中美課程標準中科學本質觀教育的比較研究

梁瑋

[摘 要] 嘗試以中美兩國的課程標準作為研究對象，以高中生物為例，通過文獻綜述、比較研究的方法對科學本質觀教育這一方面進行比較研究。研究發現兩國課程標準中有關科學本質的表述在綜合與分科、顯性與隱性、表述風格和描述精度、廣度和深度方面存在不同程度的差異。建議從加強學科之間的整合，促進學科間的聯系、適當顯性化科學本質教育、修正對科學本質觀教育的不恰當認識等方面對我國高中生物課程標準進行改進。

[關鍵詞] 科學本質；科學本質觀教育；中美比較；課程標準

[中圖分類號] G423.04 [文獻標志碼] A [文章編號] 1005-4634（2015）01-0112-06

1 課程標準中科學本質觀教育研究的背景

1.1 科學本質的概念及內涵

科學本質被定義為“科學的認識論，科學作為一種思考的方式，科學知識價值的信念及科學的發展”[1]。

不同研究機構的學者專家對科學本質的看法不盡相同。根據美國2061計劃，界定科學本質的內涵由“科學知識的本質”、“科學探究的本質”和“科學事業的本質”三個維度組成（見表1[2]），一些研究者將“科學、技術與社會的關系（STS）”歸為“科學事業的本質”。目前，國際科學哲學界就科學的本質基本達成了共識，并且很多關于科學本質的研究都是基于這三個方面的科學本質框架。這三個方面都是科學教育所要傳達的，對于提高學生的科學素養具有重要意義[3]。

1.2 科學本質觀教育的意義和必要性

科學教育的重要目標是提高學生的科學素養，而科學素養的一個重要組成部分是對科學本質的理解，因此，科學本質觀教育在科學教育中具有重要的意義和價值。

科學本質觀教育是國際科學教育的前沿性課題，在各國科學教育中受到重視。例如美國對科學本質教育的研究尤其重視，出現了大量的相關文獻和科學教育的相關文件。教育工作者如何改進學生對科學本質的理解，培養其科學精神，提高其科學素養是科學教育的一個重要目標。

對科學本質的理解和認識，即：科學本質觀，直接影響和制約了科學教育觀和科學學習觀[4]。袁維新認為科學本質的教育價值在于：有利于學生形成正確的科學觀、體驗科學的方法與過程、培養學生的批判精神和科學情感。

1.3 我國科學本質觀教育的現狀

大量研究結果表明我國基礎教育階段的理科教育還存在一些問題，致使學生“只見樹木不見森林”，缺乏對科學的整體認識和深入理解[5]。研究顯示，當前的科學教育沒有充分使用科學本質，沒有取得滿意的結果。

我國科學本質觀教育一個現狀是將認識科學本質等同于科學態度、情感的發展，讓學生在各種內容的學習與各種活動中自覺地感受、體驗科學本質，形成科學本質觀，缺少具體科學本質教學目標與相應的策略。教師有意識地在課堂教學中穿插一段科學史進行針對性的教學活動，至于科學史體現了什么樣的科學本質觀、學生形成了什么樣的科學本質觀，教師并不關心，恐怕有的教師自己都不知道[5]。學生雖然學了不少科學知識，掌握了不少科學技能或方法，但由于缺乏對科學本質的理解和認識，以及認識有偏差，學生頭腦中還是沒有“科學”，不能很好地回答有關科學是什么、科學能做什么等有關科學本質特征的問題，造成了學生現代科學素養關鍵部分的缺失[6]。從中國大陸科學課程的實施來看，新課程改革之后科學課堂確實發生了很大變化，但是面臨著科學觀念轉變等問題。教師表面上了解科學本質，重視學生的探究活動，但在實際教學中不清楚如何做，理科教師還存在很多非科學和偽科學的教學行為[7]。

2 中美課程標準的科學本質觀教育比較

2.1 美國科學課程標準中的科學本質觀

基于2011年發布的美國《科學教育框架》（A Framework for K-12 Science Education），美國于2013年4月9日正式發布了美國《新一代科學教育標準》（Next Generation Science Standards，以下簡稱NGSS），該標準向人們展示了美國對科學本質觀教育的重視。NGSS對各階段各年級的學習內容均詳細列出科學本質的核心概念，以及學生對每一個核心概念應有的理解水平。

