中學生科學素養的養成

摘 要：我國公眾科學素養與日益增長的經濟需求極不相符，提高公眾科學素養關鍵在于義務教育階段的理科教育。本文從四個方面分析提高學生學生科學素養的有效途徑：1.拓寬“學校、家庭、社會”三位一體的科學教育渠道2.建構基于STSE理念 的“科學素養”課程體系3.改變學科教學內容與教學方法4.開設HPS顯性課程，提高教師科學素養。

關鍵詞：中學生；科學素養

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2012）14-056-03

國際權威的競爭力評價研究機構一瑞士國際管理發展學院（IMD）發表的《2000年世界競爭力年鑒》（WCY）中，將科學技術和國民素質列為國際競爭力八大要素之一。未來各級政府的任何與科學技術有關的政策沒有相當比例公眾的參與討論，決策的科學化和民主化是無法實現的。2010年，第八次公民科學素養調查顯示我國公民具備基本科學素養的比例為3.27%，美國在2000年已達17%。這與我們日益增長的經濟需求極不相符，提高公眾科學素養任重而道遠。在多個國家調查結果的統計分析表明，決定公眾科學素養的關鍵是中學的理科教學，尤其義務教育階段是公眾獲得較好科學素養的時期。

在TIMSS調查問卷量表的基礎上，我們運用探索性因素分析技術，編制出一套信度、效度較高的中學生科學素養調查問卷，然后對中學生科學素養水平的國際比較、影響因素的分析進行了探討。研究結果表明：

（1）廣州高中學生科學素養存在父母教育背景、學校類型的顯著差異，學生的性別和家庭收入對科學素養影響不明顯；（2）隨著學校辦學層次提高，中學生的科學素養呈現升高發展趨勢，不同性別的中學生也呈現出與此類似的發展趨勢；（3）中學生獲取科學知識的途徑主要來自課外，大眾媒體是主要的傳播途徑；（4）廣州市高中生科學素養總體高于國際平均水平，尤其理解復雜的信息，利用工具、常規步驟和科學過程，探索自然等方面表現突出，但在學科科學素養發展不平衡；

針對義務教育階段結束后高一學生科學素養的現狀，如何探索提高我國未來公民的科學素質，為不確定的將來做準備呢？美國對于TIMSS測量結果的回應可以給我們很多的啟示，美國研究人員在對TIMSS信息作多側面觀察分析的同時，還分別從課堂、學校、政府、社會等四個層面，對美國中小學數學與科學教學及管理方面的缺陷作了鑒別與分析。面對在國際測評結果水平不高的現實，美國設立了“國家科學教育標準”。除了規定“科學內容”以外，還規定了科學教學標準、科學教師專業發展標準、科學教育評價標準、科學課程標準和科學教育體制標準等，為提高公民素養提供統一的培養標準。

一、拓寬“學校、家庭、社會”三位一體的科學教育渠道

當代中國社會正處于由傳統社會向現代社會過渡的社會結構轉型時期，社會整合的途徑和運作機制日趨多樣。作為一項社會公益性事業，傳統科學素養建設中信息單向流動的線性模式愈來愈不能滿足當代科學素養建設的需要。本調查研究表明有69.7%的學生通過大眾傳媒獲取科學知識，其中25.9%的學生通過互聯網，高達71.4%學生從課外獲取科學知識。這就要求形成以政府為主導、學術機構和團體熱情參與、大眾媒體主動配合、宣傳教育部門多方呼吁、企事業單位全力支持、其他社會中介組織積極響應的社科普及組織網絡體系（圖5.1）。這個組織網絡體系具有縱橫結合、上下聯動、覆蓋面廣的特點，對于我國公眾科學素養建設的有效進行具有強力推動和保證作用。

由于中學生獲取的科學知識有69.7%來自大眾傳媒，因此發揮傳媒公眾話語傳播的有效性至關重要。從傳統的科學普及（Popularizatson of Seienee）發展到現代科普階段：公眾理解科學（Public Understanding of Sience），從語言理論的角度而言，體現在傳播形式上的變化：科學家不再是居高臨下地向公眾單向灌輸，而是相互間雙向交流，這種交流就是科學家采用公眾容易理解與接受的語言，科學家不斷地從公眾的語言反饋中得到啟示，不斷調整科學傳播的內容和形式。科學傳播（Science ColnlnuniCation），其實質是網絡時代的公眾理解科學，互聯網的具有強大的交互性、即時反饋性等特點，存在著順暢的信息反饋渠道，公眾可以與傳播者及時交流，及時反饋，同時公眾之間也可以及時交流，特別是在BBS（電子公布板）、IRq網絡聊天系統）、MUDS（多人游戲/社會論壇）等等，這一切都與科學傳播受眾對一定科學技術知識或技能的理解與接受在語言上的要求及約定有密切關系。

