大学生科学素养的内涵与结构

杜 红

(1.重庆师范大学马克思主义学院公民道德与社会建设研究中心，重庆401331；2.西南大学哲学博士后流动

站，重庆400715)

科学素养是公民素养的重要组成部分，是现代文明社会中公民综合素质的最具代表性的体现。过去15年以来，在《全民科学素质行动计划纲要（2006-2010-2020年）》的指导下，我国公民科学素养建设取得了显著成效，公民科学素质水平得到了大幅度提升，为未来中国的经济社会文化发展提供了强有力的支撑。作为现代社会的一个重要群体，大学生是民族复兴和国家发展的重要后备力量，其科学素养的状况直接关系到我国未来的科技创新与现代化建设。在新一轮《全民科学素质行动计划纲要（2021-2025-2035年）》紧锣密鼓的编制之际，对大学生科学素养展开深刻讨论显得尤为重要和紧迫，这也是我国公民科学素养建设中不可忽视的重要环节。

一、科学素养的概念演化

从1952年美国著名化学家和教育家科南特（J.B.Conant）先生提出“科学素养”（Scientific Literacy）这一概念以来，人们便开始从不同角度对其进行分析与研究。在中文文献中，Scientific Literacy通常有“科学素养”和“科学素质”两种译法。比如在中文版《普及科学——美国2061计划》［1］、《面向全体美国人的科学》［2］和《科学素养的基准》［3］中，Scientific Literacy均被译为“科学素养”，其后在关于科学教育的讨论中，国内学者多使用“科学素养”一词，包括教育部制定的相关课程标准也使用这一表述，如《普通高中化学（生物、物理、地理）课程标准》（2017年版2020年修订）、《义务教育化学（物理、生物学）课程标准》（2011年）、《义务教育初中科学课程标准》（2011年）、《义务教育小学科学课程标准》（2017年），在2020年新近发布的课程标准修订中也是在核心素养的框架下使用“科学素养”这一表述。在政策层面，“科学素质”这一表述则更为广泛，比如《关于加强科学技术普及工作的若干意见》（1994年）、《中华人民共和国科学技术普及法》（2002年）、《全民科学素质行动计划纲要（2006-2010-2020年）》（2006年）、《中国公民科学素质基准》（2016年）和《全民科学素质学习大纲》（2017年）等。［4］

程东红［5］、郭传杰［6］、何薇［7］等学者从词源学、心理学上对“科学素养”和“科学素质”进行了区分，认为“科学素养”强调后天习得培养，是人通过后天学习逐步养成的涵养与特征，“科学素质”包含先天与后天的综合，更强调人的先天本质相关的特质或特性，但是他们大都支持，如果不考虑心理学上的特指，“科学素养”和“科学素质”可以互译，都可以与“Scientific Literacy”相对应，也相应包括了“Science Literacy”的内容。本文主要讨论大学生的科学素养问题，因此更倾向于从科学教育维度使用“科学素养”这一表述，但在具体问题讨论中，和国内大多数学者一样，对“科学素养”与“科学素质”不作明确区分。

虽然目前学界还没有形成关于“科学素养”的统一定义，但是通过几十年来的努力，科学素养已经从“一元”走向“多元”，从“口号”走向“目标”，从“概念”走向“政策”，并在横向和纵向等多个维度上得到了充分演化。1952年，科南特提出“科学素养”一词时并未给出明确的定义，他在谈到普通公民应有的科学素养时说到，“他的经验越广泛，他的科学素养就越高”。［8］1958年，另一位美国著名科学教育家赫德（Paul Hurd）给出了最早的明确界定，他把人们对科学的理解及其对社会经验的应用称之为“科学素养”，并认为，为了全社会的进步和经济安全，每个人都应该具备“科学素养”。［9］其后，不同背景的学者从不同角度提出了科学素养的诸多不同内涵。1975年，美国天体物理学家申（Benjamin S.P.Shen）提出了科学素养的三种类型：实用科学素养（Practical Scientific Literacy）、公民科学素养（Civic Scientific Literacy）与文化科学素养（Cultural Scientific Literacy），分别表示具备科学素养的人在某一个层面上所达到的水平。［10］美国科学素养国际发展中心主任米勒（J.D.Miller）在此基础之上进行了深化拓展。他在《科学素养：概念和经验综述》（Scientific Literacy：A Conceptual and Empirical Review）一文中将科学素养界定为三个维度：对重要科学概念和术语的理解、对科学过程和本质的理解、对科学技术对个人与社会的影响的理解。［11］这一界定清晰、准确、精炼，不仅明确了科学素养的内容与结构，还在此基础上首次提供了科学素养的测量评价模型，得到了国际社会的普遍认可。比如杜兰特（Durant）就在米勒模型的框架下对英国国内公民的科学素养状况展开了调查，并在此基础上于1989年启动了欧洲15个国家的公民科学素养调查的横向比较研究，获得了一系列极有价值的科学素养测量数据。加拿大与新西兰也分别于1989年和1990年开启了类似的科学素养测评工作，其后，日本、印度、马来西亚、泰国、韩国、中国等亚洲国家也相继启动了科学素养的测量工作。

