抽样调查表明，中学教师输给了市重点中学的学生，其测试成绩比学生低了5。据有关科普专家分析，公众科学素养水平低的最主要原因：一是我国的科技水平与西方相比有一定的差距；二是经济也有一定的差距；三是教育落后；四是民主化程度不高，公众对很多问题不太关心，也没有能力关心。1994年12月，中共中央、国务院发布了关于加强科学技术普及工作的意见，提出“要把提高全民科技素养”“促进两个文明建设作为科普工作的中心任务，要从科学知识、科学方法和科学思想的教育普及三个方面推进科普工作”。此后，我国的某些杂志报纸陆续发表了有关科学

5、素养的文章。国内外的文章对科学素养的说法纷纭，看法不一。就国内文章提及的科学精神来说，内容就有许多种。下面介绍笔者近年来整理的有关科学素养的国内外材料，供大家研究参考，并予指正。 一、科学素养的哲学基础 科学观和科学教育观是科学素养观的重要基础。 1科学是科学知识、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。 罗素曾说过：“一切确切的知识都属于科学”，并讲过归纳、演绎和数学在科学中的重要性。他说“创立近代科学的那些人有两种不一定并存的长处，作观察时万分耐心，假设时有大无畏精神”；并认为科学并不具有绝对的权威，说科学的威信“不是统治的威信，而是理智上的威信”，“它在本质上求理性裁断”

6、，“只对当时似乎已由科学判明的事情表示意见”；他还认为，科学具有“实事求是”的品质，不作妄断。那种认为科学仅仅是知识的看法是不正确的。科学是系统化的知识体系，但更是一种方法论体系。科学的历史表明，从近代到现代，任何广门成熟的科学不仅形成系统化的知识体系，而且都有包含着独特的科学方法和科学认识思想。2，科学是一种文化现象。 科学作为人类活动，作为一种文化现象，至少可以从科学的内容、科学发展的动因、科学对社会的作用三个方面对它进行整体考察。广义的文化是人类社会所创造的物质文明 和精神文明的总和。科学的内容不言自明。关于科学进步的动因，存在着理想主义和功利主义两种科学观。古希腊哲学家、科学家、古代“

7、最博学的人物”亚里士多德认为，求知是人类的本性，而为求知而从事学术研究，并无任何实用目的，不为个人利益而寻求智慧，是求知的最高境界。英国思想家、唯物主义者弗兰西斯。培根批判前者的为科学而追求科学的观点，指出“科学的真正的、合法目标”应当是“把新的发现和新的力量惠赠给人类生活”。功利主义强调科学的工具价值和功利性，容易导致科学的片面发展，忽视基础科学的探索研究，而最终造成阻碍科学的进步；理想主义则轻视技术价值传统，不关注人类的物质利益，因而导致失去社会的推动力。我们应从功利主义和理想主义二者的结合中找到科学发展的动因。在科学对社会的作用方面，我们往往关注科学带来的物质成果，而忽视科学在思想文化上

8、对社会的影响。 科学作为一种文化现象，一开始就有深厚的人文基础，科学与人文的关系向来是十分密切的。文艺复兴是近年科学的开始，这一时期以科学、理性为旗帜的人文精神追求人的自然本性的解放，人的主体性的尊重。德国哲学家文德尔班说：“近代自然科学是人文主义的女儿”。科学的历史告诉我们，每一次重大的科学发现都带来人类思想的深刻变化，尤其是现代科学革命更给人们的观念和信念巨大的震动，引起哲学思想的演变，进而引起对人与自然、人与人、人与社会之间关系的重新认识。 3科学的性质是什么。 科学的性质明确地表达为科学教育的目的早在1907年，在20世纪20年代重现，然后在50年代和60年代变得普遍。当今，对科学性质

9、的理解是美国科学教育改革努力的中心组成部分。对科学的性质的理解不仅必定能帮助学生在我们的社会中起作用，而且当阐明科学的性质时，能由使学生分享“科学的风险事迹”而丰富他们的生活。 被认为科学教育的重要目标的科学的性质方面包括理解科学知识的性质、产物和证实，科学的内部和外在社会学以及科学的人民和过程。 在美国科学促进协会(AAAS)的AAAS科学素养基准和美国国家科学教育标准这样的文件中，提出的科学的性质的特性似乎是高中毕业生的合适的目的。这些特性的例子如下： (1)科学是认识的一种途径，但并非认识的惟一途径。 (2)科学建立在一整套起作用的假设上(例如，宇宙中的次序和可预言性)。 (3)好奇心、