在從精英文化走向大眾文化的今天，科學也不再只是少數精英分子的事業，聯合國科教文組織

圖5.1

1999年《科學和利用科學知識宣言》中UNB33提出“人人有權參與科學事業”。由此，一方面，科學家向社會公眾傳播科學知識；另一方面，公眾也參與科學知識的創造過程，參與科學政策的制定和科學體制的建立，與科學家一起共同塑造科學的恰當的社會角色，使科學更具有人性，更符合人類追求可持續發展的目標。科學傳播真正成為科學與社會的“血液循環系統”。

二、建構基于STSE理念 的“科學素養”課程體系

我國可借鑒美國設立科學教育體制標準，拓寬“學校、家庭、社會”三位一體的科學教育渠道，提供豐富科學教育資源平臺。提高中學生科學素養的策略體系是一個系統工程，從整體性出發，對構成提高科學素養策略系統的諸因素進行運籌、規劃，建立合理的系統結構，發揮提高科學素養策略系統的整體功能。提高科學素養策略系統是一個開放的系統，它與整個社會、環境存在多時空的廣泛聯系，并受到外部環境各種因素的制約。黃東有提出構建提高中學生科學素養的策略體系。（詳見圖14.）合理的“科學課程”是“緯”（Lat. ），隨著時代發展的教學觀念是“經”（ Long.），兩者只是構成科學品質面的概念；所以在不同的空間中，當“學校、家庭、社會”所形成的“徑”（Radius）與科學品質“面”概念融合，它就形成了具有維向性的“體”概念。科學品質的體概念必須有價值導向，尤其是人文取向，即通過人文的旋轉度（W）導引，使科學品質達成立體的全方位的科學品質概念。

1、突出數學與科學的核心課程地位

以七個主要工業國為代表的發達國家，一般都把數學和科學定為中小學的核心課程，并認為中小學數學與科學教學質量是一個國家在全球化經擠競爭中的重要基礎。例如，美國聯邦教育部2002年發表的《2002-2007年戰略規劃》和英國教育與技能部于2002年發布的《傳遞結果:到2006年的戰略》，均把中小學數學與科學教學質量的卓越作為國家的教育戰略目標之一。在這些國家，歷次改革都未動搖數學與科學的核心課程地位，也從不輕言降低這兩門學科的教學標準。TIMSS的研究結果已表明，美國已經為中學數學課程重廣度、輕深度的傳統付出了沉重的代價。就中小學數學、科學的課程與教學而言，中國和美國似乎正處在一個連續體的兩端。為TIMSS所鑒別的美國現有的一些缺陷，恰恰是我國的一些傳統與常規；而某些美國決心要改變的東西，卻又常常成為我們的改革取向。因此，我們對中小學數學與科學課程改革應持審慎的態度，仍應突出數學、科學的核心課程地位，保證我國未來公民在21世紀的科技競爭中立于不敗之地。

2、構建STSE理念下的科學教育課程

1997年，加拿大出臺了第一個國家科學教育綱要—《科學學習目標公共綱要》（the Common Framework of ScienceLearning Outcomes）。它的制訂代表著一種新的STS科學教育范型的建立，旨在通過科學—技術—社會（STS）教育提高加拿大公民的科學素養。然而在科技發展的同時，保護人類賴以生存的環境已成為當今社會發展的重大課題，環境教育（Environmen Education）也成為公民科學素養教育的一個重要組成，因此，美國在1996年頒布的“國家科學教育標準”中提出STSE教育觀念。隨后多數國家在制訂課程標準或教學大綱時將STS進一步發展為STSE教育思想。

STSE：科學（Science）、技術（Technology）與社會（Society）教育，是當代科學教育實踐的重要理念，環境（Environment）教育則是公民科學素養教育的一個重要組成方面。STSE教育強調科學、技術與社會、環境的相互關系，重視科學技術在社會生產、生活環境和社會發展中的應用。STSE課程顯著特征，是把當今與科技相關的重大社會問題及具有地方影響的問題納入教育特別是科學課程之中，包括科技的應用問題、科技發展動向問題和科技的社會倫理問題等。

3、改變學科教學內容與教學方法

（1）篩選學科支柱性概念、原理及定律，建構學科知識結構

英國社會經濟學家的“巴特萊法則”認為事物80%的價值集中于20%的組成部分之中。就基本知識和說明基本概念的知識而言，學生集中精力掌握了20%的基本概念和原理就可推演領略到大部分的知識。教師確定學科內的支柱性概念及原理、定律，幫助學生建構起立體的知識結構，達到教師的教是將百歸一，萬法歸宗，學生的學是以一當十，觸類旁通。

（2）緊密結合生產、生活實例，注重學科內容生活化

赫胥黎曾言“假如科學教育要取得最好的效果，它必須是實際的。”來自生產、生活中的實例，帶給學生以親切感，符合心理學意向性定律，從而較大程度地調動學生的學習積極性和主動性，幫助學生建立學科表象，敏銳地洞察其中的科學變化過程，有利于知識內化。