结合多年科学素养的测评工作经验，米勒1997年提出，在进行科学素养的国际比较研究时，应该采纳科学素养的二维模型，即科学知识与科学过程维度，因为第三个维度的跨国性差异太大，难以精确测量。［12］之后，2006年，米勒的三维模型又进一步融合为一个维度，即使用“公民科学素养指数”［13］来衡量一个国家中具备科学素养的公民比例。米勒发现，“理解科学概念的能力”与“理解科学探索本质的能力”这两个维度的相关系数达到0.9，没有必要在测量中细分为两个维度。新米勒量表相比经典米勒量表评测标准有所减弱，是对之前三维指标体系的扬弃，从三维指标调整为二维指标进而合并为一维指标，操作难度系数大为降低，这也反映了当前国际比较视域下针对普通公众科学素养测量的发展方向和基本思路。

二、科学素养在中国的发展

在国内，从二十世纪八九十年代开始，政府和研究者们已经普遍关注到科学素养问题。钟启泉教授在研究理科课程时系统介绍了科学素养的概念，认为其包括4个内容：概念性的知识；科学的理智；科学的伦理；科学与人文、社会和技术之间的相互联系。［14］这是我国学者较早较全面地介绍西方科学素养问题的研究。《科学学与科学技术管理》杂志也早在1989年就组织了专论探讨科学素养问题。［15］其后，高凌飚教授和王素教授分别在1994年和1999年对科学素养的内涵做出了界定。高凌飚教授指出，科学素养主要指人们在认识自然和应用科学知识的过程中表现出来的内禀特质，包括人所掌握的科学知识、技能和方法，在此基础上形成的科学能力、科学观，以及科学品质等方面。［16］在此基础上，王素教授提出了科学素养的4个核心要素：对科学技术的理解；对科学、技术、社会三者关系的理解；科学的精神和态度；运用科学技术解决日常生活及社会问题的能力。［17］这些学者对科学素养的理解与我国在同期推行的素质教育改革密不可分。［18］素质教育的根本目标是提高人的综合素质，科学素养无疑是其中非常重要的一个方面，这在政府文件和科学教育改革中均有体现。

在政策层面，我国在2000年由中国科学技术部、教育部、中宣部、中国科协和共青团中央5部门联合推出了《2001-2005年中国青少年科学技术普及活动指导纲要》和《2001-2005中国青少年科学技术普及活动内容与目标》。这两份文件从中国青少年科普活动的实际状况出发，将科学素养界定为4个方面：科学态度、科学知识与技能、科学方法与能力、科学行为与习惯。在课程改革方面，2001年教育部出台了《科学（3-6年级）课程标准》［19］，其中科学素养被界定为3个方面：科学探究、情感态度与价值观、科学知识。而在《科学（7-9年级）课程标准》中，科学素养扩充为4个方面：科学探究；科学知识和技能；科学态度、情感和价值观；科学、技术与社会的关系。科学课程标准中，科学素养实则被理解为对个人决策、参与公共文化事务以及经济生产所需要的科学概念及其过程的理解和一定运用能力，“学生必须逐步领会科学的本质，崇尚科学，破除迷信；必须初步养成关注科学、技术与社会问题的习惯，形成科学的态度和价值取向，树立社会责任感；必须更多地学习终身必备的科学知识，以顺应时代的要求，必须体验科学探究的过程，学会一定的科学思维方法，以解决自身学习、生活、工作和社会决策中遇到的问题，为学生的终身发展奠定基础，为社会的可持续发展提供支撑。”［20］这一科学素养的观念几乎是我国科学教育工作者的集体共识，在后续的课程改革中得到了积极推进，成为我国基础教育改革中的一大特色和亮点。

随着国内研究的深入，2006年我国发布了《全民科学素质行动计划纲要（2006-2010-2020）》，着眼于提升包括未成年人、农民、城镇劳动人口、领导干部和公务员等在内的全体公民的科学素养。纲要将公民的科学素养定义为“了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思维，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。”［21］这一理解通常被简称为“四科两能力”（四科：了解必要的“科学知识”、掌握基本的“科学方法”、树立“科学思想”、崇尚“科学精神”；两能力：“处理实际问题”和“参与公共事务”的能力），广泛应用于我国公民科学素养的实际测评工作中。