10、创造性和机遇在科学上起重要作用。 (4)实际上，科学的一个目的绝对客观性，如果是曾经有过的话，也是很少达到过的(包括科学的社会文化蕴藏含意以及观察的解释的偏见)。 (5)在科学中，如果那些结果和或理论的解释被科学社会接受的话，科学的结果和理论的有说服力的交流是关键性的。 也有把科学的性质和特性叙述得比较详细的： (1)科学是一个系统。它是知识的一个系统，在系统中，那么多的事实相联系在一起。这是有组织的知识的一个系统。 (2)一门科学在性质上是基于实验的。在一门科学中，知识由观察获得。证实在科学上起一个重要作用。证实基于我们观察和经历的事实。 (3)一门科学是基于批判性的辨别力的。这是客观的和公

11、正的。 (4)一门科学研究物和事的通用性质，并且它由通用的解释和原理组成。 (5)一门科学是合理客观的一个知识体。在一门科学中，定律是形成在深思和推理的基础上。 (6)一门科学是自动校正的。无论何时新知识被发现，旧的结论被修正，如果新的事实作出这样的要求的话。 (7)一门科学在性质上是客观的。一门科学并不依靠象感情、强烈个性、偏见等主观态度。一门科学采用公正风格的事实。一门科学是中性的并不含任何偏见。 (8)一门科学系统说明定律。事实用定律来解释。定律由已有条理的体系构建联系定律的理论来解释。 (9)科学的另一特性是它在预测上的作用。在定律的基础上，一门科学能预测一些事情的发生。 对科学的性质

12、的看法目前还不一致。但学生必须理解科学的性质。最重要的理由是，这个理解对负责的个人决策和地球市民是关键性的。它培养思想上的科学习惯，能帮助人们在生命中的每一步明智地研究时常涉及的证据。定量考虑的问题、逻辑上的争论以及不确定性。在许多国外的科学教学纲要里，都提出理解科学的性质作为一个教学目的。 4科学具有局限性。 科学是人类知识的积累，知识的系统。“知识”既具有认识的动态语义(表示为动词，中文里的“知”、“识”，英文里的“know”，又可以表示人类对事物的历史性成果的总结(表示为集合性名词， 中文里的“知识”，英文里的“knowledge”)。光可以被认为是波长，又可以被认为是粒子。实验证明，两

13、种理论都成立，两种解释都说得通。事物是发展变化的，对事物的解释是多元的。科学本身就是一个开放系统。因此，不论就事物的发展，还是对事物解释的多样性而言，科学是有局限性的。在许多国外的科学教学纲要里，都提出把理解科学的局限性作为一个教学目的。 5科学在我国的境遇和我国的科学教育。 我国的科学文化在三方面显得不足：一是缺乏对科学整体上的理解；二是科学没有在文化传统的深层次上获得地位； 三是忽视科学对社会的作用。 按传统的科学观和科学教育观，科学主要是一些既成的事实、规则、定理，教育的任务就是使学生掌握这些知识，形成运用这些知识解析题目。而按照现代的科学观和科学教育 观，作为结果的知识是不断发展更新的

14、，发现真理、探求结果的方法才是更重要的。知识本身不是教育目的，而是建立科学方法的工具和手段。因此，现代教育观更关心的是怎样使传授知识的过程成为掌握科学研究方法、开发学生智慧的过程。 科学与文化传统整合是我国文化创新的要求。科学在我国已有一个世纪的历史，但仍未能在文化传统上扎下根。每一种文化都是一个有机体，各种文化要素有机联系，相互耦合，构成独特的文化生态。引进新的文化时，只有当它的要素与原有文化耦合而构成新的文化生态时，新的文化才能成为有效的因子。我国的科学移植自西方，如何把它转变为一个有效的文化因子，是科学与文化传统整合的关键。我们应作如下的努力：一是在科学的内容中充分体现人文价值；二是把科

15、学的要素整合到其他学科中去，实现与其他学科的相互联系。 科学在本质上是人类的社会活动，是为社会服务的。一方面科学对社会各方面产生重大影响，另一方面科学的发展又受社会各方面因素的制约。在某种程度上看，科学发展的过程是科学与社会相互作用的过程。科学的目的是为人类谋利益的，因此科学应关注社会问题，关注社会的发展。把学生放到真实的情景中去，用科学知识解决实际的问题，这一方面有利于培养学生发现问题，综合解决问题的能力；另一方面更有利于加强学生对科学的功能、价值、地位的认识，对科学与自然、科学与人类、科学与社会关系的认识。80年代的一次世界科学和技术教育倾向会议上，就曾提出要达到4个目的群，其中的一个就是

