2016, Vol. 6
在我国“科学素养”与“科学素质”通常被认为是同义语，来自对“scientific literacy”这一词组的翻译。目前，官方文件多采用“科学素质”的提法，学术界二者并用且较多使用“科学素养”。对科学素养概念及其内涵，国外科学教育界自20世纪50年代以来、国内科学教育界自20世纪90年代以来不断有新的讨论，使之不断拓展和深化，其中佩拉(M.Pella)等人[1]、沙瓦尔特(V. Showalter)[2]、申(B. Shen)[3]、布兰斯科姆(A. Branscomb)[4]、米勒(J. Miller)[5]、美国科学促进协会[6]、美国国家研究理事会[7]、经济合作与发展组织(OECD)[8]、诺里斯和菲利普斯(S.Norris，L.Phillips)[9]等研究者和研究机构所做的相关工作先后产生过重要影响。2006年，我国国务院颁布了由中国科协组织制定的《全民科学素质行动计划纲要(2006－2010－2020年)》[10]，其中给出的科学素质定义为国内各界普遍采用，例如《义务教育初中科学课程标准(2011年版)》中的表述：科学素养包含多方面的内容，一般指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，并具备一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。[11]
这些研究主要是基于科学家、科学哲学家和科学教育家的视角进行的，它们对推进科学教育、推进公众理解科学无疑起着十分重要的作用。但另一方面，科学素养早已是我们这个时代最核心的文化素养之一，从文化角度思考科学素养的结构与内涵，在理论和实践两方面都是必要且亟待进行的。
一、关于文化的定义与内涵从1871年英国学者泰勒给出他的文化定义至今的140多年间，众多文化学者对“文化”给出了大量定义，使之成为最有争议、最复杂、最模糊的概念之一。
纵观20世纪文化理论的发展，我认为，从卡西尔(E.Cassirer)到怀特(L.White)再到威廉斯(R.Williams)这样一条线索，是文化理论中最深刻、最富有启发性的发展之一，至今仍具有十分重要的理论价值。其中，卡西尔的文化理论强调人的符号行为，重点分析了以观念为主的文化现象[12]；怀特划分出三个文化亚系统，即技术系统、社会系统和思想意识系统，论述了文化演进的动力机制[13]；威廉斯给出了被后人广泛接受的文化基本定义[14]。将三者结合起来并适当扩展和深化，就可以获得一个具有高度探索性和启发性的、具有马克思主义特征但又作了重要调整的文化理论。这一理论以威廉斯的文化定义理解文化的基本结构，以他的文化理论为基础，通过引入怀特关于技术、能量的基本观点和亚文化系统的互动机制，整合三人的主要关键词和主要观点并进一步深化而获得。其要点包括：
(1)文化现象是由人类所专有的使用符号的能力所决定或导致的那些现象，文化是以使用符号为基础的现象体系。
(2)文化概念是由领域、文明-民族-国家、阶级三个维度和下述三种意义综合而成的一个整体。当我们考虑特定的文明-民族-国家的文化时，可以将其看作一个一体化的系统，但整个人类文化却必定是一个多元系统。
(3)文化的第一种意义：文化是由艺术或智力创造活动及其产品组成的一个多元系统，其实质是创造。当将其限定在某个文明-民族-国家时，可以将其看作一个一体化的系统。导致创造性活动的原因是多方面的，从人类社会整体角度看，其原因可以来自人类求美、求知的天性，可以来自社会需要，还可以来自原有创造活动及其产品自身完善与发展的需要；从创造活动实施者个体角度看，可以是马斯洛(Maslow)论述过的人类基本需要(生理需要，安全需要，交往需要，社会角色需要，审美需要，求知与自我实现需要等)[15]。随着一般意义的人类社会的不断发展，文化创造活动的水平不断提高，从而其产品也有一个不断积累、更新、发展的过程。原初性的艺术或智力创造活动可能仅凭人的头脑和身体能力就可以进行，但在达到一定水平之后，必须借助与之相应水平的技术手段以及运用这些手段的技能才可以继续和发展。从这个意义上说，技术对于文化创造具有基本的重要性，决定着文化创造的基本水平和强度。个体的艺术或智力创造活动通常只需要很少的能量支撑，但创造活动一旦成为群体行为乃至社会建制，维持这种创造活动并不断提高其水平就需要可观的能量，人类所能运用的能量的种类、数量、手段和能量的有效利用率通常既决定着技术的发展水平，也决定着艺术或智能创造活动的水平。从这个意义上说，能量是文化创造的基本支撑和保障。
