试析科学本质的“整体科学”范式：基本理念、评价工具及审视展望

宗国庆

摘要： 基于主导国际科学教育科学本质研究三十余年的共识范式危机审视，近年来国际上兴起了一种称为整体科学的替代型范式。从基本理念、评价工具及审视展望三方面对该范式展开全面述评，以期为我国科学教育NOS范式变革提供理论与思想灵感，推动NOS理论研究及其实践应用进一步发展。

关键词： 科学教育； 科学本质； 整体科学范式； 原型评价

文章编号： 10056629（2023）08000305 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

科学本质（Nature of Science， NOS）作为科学素养的核心组成，已成为当前诸多国家科学课程文件与国际组织政策报告的基本共识，得到了充分认可与普遍确立［1］。当前被普遍接受、NOS研究领域大量引用的是由莱德曼小组于20世纪90年代提出的“共识范式”（Consensus Paradigm）［2］。近年来，该范式因其存在的诸多局限而广受批评，出现了前所未有的范式危机。批评者们认为共识范式已经过时，变得不再“共识”，是时候建立其替代性范式与方案了［3］。

研究者逐渐认识到应该建立一个更具包容性、复杂性、系统性、开放性、整体性的NOS体系框架，并认为科学教育所需要的不是简单、无关、断裂的“观念点”，而是更加上位的“观念类”（classes of ideas）。以此为基础，提出了家族相似性方法（family resemblance approach， FRA）与“整体科学”（whole science）等替代方案。本文聚焦于“整体科学”范式，从基本理念、评价工具及审视展望三方面进行述评。

1 基本理念

奥尔钦（Allchin， D.）于2011年提出“整体科学”范式［4］，随后又对其进行了澄清与完善［5～7］。他认为共识范式对于NOS中应囊括什么和排除什么，缺乏明确的理由和标准，而仅将其诉诸共识的权威性（课程文件与相关群体共识）。但这一共识仅是政治共识，而非理性共识。他们没有阐明为什么选择这些NOS特征（而不是其他）及其合理性，亦没有说明这些特征与科学素养之间的关系。因而，共识范式的基础只是一种浮光掠影式的表浅印象，是极其薄弱的。

1.1 范式定位

“整体科学”范式强调基于NOS理解对日常生活中所遇到的社会科学议题（socioscientific issues， SSI）中的科学主张的可靠性与可信度进行综合分析的重要意义。这种功能性理解使NOS发生了从抽象思辨的“是什么”到内嵌于认知性实践能力的“为什么”与“怎么用”的转向；发生了从学NOS（对其进行表征）到用NOS（将NOS运用于现实问题处理）的立场转向。对功能科学素养而言，重要的不是对NOS的正式定义，而是将NOS运用于对SSI中的科学主张的可靠性的综合分析上。要想对SSI的科学主张的可靠性进行综合分析，既需广泛分析科学的外部文化与社会机制，又需深入分析其内部运行机制，亦即包括社会、认知与实验各个方面；既分析其正确性，又分析其错误与偏见所在。总之，需要对科学进行整体分析与把握。

奥尔钦批判性审视了共识范式，认为虽然陈述性知识是综合分析能力的必要构成，但远远不够，不能止步于对科学受其社会和文化环境影响的知识层面，更重要的是能对辨别这些影响是如何表达的。学生将“科学知识的暂定性”用于否定进化论、温室效应时，展现出的只是一种消极的怀疑主义，还需要知道科学知识为什么会改变，以及如何改变。亦即，学生需要知道如何探索科学主张的认知结构、证据运用与解释的不当方式，以辨别可靠主张和可疑主张，树立针对特定错误来源或错误类型理解的积极而有组织的怀疑主义精神［8］。就是说，具有NOS知识并不必然具有运用能力。

1.2 维度表征

NOS不应如共识范式那般用一系列明确的原则表征，而应被表征为一系列维度类目。类目的概念有助于统一共识范式中的一些令人费解的矛盾。例如，学生如何协调“观察是理论负载的”与“科学家是有创造力的”或“科学知识是持久的”和“科学知识是暂定的”。“整体科学”的最终目标是提高学生的可靠性的综合分析能力，而非记住科学是暂定的还是持久的，是保守的还是创造性的。学生应该自由，而不是固守于某种特定意识形态。