NGSS中科學本質共有八個核心概念[5]，以高中生物為例，筆者列出了各個主題所涉及到的理解科學本質的核心概念以及每一個核心概念的具體要求（見表2[8]）。

分析NGSS可以發現，在“結構與功能”這一主題的科學本質陳述中，體現出科學本質中的邏輯性、批判性和科學方法的多元化。表明美國在這一主題的教學和實踐中注重培養學生的探究性思維和探究性活動的能力。“生物體和生態系統中的物質和能量”和“生態系統的相互依存關系”這兩個主題的陳述內容均有“科學知識可以接受新證據的修正”，特別強調科學知識的累積性和暫時性本質。在“遺傳與變異”這一主題的科學本質陳述中體現出科學、技術與社會的相互關系（STS）。“自然選擇和進化”這一主題則是強調科學知識的暫時性、可重復性和可預測性本質。

綜上所述，美國NGSS高中生物部分科學本質觀教育涵蓋了科學本質的三個維度，即“科學知識的本質”、“科學探究的本質”和“科學事業的本質”。在“科學知識的本質”中提到了科學知識的累積性、暫時性、可重復性和可預測性，特別強調了科學知識的暫時性本質；在“科學探究的本質”中提到了科學探究的批判性、邏輯性和科學方法的多元化本質；在“科學事業的本質”中強調了科學、技術和社會的相互關系。在高中生物的五大主題中，有四個主題（結構與功能、生物體和生態系統中的物質和能量、生態系統的相互依存關系、自然選擇和進化）在“科學與工程實踐”維度上強調了與科學本質的聯系，注重在實踐中應融合科學本質的理解；有兩個主題（遺傳與變異、自然選擇和進化）在“跨學科概念”這一維度上強調與科學本質的聯系，注重在跨領域的學習中理解科學本質。

2.2 中國國家課程標準中的科學本質觀

在2003年頒布的《普通高中生物課程標準（實驗）》（以下簡稱《標準》）中都有理解科學本質的要求體現。

《標準》將提高學生的生物科學素養作為課程基本理念之一，也作為實施課程標準核心任務[9]。

1）課程目標。在《標準》的第二部分課程目標中，有關科學本質觀教育的表述為，“學生通過高中生物課程的學習，將在以下各方面得到發展：獲得生物科學和技術的基礎知識……認識科學的本質，理解科學、技術、社會的相互關系，以及人與自然的相互關系，逐步形成科學的世界觀和價值觀……”。在課程的具體目標中的情感態度與價值觀這一維度中的相關表述為，“認識生物科學和技術的性質，能正確理解科學、技術、社會之間的關系”。可見，課程目標較重視學生對科學、技術與社會的相互關系的理解。

2）內容標準。在第三部分內容標準中也包含有科學本質的表述。高中生物課程的內容包括必修和選修兩個部分，共六個模塊，表3整理了內容標準各模塊中體現科學本質觀教育的表述。

內容標準指出了學習科學本質的意義和科學本質教育的途徑或建議。強調對科學、技術與社會相互關系的認識。

3）實施建議。在《標準》的第四部分實施建議的第一部分教學建議中，其中幾個方面的要求，包括對探究性學習、生物科學史學習的要求均體現了對科學本質的關注。

教學建議包括：（1）深化對課程理念的認識；（2）全面落實課程目標；（3）組織好探究性學習；（4）加強實驗和其他實踐活動的教學；（5）落實科學、技術、社會相互關系的教育；（6）注意學科間的聯系；（7）注重生物科學史的學習[10]。

科學探究作為發現科學事實、揭示科學規律的過程和方法，在科學教育中有重要的意義[10]。《標準》倡導探究性學習，其中明確提出：“教學不僅要使學生獲取一定的知識，還要使學生習得獲取知識的方法，提高解決問題的能力”。在教學中，“教師應該讓學生親歷思考和探究的過程，領悟科學探究的方法”，為教師組織探究活動提出了具體要求和建議，如“要有民主的師生關系和求真求實的氛圍”，“探究性學習是重要的學習方式，但不應成為唯一的方式”等，體現了“科學方法的多元化”的內涵，幫助學生從科學探究的本質的角度認識科學的發展和科學的基本特征，體驗和認識科學本質。

《標準》教學建議注重“加強實驗和其他實踐活動的教學”，其中也有體現科學本質的要求：“通過實驗和其他實踐活動，不僅可以幫助學生更好地理解和掌握相關的知識，有利于他們在觀察、實驗操作、科學思維、識圖和繪圖、語言表達等方面能力的發展，也能促進學生尊重事實、堅持真理的科學態度的形成”。這些教學建議雖然沒有直接提到科學的本質，但為教師在實踐方面的教學提供了建議和注意事項，促進學生理解科學的本質。

