2016, Vol. 6
在讨论这个问题之前，先需要申明下面要讨论的科学素养指的是什么。从学科角度看，素养和素质是不同的概念，但是在许多场合常被混用。本文讨论的是科学素养(scientific literacy)。它是在1958年赫德(D.Hurd)提出的一个从素养(literacy)衍生出来的教育理念。[1]另外，本文只围绕中学理科教学中的科学素养培育问题谈谈个人意见。对有关素养的学术问题没有作深入研究，有的提法可能有误，请读者指正。
一、教育质量和科学素养为什么要讨论科学素养？对于我国现在的学生质量是否下降这个问题的看法不一。需要理清分歧所在，找出核心问题，这样教学改革才不会无的放矢。总体来说,近年来学生质量确有不同程度的下降，这不在于所授和所得的知识和技巧较前减少，而在于科学素养培育的不足。之所以得出这个看法，是基于我们的一项调研。在我们调研中学生化学学习质量时，发现不同层次的教师回答不同。高中教师认为学习质量是以升学率来评价，只要按照课程标准的要求、统编教材的内容以及历年高考命题规律，积极备高，就能保证质量，因此他们觉得过去和现在差不多。而大学一年级教师认为，他们采取各种措施去适应新生的基础，尽量与中学衔接，但经一段时间后才逐渐感觉到适应大学的教学方式确有困难。例如刚进大学的新生上课不记笔记或不会记笔记，靠复制老师课件复习；不讲不会、不会自学，不会读教材，看参考书更困难，不会提问等等。到大学三四年级，特别是做毕业论文时，指导教师进一步发现更深层次的问题，主要表现在阅读、思考、推理判断、总结方面的困难。尤其到研究生阶段，导师们越发觉得出现学生质量问题。除了上面说的问题外，还缺乏或者不知道自主学习和自主研究问题，对别人的观点不会分析判断，不会扬弃和重建概念，不会独立思考和工作，不会总结实验结果，写实验报告，以至于最后写不出毕业论文。单从这些现象看，随着中学生、大学生、研究生学习层次的上升，越来越暴露学习质量问题。我认为这些问题主要是科学素养培育不够的表现。
客观地讲，国家层面一直十分重视科学素养的培育。1999年国务院公布《深化教育改革全面推进素质教育的决定》，2001年国务院做出《关于基础教育改革与发展的决定》。根据这个决定教育部制定了《基础教育课程改革纲要》。到2003年提出的《全民科学素质行动规划纲要》(简称《纲要》)，进一步明确科学素养教育。之后，在教育部组织下，又按照上面几个文件中对科学素养的要求，编制了课程标准(简称《课标》) ，编写了统编教材。围绕提升科学素养统一了中学教与学的要求，从而规范了教学方式、方法。最终应该决定大多数中学生的学习效果，包括科学素养。尽管整个教育过程都要求培育科学素养，但由于对科学素养的内涵理解不够深入、解读不够清晰，具体指导不够，责任不够明确，加上应试教育的冲击，使得科学素养的培育难以落实。这方面的欠缺一直影响到高等教育和创新人才培养。
二、关于科学素养的解读对科学素养理解不深，解读不够有其客观原因。科学素养这个概念本来就是模糊的，表述是抽象的。因此不同人从不同角度看问题，自然会有不同的解读。从学术角度来说，中外学者有许多表述。最初多以科学知识的获取与应用，以及科学思维为主要内容。诺里斯(S.Norris)等把各家的不同表述汇总为以下几个方面：具有科学基本内容的知识和分辨科学与非科学的能力；对科学及其应用的了解；掌握属于科学的知识；学习科学中的独立性；科学思维的能力；用科学知识解决问题的能力；在科学问题的智力参与中所需要的知识；了解科学的本质，包括它与文化的关系；欣赏科学，喜欢科学，包括科学的奇妙；科学的风险和益处的知识；对科学进行批判性思考和与科学专家打交道的能力。[2]
上世纪80年代末在美国开始自上而下推行全民科学素养教育。为了能够具体落实在基础教育中，1991年美国科学教师联合会(National Science Teachers Association，NSTA) 提出一个针对教育改革落实科学素养培育的观点陈述。他们把各种说法归纳成为17个方面：
① 应用科学和技术的概念以及伦理考虑去解决每天出现的问题，并且在日常生活中做出负责任的决定；②对科学和技术的信息能够定位、采集、分析，评价其来源，并用这些资源来解决问题，做出决定，付诸行动；③能够区分科学与技术的证据和个人意见，能够识别可靠的和不可靠的信息；④ 对于可验其真实性的自然现象提出解释；⑤在对可观察到的宇宙进行研究中能够提出怀疑、采用小心的方法，逻辑思维和创造性；⑥能够基于实证用合理的辩论来为决定和行动辩护；⑦能够分析在科学、技术和社会之间的相互作用；⑧对自然和人类制造的世界有好奇心；⑨对科学研究和解决技术问题进行评价；⑩对新的证据和科技知识的不确定性保持开放的态度； B11 为了寻求激动和可能的解释而从事科学/技术； B12 认识到科学和技术使人类的成果； B13 能够衡量科学技术发展带来的利益和负担； B14 认识到科学/技术在增加人类幸福方面的力量和限度； B15 在衡量不同办法可能的后果的基础上从事负责任的个人和公众活动； B16 把科学和技术与人类其他成就联接，例如历史、数学、文艺和人文科学； B17 考虑到科学和技术的政治、经济、道德和伦理等方面。
