多元视角下的中小学生科学素养内涵解析*

● 杜秀芳 刘丹丹 陈英敏

多元视角下的中小学生科学素养内涵解析*

● 杜秀芳 刘丹丹 陈英敏

培养学生的科学素养已成为学校科学教育的总目标和根本任务，本文从科学素养概念的发展历史，世界各国科学教育的纲领性文件以及科学素养的测量等角度对科学素养概念的内涵进行多方位解析，在此基础上提出中小学生科学素养的内涵应包括科学知识与原理、科学探究技能，与科学有关的态度和科学世界观四个要素。

科学素养；科学探究技能；与科学有关的态度；科学世界观

目前国际科学教育界普遍认为，在基础教育中，科学素养应是学校科学教育所追求的总目标和根本任务。但是长期以来对于什么是科学素养，尤其是中小学生的科学素养应该包括的内容缺乏一致的认识。本文将从不同角度对以往关于中小学生科学素养的内涵及构成要素的研究进行梳理，在此基础上提出自己的观点。

一、从科学素养概念的发展历史看科学素养的内涵

早在十九世纪，科学就已成为欧美学校课程的一部分。到20世纪50年代，由于第二次世界大战的影响，美国人认为科学技术的发展是确保国家安全的重要源泉，科学教育则是保证美国的经济和军事在国际上保持霸权地位的重要途径。1957年的苏联卫星上天，以及当时科学在人们生活中的重要作用，促使美国科学教育和教学的目标逐渐变为“科学素养”。

1958年，洛克菲勒兄弟基金发表了一份关于美国国家教育的报告，这份报告中关注了国家如何来应对发生在原子能、太空探索、分子生物学以及脑生理学等领域的科学技术的飞速增长，教育怎样有效的为人们生活和工作于这样一个快速变化的世界中做好准备。在培养大批的科学家、数学家和工程师的同时，社会同样需要理解科学事业的受过良好教育的公民，也就是具有科学素养的公民[1]。Hurd于1958年10月发表的文章《教育领导》中使用科学素养这一概念来说明科学教育的新目标。他对变化如此之快的世界表达了一种深深的紧迫感，认为尽管培养接受过技术训练的劳动力很重要，但是使所有学生形成对科学的敬仰之情也同样重要，这是一种文化实力的表现[1]。无论是洛克菲勒兄弟基金会的报告还是 Hurd，他们认为的科学素养是指对科学以及快速发展的科学事业的全方位的理解，不管个人将来是否成为科学家。可以说在50年代，科学素养被看作是一种文化实力，对科学的全方位学习，有利于培养民主社会中明智的、有智慧的参与者。

到60年代，虽然科学教育的目标仍然使用科学素养一词，但已从强调技术转移到科学原理上来。1963年Robert Carlton美国国家科学教师协会的执行秘书曾调查大量的科学家和科学教育工作者，“科学素养对他们来说意味着什么？”大多数认为在广泛的科学领域中大量的内容知识，只有少数提到科学与社会的关系[1]。60年代以科学家为中心的科学课程改革的先行者们强调科学课程的学术严谨性，从某种意义上说是把学生视为脱离日常生活的新一代科学家来培养[2]。科学课程中的内容主要是由科学家组织好的抽象的自然世界的模型，科学教学的方法倾向于探究的方法，要求学生尽可能地感到像一名科学家那样，不仅使用他的工具，还要以他的眼光看问题，这时的科学素养主要是强调科学知识与原理，理解科学的探究过程。

到70年代多数科学教育工作者意识到过份强调科学原理结构的教学是不明智的，是以牺牲学习者的兴趣和发展需要为代价的。科学与社会的关系、科学的技术应用又一次成为科学课程的目标，这时的科学素养包括了科学与社会的关系以及科学的应用等内容。整个70年代以及80年代初科学素养更多的与社会背景联系起来。1982年美国国家科学教师协会（NSTA）进一步指出科学教育的目标是“培养理解科学、技术和社会怎样相互影响、并能在他们的日常生活中使用这些知识的具有科学素养的个体。”在题为《科学—技术—社会：80年代的科学教育》的年度报告指出，科学素养的基本成分是：科学技术过程和探究技能；科学和技术知识；科学、技术知识在个人和社会决策中的作用；对科学和技术的态度、价值观和鉴赏能力；在与科学有关的问题中的科学和技术的相互作用。[3]

