教師對科學知識本質的認識及其教學影響
——基于對一線教師的調查

田春鳳 郭玉英

(1. 內蒙古包頭師范學院物理科學與技術學院,內蒙古 包頭 040130; 2. 北京師范大學物理學系,北京 100875)

教學過程本質上是認識過程,知識觀是科學教學的認識論基礎,知識觀的發展變化必然會引起科學教學的改革．很多研究者從不同角度探討了科學知識觀的轉型及其對科學教學的影響,指出傳統科學知識觀(包括經驗主義或邏輯實證主義等)指引下科學教學存在的問題,以及以建構為特征的現代知識觀對科學教育的意義．教師作為科學教學的實施者和教學過程的主導,其知識觀(即對科學知識本質的認識)必然影響其教學行為,從而影響科學教學的實施效果．

新一輪課程改革提出學科核心素養的概念,科學本質作為科學學科核心素養的重要組成也被顯性提出,成為科學教育的重要目標之一．以物理學科為例,學科核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任等4個方面,其中科學本質是科學態度與責任的重要構成要素,也是形成正確科學態度與責任的基礎．科學本質包括科學知識的本質、科學探究的本質和科學事業的本質三個維度的內容．可見,科學本質教育已經成為物理課程與教學的重要目標之一．相關研究指出,教師的科學本質觀會通過其教學行為,間接影響學生科學本質觀的形成．

綜上述,教師對科學知識本質的認識對于科學教學具有重要的影響．通過對全國多省市151位中學物理教師的問卷調查,了解教師對科學知識本質的認識現狀,進而討論其對科學教學的影響,期望能助力教師科學知識本質認識的發展,助力以核心素養為靈魂的新一輪科學課程與教學改革．

1 科學知識本質的內涵

概括目前科學本質教育的研究成果,認為科學是人們對自然界的描述和解釋,在尋求解釋的過程中,必須以觀察和實驗為基礎,并依賴于經驗事實的檢驗,但是科學知識并非外在物質世界的拷貝,它包含著人類豐富的想象力和創造力,是建構出來的;科學知識具有穩定性和持久性,但未來也可能改變,并不斷發展和進步．具體來說,包括如下幾點.

(1) 建構性.

科學是為了發現自然界的客觀規律,但發現的過程不是單純對客觀世界進行真實的描述,科學是解釋自然的一種嘗試．[1]

(2) 實證性.

科學知識以對觀察經驗為基礎,[2]科學強調和尊重經驗事實對科學理論的檢驗．[3]

(3) 條件性.

科學知識不是絕對真理,只能在一定條件和范圍適用,也不能解決所有的問題．[3]

(4) 暫定性.

科學知識具有相對穩定性,并不斷發展和進步,[3]科學知識兼具持久性和暫定性．[1]

1）多用途原則：土地利用變更分析與管理系統應具有多種用途，既要滿足土地現狀對于信息處理的要求，還要滿足土地利用變更對信息處理的要求，同時還要為土地定級、估價以及土地利用規劃等工作提供科學依據。

(5) 邏輯一致性.

科學知識體系必須具有內在的邏輯性、一致性,[4]當新的知識產生時,力求修正原來的概念,而不是徹底否定原來的概念是科學的準則．[5]

(6) 可預測性.

科學知識反映了人類對自然本質的認識,對自然現象具有一定的解釋和預測功能．[3]

2 研究方法與結果分析

2.1 調查工具的設計

調查問卷的設計是以科學知識本質的界定為依據,參考國內外關于科學本質的調查問卷設計而成．問卷共包含12道題目,每一道題目都是一條關于科學知識本質的表述,被試者需要做的就是選擇自己對這一表述的態度,如完全同意、同意、不確定、不同意或完全不同意．(如表1)

表1 問卷題目樣例

2.2 研究對象的選取

調查樣本為151位來自全國多省市(主要包括北京、天津、甘肅、湖北、廣東、安徽、河南、河北等14個省市)的初、高中物理教師．具體情況如表2所示．

表2 研究樣本基本情況

2.3 調查結果與分析

2.3.1 當代建構知識觀認識模糊,與傳統發現知識觀并存

傳統的知識觀認為科學知識是客觀事物的真實表征或摹寫,強調科學知識的確定性、客觀性、普遍性、價值中立性等特征．當代科學知識觀最大的特點就是其建構性,認為科學知識是建構的,增加了科學知識的不確定性、文化性、境域性和價值性．[6]

2.3.2 絕大部分教師承認科學知識的實證性,但也認為實驗并不是檢驗知識正確性的唯一標準

“實踐是檢驗真理的標準”,這是科學知識實證性的最通俗表述,調查顯示,絕大部分教師認為“科學知識必須接受觀察、實驗的檢驗”且有38.4%表示非常同意．但對科學知識實證性的另一表述,由于所設置的情境不同,教師的認識情況并不一致．對于“一個科學假說如果得不到實驗驗證,即使是正確的,也不會被其他科學家所接受”這一表述,表示同意和不同意的比例相當,各約有40%的教師支持,且有約20%的教師表示不確定,此表述雖有一定歧義,并涉及到對科學家團體的認識,但調查結果也足以說明部分教師認為實驗并 不是檢驗知識正確的唯一標準．

