幾種主要科學教育理論及對我國科學教育的啟示

　　科學教育承載著人類未來的科學發展與技術的進步，科學的發展能為人類改變自然、提高自身生活質量起到重要作用。20世紀以來，國內外科學教育蓬勃發展，科學教育的理論主要建立在杜威等人的實用主義教學理論以及人文主義的建構理論、布魯納的發現學習理論等的基礎上。建構主義科學教育理論的興起和發展對科學教育產生了尤為重要的影響。本文對幾種主要的科學教育理論進行梳理并對其影響我國科學教育的利弊進行淺析。以期能進一步剖析科學教育在開展中理論和實踐之間的聯系。
　　
　　一、實用主義的反思思維科學觀
　　
　　實用主義教學理論是科學教育的思想基礎。杜威在《我們怎樣思維》一書中論述科學探究的本質及階段。他認為探究在本質上是一種反省思維，即“對任何一種信念或假設的知識進行的積極、持續、審慎的思考，而支持這種信念或知識可能得出的進一步結構，便是這種思考的依據”。這種思維在過程中實際上經歷了一種從懷疑或混淆的狀態(前反省狀態)進入到一種以滿意和對先前讓自己感到懷疑和困惑的環境的控制為特征的情境(后反省狀態)。
　　受實用主義哲學觀的影響，杜威不重視書本知識在探究教學中的作用，認為它脫離實際，不利于學生直接與社會、自然接觸，不能獲得真實問題情境與體驗。因而他主張教師讓學生從做中學，在做中思維。杜威認為教學應培養學生具有探究的能力和習慣。在《民主主義與教育》一書中，他提出了科學教育的程序：“第一，學生要有一個真實的經驗的情境——要有一個對活動本身感興趣的連續的活動；第二，在這個情境內部產生一個真實的問題，作為思維的刺激物；第三，他要占有知識資料，從事必要的觀察，對付這個問題；第四，他必須負責一步一步地展開他所想出的解決問題的方法；第五，他要有機會通過運用來檢驗他的想法，使這些想法意義明確，并且讓他自己去發現它們是否有效。”而杜威提的幾個程序在真是課堂情境中是很難做到的，比如“真實的經驗情境”。在科學課堂中教師可能創設情境，但是創設的情境畢竟是想象的、虛擬的，只有當學生真正走進科學實驗室，走入博物館、科技館才能學到真正的科學實驗，體會到真正的科技進步。
　　杜威首次提出了較為系統的探究教學理論，強調培養學生的主動探索精神和解決實際問題的能力，可以說開辟了科學教育與實踐的新領域，引起人們對學生的主體性的極大關注以及主動探究的深刻反思。因此，蔡爾茲(J.L.Childs)認為把“實驗的探究法”引入教育領域是杜威在教育上的一大功績。而且從他對探究的論述來看，他對探究本質的揭示是相當深刻的，他所提出的探究教學程序也對后來的探究教學研究和實踐產生了巨大的影響。對此，有學者給予很高的評價：“盡管白他(杜威)以后，各類作者用問題解決、歸納法、批判性或反省性思維、科學方法或概念學習來指稱探究，但從很多研究及學校教育計劃來看，探究這一過程的基本要素均不出杜威當年的論述。”
　　但是他的理論也有其局限性，實用主義普遍具有的工具主義立場，模糊或抹殺了真理的界限；其內在固有的相對主義立場，也給認識論研究造成了諸多困難。近年來中外已經逐漸擯棄杜威的實用主義在科學教育上的指導。杜威強調觀念、思想、理論等既不是先驗論者所說的先天的理性原則，也不是反映論者所說的客觀存在的主觀映像，更不是永恒真理，而只不過是一些假設。確切地說，它們是人們為了達到一定實際目的而設計的工具。要檢驗它們是否恰當，是否有價值，那就要看它們是否能達到預期的目的，是否能完成規定的任務。所以，杜威認為，一切知識都具有工具性。工具、手段與目的、效果是同等重要的。這與我們當今強調科學教育的人文性形成強烈的沖突。
　　
　　二、布魯納的發現學習科學觀
　　