概括地讲，科学素养包括科学知识，科学方法，科学思想，科学精神，处理实际问题、参与公共事务的能力等。1989年美国制定的“2061计划”主要包含这些内容。在那以后，又不断更新升级，对在全民教育中的科学素养的内涵和要求又有新的观点和规范提出。此外，国际组织特别是经济合作发展组织(OECD)和联合国科教文组织(UNESCO)召开了多次会议，发布指导性文件，提出新的要求。与此同时，还有不同学者从教育的角度去分析科学素养的内涵，讨论教育如何把学生培育成为一个有科学素养的人。其中值得注意的是社会学家霍尔布鲁克(J.Holbrook)在2009年提出的科学素养，包含三个方面：理解科学本质、发展个人品质、获得社会-科学技术和价值。[3]他更加注意个人的科学素养与社会的关系。按照霍尔布鲁克的观点，培育一个人的科学素养包括：建立一种能够创造性地、利用合适的科学知识和技巧解决有挑战性并且有意义的科学问题，并做出负责任的决定，特别是对那些与日常生活和某种事业有关的问题。从“2061计划”以后的几个指导文件可以看出,他的这个精神被吸收在关于科学素养的规划中。
三、基础教育中的科学素养培育尽管科学素养的概念模糊，有不同的解释，但其基本精神以及在国民教育中的意义是清楚的。因此为了指导推进科学素养教育，各国都根据本国国情各自推出相应的规划，因而产生不同的教学计划和教学方式和方法。有的是官方的，有的是半官方的。这些计划与他们对科学素养的解读有关，也与各国国情有关。
有计划地在基础教育中进行科学素养的培育起始于美国。上世纪80年代，美国经济下滑，科技水平下降。同时国际比较科学素养评分接近末尾，科学课的教师士气低落、学生不愿学科学。这些被认为是经济下滑的主要原因。所以政府提出需要高质量地进行普及全民的科学素质教育以解决美国的教育危机。为了推行以提高全民科学素质为主要目标的教育改革，美国科学促进会(AAAS)在1989年提出了“2061计划”。最初目标是让所有学生在科学、数学和技术上掌握应该掌握的东西并且能够运用；帮助人民过着有兴趣、负责任和有成果的生活。其后为了指导学校和教师教学实践，他们不断公布指导材料。①在这个过程中，他们总结经验，不断提出更具体，更有高度的指导理念。例如，在框架(Framework)中提出了实践(Practices)、交叉概念(Crosscutting Concepts)和核心观念(Core Ideas)的3D教育体系。世界各国也都根据自身的情况制定有关规划和指导性方案。同时,为了评估科学素养培育的效果还推出不同的科学素养评估系统,其中包括我们熟知的由OECD制定的国际学生评估计划(Programme for International Student Assessment)。这些评估系统体现了他们对于科学素养的解读和标准。
① 这包括1993年公布的“Benchmarks for scientific literacy”和2012年推出的“Framework for K-12 Science Education: Practices,Crosscutting Concepts,and Core Ideas”和 2013年的“Next Generation Science Standards for States and by States”。
如何从各种说法中总结出适合我国国情的观点，建立我们的实施方案，并且贯彻到实际教学中，便成为一个问题。 2006年，参考国际文件精神并结合国情，我国公布了《全民科学素质行动计划纲要(2006－2010－2020年)》(以下简称《纲要》)。从《纲要》的目标看，它是一个对全民普及科学知识和科学精神的行动计划。其对象包括未成年人、农民、城镇劳动人口、领导干部和公务员四部分。其中基础教育属于未成年教育。中学各科教育作为全民基础教育的一部分，它的目的主要是为了培育公民的科学素养。从幼儿园到高中各级教学都不能离开这个主轴。该文件说明未成年教育中的科学素养培育的目的，是让青少年“了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思想，崇尚科学精神，具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力”，这与各国同类规划似乎没有什么差别。既然没有什么原则性差别，为什么我国的学生科学素养培育不足呢？下面我从核心素养的角度谈谈我个人的看法。
四、关于“核心素养”人的素养包括多个方面，科学素养是其中之一。各方面素养的共同基础是核心素养，也就是早年说的素养(literacy)。培育科学素养不能忽视培育核心素养。
因此在讨论科学素养时不能不先讨论literacy是什么。最早指的是读和写，后来又加上计算。1978年UNESCO 把素养定义为“功能素养”。①显而易见，没有核心素养作为基础，无论科学素养和任何其他素养都成为无源之水。但是我们的基础教育没有充分注意核心素养的培育，也忽略了理科教育在培育核心素养中的责任。在科学素养中核心素养不仅是读、写、听、说、算的能力，还应包括阅读、分析、判断、决定、讨论、写作等整个认识的获取、发展、建构、表达和应用链条。它提高学生的分析能力、论证能力、逻辑思维能力等；它决定一个人自主学习的能力和钻研的兴趣；决定成年后自我发展的能力，最终决定一个人对社会的贡献。所以是决定一生的素养。