(4)文化的第二种意义：文化是人类的生活方式，是各种特定人群所特有的生活方式及其互动关系的总和，其实质是消费和反馈。当将其限定在某个文明-民族-国家时，可以将其看作一个一体化的系统。由消费派生出复制、支撑和生活基本需要的概念。对应于文化创造产品不断积累、更新、发展的过程，作为生活方式的文化也有一个不断发展的过程。实际上，在正常情况下，这也将是一个不断进步的过程，但因为其中涉及许多复杂情况，所以我们并不笼统地、绝对地以“进步”来概括这一过程。文化创造的产品成为人类的生活方式之后，其中的技术成分以及运用这些技术的技能往往也随之进入人类的生活方式，或者说，技术成为影响生活方式的重要因素。生命个体的生存繁衍需要能量，人类的各种社会活动(其中包括对文化创造产品的各种消费活动)需要能量，物质形态的文化创造产品的复制需要能量，作为制度文化载体的各种社会机构的正常运行也需要能量。因此，能量也是第二种意义上的文化的基本支撑和保障。
(5)文化的第三种意义：文化是一个不断发展的过程，其中包括创造性文化的发展与人类生活方式的发展两个层面及其互动。
此外，以下观点是各种文化理论较为公认的，即：文化是共享的；文化是习得的；文化是整合的。笔者赞同并采纳这些观点。
二、何为科学文化？在上述文化概念的基础上，可以自然地导出科学文化的概念。
1、科学文化是人类探索自然现象及其规律的创造性活动及其成果，近代以来，这些活动主要由科学家进行。
这是科学文化的第一种意义，可进一步细分为两个层面：(1)形成过程中的科学：发现新的自然现象和规律，提出并探索新的科学问题，建立新的科学方法，设计和实施新的科学实验，提出新的科学理论、思想和观念等；(2)成熟形态的科学：已经成为科学共同体共识的科学知识体系，为科学共同体普遍认同的基本科学思想、方法和观念等，以及渗透在其中的科学精神。
从历史的角度看，第一种意义下的科学文化是多元的，但在20世纪以来它越来越成为一个一体化的系统。
从内在的文化意义上讲，科学最突出的特点是它代表了一种理性的、有条理的思维，以及建立在这种思维及其成果基础之上的态度、信念和精神，包括：对现实世界的强烈求知欲和对世界可理解性的坚定信念，以及对理解世界的执着的、不懈的追求；合理的想象；强调经验证据(因而强调观察和实验，又由于强调定量化和精确化从而强调数学方法的运用)；其推理严格遵守逻辑规则；有条理的怀疑精神，求真务实、严谨认真的态度等。
在社会学意义上，默顿(R. Merton)[16]和巴伯(B. Barber)[17]先后概括了6条曾被科学界公认的科学的精神气质：
(1)普遍主义：在对科学家之科学成就的评价中，应该以科学本身的价值为标准，不应考虑诸如种族、性别、年龄、宗教、民族、国家、阶级、个人品质等个人特征和社会属性。
(2)公有主义(亦称公共性)：要求科学成果为科学共同体的成员所共同享有。
(3)无私利性：要求科学家为“科学的目的”而从事研究，提倡“为科学而科学”的精神。
(4)有条理的怀疑主义：要求对所有的知识，借助于经验的和逻辑的标准加以同等仔细的考察。
(5)个体主义：它反对盲目地屈从权威和教条，要求科学家个人在信奉理性的基础上进行自由的探索。
(6)情感中立：要求科学家不把个人情感因素卷入科学活动之中。[18]
虽然20世纪90年代以来很多研究者认为，在后现代背景下默顿和巴伯的观点或许已经过时(例如其中的公有主义和无私利性)，但绝大多数科学家、科学哲学家和科学社会学家仍然认同这些观点。
以上两方面内容没有直接包括科学与社会的互动，特别是科学的社会价值。作为一个补充，我们注意到，联合国教科文组织1999年世界科学大会通过的《科学和利用科学知识宣言》中明确概括了4个要点：第一，科学促知识，知识促进步；第二，科学促和平；第三，科学促发展；第四，科学扎根于社会，科学服务于社会。[19]
