第一讲科学素养概念

科学教育概论

第一讲科学素养概念

第二讲科学素养与科学教育第三讲西方

理科课程的发展第四讲科学探究

第五讲科学、技术与社会

第六讲科学史与科学哲学

参考书目：

［1］魏冰．科学素养教育的理念与实践——理科课程发展研究［M］．广州：广东高等教育出版社，2006．

［2］丁邦平．国际科学教育导论［M］．太原：山西教育出版社，2002.

［3］马来平，常春兰，刘晓．理解科学：多维视野中的自然科学［M］．济南：山东大学出版社，2004.

第一讲科学素养概念

科学素养的含义科学素养理论的形成与发展素质教育与科学素养

第一节科学素养的含义

科学素养是针对普通教育而不是专业教育，是指向所有的或大多数学生而不是少数学生。但由于其本身的教育口号的特征，对科学素养具体内容的理解可能会因为而异。从理科课程的角度来看，它一般包括科学知识、科学过程和情感态度价值观。

科学素养可以从不同的层面去理解，这里主要是从学校理科课程的角度来讨论这一概念。据Bybee（1997）考证，最早使用科学素养一词的是美国著名教育家、化学家、哈佛大学校长柯南特（Conant J.）。柯南特在1952 年出版的《科学中的普通教育》一书里首次使用这个词。正像这本书的书名所表明的，柯南特把科学素养定位于普通教育的层面上，这为后来的科学素养的研究定下了基本调子。也就是说，科学素养是针对普通教育而不是专业教育，是指向所有的或大多数学生而不是少数学生。有必要指出的是，柯南特是在大学普通教育（通识教育）的层次上讨论科学素养这一概念的。真正把科学素养引入基础教育的是美国著名科学教育家、斯坦福大学教授赫德（Hurd P）。

早在1958 年，赫德就在美国《科学教育》杂志上发表了一篇题为《科学素养：对美国学校的启示》的文章。正像这篇文章的标题所表明的，作者把科学素养作为一个对中小学科学教育的建议。更为有意义的是，在这篇文章里，赫德明确提出科学素养是指向公民而非专业人士的。他指出，“稍微多一些理解科学的发展力量和现象对当今公民来说是必要的。科学教学不能再被当作少数人的奢侈品”（Hurd,1958）。近半个世纪以来，赫德致力于科学素养运动的推广和科学素养概念的诠释，在不同时期都发表了针对这一主题的文章。几乎在所有的这些文章里，赫德对科学素养概念的解释都是建立在普通教育的层面上。例如，在1987 年的一篇文章里，赫德针对20世纪60年代理科课程改革失败的原因，深有感触地指出，“科学素养的度量就是文化意识的度量。传统理科课程把学生当作

自己文化中的外来人。引起科学教学实质性变革的一个问题是太多的科学家没有科学素

养，对大学前科学教育感兴趣的科学家、哲学家、社会学家和历史学家太少”

(Hurd,1987)。赫德把科学素养同“文化”联系起来、把科学家看作“没有科学素养”，抱怨太少的哲学家、社会学家和历史学家参与科学教育改革，显然，作者关于科学素养的强烈的普通教育观已显露无疑。在1998 年的一篇文章里，赫德再次呼吁：“科学素养是一种公民能力。在一个人的整个生命活动中，他可能会遇到与科学有关的个人的、社会的、政治的和经济的方面的各种问题，对这些问题的理性思考需要科学素养” (Hurd,1998)。

自从20 世纪50 年代科学素养作为一个名词产生以来，它一直作为一个口号流行于西方科学教育界。作为一个口号，他对于科学教育改革具有积极的象征意义，表达了科学教育改革的理想目标。也正是作为一个口号，它把对科学教育感兴趣的人统一起来朝着一个目标迈进。在这个意义上，科学素养同“科学为大众” 或“科学大众

化”(Science for All)等西方科学教育界流行的口号具有相同或类似的意义。一般而言，教育口号具有这样几个特点：简约性、情绪化、导向性和明显的价值倾向性(郑金洲，1998)。因此，对口号的理解可以因人、因时、因地而异。不难理解，科学素养常常被认为是一个缺乏统一定义的概念。Laugksch(2000) 认为，造成这一局面的原因主要有5 个因素：①对科学素养感兴趣的群体不同 (有科学教育工作者、社会科学工作者和政策制定者等) ；②科学素养的测量方式不同；③对科学素养这一概念的定位不同；④倡导科学素养的目的不同；⑤科学素养作为一个概念是相对的还是绝对的。这5 个因素之间的关系可

由图1-1 表示。

兴趣群体

提倡目的概念本质

1-1 影响科学素养概念的理解因素

(来源：Laugksch,2000)

Bybee(1997)提醒我们，造成对科学素养的不同解释的一个重要原因是人们对科学素养这一词组中的“literacy”有不同的理解。这一英文单词在字典的一般解释是“读、写能力” 。显然，这一解释对科学素养概念并没有实质意义，也即科学素养并不一定是关于科学的“读、写能力” 。这一单词对科学素养蕴含的意义是人们应该了解有关科学的基本知识、具有基本的能力，以便适应现代社会，即所谓“功能的科学素养” ( Functional Scientific Literacy)。