16、社会问题，即科学教育必须培养准备去负责任地研究与科学有关社会问题的有见识的公民。为了明智地对与科学有关的社会问题投票或参与责任的社会行动，不仅具体的事实是重要的，而且要理解科学在社会中的作用，有关问题的知识以及科学与这些问题是怎样联系的。 6衡量科学教育成功的一个标准是以问题始，以问题终。 这里先介绍一个事实。前年，有一个美国科学教育协会代表团访问上海，在一所著名的重点中学听物理课，讲授者为一特级教师。讲课内容精当，层次清楚，节奏紧凑，学生活动充分，教师的提问都是精心设计的，学生的回答也都清晰了。按我们的评价标准，这可以说是天衣无缝的。可是，美国科学教育协会代表团成员反映却很平淡。他们说，课堂

17、上都是老师提问，学生回答，既然学生都已能回答了，这堂课干什么还要上呢?上课应该是学生有问题，学生提问，老师回答，师生共同讨论。我国衡量教育成功的一个重要标准是，把有问题的学生教得没有问题，所以中国的学生年龄越大，年级越高，问题越少。有个化学教育杂志在80年代曾将初三到高三学生提出的问题及兴趣作过统计，结果也是这样。而美国衡量教育成功的一个重要标准是，把没问题的学生教得有问题，如果学生提出的问题教师都回答不了，那就算是非常成功的，所以美国学生年级越高，越富有创意，越会突发奇想。这就是以问题为纽带的教育，以激发学生产生问题始，以产生新问题终。在这个过程中，培养学生的问题意识，解决问题的知识、程序、

18、方法，培养学生的怀疑精神和创新精神。 7彻底解决科学教育中单一的以系统的科学知识为中心的指导思想。 多年来，我们的科学教育比较重视传授系统的科学知识，不太重视培养学生的基本能力、科学方法和思维方法，脱离社会和生活，造成的后果是比较严重的。其渊源可以追溯到受德国著名的教育学家、心理学家赫尔巴特(17731841)的影响。赫尔巴特把知识放在首位，一切道德、情感、意志都是建立在知识的基础上的。他提出的教学原则是系统性和循序渐进相统一。他把教学阶段分为明了、联想、系统和方法4个主要阶段。明了是给学生明确地讲授新知识，联想是新知识要与旧知识联系起来，系统是作概括和结论，方法是把所学知识用于实际(即作业)

19、。我国清末的科学课本主要是搬自旧本的，而日本却受赫尔巴特的影响甚大。20世纪初，赫尔巴特主义转道日本传人我国，其教学论的影响甚大。我国的一些传统的教育观念与赫尔巴特的教育思想是相通的。我国的“师者，所以传道授业解惑也”与明了相通；“温故知新”与联想相通；“循序渐进，学生躐等”与系统相通；“学以致用”与方法相通。民国时期我国学者编写的中学化学课本，十分强调系统的基本知识。建国以后，曾有一个时期我国科学课本以苏联最新的科学课要为蓝本。而当苏联主导的凯洛夫教学目的论强调“双基”和系统科学知识的掌握，教学内容主要是传统系统的知识、技能、技巧，教学原则中有教学的系统性和连贯性。教师使用以苏联课本为蓝本而

20、编写的科学课本时，起初很不“习惯”，这表现在当时的化学杂志曾有两期连续刊登以苏联最新化学课本为蓝本而编写的我国中学化学课本里存在的许多问题。但令人惊奇的是，时过不久，广大中学化学教师双手赞成这种新课本。究其原因，一是由于党和国家在政治上提出“一面倒”；二是教师原有的系统的基本知识的指导思想与苏联课本的“双基”“系统的科学知识”的指导思想相一致。以后，我国中学科学课本虽然发生过“以生产为纲”和“典型生产引路”先后两次波折，但经拨乱反正后，都把联系生产和实际的内容砍去了不少，而回到强调系统的基本知识，其中1978年编的科学课本还大大提高了深度。我国中学理科课本中以系统的科学知识为中心的思想是根深蒂