（3）融合信息科學教育，提倡學習手段自主化

“21世紀，受教育者不再是一個只會吸納大量事實信息的人，而是一個知道如何檢查、評價和應用所需信息的人。”目前，國際科學教育注重將信息技術基礎知識和能力的培養與具體學科的教學過程緊密結合起來，以培養學生提取信息、處理信息和運用信息的能力。本調查表明25.9%的學生通過互聯網獲取科學知識，信息技術與課程整合可調動學生自主學習的積極性。

（4）加強實驗設計，追求實驗過程探究化

皮亞杰說過“復制的真理只能算半個真理。”學生自主求知才能最大限度地發揮其自身能力，發現自己的學習優勢。目前，中學生實驗主要有驗證性實驗和應用性實驗。實驗課題、實驗方案及研究步驟都由教師安排決定，有時甚至連實驗結果也由教師事先告知，學生只是機械地操作，無從感受獲取知識和應用知識的快樂。因此，學科教學應加強探索性實驗的比例，既要有單一學科實驗，又要重視綜合性課題實驗研究。

新課程改革增設的綜合實踐活動給予了科學教育廣闊的時空平臺。南方沿海學校每年春季都要對草木特別是一些高大的喬木進行剪枝，教師可以此為綜合實踐活動主題，學生自主探究，設計模擬實驗，研究樹的高度及樹干的粗細對樹在風力矩作用下發生彎曲的影響。這一實驗需要利用物理、生物、地理等學科的知識，運用模型化及控制變量的方法進行探索，比較不同實驗方案的優劣，根據當地臺風的一般強度提出校園剪枝的合理高度。在活動中學生們自主獲到科學知識、培養了科學品質、科學精神，加深了科學本質的認識，不斷提高科學素養。

（5）加強科學史教育，促使學習視野開闊化

科學發展史中蘊含著由科學探索、科學應用而積累起來的科學思想、科學認識觀、科學研究方法和科學史實，從而使學生能受到科學方法、科學精神乃至科學倫理方面的教育。同時科學發展史本身又是現代科學發展、變革的源泉，是現代科學知識體系擴充的“基因”。因此，可收集有關學科發展史、科學家生平及學科知識的過去、現在與未來等內容充實課本。例如，原子結構經歷了“均勻式模型”、“行星式模型”，到目前的“量子化模型”;燃燒的本質由“燃素說”到“氧化說”;元素之間的聯系從“三元素族”、“八音律表”，到“元素周期律”。另外，教師可由古推今，向學生介紹國內外最新相關科技信息，從而培養學生良好的科技意識，使學生切身感受到科學于現實生活中無處不在，并直接影響著人類文明的進程。

4、開設HPS顯性課程，提高教師科學素養

我國新頒布的科學課程標準指出:“科學課程要引導學生初步認識科學本質，逐步領悟自然界的事物是相互聯系的，科學是人們對自然規律的認識，必須接受實踐的檢驗，并且通過科學探究而不斷發展。”提高教師對科學本質的認識，可以更好地理解科學教育，更好地實施科學教學，從而提高學生的科學本質觀和科學素養。

教師對科學本質的認識水平，直接影響了教師的教學觀和教學策略。傳統的科學教育受科學知識客觀性的影響，教學過程以教師為中心的機械地傳授科學知識，學生則被動地接受知識，缺乏對科學的批判性和創造性的認識。新的科學教育改革則受到建構主義的影響，強調學生對科學知識的主動構建，教學過程由教師主動講授知識轉變為學生主動學習知識，教師除了傳授書本知識以外，更要指導學生掌握科學探究的正確方法、體會科學發展的價值以及培養科學情感。教師的科學本質觀將直接反映在科學教學的各個環節中，并將影響學生的科學本質觀。為此，我們的師范教育應該重視師范生對科學本質的理解，從而為科學教育的改革培養后備力量。

人們把科學史、科學哲學和科學社會學（History 、Philosophy and Sociology of Science）統稱為HPS。將HPS納入科學教育中，可以使教師更好地把握對科學本質的理解。80年代末以來，國外很多國家的科學課程改革都很重視HPS的教育。比如美國的《2061計劃》（1996）、《科學素養的基準》（1993）和《國家科學教育標準》（1996），另外，加拿大、英國、挪威、西班牙、丹麥等國家的一些科學課程中都對即HPS教學與課程有明確的要求。并且即HPS課程已經成為上述國家培養理科教師課程的一部分，在美國有些學區，學完這門課，才能取得教師資格證;西班牙、丹麥專門為理科師范生開設了這門必修課。而目前我國還沒有引起對HPS的重視，為了提高教師對科學本質的認識，我們的學校校本培訓有必要開設HPS顯形課程。

教育改革是一項非常復雜的系統工程，受到傳統文化背景、國家的政治地位和經濟發展水平等宏觀因素，以及課程標準、教材、教學、評價和教師培訓等微觀因素的影響，對教育改革的復雜性、艱巨性和長期性要有充分的思想準備。

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