顺便一提，关于“功能的科学素养” 的提法在近年为科学教育开辟了一个新的研究领域，即“公众理解的科学” ( Public Understanding of Science)。研究者通常通过个案方法对普通市民在其日常生活中是如何理解、认识和处理相关的科学技术问题进行考察( Irwin&Wynne,1996 )。这类研究促使学校科学教育工作者关注“市民的科学”和“学校科学”的联系并重新审视传统的学校科学课程在培养公民的科学素养方面的作用。

但是，即便是在“功能的科学素养”这一层次上，似乎也难达成一致意见。例如，有的人强调对科学与技术的基本概念和名词的掌握( Hazen&Trefil,1991), 有的人强调能读懂、会写并对有关的科学问题进行有效的交流与传达 ( Shamos,1995) .另外，还有人认为在不同的社会背景中，“功能的科学素养” 是不一样的。例如，发达国家的社会公民与相对落后的社会公民在他们的日常生活中对科学与技术知识的需求是不同的

( Jenkins,1990)。从这一观点出发，有人认为科学素养的定义应具有相对性，也即科学素养与社会背景相关，它不应当存在于“社会真空”中( Laugksch,2000)。由此出发，不难理解，即便是在同一国家，对于城市和乡村的人们的科学素养的要求也不可能是一样的。就我国而言，社会文化发展不平衡，科学教育普及的水平也不一样，不同地区的市民究竟需要什么样的科学素养，我们还缺乏充分的数据。

如前所述，作为一个口号，科学素养表达了科学教育改革的理想目标。但从理科课程发展的角度来说，人们习惯把它与一些课程问题联系起来。例如，在Champagne和Llovitts(1989)看来，对于“什么是科学素养”或“怎样才算具备了科学素养”这一类问题的回答一般包括3个方面的描述：①关于一个具备科学素养的人的行为的描述；②关于一个具备科学素养的人的心智状态(mental State)的描述，也即知识、技能和价值观等方面；③关于培养具备科学素养的人的教育条件。显然，这3 个方面分别大致相当于

课程评价、课程内容和课程实施。而且，他们的核心部分是第二个方面，即相当于课程内容的“心智状态” ，其他两个方面实际上是它的推演。这大概可以解释当人们谈到科学素养时为什么习惯从科学知识，技能与价值观三个方面来构建理科课程

(Bybee,1987;Collins,1989)也. 正是在这个意义上，通过比较同一年代的科学素养的不同提法，以及不同年代的科学素养核心概念，Bybee 认为，“当一个人声称科学素养没有被很好地定义的时候，他要么没有认识到科学素养的历史，要么不接受别人的定义”

(Bybee,1997) 。

那么，这个关于科学素养认识的历史是怎样的呢？这个问题将在下一节讨论

第二节科学素养理论的形成与发展

在第一节中谈到，柯南特于20世纪50 年代初期首次使用了科学素养这个名词，赫德在50 年代后期从基础教育的层面对它进行了说明和解释。在他们之后，还有约翰逊（Johnson W.）、卡尔顿（Carlton R.）等人对科学素养做了进一步阐发

（Bybee,1997）。虽然他们的文章大都涉及了科学素养的核心内容，如科学概念、科学与社会的关系、科学方法和科学史的作用、科学事业的精神等，但还只能算是个人的见解，没有形成统一的认识。因此，可以说，从20 世纪50 年代初到60 年代初的10 年间并没有成型的科学素养理论出现。

到了20 世纪60 年代中期，美国威斯康星大学科学素养研究中心的Pella等人对科学素养进行了首次概括总结。他们试图解决的问题是在过去的10 多年里发表的有关科学素养的文章有没有共同性的主题，如果有，它们是什么。经过文献调查和统计分析，他们发现在100 篇关于科学素养的文章里涉及的共同主题可概括为6 个方面（后面的数

字是所提及的文章篇数）；①科学和社会的相互关系（67）；②科学的伦理（58）；③科学的本质（51）；④概念性知识（26）；⑤科学和技术（21）；⑥人文中的科学（21）（Pella, O Hearn& Gale,1966）.随后，Pella 对20 世纪60 年代理科教育现代运动中的“新课程”进行了评价。但他发现，“新课程”多集中于概念性知识，即学科知识，很少涉及其他主题（Pella，1967）。Pella 等人的研究结果使科学素养理论的基本框架得以形成，为后来的研究奠定了基础。

美国俄亥俄州立大学的Showalter等人在20世纪70 年代中期对科学素养的理论进行了又一次的综合概括。根据调查研究和文献分析，他们提出科学素养应包括以下7 个方面：①科学的本质；②科学中的概念；③科学过程；④科学的价值；⑤科学和社会；⑥对科学的兴趣；⑦与科学有关的技能（Showalter，1974）。与Pella等人的理论相比，这7 个维度在内容和次序上都有变化，在一定程度上反应了科学素养的时代特征。