　　布魯納深受皮亞杰、喬姆斯基和萊維·斯特勞斯思想的影響，形成了自己的結構主義課程理論。對美國20世紀后半葉“教育面向現代化”的課程改革有重大的影響。布魯納認為教育應該努力使學生明白學科的基本結構，而不是那些學科結論。他在《教育過程》中寫道：“不論我們選教什么學科，務必使轉換、組合、領悟等而獲得學習內容的過程。從這里可以看出發現學習的過程就是個人思維探究的過程。布魯納認為“無論在哪里，在知識的尖端也好，在三年級的教室里也好，智力的活動都一樣。一位科學家在他的書桌上或實驗室里所做的，一位文學評論家在讀一首詩時所做的，正像從事類似活動而想要獲得理解的任何其他人所做的一樣，都是屬于同一類的活動。其間的差別，僅在程度而不在性質”。小學生和科學家的認識活動在程度上表現為知識的深度、廣度和探究過程的復雜程度的差異：在性質上則表現出基本研究方法、過程的一致。
　　布魯納所說的發現并不限于發現人類尚未發現的事物，而指的是讓學生自己獨立閱讀思考，去發現教材結構、結論和規律的過程。這種學習方法，要求學生像科學家一樣去思考、探索求知，最終達到對知識的理解和掌握。布魯納提出的認知發現學習的方法，強調學生的學習應該是主動發現的過程，而不是被動的接受知識，而探究性學習是學生在教師指導下，從自然、社會和生活中選擇和確定專題進行探究，并在探究過程中主動獲得知識、應用知識、解決問題的學習活動。因為發現學習強調學生的自我探索和自我發學生理解該學科的基本結構。”所謂課程結構，就是掌握某一學術領域的基本觀念。不但包括掌握一般原理，而且還包括對待學習和調查研究、對待推測和預感、對待獨立解決問題的可能性的態度。這樣看來，學科的基本結構不僅強調學科的一般原理和概念的認知學習，更注重研究方法、研究過程、研究態度的培養。獲得學科的基本觀念通過發現學習來實現。
　　所謂發現學習，就是不把學習的內容直接呈現給學生，而是由學生通過一系列發現行為(如現，強調學生對現實生活中存在的科學知識的融會。
　　但是布魯納的發現學習不能成為科學學習的主要方式。科學中有很多定理、命題、原理必須通過教師的講授和解釋才能讓學生理解和接受，單純靠學生自己去發現，有可能浪費了時間而學生還未能真正理解某方面科學知識。科學教育包括科學原理、科學技能和科學觀。布魯納的發現學習在科學技能方面可以得到較好的運用，根據教材特點和學生的特點才能靈活運用，因材施教。
　　
　　三、建構主義的主體建構科學觀
　　
　　瑞士心理學家皮亞杰為當代建構主義理論做出了巨大的貢獻。他把主體的動作——主體與客體的相互作用，看作是一切經驗和知識的源泉。他既反對知識純粹來自感官經驗的實用主義，也反對知識來自純理性的理性主義。皮亞杰認為：“知識基本上就是建構。”他的學生和同事英海爾德(B.In-helder)對知識建構的性質說得更加明白：“知識絕不是實在的簡單摹寫，而總是通過主體活動進行建構的結果。”事實上，知識建構的過程就是皮亞杰提出的同化和順應的相互作用。
　　建構主義者認為，世界是客觀存在的，由于每個人的知識、經驗和信念的不同，每個人都有自己對世界獨特的理解。知識并非是主體對客觀現實的、被動的鏡面式的反映，而是一個主動的建構過程。在認識客觀世界的過程中，主體的認知結構不斷發展。某一社會發展階段的科學知識固然包含著真理，但并不意味著是終極答案，隨著社會的發展肯定會有更真實的解釋。任何知識在個體接收之前對個體來說是沒有什么意義的，也無權威可言。學習者對知識的接收只能由他們自己主動建構完成，這既包括他們對新知識的分析、檢驗和批判，也包括對原有的知識進行再加工和再創造。因此，科學教育強調讓學生實驗、操作、觀察，就是為了使他們能夠盡早地將主體和客體相結合，建立并不斷完善自己的認知結構。建構主義者認為，因為每位學習者必須以對自己有意義的方式去學習——這是唯一的可以與個體已經擁有的知識、經歷或概念相聯系的學習途徑。學習者所學的東西不是對環境觀察的復制而是自己思考和處理的結果。