到90年代，许多科学教育工作者重提科学教育课程的改革，科学素养的论述主要表现在与这些改革有关的科学教育纲领性文件中，我们将在下一部分中阐述。

通过对科学素养概念发展的历史回顾，我们可以看出科学素养的内涵从50年代到80年代，基本经历了从强调科学知识、科学原理的掌握，到发展科学技能，再到强调理解科学与社会的关系、重视科学在人们生活中的实际应用的过程。

二、从各国科学教育纲领性文件中看对科学素养的培养要求

在各国科学教育的纲领性文件中对中小学生科学素养的涵义及培养要求都作了明确说明，对一些重要文件的回顾有利于我们进一步理解科学素养的内涵。

美国1985年启动了一个旨在通过长期的科学教育来提高全美民众的科学素养的计划，即著名的2061计划。该计划以学生进入社会后所需的知识、技能为着眼点，长期致力于科学教育改革。在此基础上，美国相继颁布了一系列有关科学教育的文件。

1989年出台的《面向全体美国人的科学》明确指出了学生们到十二年级结束时所要达到的科学素养目标的基本范围，可大体归纳为：熟悉自然世界，认识它的多样性和统一性；了解科学的关键概念与原理；了解科学、数学和技术相互依存的重要方式；认识到科学、数学和技术是人类的伟大事业，认识到它们的优势与局限；具备科学思考能力；运用科学知识和科学思维方法处理个人和社会问题[4]。1995年美国出版了《国家科学教育标准》，标准中表达了如下观点：“所谓有科学素养是指了解和深谙进行个人决策、参与公民事务和文化事务、从事经济生产所需要的科学概念和科学过程。有科学素养还包括有一些特定的能力：（1）有科学素养就意味着一个人对日常所接触的各种事物能够提出、发现、回答因好奇心而引发出来的一些问题；（2）有科学素养就意味着一个人已有能力描述、解释甚至预言一些自然现象；（3）有科学素养就意味着一个人能读懂通俗报刊刊载的科学文章，能参与就有关结论是否有充分根据的问题所作的社交谈话；（4）有科学素养就意味着一个人能识别国家和地方有关科学的决策，并且能提出有科学技术根据的见解；（5）有科学素养的公民应能根据信息来源和产生此信息所用的方法来评估科学信息的可靠程度；（6）有科学素养还意味着有能力提出和评价有根据的论点并且能恰如其分地运用从这些论点得出的结论。”[5]

英国1988年推出的《教育改革法》规定在全国实施“国家课程”，并将科学课程和英语、数学列为三大并列的核心课程。1989年，英国教育和科学部正式颁布了其科学教育史上第一部全国统一的课程标准《国家科学教育课程标准》。它提出了科学教育应担负的六项任务，也即中小学科学素养的内容：使学生了解科学概念；训练科学研究方法；建立科学和其他知识的联系；理解科学对社会的贡献，认识科学知识的本质。为了培养具有高度科学素养的新世纪公民，2000年在1991年和1995年修订和调整的基础上，颁布了新的《标准》，新《标准》首先说明了科学课程对学生学习和发展的重要意义，也即科学素养的培养目标。表现为：（1）促进学生精神的、道德的及社会和文化方面的发展；（2）发展学生的主要技能，如交流、使用数据和信息交流技术(ICT)的能力；（3）促进学生其它方面能力的发展，如思维能力、专门技能、学习能力、以及接受可持续发展教育的能力。[6]

中国科学技术部等部门2001年制定的 《2001~2005年中国青少年科学技术普及活动指导纲要》将科学素养理解为：科学态度；科学知识、技能；科学方法、能力；科学行为、习惯[7]。2006年中国科协等制定的《全民科学素质行动计划纲要(2006-2010-2020)》指出：“公民具备基本科学素质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，并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。”[8]

我国教育部2001年开始的新一轮基础教育课程改革中颁布的《全日制义务教育科学课程标准（实验稿）》中认为科学素养主要包括：掌握基本的科学知识和技能；养成科学探究的习惯；掌握基本的科学方法；理解科学、技术与社会发展的关系。[9][10]

从各国科学教育的指导性文件中可以看出，尽管不同的文件对科学素养有不同的描述，但存在以下几个共同的特点：

首先，科学素养是科学教育的主要目标，科学素养的内涵强调“科学为人人”，在当今科学技术广泛应用的时代，人人都要懂得科学技术，当然这种大众教育并不排除培养少数精英。

其次，在科学素养的内容方面，由于受建构主义关于知识的性质的影响，除了80年代强调的内容之外，在90年代科学素养的内涵还增加了科学哲学的内容，即理解科学的本质、科学的价值等。如在《面向全体美国人的科学》第一章科学的性质中明确阐述了应有的科学世界观，包括：世界是可被认知的；科学理念是会变化的；科学知识的持久性；科学不能为所有问题提供完整答案。[4]