21、固的。 二、科学素养的历史发展 科学素养已成为国际上熟悉的教育口号(educationsslogan)、专门用语(buzzword)、时行用语(catchphrase)和现代教育目的。科学素养“象征公众应该知道科学是什么”。科学素养概念的成分源远流长。米勒(Milker)等提出，科学素养的系统研究发生于20世纪的初期，德博尔(DeBoer)甚至认为科学素养的思想起源于19世纪的中期。学者们的说法不一。关于科学素养术语的历史分期，学者们有不同的说法。本文主要参考了劳克施(Laugksch)在2000年第一期科学教育上发表的一篇文章的分期法。 1约于20世纪初到40年代末 历史上，如果一个人能阅读

22、和书写自己的名字，就被认为“会读能写”。反之，如果他只能用“X”来签名，就被认为是“不会读能写”。在以后的一个长时期中，对基本上会读能写曾重新下定义为：阅读一个公共汽车时间表，一个贷款契约或一瓶药物的说明。成人教育工作者时常用术语“实用性读写能力”来指实用于一个现代化工业社会所需的最低的技能。因此，需要的技能水平会读能写是随着时间的转移而改变的。20世纪最有学识的科学家对当今的技术的掌握达不到10。这只是一种相对的测量，而不是一种绝对的标准。由于世界各国社会和经济体系的多样性，实用性素养的同一定义并不同样地适用于发达和第三世界的农业社会。对科学素养的起始水平的选择，也不是十分精确的。科学素养这

23、个术语的含义后来虽然不断发展，但许多人仍然把它解释为“会读能写”。如英汉教育词汇解释为识字；读写能力。英汉心理学词汇解释为识字；阅读和写作能力。西方教育词典解释为读写能力，注释为“一个人的读写能力和他所属的集团或文化(cuiture)对他所期望的 读写能力。一个集团的成员认为这个人有读写能力，而另一个集团的成员则可能认为他不具有读写能力。”90年代在我国北京举行的世界化学会议的化学教育分组会上，有的学者依然把科学素养解释为读写能力。 2约在20世纪50年代和60年代 有人称，这个时代是“科学素养”概念的合法化时代。1958年，科学素养概念的一个关键性的建议者美国斯丹福大学荣誉教授赫德(Paul

24、 HeHart Hard)在一篇名为科学素养：它对美国学校的意义的文章里，用科学素养这个名词来描述对科学的理解以及它在技术上的应用已在我们，的社会中成为这样的一个支配力量，因而难于讨论人类价值、政治和经济问题，或教育目标而不去改考科学的作用。赫德是把科学技术与社会的关系作为重要问题提出的第一个人。但是，由于单纯重视知识教育的传统影响，赫德的主张并不 为人所普遍接受。时隔不久，到了1963年，美国科学教师协会的执行秘书卡尔通(RobertCarltorn)向科学家和科学教育工作者作了调查，在对科学素养的定义的认识上，大多数人的答案集中在科学领域广泛系列上的较多的知识内容上，只有少数人谈及赫德所说

25、的科学与社会的关系。 但在其后数年中，科学教育工作者对科学素养的认识转变得很快。1967年，美国威士康辛大学的佩勒(Milton Pella)检查了106篇科学教育的论文，断定作者对科学素养涵义的认识。他发现，下面的6个概念是经常使用的：(1)科学和社会之间的关系(67次)； (2)科学的伦理(58次)；(3)科学的性质(51次)；(4)概念性知识(26次)；(5)科学和技术(21次)；(6)科学在人文科学中(21次)。可见，科学和社会的关系已在许多科学教育工作者的心目中占有重要位置。Pella还评价美国国家科学基金会(NSF)支持科学课程研究科学素养的程度，认为存在欠缺，因为他们未能充分地提

26、及技术、社会应用和科学与人文科学间的关系。 佩勒及其伙伴下结论说，科学上有素养的人是以理解下列各点为特征的：(1)科学与社会的相互关系；(2)控制科学家在工作中的伦理(道德标准)；(3)科学的性质；(4)科学和技术的差异；(5)科学的基本概念；(6)科学和人文科学的相互关系。 320世纪70年代 有人称这个年代为“认真解释的时代”。 1970年，赫德对科学素养的概念选择了“科学启蒙”这个成语。他认为，科学教学广义的目的应该是培养个启蒙的市民，能够使用科学的智力资源去产生一个将促进作为人类的人的发展的有利环境。赫德用几点说明来发表关于他的科学素养的定义，这些说明具体叙述一个科学上有素养的人的理解