　　科學教育往往隱含于問題的提出和解決的過程中。學生是學習、教學過程中的主體，他們的認知結構的建立是在對問題的主動構建過程中逐漸形成的。只有當學生成為學習的主人時，他才可能積極主動地探索學習對象，對自身現有的認知結構和認知方式進行調整、改革和變革，并將知識內化到自己的認知結構中去。所以，用建構主義者的方法，教師通過提問，來發現孩子們是如何把已有的構筑了的信息與主題連接起來，并引導他們進行各種探索性活動，使他們能自己去探索，并對所發生的情況做出結論。教師則與每個孩子進行交流，以發現他們是怎樣構建新的信息，幫助他們以更有效、更有意義的方式去重新構建信息，形成正確的結論。
　　針對以上觀點，不少學者持批判態度。數學教育家張奠宙認為：“不管建構主義的教育理論如何‘革命’。上述兩個對課堂教學的論斷恐怕無法令人贊同，因為它們違背了教育的基本規律。試想，教學不能進行演講、解釋，不要試圖‘傳送知識’，只要提出好的問題，這行得通嗎?難道教師的責任就是‘為學生創設環境和條件’，讓學生在黑暗中摸索嗎?教學還需要效率嗎?事實上，‘傳送’知識是人類繁衍的本能行為。至于如何傳送，必須符合‘受傳送者’的知識結構，即要啟發式，不要填鴨式，讓學生獨立思考。”
　　在過去的十幾年間，建構主義無疑成為教育領域被“引用”和“運用”得最頻繁的詞匯之一，甚至成為“萬能靈丹妙藥”，主宰教育領域的方方面面。“在教學活動中，學習是學生通過自主活動對知識意義的建構過程。在這個過程中，知識不能簡單地由教師傳授給學生，必須通過學生的自主活動主動地加以建構才能獲得，這個建構過程是不可能由其他人來代替”。“學生的知識習得，歸根結底依附于學生自身的感官經驗與生活方式。知識僅僅靠‘教師講授’是難以習得的。”而事實上，美國1995年頒布的《國家科學教育標準》已經完全拋棄了1993年的建構主義觀點。取而代之的是“科學探究”作為科學教育的基本理論和方法。
　　科學教育的最終目的是培養學生的科學素養，而探究教學是實施科學教育的有效途徑。美國1995年的《國家科學教育標準》對探究的界定為：“科學探究指的是科學家們用于研究自然并基于此種研究獲得的證據提出解釋的多種不同途徑。探究也指學生用以獲取知識、領悟科學家的思想觀念、領悟科學家研究自然界所用的方法而進行的種種活動。”我國的《科學課程標準》也指出：“科學探究是一種讓學生理解科學知識的重要學習方式……在科學課程中，學生將通過科學探究等方式理解科學知識，學習科學技能，體驗科學過程與方法，初步理解科學本質。形成科學態度、情感與價值觀，培養創新意識和實踐能力。”也就是說，探究教學需要以學生為主體，通過主體與客體的結合，提出問題和假設，其中主體必須對客體進行操作，然后對操作結果進行感知。這樣，學生的認知結構才能建構起來。假如學生沒有認識的對象，不去進行實際操作，他們的認知結構是建立不起來的。
　　
　　四、科學教育理論“科學性”的反思
　　
　　人類對科學教育和科學素養的認識經歷了一個漫長的過程，雖然積累了許多經驗和教訓，但至今仍在探索之中。英國著名的社會學家、哲學家和教育家斯賓塞(Hetherts Peneer)和美國實用主義哲學家、教育家、進步主義教育運動的代表人物杜威所倡導的具有實用主義色彩的科學教育理論。客觀上推動了具有實用主義傾向的科學教育在歐美的發展。五四時期，杜威、斯賓塞等人的科學教育思想陸續傳入我國，推動了我國科學教育事業的發展。20世紀中葉以來，受后現代主義科學觀的影響，傳統科學教育的片面性逐漸為人們所認識，人們對科學教育內涵的理解也更加全面和深刻，科學教育開始注重對學生綜合科學素養的培養，科學教育的內容和形式也進一步得到豐富和完善。1969年，美國政府通過《國家環境教育政策法案》，要求“在教育過程的每個階段要發展和培養環境的概念”。突破了以往單純以科學知識傳授為主體的科學教育觀。20世紀70年代興起的STS教育，把關注科學、技術與社會三者之間的關系放在突出的位置，使科學教育走出象牙塔，更加貼近客觀現實。
