教师对科学知识本质的认识及其教学影响——基于对一线教师的调查

田春凤 郭玉英

(1. 内蒙古包头师范学院物理科学与技术学院,内蒙古 包头 040130; 2. 北京师范大学物理学系,北京 100875)

教学过程本质上是认识过程,知识观是科学教学的认识论基础,知识观的发展变化必然会引起科学教学的改革．很多研究者从不同角度探讨了科学知识观的转型及其对科学教学的影响,指出传统科学知识观(包括经验主义或逻辑实证主义等)指引下科学教学存在的问题,以及以建构为特征的现代知识观对科学教育的意义．教师作为科学教学的实施者和教学过程的主导,其知识观(即对科学知识本质的认识)必然影响其教学行为,从而影响科学教学的实施效果．

新一轮课程改革提出学科核心素养的概念,科学本质作为科学学科核心素养的重要组成也被显性提出,成为科学教育的重要目标之一．以物理学科为例,学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任等4个方面,其中科学本质是科学态度与责任的重要构成要素,也是形成正确科学态度与责任的基础．科学本质包括科学知识的本质、科学探究的本质和科学事业的本质三个维度的内容．可见,科学本质教育已经成为物理课程与教学的重要目标之一．相关研究指出,教师的科学本质观会通过其教学行为,间接影响学生科学本质观的形成．

综上述,教师对科学知识本质的认识对于科学教学具有重要的影响．通过对全国多省市151位中学物理教师的问卷调查,了解教师对科学知识本质的认识现状,进而讨论其对科学教学的影响,期望能助力教师科学知识本质认识的发展,助力以核心素养为灵魂的新一轮科学课程与教学改革．

1 科学知识本质的内涵

概括目前科学本质教育的研究成果,认为科学是人们对自然界的描述和解释,在寻求解释的过程中,必须以观察和实验为基础,并依赖于经验事实的检验,但是科学知识并非外在物质世界的拷贝,它包含着人类丰富的想象力和创造力,是建构出来的;科学知识具有稳定性和持久性,但未来也可能改变,并不断发展和进步．具体来说,包括如下几点.

(1) 建构性.

科学是为了发现自然界的客观规律,但发现的过程不是单纯对客观世界进行真实的描述,科学是解释自然的一种尝试．[1]

(2) 实证性.

科学知识以对观察经验为基础,[2]科学强调和尊重经验事实对科学理论的检验．[3]

(3) 条件性.

科学知识不是绝对真理,只能在一定条件和范围适用,也不能解决所有的问题．[3]

(4) 暂定性.

科学知识具有相对稳定性,并不断发展和进步,[3]科学知识兼具持久性和暂定性．[1]

1）多用途原则：土地利用变更分析与管理系统应具有多种用途，既要满足土地现状对于信息处理的要求，还要满足土地利用变更对信息处理的要求，同时还要为土地定级、估价以及土地利用规划等工作提供科学依据。

(5) 逻辑一致性.

科学知识体系必须具有内在的逻辑性、一致性,[4]当新的知识产生时,力求修正原来的概念,而不是彻底否定原来的概念是科学的准则．[5]

(6) 可预测性.

科学知识反映了人类对自然本质的认识,对自然现象具有一定的解释和预测功能．[3]

2 研究方法与结果分析

2.1 调查工具的设计

调查问卷的设计是以科学知识本质的界定为依据,参考国内外关于科学本质的调查问卷设计而成．问卷共包含12道题目,每一道题目都是一条关于科学知识本质的表述,被试者需要做的就是选择自己对这一表述的态度,如完全同意、同意、不确定、不同意或完全不同意．(如表1)