再次，强调培养学生对科学与科学事业的情感和正确态度。如科学探索中科学需要证据；科学不倚仗权威；科学事业是一项复杂的社会活动；科学研究中有着普遍接受的道德规范；科学家在参与公共事务时，既是科学家也是公民等等。

三、从科学素养测量看科学素养包含的要素

科学素养的测量是在分析科学素养构成要素的基础上，把科学素养量化为可操作的指标。科学素养的测量内容反映了人们对科学素养内涵的理解。无论是对公众还是中小学生科学素养的测量已在世界范围内广泛展开。

（一）对公众科学素养的测量

美国于1957年进行了世界上第一次公众科学素养调查，目前世界上许多发达国家和少数发展中国家都定期或不定期地开展了本国公众科学素养的调查。

在世界各国公众科学素养的测量中，测量指标主要根据国际科学素养发展中心主任 Miller在1983年提出的三维模型，一是测量公众对科学知识的基本概念的了解，如原子构造、DNA、纳米、互联网等；二是测量公众对科学研究方法和过程的理解，如对概率概念的理解情况；三是测量公众对科技的社会影响的理解，如“科学和技术正把我们的生活变得更加健康、轻松、方便”等。Miller模型已经成为各国科学素养测量中的“工业标准”[12]。英国、加拿大、欧盟、新西兰等国的研究，均采用米勒的三维体系，中国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。公众科学素养的测量体现了科学素养的三个要素：科学术语和概念，科学原理和方法，以及科技对社会的影响。

（二）对学生科学素养的测量

在当前国际间最为著名的学生评价项目中，科学都是一个重要的内容，如全美教育进步评价项目(NAEP)，国际教育成就评价协会(IEA)组织的第三次国际数学和科学教育研究 (TIMSS)，国际学生评价项目(PISA)等。下表是2000年这三项著名国际学生评价项目中有关科学素养的评估内容[11]。

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我国教育部基础教育课程教材发展中心“建立中小学生学业质量分析、反馈与指导系统”项目(简称SAAE项目)中，科学学科研究组自2005年起连续对我国8年级科学学业水平进行全国范围内的调查研究。该项目在围绕基本知识和基本技能发展的基础上，突出学生未来发展的核心素养，考查内容包括生命科学，物质科学，地球、宇宙和空间科学，以及科学探究；考查的能力包括回忆，理解和简单应用，以及问题解决。

可以看出，以上几个有影响的国际科学教育评价项目中，评价的不仅是学生的科学知识和科学能力或科学技能，学生对科学的性质的理解以及科学态度等也是测评的内容。

四、科学素养应有的内涵

通过以上分析我们认为中小学生科学素养的内涵包括以下几个方面：一是科学知识与原理，二是科学探究技能，三是与科学有关的态度，四是科学世界观。

（一）科学知识与原理

中小学生应该了解或理解基本科学事实、概念、原理和规律，能用所学知识解释生活和生产中的有关现象，解决有关问题。这是科学素养的基础，一个不具备科学知识，不了解科学事实和概念的人很难说是具有科学素养的，同时科学知识也是获得科学技能，拥有积极的对科学的态度，形成正确的科学观，理解科学、技术与社会的关系的基础。

但是科学素养教育不能仅仅局限在科学知识的教学，因为科学知识处在不断变化中。例如，地理学家过去认为几个大洲紧紧的固定在地壳中，现在相信板块构造说。随时间推移，很多科学观念会发生很大的变化，科学素养不是关于学生在校期间知道什么，而是成人之后能知道什么，理解什么。因此科学素养教育还包括教给学生获取科学知识的技能等。

（二）科学探究技能

科学探究是科学教育的重要内容，也是科学学习的重要方法，通过科学教育，中小学生应进一步发展科学探究的技能，能运用一定的科学探究技能自主的获取科学知识，运用科学的思考方式审视自然界以及辨别社会信息的真伪，使用证据做出科学结论。科学教育中科学探究技能又称为过程技能，它分为两类：基本过程技能和综合过程技能，综合技能可被认为是对基本技能的综合运用。其中最有代表性的是美国科学促进会(AAAS)推出的 SAPA（Science-A Process Approach)课程中列出的十三种科学过程技能，这十三项技能又分成两大类：(1)基本科学过程技能：观察、分类、应用时空关系、传达、应用数字、测量、推理、预测等八种技能。(2)综合科学过程技能：下操作型定义、控制变量、形成假设、实验、解释资料等五种技能。[12]