无论从国内还是国外来看，由于应用背景的差异，我们无法得出关于“科学素养”的统一定义，但是对科学素养的多维理解已达成共识：科学素养是一个多维的结构，它的具体内容需要根据它所在的背景进行具体剖析，基于对象、功能、目标、水平等多个角度可以得出不同的内容构成。

从对象上来看，我国科学素养研究工作的关注点主要集中于两类对象：一是青少年（6到18岁），二是普通公民（18到69岁）。青少年科学素养问题的研究者主要集中在基础教育领域，而普通公民科学素养研究则主要由科学普及和科学传播工作者们主导。在此种状况下，大学生的科学素养问题一般被放在了普通公众的范围之内，其要素分析和评价工作都与普通公众保持一致，较少出现针对性研究。虽然近年来大学生科学素养问题已得到越来越多的专家学者和教育管理者的重视，但是关于大学生科学素养的具体内容尚未达成共识，关于大学生科学素养的结构体系尚未明确，因此，如何在多维度的科学素养概念中剖析大学生科学素养的异质性，成为当前大学生科学素养研究的基础问题之一。

三、大学生科学素养的内容结构

大学生是一个群体，专业的差异、性别的差异、教育经历甚至家庭背景的差异都可能造成科学素养状况的显著差异。同时，科学素养是一个多维概念，在不同层面包含诸多不同内容。因而，我们在分析大学生科学素养概念的时候应当充分考虑大学生的整体特征以及不同群体之间的差异。目前的研究主要针对理工类专业大学生和人文社科类专业大学生来讨论其科学素养的差异并分别设计不同的培育途径。从研究范式来看，可以大致分为两类：一是强调科学素养缺失所带来的不良后果，进而从克服这些后果出发来完善大学生科学素养的教育教学体系。二是从人文社科类专业和理工类专业自身特点出发，强调科学素养与人文素养的互补性，进而在专业培养方案中实现科学素养的培育。这两类研究各有优势，也取得了相关实践成果，在许多高校的人才培养方案和课程设置中均有所体现，特别是以通识课程为载体的多元教育模式，是目前所采取的主要方式。在具体的课程体系设计和培育路径探析中，大学生科学素养的核心内容和结构是基础，是研究的出发点和立足点。

梳理国内外学者与机构提出的各类不同的科学素养的内涵，我们发现，三维结构是最主要且应用最为广泛的，特别是在教育领域中，三维结构很好地契合了教育目标，方便测量与评价。下表1列举了目前为止几类主要的科学素养的三维结构。在此基础上，根据大学生的特点，本文提出了大学生科学素养的基本结构，如下图1所示。

表1科学素养内容结构比较

如图1所示，大学生科学素养是一个多维结构，两个虚线圆圈分别代表两种看待科学素养的视角，向内看的第一视角（Vision I）和向外看的第二视角（Vision II）。向内看的第一视角形成了“核心科学素养”，向外看的第二视角形成了“扩展科学素养”。“核心科学素养”与“扩展科学素养”虽然从结构上都可以分为科学知识、科学探究和科学精神3个层次，但是两者的具体内容有所差异，这种差异主要是由大学生不同的学科背景造成的，这将在稍后的表2中进行描述。无论是哪种科学素养，它都有一个相对固定的边界，如最外侧实线所示，这一实线表明科学素养可以与大学生综合素养中的其他方面划清界线，比如艺术素养、体育素养、文化素养等。科学素养虽然有诸多不同的维度，但它仍然是有边界的，它不是一个模糊的概念，相反，它相对明确，并且可以在教育目标与教育评价中体现出来。