2、科学文化是人类生活方式的组成部分。这是科学文化的第二种意义，表现为社会对科学成果的消费与社会对科学的反馈，包括多个层面，例如：科学以外的文化领域因使用科学成果而导致的创造性活动(包括艺术创造与智能创造)及其成果；基于科学知识与方法的各类技术发明创造以及由此产生的各类物质产品，在这个意义上，科学与普通人的生活方式联系在一起；公众对科学的理解，科学在公众中的形象；科学思想方法在规范文化中的应用，包括科学思想方法对普通人思想及行为方式的影响、科学思想方法和观念对社会运行机制的影响等；第一种意义的科学文化对一个时代或一个文明-民族-国家文化精神的塑造；科学家通过自己的研究成果获得社会回报，社会因认识到科学的重要作用而给予科学家相应的社会地位和待遇；社会需要对科学发展的推动；规范文化既有可能促进科学的发展，也有可能阻碍科学的发展；此外，科学家共同体的社会建制、科学家的社会地位和公众形象、科学家的交往方式和行为规范等也应包括在这一层面。
从历史的角度看，类似于第一种意义的科学文化，第二种意义的科学文化也是多元的。而且，虽然第一种意义的科学文化在20世纪以来越来越成为一个一体化的系统，但第二种意义的科学文化即使在今天仍然表现出较为明显的国家或地区差异，从而仍保留着较高程度的多元性。
3、科学文化是一个不断发展的过程。这是科学文化的第三种意义。首先，作为一个庞大的专门领域的科学始终处于不断发展进步的过程中，它的发展受到社会需要和内在需要的双重推动。其次，作为一个亚文化系统的科学与其他亚文化系统的互动关系，或者按本文的说法，社会对科学成果的消费与反馈，也同样经历着历史的发展演变过程。而且，与在其他亚文化系统中难以简单地定义“进步”不同，作为生活方式的科学文化的发展过程毫无疑问也是一个不断进步的过程。第三，上述两个发展过程之间又存在着较为明显的互动关系。因此，科学文化的第三种意义应该是上述三个方面的总和。
整合上述内容，我们给出科学文化的一个基本定义： 科学文化是科学家的创造性活动、成果及凝聚在其中的思想、观念、精神和传统，是在科学与人类其他亚文化系统互动中形成的人类生活方式，并且是一个不断发展的过程。
三、科学家的精神气质与人文情怀《义务教育初中科学课程标准(2011年版)》中指出：“科学在不断揭示客观世界和人类自身规律的同时，也促进了人类思维方式的发展和认识水平的提高，科学蕴涵的科学精神和科学伦理已经成为先进文化的重要组成部分，不断升华着人类的精神境界。”[20]虽然很多人可能会更容易承认科学知识、方法和观念对推动人类文明进步的作用，但前述科学的内在文化意义、科学的精神气质以及科学的社会价值三个基本方面无疑代表了科学文化更为本质的特征，可以统称为科学的深层文化意义，或者科学的人文情怀，它们早已成为人类文明中最可宝贵的财富之一。
历史上许多大科学家都表现出明显的人文情怀，进入20世纪以来，随着人类科学认识水平的迅速提升，随着科学与技术越来越紧密的联系在一起，科学技术对社会的能动作用越来越强大，这种人文情怀也越来越强烈地在一些大科学家身上表现出来，包括对加强科学人文精神教育的深切期待。
例如爱因斯坦不仅创立了伟大的科学理论，而且始终关注世界和平、人类福祉、公平正义等重大问题，发表了大量文章和演说。他在《科学与社会》一文中写道：“科学对于人类事务的影响有两种方式。第一种是大家都熟悉的：科学直接地、并且在很大程度上间接地生产出完全改变了人类生活的工具。第二种方式是教育性质的——它作用于心灵。尽管草率看来，这种方式好像不大明显，但至少同第一种方式一样锐利。”“科学的不朽荣誉，在于它通过对人类心灵的作用，克服了人们在自己面前和在自然界面前的不安全感。”[21]在《培养独立思考的教育》一文中他写道：“用专业知识教育人是不够的。通过专业教育，他可以成为一种有用的机器，但是不能成为一个和谐发展的人。要使学生对价值有所理解并且产生热烈的感情，那是最基本的。他必须获得对美和道德上的善有鲜明的辨别力。否则，他——连同他的专业知识——就更像一只受过很好训练的狗，而不像一个和谐发展的人。为了获得对别人和对集体的适当关系，他必须学习去了解人们的动机、他们的幻想和他们的疾苦。”[22]