（三）与科学有关的态度

中小学生的科学素养还包括积极的“与科学有关的态度”，它又包含两个维度，一为“科学态度”，另一为“对科学的态度”[13]。“科学态度”是指一个人问题解决、评估意见与信息、下决策的方式，如诚实、谨慎、批判的精神、适当的怀疑、客观的态度等。学生的科学态度间接决定了其成人后能否获得真实、牢固的知识。“对科学的态度”则是指一个人对科学事业、科学活动的正向或负向的感觉反应，即喜欢或不喜欢科学，包括对科学的兴趣、对科学生涯的态度等。对于中小学生来说，对科学的积极态度表现为：认为科学、科学学习、科学探索是有趣的，愿意成为科学家和从事科学相关生涯等等。对科学的态度作为一种情感成分，不仅会对学生的科学学习起重要的推动作用，而且也会使他们受益终生。

（四）科学世界观

这是科学素养的核心，它又包括两个方面，一是对科学本身的认识，又称为科学本质观或科学认识论信念，它是指学习者对于科学知识的性质及其科学知识的认识过程所持的信念和态度[14]。通过科学教育，学生应该能认识到科学知识是变化的而不是固定不变的真理，科学知识是不确定的；科学知识来源于个人的认识，是个体主动参与、自主建构的而不是依赖权威、被动接受的，在科学知识产生的过程中实验和证据其重要的作用。

二是对科学与社会的关系的认识。通过科学教育，中小学生应该认识到社会需求是科学技术发展的强大动力，社会发展又得益于科学技术的空前发展和提高，科学技术是第一生产力，看到科学技术的社会价值；但又要认识到科学技术是一把双刃剑，对自然、人类生活和社会也产生负面的影响，人们在发展和利用科技时也必然面临着“义”与“利”的哲学抉择，因此要懂得实施可持续发展战略的意义。

[1]DeBoer,G E．Scientific literacy： Another look at its historical and contemporary meanings and its relationship to science education reform.Journal of research in science teaching，2000，37(6)：582-601.

[2]顾明远．课程改革的世纪回顾与瞻望[J].教育研究，2001，7:15-19.

[3]魏冰．西方科学素养理论的形成与发展[J].外国中小学教育，2003，6：16-18.

[4]美国国家研究理事会.美国国家科学教育标准[S].戢守志等译.北京：科学技术文献出版社，1999.

[5]美国科学促进会．科学素养的基准[S].中国科学技术协会译．北京：科学普及出版社，2001.

[6]胡献忠．新版英国《国家科学教育课程标准》及其启示[J].全球教育展望，2001，3：44-49.

[7]科学技术部，教育部，中宣部，中国科协，共青团中央 ．2001-2005年中国青少年科学技术普及活动指导纲要[Z].北京：北京师范大学出版社，2001.

[8]全民科学素质行动计划纲要(2006-2010-2020 年)．http：//www．gov．cn/jrzg/2006-03/20/content 231610．htm

[9]中华人民共和国教育部，全日制义务教育科学(3-6年级)课程标准(实验稿)[S].北京：北京师范大学出版社，2001.

[10]中华人民共和国教育部．全日制义务教育科学(7-9年级)课程标准(实验稿）[S].北京：北京师范大学出版社，2001.

[11]金兼斌．科学素养的概念及其测量[C].科技传播与社会发展——中国科技新闻学会第七次学术年会暨第五届全国科技传播研讨会论文集，2002.

[12]黄慧娟，王睎，许明．关于三项著名国际学生评价项目的比较[J].福建师范大学学报(哲学社会科学版)，2004，4：141-146.

[13]Osborne J，Simon S，Collins S．Attitudes towards Science： Are view of literature and its implications．International Journal of Science Education，2003，25(9)：1049-1079.

[14]杜秀芳．小学高年级学生科学认识论信念的结构与特点[J].中国特殊教育，2009，1：52-57.

*国家社科基金教育科学规划项目一般课题（BHA100048），山东省“十一五”教育科学规划重点课题。

杜秀芳 刘丹丹 陈英敏/山东师范大学心理学院

（责任编辑：陈培瑞）