科学教育

高凌飚，我国著名科学教育专家，华南师范大学教授，华南师范大学课程教材研究所所长，教育部华南师范大学基础教育课程研究中心常务副主任，教育部华南师范大学基础教育课程教材评价中心主任。

科学教育是什么？

简单地说，就是人类为传承与发展科学、提高人类全体成员的科学素养、促进人类可持续发展的教育活动。学校教育的对象是学生，科学教育就是为提高学生的基本科学素养的教育活动。通过科学教育活动使学生热爱科学，相信和尊重科学，了解最基本的科学知识、科学规律并学会按科学规律办事，了解科学的过程和方法，逐步形成科学的态度和观念并据以处理科学与人类生产、生活、社会活动以及未来发展的关系。

学校里最常见的科学教育通过科学课程来实施，这些课程包括科学、物理、化学、生物、自然地理等。除了这些以围绕学科知识体系开发出来的课程之外，综合实践活动也是科学教育的重要园地，渗透在所有课程之中的科学思想、科学方法、科学态度和精神也发挥了科学教育的功能。此外还有课外科技活动、校内外的各种科普教育活动，等等。

为什么要进行科学教育？

为什么要对青少年学生进行科学教育？

首先在于科学在人类发展过程中的重要地位，在于科学对人类文明和进步的伟大贡献。

科学对人类发展的贡献首先表现在提高物质生产和生活水平方面。科学发现往往导致新的生产技术以至于建立完全新型的工业。特别是在今天，重大的新技术基本上来源于系统综合的科学研究，使科学、技术、生产三者的关系更为密切。20世纪以来，科学技术的发展成为提高劳动生产率的主要动力和促进经济增长的重要因素。物质生产的大发展又直接地影响到人的日常生活。相对于一个世纪之前，今天生活的方方面面，无不因科技的进步而有极大的改善，一旦科技停滞不前，生活的水平就要受到严重的影响。

科学的发展还影响到人类社会的制度文明。一方面，科学的发展需要一种宽容的氛围，要允许不同思想的存在和争鸣，即需要民主制度的保障。当民主失去保障的时候，科学就无法发展。认识到这一点，人们就会努力创造合理的民主制度以保障科学的发展。所以说民主保障了科学的发展，科学的发展反过来又促进了民主。科学和民主成为一对不可分离的孪生兄弟。另一方面，今天科学的发展已经远离了小作坊式的运作，任何一个重大的研究项目，都需要把各方面的力量组织起来。如何调动所有各部分组织的积极性，如何协同它们的工作，如何保证新思想、新发现不被掩盖或扼杀，这些运作制度的问题成为项目成功的关键。科学的发展不断地促进其本身的运作制度的更新和科学化、民主化，也影响到社会上其他组织和制度的建设。

科学对人类文明的第三个贡献在于科学理性的确立和不断完善，直接影响了人类的思想方式。科学是一种以实践为依据并随着实践的发展而不断更新的知识体系和思想体系，必然影响到人类的思维方式和价值观。几百年来自然科学的辉煌成就，使得崇尚理性的科学精神成为指导人类行为的最重要的准则之一。这种科学理性不仅表现在思想方法上，还表现在行为准则上。尽管不断有人对科学理性的本身及其意义进行挑战，但是这些挑战的结果都以科学理性的胜利而告终。当然，科学理性本身也会随着社会的发展而发展，但是其价值地位是不可动摇的。

人类文明的发展进步离不开科学，正如恩格斯曾所说，“科学是一种在历史上起推动作用的、革命的力量”“是最高意义上的革命力量”[1]。人类必须把长期积累下来的科学知识、方法经验、精神智慧不断传承下去，这就是需要科学教育的首要原因。

进行科学教育的原因还在于科学教育是培养新一代专业人才和劳动大军的需要。从工业革命开始，科学教育就成为培养适应现代化生产所需要的专业人才和劳动大军的重要渠道。随着新世纪和知识经济时代的到来，科学与技术的高度结合，从科学到技术到生产的链接已经非常紧密，科学技术已经直接成为一种生产力，推动经济的发展和社会的进步。在这一形势下，每个从事生产和经济活动的人都需要掌握基本的科学知识和技术技能，能理解科学活动的技术创造的过程和意义。