薛定谔在《科学与人文主义》前言中的两个段落说得更为直接。其中，在“科学对生活的精神意义”中他写道“要敏锐地注意到，你的特殊专业在人类生活悲喜剧的舞台上所扮演的角色；要联系生活，不仅要联系实际的生活，而且要联系生活的理想背景，这一点通常显得更为重要。同时，还要使自己紧跟时代。如果你不能最终告诉别人你一直在做什么，那么，你的研究也就一文不值。”在“科学的实用成果有掩盖其真正重要性的倾向”中指出：“受过教育的人中，大多数对科学都不感兴趣，也不知道科学知识是形成人类生活理想主义背景的一部分。在对‘科学究竟是什么’全然无知的前提下，许多人认为科学的任务就是发明新机器，或者是帮助人们发明新机器，以便改善我们的生活条件。他们会把这些事情留给专家来做，就像让管道工来修理他们的水管一样。如果让持有这样观点的人为我们的孩子选择学习课程，其结果必然就像我刚才所描述的那样。”[23]
科学社会学家贝尔纳(J.Bernal)认为：“我们可以把科学中的人的需要依照其迫切程度分为四等，科学同其中每一类需要都有一定的关系。”其中第四类是：“社会在自己的所谓文化——礼仪，艺术和对生活的总的态度——中认识和表现了自己。在这里，不但实用科学，而且科学所展现的世界面貌都再次成为主要因素。”[24]
天文学家萨根(C.Sagan)在《科学家为什么应该普及科学》中写道：“科学不仅是知识的本体，更主要地，它是一种思维方法。这种思维以严格的怀疑观与对新思想的开放性的结合为其特征。在我们生活的各个领域——社会、经济、政治、宗教等，都绝对地需要科学。”[25]
类似的论述大量出现在20世纪许多著名科学家的论著中，许多科学家还直接投身于争取世界持久和平、争取社会公平正义、推进科学教育的人文情怀的具体实践中。
四、重新理解科学素养令人遗憾的是，与大科学家的人文情怀相比，通常意义上的科学教育以及各种对“科学素养”的表述却对此缺少足够的关注。以本文开头部分提到的几种权威表述为例(为了后面行文方便，为各条内容按研究者增加了字母标记)：
佩拉等人将科学素养概括为6方面内容：P1．概念性知识——构成科学的主要概念、概念体系或观念。P2．科学的理智——科学研究的方法论。P3．科学的伦理——科学所具有的价值标准，亦即科学研究中科学家们的行为规范，也称为科学态度或科学精神。P4．科学与人文——科学与哲学、文学、艺术、宗教等文化要素的关系。P5．科学与社会——科学与政治、经济、产业等社会诸侧面的关系。P6．科学与技术——科学与技术之间的关系及差异。[1]
米勒认为科学素养由相互关联的三部分组成：M1．对科学原理和方法(科学本质)的理解；M2．对主要科学概念和术语(科学知识)的理解；M3．对科学技术社会影响的意识和理解。[5]
经济合作与发展组织(OECD)在2000年给出的定义是：科学素养是运用科学知识，确定问题和作出具有证据的结论，以便对自然世界和通过人类活动对自然世界的改变进行理解和作出决定的能力；2006年又进一步细化为：O1．能力：识别科学问题；科学地解释现象；使用科学证据。O2．知识：科学知识；物理系统；生命系统；地球和空间系统；关于科学的知识；科学探究。O3．态度：科学兴趣；支持科学研究；对资源和环境的责任感。
诺里斯和菲利普斯将科学素养细化为11个方面：S1．科学的实质性内容的知识和与非科学相区分的能力；S2．对科学及其应用的理解；S3．什么算作科学知识；S4．在学习科学中的独立性；S5．科学地思考的能力；S6．用科学知识解决问题的能力；S7．明智地参与以科学为基础的问题所需要的知识；S8．对科学性本质包括对其与文化关系的理解；S9．对科学(包括它的惊异和好奇)的赞赏和享受；S10．关于科学的风险和利益的知识；S11．批判性地思考科学和借助科学特长处理问题的能力。
《全民科学素质行动计划纲要(2006－2010－2020年)》的概括：Q1．科学技术知识，Q2．科学方法，Q3．科学思想和科学精神，Q4．应用科学知识、方法和思想处理实际问题、参与公共事务的能力。
不难看到，上述这些概括，虽然或多或少都注意到科学与文化的关系，但并未将科学本身看作一种文化，其中体现的科学的人文精神也非常薄弱和表面化，与本文引述的几位科学家的看法完全不在同一个境界。与其他的科学素养界定相比，佩拉以及诺里斯和菲利普斯的概括有较强的人文色彩(虽然主要是外在的)，但并未成为主流，从总体上看，科学教育的理念以及科学素养的内涵中缺少足够的人文精神，而且在很大程度上是一种功利主义的教育，在中国尤其是这样，这实在是令人困惑和遗憾的事情。