图1 大学生科学素养的内容结构

表2大学生科学素养不同视角比较

如上表2所示，核心科学素养与扩展科学素养在科学知识、科学探究和科学精神3个维度上均有所差异。核心科学素养代表向内看的第一视角，一般来说，它就是指科学素养的“硬核部分”，是科学自身情境中的产物，一般情况下不会因为社会环境和所处背景的差异而发生变化。硬核部分的变化主要取决于科学自身的发展与演化。比如在科学发展进步的过程中，某些科学概念发生了意义变化甚至消失或被其他相竞争的概念所取代，那么这个硬核部分才会受到动摇，也就是说，核心科学素养内容的变化首先发生在科学共同体内部。在相对短的时间尺度和常规科学发展时期，这个硬核部分是被科学共同体所保护的。与之相对应，向外看的第二视角代表科学素养的“扩展部分”，它带有一定的社会情境，不同学者、不同机构、不同国家在不同时期对科学素养的不同理解使其“扩展部分”的内容不尽相同。如果用拉卡托斯（Imre Lakatos）的科学哲学观点来说的话，扩展部分其实就是“保护带”。“保护带”可以根据不同的情境进行修正，“保护带”的可变性并不影响“内核”的实际内容。也就是说，核心科学素养的内容是相对固定的，而扩展科学素养的内容则是变化的，情境性的，这与罗伯兹（Roberts）所讲的“伴随含义”（Companion Meanings）［22］基本一致，即与科学相关的个人、社会及文化意义是伴随核心科学素养而派生出来的。

从大学生的群体特征来看，核心科学素养是基础，是硬核，一般情况下只有经过正式的科学学习和熏陶后才能够进入或触及，理工农医类学生有明显的专业背景优势，但是并不意味着其科学素养的水平就一定保持较高水平，有的学生在科学探究和科学精神两个维度上的表现甚至低于某些人文类背景的学生。相比之下，扩展科学素养是几乎所有进入高等教育通道的大学生都可以进入或触及的，当然，对大学生“扩展科学素养”的要求应当高于普通公众，大学生对公共议题和社会发展理应保持更大的敏锐度。从测评的角度来说，科学素养3个结构的测量评价工作难度差异较大。如图2所示，科学知识往往是外显的，最易测量的，处在最外层，大多数科学素养的测评工具也是基于科学知识的测试而开发的；其次是科学探究，着眼于科学研究的过程与方法，处在中间；最里面的是科学精神，包括科学情感、态度和价值观等内容，最不易测量。3个层次之间会相互渗透，但随着饼形图中心的深入，目标越发内隐，越不易测量。科学知识首先向科学探究渗透，当学生通过反复的科学探究训练之后就会向内形成科学精神，这其实是顺应和内化的过程，这一过程可以构成一个完整的学习路径。对于不同阶段的学生，在这一路径中，对3个层次的需求是不同的。根据主流的马斯洛的需要层次理论，人的需求可以分为生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我实现5个层次，一般来说，只有当较低层次的需求得到满足之后才能激发追求高一层次需求的动力。如果把科学素养的三维结构也看作是一个需求金字塔，那么处在不同阶段的学生其需求金子塔是不同的。对于大学生而言，其智力发育和认知水平都已基本成熟，科学素养的内在需求中最基础的应当是科学知识，再向上是科学探究，最高层次的是科学精神，如下图3所示。科学知识是相对容易获取的，对于正在接受高等教育的大学生而言是基础性需求，广泛反映在学业学习和日常生活中。只有具备了一定的科学知识之后，学生才可能会对科学过程和科学方法等层面的东西感兴趣，从而激发科学探究的需要，进而上升为对科学精神的追求。

图2 科学素养三维结构测量差异模型

图3 大学生科学素养三维目标需要层次模型

通过前述对大学生科学素养的内容与结构的剖析，我们发现，大学生科学素养的内涵虽然是多维的，向内看的第一视角形成的核心科学素养和向外看的第二视角形成的扩展科学素养，但其核心内容是基本确定的，均包括科学知识、科学探究和科学精神3个层面。这个三维结构可以很好地与教育目标相契合，比如，从传统的三维教育目标来看，科学知识、科学探究和科学精神正好对应知识、能力、情感态度与价值观这3个维度。如果从基于核心素养的教育目标来看的话，科学素养对应6大核心素养中的“科学精神”，隶属“文化基础”，其核心内容包括理性思维、批判质疑和勇于探究等。在核心素养框架下，科学素养中的“科学探究”和“科学精神”更为突显，实际上是对科学素养提出了更高的要求。因此，提升大学生的科学素养，应当从日常的学业学习和通识教育入手，将科学素养深度融入到教育目标中，探究科学素养提升的具体路径和评价机制。

在准确界定大学生科学素养内涵与结构的基础之上，下一步工作就是如何测量与评价大学生科学素养的实际状况，这也是当前中国公民科学素质建设中的重要环节。从目前的情况来看，国内外学者通过实证手段对大学生科学素养进行测评的操作方法非常有限，并且大多数机构与学者的测评对象集中在青少年（6到18岁）和普通公民（18到69岁）两大类。因此，如何纳入大学生的群体特征以及如何实现横向的国际比较，是后续研究的重点。我们期待大学生科学素养问题引起更多的关注与重视，相关教育课程体系更加完备成熟，为面向2035年的全民科学素质建设作好准备。