实施科学教育的第三个重要原因在于科学教育是保证人类的物质生产和社会生活可持续发展的需要。20世纪以来人类对自然资源需求的过快增长已经造成自然资源的快速枯竭，人类行为造成的环境污染和破坏超出了自然本身的制衡能力，对人类赖以生存的自然和生态环境造成严重的威胁。如果放任这种情况继续下去，人类必将受到自然的惩罚。人类社会的不公平、不民主以及发展的不平衡，同样造成了社会的矛盾和灾难，严重地影响了人类的发展和进步。人类必须在发展与资源利用、环境污染、社会稳定等方面保持平衡和稳定。既满足当代人的需要，又不损害下一代人可能的需要的发展。这就是可持续发展的问题。实现可持续的发展要求人们合理利用自然资源、保护环境，需要适当的技术，这就要求学生必须懂得相关的科学道理和技术知识。但只有科学技术知识还不够，更重要的是转变人的思想、行为习惯和价值观念，认识到人与自然协调相处的重要性，建立起对人类子孙后代负责的观念。需要对科学技术的本质和价值进行反思，在认识科学技术发展必要性、掌握科学技术知识技能的同时，明了科学技术所不能超越的规范。后两者均为观念上的问题，解决观念的问题必须依靠教育，在全体学生和公民中普遍树立起可持续发展意识，提供必需的人才。

实施科学教育的第四个原因出于改善和提高人的生活质量水平的需要。科学技术的发展使当代人的环境发生了巨大的变化，要适应当代的生活环境，必须掌握起码的科学技术知识和技能。作为更高目标，人应当能够从生活中获得乐趣和幸福。科学技术所要求和倡导的创造精神和实践能力是提高生活质量、享受美好人生的动力和保障。

最后，实施科学教育还是促进人的发展的需要。科学的基本知识和技能是人的全面发展的重要基础。科学的思想方法是最基本和最重要的思想方法之一，是人的发展的重要保证。科学的精神态度是人所必备的最基本的非智力素质，是人发展的动力来源和保障。科学的世界观和价值观对人所能够达到的境界有直接的影响，使人明确发展的目标和方向。

科学对人类文明和发展的伟大贡献，人类社会生产、社会活动以及可持续发展对科学素养和科技人才的诉求，人类提高生活质量的需要以及人本身的发展需要，要求学校开展科学教育。从19世纪中叶科学教育开始进入学校以来，科学教育的目标逐步明确，内容不断丰富，活动日趋多彩，成为基础教育的重要部分。

科学教育做什么？

首先就是要让学生了解科学的基本知识，理解科学的概念框架。从科学的成果来看，科学的成果表现为一个以严谨的概念框架组织起来的知识体系。对科学知识体系没有基本和必要的了解，就无法理解科学，无法按照科学的规律办事。由于科学知识浩如烟海，一个人即使穷其毕生之力也只能了解其中的一小部分。就算学到不少科学知识，如果不能抓住将科学知识组织起来的脉络和纲领，所学到的也只是一些孤立的知识碎片，不能构成对科学的整体的理解，没有多大用处。因此所谓了解科学的基本知识，重要的是要让学生透过科学的细节内容的学习去认识和把握科学的大概念，理解这些概念本身的内涵以及相互之间的关系，进而对科学的知识体系有深入的理解。从科学发展的角度来看，科学知识不是某一个时代、某一个民族、某一个阶级的产物，而是全人类在所有历史时期内不断积累起来的知识的结晶，繁复庞杂，不断增生，不断变化。只有在继承前人知识的基础上，才能从比较肤浅的零散的知识，发展成比较深刻的系统的知识;从比较片面局部的知识发展成比较全面普遍的知识。作为科学的任务，探索自然奥秘是非常艰难曲折而又漫长的过程，只有以前人已经到达的地方为起点，继续前进，才能在自身短暂的一生中，为科学创造做出贡献。正如牛顿所说，他之所以能比前人看得远些，是因为他站在巨人的肩膀上。没有历史上代代相传的知识的积累，今天的科学进步和成就无法想象。因此科学教育的基本任务就是传承和理解前人积累的科学知识体系，特别是作为这一体系的框架栋梁的大概念。