表1 问卷题目样例

2.2 研究对象的选取

调查样本为151位来自全国多省市(主要包括北京、天津、甘肃、湖北、广东、安徽、河南、河北等14个省市)的初、高中物理教师．具体情况如表2所示．

表2 研究样本基本情况

2.3 调查结果与分析

2.3.1 当代建构知识观认识模糊,与传统发现知识观并存

传统的知识观认为科学知识是客观事物的真实表征或摹写,强调科学知识的确定性、客观性、普遍性、价值中立性等特征．当代科学知识观最大的特点就是其建构性,认为科学知识是建构的,增加了科学知识的不确定性、文化性、境域性和价值性．[6]

2.3.2 绝大部分教师承认科学知识的实证性,但也认为实验并不是检验知识正确性的唯一标准

“实践是检验真理的标准”,这是科学知识实证性的最通俗表述,调查显示,绝大部分教师认为“科学知识必须接受观察、实验的检验”且有38.4%表示非常同意．但对科学知识实证性的另一表述,由于所设置的情境不同,教师的认识情况并不一致．对于“一个科学假说如果得不到实验验证,即使是正确的,也不会被其他科学家所接受”这一表述,表示同意和不同意的比例相当,各约有40%的教师支持,且有约20%的教师表示不确定,此表述虽有一定歧义,并涉及到对科学家团体的认识,但调查结果也足以说明部分教师认为实验并 不是检验知识正确的唯一标准．

2.3.3 大部分教师都承认科学知识的条件性,但仍有部分教师对此持怀疑态度

调查显示,68.2%教师认同科学知识的条件性,即认为科学知识的正确性总是相对于特定的条件而言的．但也有21.4%表示不确定．这表明,仍有不少教师认为科学知识的正确性是绝对的和无条件的．我们知道很多科学规律都有其成立的条件和适用范围,在规律教学中讨论其适用范围和条件是非常重要的内容,持此观点的教师与这样的教学要求或行为是矛盾的．

2.3.4 绝大部分教师都承认科学知识的暂定性,且认识较稳定

问卷中有两道题目分别从正反两方面表达了对科学知识暂定性的认识,且情境不同．调查显示,大部分(多于70%)教师的认识是一致的,且承认知识的暂定性．对两种不同情境认识情况略有差异,但较稳定,有72.1%认为“科学知识具有暂定性,未来可能改变”,只有17.8%持否定态度;对“如果科学家准确无误地做研究,就能保证得到的科学理论是绝对正确的,不会随时间而变化”这一表述,有83.4%的教师持否定态度,但表示不确定的教师较多,有约12%．这也表明,有部分教师认为只要科学研究客观、准确就能保证科学知识的绝对准确性．

2.3.5 尽管大部分教师认识到错误理论并非毫无用处,但对新旧知识的逻辑一致性的认识较为模糊

调查显示,尽管绝大部分(近93%)的教师并不赞同“错误理论是毫无用处的”这一观点,但对“新的科学理论总是建立在原有理论基础上,二者在某种程度上是一致性”这一表述,却只有57.6%的教师表示同意,即明确承认新旧科学理论之间的逻辑一致性,而有约20%的教师对此表示不同意和不确定．

2.3.6 绝大部分教师承认科学知识的可预测性,且认识较为稳定

调查显示,有83.5%的教师认为“经证实的科学知识具有一定的解释和预测功能”,只有约10%表示不确定,有6.6%表示不同意．这表明,绝大部分教师承认科学知识的可预测性,且认识较为稳定．

总的来说,中学物理教师对科学知识本质的认识并不理想,传统与建构的科学知识观并存,但更倾向于传统知识观,具体来说,教师对条件性、暂定性和可预测性的认识较好;对建构性、实证性和逻辑一致性的认识不太理想．此外,教师对科学知识本质的认识也不够稳定,面对不同的问题情境,反应往往不一致,甚至出现矛盾．