学生的这种可靠性的综合分析能力是一种对科学知识与实践本质的综合分析能力，它不是实践技能或科学知识本身。它并不要求学生对所分析的科学社会问题具有广博而深入的知识储备、熟练的实验探究操作技能，亦不要求其能够对大量的专业证据进行评估。学生不是要成为科学家，而是要做一名理性的綜合分析家——识别各种科学主张相关的NOS维度，然后描述每个维度如何塑造相关主张的可信度。学生应该问：“我们是怎么知道的？”或者“基于证据和专业知识，我们如何能相信这个科学主张？”。

1.3 结构体系

奥尔钦在对相关案例总结分析的基础上，勾勒出了“整体科学”的体系概貌。具体而言，该体系包含认知、社会与实验三大维度，每一维度又包含若干类目。各一级类目又包含若干数目不等的二级类目，具体如表1所示。

2 “整体科学”范式下的评价工具

2.1 对共识范式评价工具的批判性分析

为建立整体科学范式下的评价工具，奥尔钦对共识范式下的VNOS（Views of Nature of Science Questionnaire， VNOS）评价工具所存问题进行了全面批判分析，并认为VNOS工具主要存在能力低阶、效度不佳与语境缺失三方面的问题。具体而言，VNOS工具测评的是学生对于诸如“什么是实验？”“科学理论和科学定律之间有什么区别？”等项目的低阶记忆与理解，居于布鲁姆教育目标分类的了解、知道、复述、理解水平的低阶能力水平。而且，无论学生同意或不同意某些NOS陈述，其测评结果均会被VNOS评价者贴上建构主义的、经验主义的或二者混合的等立场标签，这就会导致事后合理化。最后，VNOS评价工具诸多项目（NOS的暂定性），可能会严重误导学生——比如，学生可以用“NOS的暂定性”将达尔文主义者贬斥为“教条主义的”。

奥尔钦将NOS奠基于提高学生运用NOS去解决其日常生活所遇到的真实SSI问题的能力之时，即与共识范式划清界限——不是要求学生能够复述多少NOS特征，亦非能够多么精确与完美地对这些特征进行语言学上的定义，不是单纯让学生脱离真实情境回忆、知道与复述NOS的某些特征的陈述性知识能力，而是运用NOS，对所遇到的SSI相关主张的可靠性的综合分析能力。这种能力居于布鲁姆教育目标分类的应用、分析与评价的高阶能力水平。

2.2 “整体科学”范式下的评价工具——原型评价

2.2.1 原型评价内涵

奥尔钦认为，当将焦点转移至功能理解时，所有诸如此类的评价工具都变得不合时宜。相反，功能性理解的NOS评价不是通过与规范陈述的一致性来进行，而是通过学生了解影响科学主张可靠性因素的广度和深度来进行。亦即识别各种SSI中各种科学主张相关NOS维度，再描述每个NOS维度如何塑造相关主张的可信度的。

基于以上分析，奥尔钦认为NOS评价应在真实相关、标准明确的案例中进行，所评价的应是学生运用NOS对案例中的相关主张的可靠性进行分析的能力。这种案例，奥尔钦称之为原型（Prototype），相应地，这种案例式评价，他称之为原型评价。

2.2.2 原型评价项目及类型

原型评价的项目由一系列在科学上具有争议的当代案例、探究案例或历史案例组成。每个案例均要求学生“解释与评价个人和公共决策中的科学主张的可靠性”。这些案例或来自新闻媒体、互联网、广告或期刊与科学史料。该评价要求学生根据他们“对科学如何运行的广泛理解”，对案例中的相关主张的可靠性进行充分分析。

首先，学生需要识别案例中的相关NOS维度；继而描述每个NOS维度如何塑造相关主张的可信度。通过这种方式，教育者可以评估学生NOS理解程度。原型评价避免征求学生个人观点、立场或判断，以及任何相应的合理化。它寻求思维的透明度，允许评估NOS理解的一致性、广度（把尽可能多的不同的想法联系在一起）和深度（通过使用具体NOS来有效地传达想法）。

依据原型评价项目的类型差异，可分为历史类原型评价、当代类原型评价以及探究类原型评价3种。不同类型的原型评价具有不同的NOS侧重，各具优势与不足，所以“整体科学”的原型评价倡导多种类型原型评价的整合，以发挥彼此的互补与协同效应，较为全面地评价学生的NOS理解。