　　與西方相比，中國科學教育的歷史起步較晚，洋務運動時期的嚴復開近代科學教育思想之先河，嚴復第一次向國人系統地介紹了西方的科學方法論，倡導用科學的方法來研究學問，向西方尋求真理。同時，嚴復還積極倡導把自然科學知識作為學校科學教育的主要內容。隨后，經過任鴻雋等人的努力，科學與教育之間的密切聯系日益為人們所認識。1904年清政府頒布的“癸卯學制”，以法定的形式規定了物理學、化學、生物學等自然科學知識作為學校教育的必修課，促進了科學知識的廣泛傳播，辛亥革命后制定的“壬子癸丑學制”使科學教育進一步得以落實，但仍然存在著許多弊端，1922年施行的“六三三”學制，才使學校科學教育體系逐步完善。此后，我國的科學教育事業幾經曲折，在改革開放以后得以迅猛發展，至今已形成較為完備的理論和組織體系。
　　隨著社會的發展和人們對科學本質的認識越來越清晰和全面，科學教育的理論與實踐也在不斷的進行調適。從最初僅僅注重科學知識、技能和方法的繼承和傳授，片面強調科學教育的現實經濟和社會效益，到而今既關注科學、技術與社會、環境之間的辯證關系，關注經濟和社會的可持續發展，把培養學生的綜合科學素養放在特別突出的位置。這與社會的發展以及對人才科學素養要求的提高有密不可分的關系。
　　科學教育是一個復雜的過程，涉及理論和實踐領域中多方面的問題，絕對不能將其簡單化和程式化，否則不僅不利于學生科學素養的發展，而且會造成學生對科學的錯誤理解。在目前我國還沒有建立在研究基礎上的適合我國國情的明確的校外科學教育模式，結果導致現在科學教育實踐中產生了兩種誤解：一種認為科學教育存在固定模式，將教材中既定的科學知識作為教條式真理傳授給學生；另一種則對科學教育的理解過于寬泛，認為只要將學生放開，讓他們自己去動手動腦，自我探究就能達到提高科學素養的目的，而忽略了對科學本質特征的把握和對學生科學探究能力的有目的的培養，不能使科學能力的培養落到實處。
　　我國一些地方的中小學仿照英美等發達國家的做法進行動手活動實驗，新的科學課程的教學也使學生獲得了比以往任何時候都要多的動手活動機會。對于低年級學生來說，這些動手活動無疑會大大提高學生的興趣，豐富課堂生活，但我們同時不要忘記的是，不要讓學生為動手而動手，而應當考慮如何使學生通過動手促進動腦，通過動腦指導動手。而現在很多關于科學探究的研究和活動設計也只停留在表面的動手活動上。有些科學活動課，研究性學習能“放”不能“收”，喪失了科學教育的標準。另外，在學生學業評價上，由于很少采用書面考查的傳統形式，多通過實驗或解決實際問題的方式，評判的程序較為復雜，難度也隨之加大，缺乏統一評價標準，可操作性低，因此人為因素相對增加，成績考核的客觀性和可操作性隨之降低。同時，在教學形式上，不論是杜威的“做中學”還是布魯納的發現學習，甚至建構主義科學觀都取消了課堂教育的主導地位，教學形式更加靈活，對教師的綜合素質要求也更高。因此，習慣于按傳統方式對學生進行科學教育的教師要想勝任科學教育工作必須經過系統的專業培訓，否則，教學質量難以保障。
　　總之，不論是哪種科學教育理論觀點，都必須在實踐中接受檢驗，隨著人們認識能力的提高和科學教育機制的逐步健全和完善，科學教育理論會更趨近于科學的本質屬