科学是一项系统的探索活动，既包括高度抽象的思辨和非常实际的观察测量，也包括海阔天空的想象。在长期的科学活动中，人类在发现科学知识的同时还不断地改变自己认识世界的方法，从基本的立场观点到对事物和现象的抽象和逻辑判断，再到一些特有的窍门和技巧，这些是人类赖以不断发展进步的途径。科学知识涉及的对象是自然，而科学的思想方法不仅涉及自然，还涉及人和自然的相互作用，涉及对人本身的认识。因此，科学教育的第二个重要方面就是让下一代认识和掌握科学的思想方法。科学的思想方法包含了三个不同的层次。第一是最普遍的哲学方法。例如，用守恒的观点去研究物质运动的方法，追求科学定律的简约性，等等。第二是一般通用的科学研究方法。例如：观察、实验、抽象、归纳、演绎、直觉等经验科学方法。第三是专门化的特殊研究方法，即由各学科的特殊规律、知识所构成的方法。例如：光谱分析方法，等等。可以说，科学思想方法和科学的规律是相平行的，是一种比概念、定理、定律、公式这类知识更为稳定、广泛、一般的知识。

科学是一种文化，有着明确的价值导向。科学教育的第三个重要方面，就是培养学生对科学事业的热爱，对科学理性的崇尚，对科学精神的弘扬，对科学伦理的尊重。通过科学的学习使学生承认物质的第一性，承认自然规律的客观性，树立尊重事实、尊重客观规律的观点。承认自然的可知性，树立相信科学，反对迷信的观点。承认科学理论的相对性，体会到人类认识的局限性和认识过程的无穷性，树立为科学而不断探索、不断奋斗的观点。承认自然界是在不断运动变化着的，树立用发展的眼光看问题的观点。承认自然界是辩证统一的，养成用辩证的观点去认识世界，等等。在逐步认识客观世界的协调性、和谐性，科学理论的简约性与内涵的丰富性的基础上，养成协调、和谐、简约、注重内涵的审美品质。在个人品质上，养成对科学的热情，关注和参与科学实践活动，自信、有责任感和坚强的意志，自觉、果断、顽强、自制，实事求是，谦虚谨慎，勤奋努力，等等。

科学教育怎么做？

中小学校如何进行科学教育？首先要有多层次多样化的课程设计。必须打破单一的课程结构，突破课程内容只重知识的倾向，构建包括分科课程和综合课程、活动课程、课外活动的科学课程体系。目前我国大多数地区只有在小学阶段采用综合课程模式，初中和高中实行分科课程。分科课程有利于深入地学习某一学科的知识，有利于培养有意从事科学技术工作的精英，但对其他学生不利。这是由于分科课程到底是以学科知识体系为核心来组织的，难以打破知识中心的结构。第二是分科的课程没有从整体上介绍科学的知识内容、程序方法和思想理念，容易产生只见树木、不见森林的缺陷。再就是会遗漏一些重要的内容，地理学科的情况最为明显。由于中学把地理纳入文科系列，关于地球和空间科学部分的内容成为空白，这对学生的未来成长十分不利，影响到学生对生活中许多问题的认识，例如：气候变暖，防灾救灾，等等。不管是分科还是综合，科学课程都应该是中小学的核心课程。其主要任务是保证全体学生了解掌握最基础、最重要的知识和技能，了解科学探究的一般过程和思维方法，树立科学的世界观和价值观。