此外，他们还提出了科学素养的连续性问题，即一个人的科学素养是由低级到高级、由不成熟到成熟逐步发展的。这种连续性不仅反应在科学素养的整体上，也反应在每一个维度上。科学素养的连续性问题后来由Shamos、Bybee 等人继承和发展。在Shamos 看来，科学素养可分为3 个水平，即文化的科学素养——理解普通文化意义上的科学词汇；功能的科学素养——能阅读、书写并参与讨论有关的科学问题；“真实的”科学素养——深入理解科学事业的发展变化，科学概念的来龙去脉以及科学过程的本质含义（Shamos，1995）Bybee把科学素养分为5 个水平，由低到高分别是科学文盲、词语的科学素养、功能的科学素养、概念和过程的科学素养、多维的科学素养（Bybee，1997）。其中，第5 级水平相当于Shamos的“真实的”科学素养，指向科学的社会、文化意义。此外，Agin（1974）在Pella 等人工作的基础上对各个科学素养的主题进一步阐释。他认为，科学素养的以下6 个主题应是制定跨学科教学单元的出发点：①科学和社会；②科学伦理；③科学本质；④科学概念；⑤科学和技术；⑥科学和人文。Agin的工作可看作是20世纪70年代关于科学素养讨论的代表。

值得一提的是，20世纪70年代关于科学素养的研究已经不限于其内容和范围的讨论了，而是从多角度、多层面来看待这一问题。例如，Shen（1975）从社会一环境的角度讨论了实际的、公民的和文化的科学素养。他认为，人们在不同的环境中会有不同的科学素养的需要。实际的科学素养主要用来解决人们在日常生活中所遇到的困难和问题，

例如健康、安全等。公民的科学素养使人们能够更多地关心与科学有关的社会问题，积极参与社会决策；文化的科学素养则满足人们对科学事业、科学文化和科学精神的探求的需要。美国国家科学教师协会（NSTA）在1971 年出版的年报中提出科学素养应从不同的“教育背景”予以考虑。这些“教育背景”包括：学科的结构、课程的设置、教学设备、教学内容、教学方法和师资培训等多个方面（NSTA,1971）。实际上这是从学校教育的角度考虑科学素养教育的落实问题。

进入20 世纪80 年代，科学素养作为科学教育的目标被明确提出。美国国家科学

教师协会在1982 年发表了题为《科学—技术—社会：80 年代的科学教育》的年度报告。在这个报告中，科学素养的基本成分被概括为以下几个方面：①科学、技术过程和探究技能；②科学和技术知识；③科学、技术知识在个人和社会决策中的作用；④对科学和技术的态度、价值观和鉴赏能力；⑤在与科学有关的问题中的科学和技术的相互作用（NSTA，1982）。与20 世纪六七十年代的科学素养理论相比，该报告提出的科学素养有两个特点：第一，强调“技术“并把它放在与科学同等重要的位置；第二，强调与科学、技术有关的个人和社会决策。在80 年代的科学素养理论中，最有影响的是国际科学素养发展中心（芝加哥）主任Miller 在1983 年提出的三维模式，即：①关于科学概念的理解；②关于科学过程和科学方法的认识；③关于科学、技术和社会的相互关系的认识（Miller ，1983）。Miller 这一模式的提出主要基于两个方面的研究成果，一是总结以前的理论研究和相关的测量与评价；二是他自己关于科学政策制定过程中公民科学素养问题的研究。由于这个模式有一定的实证数据作基础，加上它简洁明确，突出了科学素养的核心，因而在学术界得到了较为普遍的认同。Miller 的这篇文章，即《科学素养：一个概念和经验的回顾》，也就成了科学素养研究的经典性文献。后来，很多学者依据这一理论模型设计问卷或量表对普通公民的科学素养进行了测量。中国科学技术协会最近几年进行的中国公众科学素养调查的指标体系也来源于这个理论模型（Zhang&Zhang，1993）。几乎与此同时，加拿大学者Roberts （1983）对科学素养进行了综合性的文献回顾。在他的题为《科学素养：朝向理科课程目标的平衡》的报告中，Roberts 认为科学素养作为一个教育口号代表了不同的课程目的的一种平衡。在他看来，上述的Pella 等人的关于科学素养的见解是“综合意义上” （Composite Sense）的科学素养。结合他的“课程重点” （Curriculum Emphases）理论，作者认为，科学教育的目的可以多种多样，每一种课程目的都是合理的。Roberts 工作的意义是把科学素养的理念同理科课程结合起来，从而为理科课程的开发和评价提供了重要思路。同时，由于他的“课程重点”的概念是从社会学的角度提出的，即不同的课程决策者（或利益集团）具有不同的“课程重

点” ，从而也为研究科学素养理念的落实提供了重要线索。Roberts的“课程重点”的概念在以后的章、节中还有提及。

到了20世纪80年代后期，随着以国家标准为特征的一系列科学教育改革方案的出台，科学素养由教育理念转变成教育实践迈出了可贵的一步。其中，最有影响的是美国“ 2061计划”（Project 2061）。该计划的研究人员分属5 个专业委员会：①生物学和