基于这样的思考，从科学文化的视角去看待科学素养和科学教育，不仅十分必要，而且十分迫切。上文已经把科学的内在文化意义、科学的精神气质以及科学的社会价值三个基本方面统称为科学的深层文化意义，或者科学的人文情怀，它应该成为科学教育和科学素养的有机组成部分。在经典的科学教育、科学素养定义中加入科学的人文情怀，可以导出下述新的、尝试性的定义：
(1)科学教育是一类基本的文化教育，其内容由四个基本层面构成：科学知识，科学技能、方法和能力，科学思想和观念，科学的人文情怀。
(2)科学素养是一类基本的文化素养，由四个基本层面构成：科学知识，科学技能、方法和能力，科学思想和观念，科学的人文情怀。
对上述两个概念的规范定义，需要对每个层面的细节详加描述并作相应的讨论，但这已经不是本文所能承担的任务了。简单地说，对前三个层面的理解无论科学界还是科学教育界应该具有基本的共识，而对科学的人文情怀的涵义以及更一般的科学文化的涵义，本文已经详加论述。因此，上述定义虽然简略，但含义已经足够清楚了。
有了上述理解，对一个人所受的科学教育可以作这样的描述：仅有科学知识，好比一个人只有血肉；加上了科学技能、方法和能力，好比在血肉基础上增加了骨架，于是才有了作为一个人的整体形状；加上了科学思想和观念，就有了灵魂；加上了科学的人文情怀，就有了神采和境界。这样一个立体的、具有递增关系的结构，既是科学教育的结构，也是科学素养的结构。这样一个结构，可以容易和全面地兼容前述最有影响的对科学素养内涵和结构的研究成果。因此，结合上述关于科学素养的5种权威表述，我们可以将科学素养的主要组成部分分解为下述4个层面：
(1)科学知识：P1，M2，O2，S1，S2a，S3，S7a，Q1；
(2)科学技能、方法和能力：P2a，M1a，O1，S2b，S4，S5，S6，S7b，S11，Q2，Q4a；
(3)科学思想和观念：P2b，M1b，O3a，S8a，Q3a；
(4)科学的人文情怀：P3，P4，P5，P6，M3，O3b，S8b，S9，S10，Q3b，Q4b。
从表面上看，在上述归类结果中，所有对科学素养的经典表述都包含了某种程度的人文情怀，但认真品味其细节后不难发现，这种关怀主要是外在的，无论是范围还是深度都远远不够。
五、几点思考容易看到，基于我们对科学文化的理解，基于上述具有立体结构的科学教育、科学素养定义去分析和讨论我国科学教育(包括学校教育和面向公众的科学普及教育)理论与实践中的一些基本问题，例如目标、理念、内容、方法、评价、资源，应能引发某些有意义的思考。
笔者认为至少在基础教育阶段，科学教育应该是全面的科学文化教育，以培养和提高学生的全面科学素养为宗旨，因而科学课程应该是十分重要的基本文化课程，而现实中科学课程或理科类课程则主要被定位为知识课或工具课。至于科学的人文情怀，如前所述，在科学教育的理论和观念上已经十分薄弱，在科学教育实践中更是基本落空。这些因素决定了我国科学教育的境界始终处在较低的层次，一些听起来高大上的提法基本上仅仅停留在口头，科学教育质量长期难以提高也就不足为怪了。
根据科学文化的第一种意义，科学文化首先是科学家的创造性活动及其成果。因此，对于学习和理解科学来说，理解科学问题、科学发现的背景，理解科学方法和科学发现过程，显然都至关重要，当今我国的科学教育或理科教育则更为侧重知识传授而明显忽视背景、方法和过程，这种倾向不仅偏离科学教育的本质，也对应试教育起了推波助澜的作用。
根据科学文化的第二种意义，关注作为人类基本生活方式的科学技术，即关注科学技术对社会的影响，也就是通常所说的科学-技术-社会教育。这不仅是科学教育的应有之义，而且应该在科学教育中处于重要位置。然而，虽然科学教育工作者倡导多年，但其实施情况与其应有地位显然是不相称的。
全面、恰当、准确地界定和理解科学教育与科学素养，明确科学教育的目标和宗旨，反思当今科学教育存在的问题，按照科学文化教育的要求重新审视当今科学教育的内容和方法，制定有效措施提升科学教育的境界和质量，是我国科学教育所面临的长期而艰巨的任务，而引发对这些问题的关注和思考，正是本文的主要目的。
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