从学生的角度看，科学的学习应该是探究式和发生式的，是逐步建构的过程，应该多实践、多直接经验、自己发现问题、搜集证据和回答问题，实行“做中学”。当然，学生不可能也没必要事事亲历，也要注意努力学习接受前人所积累的知识和经验。从教师的角度看，科学教学应当是启发式、互动式的。教师要创造条件保证学生能够成功地进行探究，不仅是指物质和技术方面的条件，更重要的是知识和思想方面的条件。例如，介绍必要的基础知识，厘清探究的问题，整理探究的思路，点评学生探究的过程和结论等。许多重点的知识需要教师在课堂上宣讲以保证学生有必要的了解。这时就要注意了解学生原有的想法和思路，注意暴露学生可能存在的模糊和错误认识，引导学生得出结论，并对结论的外部关系和内在含义进行讨论。

除了分科的科学课程以外，研究性学习和课外科技活动都是进行科学教育的重要阵地。研究性学习活动可以让学生相对完整地经历科学探究的全过程，学生对学习的内容和方式有较大的自主权，有许多优势：一是可以让学生走向自然，对大量的自然现象进行观察，向大自然学习;二是让学生自己提出问题，设计实验，进行探究和创新;三是进行科学调查，解决现实生活中的实际问题，提高科学应用能力;四是开展课外阅读活动，学会自主地寻找和吸收科学知识的途径;五是通过参观活动拓宽视野，拓展思维;六是对学习效果的考评也不是以知识的理解和应用为主，而是以探究过程的合理性和规范性为主。所有这些都对学生能力的培养十分有利。课外科技活动就更为灵活和多样，而且学生是根据自己的兴趣来参与的，能发挥更大的主动性和创造性。在课外活动中，教师只起顾问指导作用，学生自己去发现问题并了解问题的实质，拟定解决的方案，找寻必要的资源和材料，搞好同学间的互相合作，提高自己的技能技巧，实现预定目标。学生需要真正面对自然世界，真正独立解决实际问题，使智力和非智力的素质都能得到充分的磨炼。

进行科学教育的途径还包括利用其他学科中隐含的科学问题进行教育，例如光、影、声、电的知识运用和艺术类的课程就结合很紧密;社会调查和社会问题、科普和科幻作品和社科类课程以及语文、外语关系密切。应该让学生真正能够将科学和这些课程的学习联系起来，在这些课程的学习中找出科学的信息，判断信息的可靠性，展开科学的想象和推断。这种以潜在方式进行的教育对学生素质的全面发展很有意义。

任何学校教育活动都离不开考评，包括终结性和形成性的考评。科学课程的考评应注意不仅仅检查学生对科学知识的理解和掌握，更要检查学生对科学的过程与方法的理解和掌握，检查学生投入学习的方式以及学习过程中的表现，全面发挥考评在评价学习效果、诊断学习问题、引导学习进程的作用。考评的方式应当多样化。纸笔测验是其中不可缺少的一种，但不是唯一的。应该提倡其他检测形式，例如实验操作测验，表现性测验，真实性的学习活动项目，科技小制作、小论文、辩论会、报告会，等等。除教师主导的考评之外，还应当注意实施融入学习过程的学习化的考评。这种考评主要依靠学生自主进行，学生及时地反思自己的学习过程，看是否清楚了解所进行的学习任务，包括目标、内容和方法;看投入学习的动机和态度;看是否有学习的计划，计划是否有效、可行;看学习的策略方法是否有效、合理，学习过程的困难和克服困难的方法;看是否已经解决了学习的问题，有满意的结果;思考如何面对接下来的学习任务。

本文讨论的是一个覆盖面广、含义深刻且与时俱进的问题，值得我们不断地进行探索讨论。限于本人的学识，也限于篇幅，只能简要地述说自己的一些看法，请大家批评。

参考文献：

[1] 1883年3月17日恩格斯在马克思墓前的悼词. 中共中央马克思恩格斯列宁斯大林著作编译局. 马克思恩格斯全集·第19卷[M]. 北京： 人民出版社， 1995： 375， 372.

（责任编辑：林静）