具体而言，当代类原型评价与学生当下生活紧密相关，可以明显提高学生NOS的学习动机与学习兴趣，使抽象的NOS具象化。同时因其仍处争论之中，并无确定答案，有利于学生运用NOS的暂定性、主观性与不确定性、多重视角等方面综合分析科学家如何解释相互矛盾的证据和彼此的社会互动、个人信念影响其主张的机制及科学和技术如何与公共生活中的其他领域相互作用；分析科学家对相互矛盾的证据的解释和评价的可靠性。但摘自当代报纸、广告的当代案例较少提及科学家科学实践及方法论细节。这使其在评价学生NOS的科学实验和某些认知维度上欠缺，因此，基于报纸文章的当代案例的原型评价是不完整的。

探究类原型评价则包含较为广泛的科学实践与科学认知细节——识别问题、提出问题、设计和进行调查、分析和解释数据以及制定、沟通和捍卫假设、模型和解释方面的内容等。学生可以运用对NOS的认知性与实验性维度理解对其进行綜合分析。但探究类原型评价在NOS的暂定性与社会和文化嵌入性等维度缺失，使其亦是不完整评价。

历史类原型评价因为多聚焦于科学人物史、认识史或思想观念史等内容，便于调动学生NOS的暂定性、社会性及社会和文化嵌入性方面对其综合分析。而这些优势是前两类原型评价所不具备的。但由于与学生生活距离较远且具有一种确定性，历史案例易使学生感到陈旧且无用。因此，如何将历史案例不确定化，对历史类原型评价者而言是一个很大挑战。

如表2所示，选取1895年爪哇岛的脚气病案例作为评价学生NOS理解水平的历史情境，便于引导学生从NOS的社会性及社会和文化嵌入性方面进行解释与评价公共决策中的科学主张或科学行动的可靠性。这是其余两类原型评价所不能达成的。但诚如前文所述，该案例可能因为年代过于久远，而使学生感到陈旧无用。

因此，理想的原型评价应是历史类原型评价、当代类原型评价与探究类原型评价的整合式评价，在“旧的、无关的、缺乏实验性、确定性”的历史案例和“真实的、相关的、不确定”的当代案例及“实验性”的探究案例的结合中，实现互补协同。

2.2.3 原型评价特征

相较于VNOS工具，原型评价具有真实性、意义性、适应性等多种特征。具体而言，真实性即真实的上下文情境。本着真实评估的精神，原型评价能反映NOS知识应用的各种复杂、真实情境，要求学生对于他们在生活经历中遇到的类似案例发表评论。亦即，学生通过一个具体案例来直接阐释对NOS的理解。这同时可为学生构建特定视角——可能是研究人员、政策制定者、消费者或公民视角，亦可能特定性别、种族或阶级视角。因为案例可以从媒体的新闻报道中获得，亦可以从科学杂志或历史期刊中收集，可以是当代的、历史的或实验探究的，因此案例的来源与类型多种多样。这种多样性允许教师基于当地环境及专长选择适合学生的案例，因此其亦是开放的。

意义性即原型评价与学生日常生活相关。特别是从与学生当下生活紧密联系的当代报纸、广告摘录而成的当代类原型评价可以极大激发学生学习兴趣，看到NOS学习的实用性与意义性。适应性即评价可以适应多种评价形式——对评价的NOS维度类目深度进行水平划分及更精细化地描述以便于教师记录自己与学生在课堂教学中的NOS理解水平及其发展，从而进行诊断性评价；同时亦可对不同维度类目加权，并将各类目分数累加，得到学生总NOS得分。总分可较为粗略表征学生NOS理解实际水平与目标水平的相对差距，从而进行终结性评价。由于其注重的是对于学生NOS知识理解的深广度的客观评价，而不需访谈评价对象，因此，评价亦可以很好地适应大规模测评。管理者可依据NOS总分评估不同层次学生群体的NOS理解水平。