① “A person is functionally literate who can engage in all those activities in which literacy is required for effective functioning of his group and community and also for enabling him to continue to use reading,writing and calculation for his own and the community’s development.”到2003年进一步阐述为“ability to identify,understand,interpret,create,communicate and compute,using printed and written materials associated with varying contexts. Literacy involves a continuum of learning in enabling individuals to achieve their goals,to develop their knowledge and potential,and to participate fully in their community and wider society.”
本文开头所说的学生质量问题相当一部分是核心素养的欠缺。即使表现在专业知识和技能上的问题，也与这些方面的欠缺有关系。核心素养的培养应该从小学开始，延续到一生，但是中学是一个关键阶段。而且从培育科学素养角度看，应该纳入理科教学。除此以外，从《课标》、教材，到课上和课下的教与学，在教学各个环节都有决定这些核心素质培育的因素。因为要教给学生的不是一大堆事实和名词，而是能够把相关信息合理组织成信息网络，作为若干概念教给学生，这就涉及教材和参考书的文本体裁。科学文本体裁要把概念之间的关系讲清楚，要使学生学会如何基于新知识和已知的知识，主动地构建概念关系。这样的学习才是有意义的。使学生从读这些文本学会探讨如何收集、筛选和加工信息和总结，以及参加讨论，写综述，写论文。从这个角度看，现行的中学教材的文本与上述要求有相当的距离。
五、科学素养的基本内容我国《纲要》对科学素养的解读有以下方面：了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思想，崇尚科学精神，具有一定处理实际问题、参与公共事务的能力。可以把这些内容分作两部分: 科学思想和科学精神以及科学知识和技术。其中科学思想和科学精神这一部分是统帅。能否运用知识和技术做出科学的判断、做出决定，处理实际问题必须有正确的科学思想和科学精神，所以是科学素养的灵魂。在高中化学课程标准中关于科学素养的基本内容的提法是：“为了提高公民科学素养，构建"知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”。
1. 关于“知识和技能”的传授传授知识和技能无疑在各级教育中是主要内容。但是新知识是以知识为基础的经济和知识社会能够持续发展的首要源泉，也是全球竞争力的基础。因此教育的目的不是让学生获得知识，而是让学生能够更新知识和创造知识。如果以此为目标，不妨把吉尔伯特(J.Gilbert)提出的两点和我们现行的教育方法比较。他指出：知识应该是产生新事物的行动和作为，而不是仅仅积累已经建立的信息；最重要的是你用知识作什么而不是你知道多少知识。因此需要注意的是：知道怎样学习，怎样不断地学习；知道什么时候你需要知道得更多，而不是从规定的科学课程里积累许多知识碎片；知道如何与别人一起学习，而不是自己积累知识； 用知识作为资源去解决问题而不是简单地称为“正确”答案的目录；要在知识的应用中得到重要的能力(技能)而不是把知识储存起来。[6]
知识和技能是科学思想和科学精神的载体。表面上看，在中学理科课程中绝大部分时间用来帮助学生掌握知识和技能，但是如何教授知识和技能才能使学生具有处理实际问题，参与公共事务的能力？靠在中学所学的知识是不够的。在知识爆炸性增殖的时代，如何进行教学为中学生的终身事业和对社会的贡献打下基础。这是当前教育改革的主要问题。“2061计划”提出课程改革的原则包括：注意知识和技能的持久性；避免教学计划内容拥塞，把短期记住一般名词、公式、规律当作主要教学目的就会影响理解；掌握知识和运用知识要结合起来；科学课程的核心是科学素养，不在于学科内容；不需要统一的课程计划。