《標準》倡導要充分認識到科學、技術、社會的相互關系教育的重要性，教學建議提出“教師應該重視滲透科學、技術、社會相互關系的教育”，在教學中“通過具體事例幫助學生認識生物科學與社會發展的緊密聯系”、“教師應引導學生通過圖書、報刊、音像和網絡等了解更多的信息，開展調查、研究、討論等活動，理解生物科學技術對社會發展的作用，同時也了解科學技術可能帶來的負面影響”。這些建議幫助學生認識到科學、技術對社會產生的影響和作用，幫助學生認識和理解科學、技術和社會的相互關系——“科學可以造福于人類，也可以給人類造成不可挽回的災難。”但對于社會對科學、技術產生的影響和作用以及科學與技術之間的相互關系并未作明確要求。

與NGSS不同，我國的高中科學課程標準實行分科教學，《標準》在這部分教學建議中明確提出：“加強學科間的橫向聯系，有利于學生理解科學的本質、科學的思想方法和統一的科學概念和過程，建立科學的自然觀，逐步形成正確的世界觀”。課程標準只是強調注重學科間的聯系有助于學生理解科學的本質，至于理解哪些科學本質、理解到什么程度，課程標準中并沒有說明。

科學史的學習可以促進學生對科學本質的理解。《標準》在相關主題的具體內容標準中對需要講授的科學史內容均有明確的要求，同時在教學建議中強調，其中的“概述植物生長素的發現和作用”、“總結人類對遺傳物質的探索過程”等包含科學史的內容應認真完成。教學建議還強調：“科學是一個發展的過程。學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的方法，學習科學家獻身科學的精神。”這部分表述體現了科學知識本質的暫時性內涵，即“科學知識是不斷發展變化的。”雖然在具體內容標準和活動建議中沒有直接提到科學的本質，但學生在學習科學史的過程中，通過考察重大的科學發現、科學理論的發展過程、科學家的探究活動等，幫助學生從科學的歷史和本質的角度認識科學的發展和科學的基本特征，體驗和理解科學本質。

綜上所述，我國《標準》體現出對科學本質觀教育的提倡和重視。科學本質分成了知識、情感態度與價值觀、能力三個維度，科學本質的內涵之一——STS的內容則主要體現在情感態度與價值觀中。內容標準并未對學生需要學習的科學本質做出明確要求，而是強調認識科學本質，即科學本質觀教育的重要性。教學建議體現了當代科學教育界對科學本質的認識，注重了科學方法的學習，實踐能力的提高[4]。我國《標準》中科學本質觀教育也涵蓋了科學本質的三個維度。在“科學知識的本質”中提到了科學知識的創造性和暫時性本質；在“科學探究的本質”中強調了科學方法的多元化；在“科學事業的本質”中著重強調了科學、技術和社會的相互關系。可見，強調認識科學本質的重要性是我國《標準》的一個顯著特征，但對于“認識哪些科學本質”和“理解到什么程度”《標準》中并未給出詳細說明。

2.3 中美課程標準中科學本質觀教育比較和分析

1）綜合與分科的差異。美國NGSS可以說是綜合了生命的科學（生物）、物質的科學（物理、化學）、地球與空間科學（地理）等學科，而我國高中課程標準的各學科是分開的。研究表明，綜合的標準更能夠從整體上體現科學的本質，更利于體現各學科知識之間的聯系與交叉，即便于體現科學知識的統一性[11]。

2） 顯性與隱性的差異。美國NGSS通過各主題下的“聯系到科學本質”這一部分的表述，對各階段各年級的學習內容均詳細列出科學本質的核心概念，以及學生對每一個核心概念應有的理解水平，由此可見其對科學本質觀教育的重視，并注重從多個角度闡述科學的本質。我國《標準》將“提高學生的生物科學素養”作為課程的基本理念之一，在課程目標、內容標準和實施建議的部分均有體現科學本質觀教育的表述，顯示出我國對科學本質教育的提倡和重視。但我國《標準》并沒有明確科學本質觀教育的內容和要求，也未對科學本質作深入的論述，對當代西方的研究成果目前基本還處于譯介的階段[12]，仍需要更多教育者和學者進行研究和探討。即美國NGSS關于科學本質教育增進學生對科學本質的認識和理解是顯化的，而我國《標準》在這個議題上是隱性的。

3）表述風格和描述精度的差異。在表述風格方面，美國NGSS中有關科學本質的陳述是比較豐富且明確的，而我國《標準》有關科學本質陳述顯得有些“骨感”且“含而不露”[11]。