27、和态度。一个科学上有素养的人应是：(1)理解科学事业的目的；(2)认识到科学知识逐渐地增长；(3)以一个有用的途径知道一些主要的概念、假说、定律师和理论， (4)认识在科学中系统研究的价值；(5)认识探究过程和导出的概念、定律和理论的相互关系；(6)为提供的科学刺激来认识科学；(7)在文化、社会和历史的广义观点内看待科学事业的需要；(8)认识科学繁荣的文化条件；(9)期望可能需要社会和经济革新以跟上和增强科学和技术的发展；(10)把科学技术看做相互联系和相互依赖，然而不是同义语；(11)认识科学事业的普遍性；(12)具有需要产生一个概念体系的意识，在体系内科学、社会和人类能够适应。这里，赫德的

28、说明涉及科学知识的主要概念、假设、定律的理论，探究过程，用文化、社会和历史的广义观点来看待科学事业的需要，用社会的经济革新以增强科学和技术的发展，科学与技术的关系。他在看待科学、技术与社会的关系上有了发展。 1971年，美国科学教师协会的课程研究委员会K12向美国科学教师协会董事会报告了由125个科学教育工作者对科学教学着重点的综合研究。该委员会认为，科学素养涉及对科学过程技能的态度和能力以及科学概念的有用知识。有科学素养的人被描述为这样的人： (1)当他跟别人和环境相互作用时，在作出每日的决策中要使用科学概念、过程技能和价值概念； (2)理解科学知识的产生依赖探究过程和对概念的理解； (3)

29、在科学证据和个人意见之间作出区分； (4)鉴定事实和理论之间的关系； (5)在促进人类福利中认识科学和技术的局限性以及用途； (6)理解科学、技术、社会的其他方面，包括社会和经济发展的相互关系； (7)认识科学的人类起源以及理解科学知识是暂时的，当证据积累后会发生变化； (8)具有丰富的知识和经验，因此，他能认识科学工作正由其他人在进行； (9)作为受科学教育的结果，他具有对世界的较丰富的和较刺激的观点； (10)他也采用类似那些以科学为基础的价值，因此能由智力刺激而利用和享受科学； (11)在他的毕生中继续探究和增加科学知识。 作为美国的一个权威性的科学教师组织，除了提及前人的一些内容及观点

30、外，还提出了过程技能、价值观念、科学技术的局限性、科学知识的暂时性以及持续的科学教育等观点。内容比较全面，也基本上概括了赫德等人在科学素养研究上的一些主要观点。 1974年，佩勒的把科学素养作为一个概念而作叙述的工作被肖沃尔特(Showalter)精心完成。肖沃尔特综合了15年的有关文献，将科学素养概括为以下七个方面： (1)有科学素养的人理解科学知识的性质； (2)有科学素养的人在他跟宇宙的相互作用中，准确地应用合适的科学概念、原理、定律和理论； (3)有科学素养的人在解决问题、决策和促进他对宇宙的理解中使用科学过程； (4)有科学素养的人在与外界相互作用时，使用一种与构成科学基础的价值相互

31、一致的方法； (5)有科学素养的人理解科学和技术的共同的事业，以及这些事业与社会性的各个方面之间的相互关系； (6)有科学素养的人，能不断发展对宇宙更丰富的、更令人满意的更刺激的观点； (?)有科学素养的人已发展了与科学和技术相联系的许多操作技能。 上述概括包含了科学素养最重要的一些内容：知识、科学过程、价值观、科学一技术一社会、发展和持续、操作技能。 41980年前后 1983年，罗伯特引用加贝尔在职1976年的话，显示他在科学素养上的理论模型工作。基于科学素养意义的大多数解释，他认为，目前实际上意指与科学教育有关的每一件事情。 罗伯特又说，科学素养的概念无所不包。他还说，70年代后期和80

32、年代初期，科学素养的定义和解释众多而又持续的缺乏一致，减少了这个概念的用处。大约在同时，对科学素养研究较多的美国面临两个挑战：一是与日本和其他太平洋边缘经济强国的出现，因而普通认为美国的国际竞争力衰退。科学和技术被看做经济进步的基础，因而美国的科学政策不可避免地成为公众的注意中心。第二个挑战与美国科学和工程研究基础的下降有关，与科学成就在国际比较中美国的不良状况有关。在这个人们普遍认为美国存在科学教育危机，特别是在美国全国教育优异委员会发布了“国家在危险中”的报告之后更是如此。由于对美国的经济竞争力已感到的威胁和危机，在80年代初期，“科学素养”问题重新引起人们的关注。在美国等国，成年人的科学素养受到了普遍的注意。 520世纪80年代后期至今 1980年，美国科学、技术、社会教育的权威人士耶格 (RobertEYager)写了一篇名为科学、技术、社会、科学教育在综合中的趋向的文章，提出有科学