2. 关于“情感态度与价值观”的构建我国的《课标》把这方面的内容具体化为：兴趣、热情、意识、赞赏、关注、辩证唯物主义世界观、科学态度、热爱祖国等等。如果以美国的“2061计划”为参照来比较，可以看出两者的差别。“2061计划”把这方面的内容归纳为科学世界观、科学思想以及科学的社会性：①科学的世界观。科学观点是可变的，科学知识是耐久的，科学对所有问题都不能提出完全的回答。②科学探究。科学需要证据; 科学是逻辑和想象的融合体; 科学力图解释和预测；科学家试图认定和避免偏见，科学不是权威。③科学事业。科学组成不同学科; 科学在各种研究机关进行; 有普遍接受的道德准则; 科学家在参与公共事业时既是科学家也是公民。 这些观念是可以具体化，也可以在教学中贯彻的。例如在探究型教学中,让学生知道需要证据去论证。美国的STS行动也是强调基础科学素养的。包括：智力，高级思维能力，态度，从社会角度考虑利害，跨领域考虑问题，这是从教育方面提出的。而为了评估科学素养，OECD制定的国际学生评估计划对于科学素养的要求也是以科学精神和科学思想为纲领的。包括科学概念、科学过程和实际环境。
当然，这些计划不见得都适合我国国情。但是要承认其中有一些基本原则在我们的教学中没有体现甚至于似乎在无意中背离了这些原则。例如中学理科教材所写的、学校里所教的以及考试所考的那些定律、概念和“知识点”无疑给中学生的印象是这些都是不可变的、排他的、最终的、权威的。没有上面所说的科学观点是可变的科学世界观，带着这样的思想进入大学，他们不敢质疑，不敢背离“标准定义”和“标准答案”，他们会越来越感到困惑，越来越难适应大学学习。成人后面对复杂多变的自然界和社会，他们会抱残守缺，遑论创新。这仅仅是一个方面。
六、几点思考对比这些原则，我们不得不审视和讨论一下现行的理科教学中的几个需要探讨的问题。
首先是“知识点” 问题。课标要求的，教材中罗列的，课堂上所讲授的是很多只能短期记住的知识点，积累了许多知识碎片，而不是让学生学习有结构的科学知识。而我们的时代需要受教育者明了知识之间的有机联系，使学生有跨领域考虑问题的能力。以知识点的数量决定教学内容，衡量教学水平，不仅会造成“内容拥塞”，影响理解，而且促使教师把知识定格在一定语言表述上，使学生以背诵、记忆，应付高考；只注意短期效果，不能持久。
其次是对科学过程的认识，也就是发现问题、取证、分析、判断、做出结论、交流等科学探索过程。虽然在我们的课标规定的科学素养三方面中包含“过程与方法”这一部分，但是在教学各个环节中没有体现。例如科学概念必须经过验证这个认识过程在教学中大都被忽略。只要求学生记住结论，不必了解认识过程。我们没有鼓励学生提出自己的“假设”(不妨称之为假说)，然后设法去证实。我们也没有让学生知道在历史上很多科学家提出的很多假说是错误的，只有他或她们是如何从错误中走出来，走向相对正确结论的。
再则是应用。应该指引学生去发现和解决与社会有关的“真问题”，而不仅是讲讲已知的某些科学知识和技能在各方面的应用。前面说的“3D教育”所提出的实践、交叉概念和核心观念三方面就是为培育解决实际问题能力所设计的。
最后，我想用一个问题来结束：Science for Education还是Education for Science?
| [1] | Hurd P D. Science literacy:Its meaning for American schools. Educational Leadership, 1958,16(1):13-16.( 1) |
| [2] | Norris S P, Phillips L M. How literacy in its fundamental sense is central to scientific literacy. Science Education, 2003,87:224-240.(1) |
| [3] | Jack H, Miia R. The Meaning of Scientific Literacy, International Journal of Environmental & Science Education.2009,4:75-288.(1) |
| [4] | Shawn M G. Reading and Writing to Learn Science:Achieving Scientific Literacy Journal of Research Science Teaching. 1994,31:1057-1073. |
| [5] | Glynn S M. Explaining science concepts:A teaching-with-analogies model. In S.M. Glynn, R.H. Yeany, & B.K. Britton (Eds.), The psychology of learning science. 1991:219-240. |
| [6] | Gilbert J. Catching the knowledge wave? The Knowledge Society and the future of education. Wellington:New Zealand Council for Educational Research.2005.(1) |
| [7] | Aikenhead G S, Orpwood G, Fensham P.Scientific literacy for a knowledge society. New York:Routledge, Taylor and Francis Group.2011:28-44. |