3 讨论

3.1 成因及建议

大部分教师在受教育过程中没有接受过专门的科学本质相关课程的学习,如科学史、科学方法,科学哲学等,教师对科学知识本质的认识是在科学学习与教学过程中自发形成的,而大部分教师所接受的科学教育潜移默化地使他们形成了传统发现知识观．但同时他们在接受科学教育相关课程或培训时,接触过建构主义等现代科学教育理论,或者通过其他途径对科学本质有过了解,因此在一定程度上认可科学知识的建构性,但这种认识并不牢靠,往往与传统知识观一起并存于教师头脑中,这与学生学习科学的前概念特点类似．

要帮助教师形成正确的科学本质观,可从如下几方面入手:首先,教师培训中采用HPS或STSE等教学模式,对教师进行专门的科学本质教育;其次,建立有利于科学本质观改变的概念生态,如增加科学本质相关课程的培训,如物理学史、科学方法、科学探究等;最后,教师本人应主动针对教学过程中遇到的科学本质相关问题进行反思,有意识地提高自己的科学本质观．

3.2 对科学本质观整体发展的影响

科学本质包含3个维度的内容,即科学知识的本质、科学探究的本质和科学事业的本质,科学本质的三维内容并非完全独立,而是一个有机的整体,在一些具体项目之间存在着相互作用关系．科学知识本质是根本,教师对科学知识本质认识上存在的上述问题必然会影响其对科学探究本质和科学事业本质的认识．

相关调查也说明了这一点,如:对教师科学探究本质的调查显示,大部分教师虽然意识到科学研究方法的多样性,承认想象或联想等创造性方法的价值,但对科学探究创造性的认识不足,大部分教师认识到科学探究的主观性,但这种认识并不牢固．[7]对教师科学事业本质的调查也显示,有很多教师认为“科学是人类认识世界的方式中最有效的,比文学、艺术和宗教要高明一些”,或认为“科学家整体而言比其他人更客观．”

3.3 对科学教学的影响

教师对科学知识本质的认识存在的问题也必然表现在教学上,造成目前科学教学诸多不令人满意的现象.

首先,虽然教师认可科学教学的新理念和新方式,但由于他们的科学知识观仍趋于传统发现知识观,这就出现了目前传授知识的情形仍然很明显,似乎教师的任务就是帮助学生存储和记忆课本上的科学知识,教学评价的依据也是以学生能否全面、准确地再现科学知识为主．甚至存在着部分教师让学生以机械记忆的方式来学习科学,以背诵科学知识或科学术语代替理解的现象．此外,也导致很多教师忽视学生的前科学概念及其对教学的影响,忽视教学中的生成性因素,特别是当学生表现出“差异”行为或观点时,教师往往不能给予恰当的处理,而是用自己的预设来评判学生的表现或回答,造成学生的质疑精神和创造性的丧失．

其次,教学内容的安排注重学科知识逻辑,缺少对真实科学世界的关注,部分教师很少将科学知识与科学实践联系起来,不重视实验教学,不重视真实科学情境的创设,无论是知识的讲解,还是知识的运用常常采用抽象的逻辑符号来描述．学生学到的仅仅是脱离真实情境的抽象知识,难以实现知识迁移,难以培养学生解决实际问题的能力．需强调的是,这里所说的情境是指将学生的学习置于真实情境之中,或通过学生解决科学实践中存在的真实问题来获得知识,建构对知识的理解,这完全不同于很多教师所采用的讲授知识过程中举一两个实例,或做一二个实验来帮助学生深化对知识的理解．

最后,即便教学中教师采用了实验或探究的方式,但也会出现这样的情景:做几个实验,引导学生对实验现象作出“客观”而“准确”的观察,进而归纳得到科学结论;或在进行科学探究教学时,将探究的重点放在实验操作和对数据的归纳分析上,忽视探究中的问题和猜想的作用,忽视学生新颖的观点或方案．学生只是通过菜单式的实验活动,去发现教师已预设好的标准答案．这很容易使学生认为所有的科学知识都可通过准确的观察而得到,科学反映的是自然界最真实、客观的面貌,同时也不利于培养学生的实践能力和创新精神．