在描述精度方面，有學者就對課程標準的描述應該是嚴格細致還是要有適當的自主空間這一問題進行過探討和研究。與我國《標準》相比，美國NGSS關于科學本質教育的描述相對比較嚴格細致，在相關主題下詳細列出科學本質的核心概念，以及學生對每一個核心概念應有的認識程度。學生對科學本質的理解程度隨著年齡階段的變化而變化，體現出科學教育的階段性和連貫性。有學者認為，嚴格細致的內容標準是保證標準權威的前提。而我國《標準》關于科學本質教育的描述相對比較寬松概括。在筆者看來，嚴格細致的標準描述不能作為影響教師創造力的“借口”，而寬松概括的標準描述并不代表靈活，并不代表教師可以隨意更改教學內容與要求。寬松概括的標準描述容易導致教師解讀的不恰當或是隨意解讀，為了避免不正確地解讀，各門學科又出臺了《課程標準解讀》，這也是我國獨有的“無奈之舉”。但美國沒有課程標準解讀，原因之一是這些課程標準簡單明了，教師一讀就懂。不過，美國有報告顯示，過度細致繁瑣的標準描述，也會導致教師無所適從[13]。

4）廣度和深度的比較。美國NGSS和我國的《標準》在高中生物部分的科學本質觀教育方面都關注到科學本質的三個維度，但兩國側重點不同。

美國NGSS科學本質觀教育側重體現科學知識本質的累積性、暫時性、可重復性和可預測性；我國《標準》科學本質觀教育側重體現科學知識的創造性和暫時性。美國NGSS科學本質觀教育側重體現科學探究本質的批判性、邏輯性和科學方法的多元化；我國《標準》科學本質觀教育側重體現科學探究的科學方法的多元化。美國NGSS和我國《標準》科學本質觀教育均側重體現科學事業本質的科學、技術和社會的相互關系。

美國NGSS對科學本質觀教育的表述涵蓋的科學本質內涵更廣泛、豐富，有具體的要求和說明，我國《標準》有關科學本質觀教育的表述涵蓋的科學本質內涵較單一，側重點突出，且沒有科學本質內涵的解釋。

3 啟示

本論文參照分析、比較所得出的結論，對我國高中生物課程標準提出以下建議。

1）加強學科之間的整合，促進學科間的聯系。隨著人們對科學，特別是自然科學的認識不斷發展，人們逐漸意識到，“各門自然科學之間的界限變得越來越模糊，主要的概念變得更加統一”[14]。因此，在我國高中課程標準實行分科的現狀基礎上，在課程標準中滲透注重學科間的聯系、跨學科概念的整合是有必要的，幫助學生認識和理解科學本質以及科學的思想和方法。有研究顯示，科學課程之間的交叉或滲透的內容不突出，影響學生對科學本質的理解，不利于學生進行創造性學習[15]。

2）適當顯性化科學本質教育。有研究表明，單靠學生自己學習很難獲得正確的科學本質[1]。教師必須采用外顯的方法幫助學生反思他們的活動。最近，科學教育改革文件和科學教育者主張通過顯性的方法學習科學本質。可見，科學本質觀的顯性教育在科學教育中有重要的意義，我國高中生物課程標準有關科學本質的教育大部分是隱含在知識、情感態度與價值觀、能力的三維目標中。有學者認為，三維教學目標所達成的過程，也是促進理解科學本質的過程。但是傳統的三維目標表述中未能將理解科學本質設置為顯性目標[13]。我國高中生物課程標準對科學本質的內涵并無明確說明，雖然強調了科學本質觀教育的目的和重要性，卻未能準確把握科學本質內涵。因此，我國《標準》應適當顯化科學本質內涵和科學本質觀教育要求，設置引導學生理解科學本質的任務。有關科學本質理解的條目要表述適當、具體，不僅有結論態的內容，而且有合理可行的指向目標的過程和途徑[16]。

3）修正對科學本質觀教育的不恰當認識。實際上，課程標準和其他的改革文件將科學本質定位在“為學科內容提供有意義的情境”這一層面[7]。我國高中生物課程標準將科學本質觀教育更多的理解為在情感態度與價值觀方面的培養。然而，理解科學本質是認知發展的結果，而不是情感發展的結果[6]。對于科學、技術與社會的相互關系，課程標準中強調的是“理解有關原理在促進經濟與社會發展等方面的價值”、“理解生物科學技術對社會發展的作用，同時也了解科學技術可能帶來的負面影響”，強調生物對社會單方面的作用，忽略了社會對科學的影響。此外，我國《標準》應加強對科學本質各個內涵的體現，關注每一個科學本質特征而不是其中的幾個方面。

一個關注科學本質教育的課程或教學過程，不能只看重知識是什么的結果，它會更關注“知識是如何產生的，為什么它是有價值的”的問題[5]。雖然，高中生物課程標準的實施建議體現了科學本質觀教育的具體要求，但是在實際教學中，還取決教科書的編寫、教師對科學本質的理解和重視程度等。即我國科學本質觀教育仍舊任重而道遠。這也是本研究強調在高中生物課程標準中要重視和探索科學本質觀教育的原因。

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