3 审视及展望

3.1 范式的意义

作为替代方案的“整体科学”范式，在当前国际NOS范式更替大潮中占有重要位置，具有突出的理论与应用意义。总体而言，“整体科学”范式将其目标奠基于运用NOS以综合分析SSI相关主张的可靠性之上，这是一种整体性功能科学素养而非共识范式那种片面化的知识性素养。相应地，这种功能性素养决定了学生所掌握的NOS维度应与其真实生活中所面对的SSI维度的一致性。又因SSI的复杂性、不确定性和立场的矛盾性，所以不应如共识范式那样将NOS表征为规范性、精确性的统一化陈述条目，而应是中立性、开放性的多样化模糊类目。这种中立、多样与模糊可使学生避免陷入偏狭的价值立场，而仅专注于各种SSI主张的可靠性分析上。而且，开放与模糊的NOS类目亦便于学生作为分析指南，从而不至于过分随意或约束。故而这种类目式的NOS内部就不是单一机械关系而是多样化功能有机关系，它们在多样化的SSI分析中统一协调，共同指向学生的综合性分析能力的培养与提高。

这种结构体系要求其评价工具开发首先应是真实且有意义的；其次其评价框架维度亦应与其体系一致，包含广阔的社会、认知与实验3维；其评价项目亦应立足于具体案例语境，聚焦于评价学生的综合分析能力，而非单纯的NOS回忆与复述的低阶能力。所以案例应是多样的，能够覆盖理论体系的所有NOS方面，所提问题应是认知性的，能够调动学生运用NOS分析案例中相关主张的可靠性。

3.2 范式的不足

“整体科学”范式亦存缺陷。首先是其处于起步阶段而缺乏充足的实证研究基础，实践效度仍待展开。对此，奥尔钦亦有清醒的认识，并认为“在进一步研究中，……很快就会知道原型评价是否符合有效性标准，其理论框架是否有进一步完善的必要，整体科学范式与互补性NOS教学方法是否合理”［9］。其次，该范式所含NOS维度及其类目过多，难以在实际教学中全部教授。需要结合学生身心发展对其进一步精简。诚如莱德曼小组所质疑道：“为什么我们希望K12学生能够一下子理解科学的一切，或者整体科学，而不是将这种要求拓展至他们大学预科教育中呢？［10］”

3.3 研究展望

为推动NOS研究不断发展，未来NOS研究应遵循融合化的方向。应以更为广博的理论视角审视共识范式、“整体科学”范式以及其他范式的相应争论、各自优势与不足，在充分吸收彼此合理思想与研究成果的基础上将多种范式有机融合，发挥协同效应。既不能极端认为“整体科学”范式完全是一种对共识范式的歪曲，亦不能在未对共识范式充分理解与吸收之前就匆忙断言“共识范式已危机重重、陈旧不堪”，并将其完全抛弃，彻底否定。

可考虑在凝练科学家、科学哲学家、科学教育研究者等群体共识及将各种范式有机融合的基础上，重建新的NOS理论体系。也可开发出与其理论相适应的面向师生NOS理解、课程与教材NOS表征的评价工具，并通过大量实证研究持续反馈修正与完善，不断提高新范式的科学性、合理性、全面性与有效性。

参考文献：

［1］Olson， J. K. The Inclusion of the Nature of Science in Nine Recent International Science Education Standards Documents ［J］. Science & Education， 2018， （27）： 637～660.

［2］Jho， H.. Trends in research on the nature of science： A bibliometric analysis with R-mapping tool ［J］. Journal of Learner-Centered Curriculum and Instruction. 2018， 18（18）： 937～956.

［3］Hodson， D. et S. L. Wong. Going Beyond the Consensus View： Broadening and Enriching the Scope of NOS-Oriented Curricula ［J］. Canadian Journal of Science， Mathematics and Technology Education， 2017， 17（1）： 3～17.

［4］Allchin， D.. Evaluating knowledge of the nature of （whole） science ［J］. Science Education， 2011， 95（3）： 518～542.

［5］［9］Allchin， D.. Towards clarity on Whole Science and KNOWS ［J］. Science Education， 2012， （96）： 693～700.

［6］Allchin， D.. Beyond the Consensus View： Whole Science ［J］. Canadian Journal of Science， Mathematics and Technology Education， 2017， 17（1）： 18～25.

［7］［8］Allchin， D.. Teaching the nature of science through scientific error ［J］. Science Education， 2012， （96）： 904～926.

［10］Schwartz， R.， Lederman， N. G.， Abd-El-Khalick， F. A Series of Misrepresentations： A Response to Allchins Whole Approach to Assessing Nature of Science Understandings ［J］. Science Education， 2012， 96（4）： 685～692.

*南京信息工程大學人才启动经费项目资助（2023r050）。