2.3.3 大部分教師都承認科學知識的條件性,但仍有部分教師對此持懷疑態度

調查顯示,68.2%教師認同科學知識的條件性,即認為科學知識的正確性總是相對于特定的條件而言的．但也有21.4%表示不確定．這表明,仍有不少教師認為科學知識的正確性是絕對的和無條件的．我們知道很多科學規律都有其成立的條件和適用范圍,在規律教學中討論其適用范圍和條件是非常重要的內容,持此觀點的教師與這樣的教學要求或行為是矛盾的．

2.3.4 絕大部分教師都承認科學知識的暫定性,且認識較穩定

問卷中有兩道題目分別從正反兩方面表達了對科學知識暫定性的認識,且情境不同．調查顯示,大部分(多于70%)教師的認識是一致的,且承認知識的暫定性．對兩種不同情境認識情況略有差異,但較穩定,有72.1%認為“科學知識具有暫定性,未來可能改變”,只有17.8%持否定態度;對“如果科學家準確無誤地做研究,就能保證得到的科學理論是絕對正確的,不會隨時間而變化”這一表述,有83.4%的教師持否定態度,但表示不確定的教師較多,有約12%．這也表明,有部分教師認為只要科學研究客觀、準確就能保證科學知識的絕對準確性．

2.3.5 盡管大部分教師認識到錯誤理論并非毫無用處,但對新舊知識的邏輯一致性的認識較為模糊

調查顯示,盡管絕大部分(近93%)的教師并不贊同“錯誤理論是毫無用處的”這一觀點,但對“新的科學理論總是建立在原有理論基礎上,二者在某種程度上是一致性”這一表述,卻只有57.6%的教師表示同意,即明確承認新舊科學理論之間的邏輯一致性,而有約20%的教師對此表示不同意和不確定．

2.3.6 絕大部分教師承認科學知識的可預測性,且認識較為穩定

調查顯示,有83.5%的教師認為“經證實的科學知識具有一定的解釋和預測功能”,只有約10%表示不確定,有6.6%表示不同意．這表明,絕大部分教師承認科學知識的可預測性,且認識較為穩定．

總的來說,中學物理教師對科學知識本質的認識并不理想,傳統與建構的科學知識觀并存,但更傾向于傳統知識觀,具體來說,教師對條件性、暫定性和可預測性的認識較好;對建構性、實證性和邏輯一致性的認識不太理想．此外,教師對科學知識本質的認識也不夠穩定,面對不同的問題情境,反應往往不一致,甚至出現矛盾．

3 討論

3.1 成因及建議

大部分教師在受教育過程中沒有接受過專門的科學本質相關課程的學習,如科學史、科學方法,科學哲學等,教師對科學知識本質的認識是在科學學習與教學過程中自發形成的,而大部分教師所接受的科學教育潛移默化地使他們形成了傳統發現知識觀．但同時他們在接受科學教育相關課程或培訓時,接觸過建構主義等現代科學教育理論,或者通過其他途徑對科學本質有過了解,因此在一定程度上認可科學知識的建構性,但這種認識并不牢靠,往往與傳統知識觀一起并存于教師頭腦中,這與學生學習科學的前概念特點類似．

要幫助教師形成正確的科學本質觀,可從如下幾方面入手:首先,教師培訓中采用HPS或STSE等教學模式,對教師進行專門的科學本質教育;其次,建立有利于科學本質觀改變的概念生態,如增加科學本質相關課程的培訓,如物理學史、科學方法、科學探究等;最后,教師本人應主動針對教學過程中遇到的科學本質相關問題進行反思,有意識地提高自己的科學本質觀．

3.2 對科學本質觀整體發展的影響

科學本質包含3個維度的內容,即科學知識的本質、科學探究的本質和科學事業的本質,科學本質的三維內容并非完全獨立,而是一個有機的整體,在一些具體項目之間存在著相互作用關系．科學知識本質是根本,教師對科學知識本質認識上存在的上述問題必然會影響其對科學探究本質和科學事業本質的認識．

相關調查也說明了這一點,如:對教師科學探究本質的調查顯示,大部分教師雖然意識到科學研究方法的多樣性,承認想象或聯想等創造性方法的價值,但對科學探究創造性的認識不足,大部分教師認識到科學探究的主觀性,但這種認識并不牢固．[7]對教師科學事業本質的調查也顯示,有很多教師認為“科學是人類認識世界的方式中最有效的,比文學、藝術和宗教要高明一些”,或認為“科學家整體而言比其他人更客觀．”

3.3 對科學教學的影響

教師對科學知識本質的認識存在的問題也必然表現在教學上,造成目前科學教學諸多不令人滿意的現象.

首先,雖然教師認可科學教學的新理念和新方式,但由于他們的科學知識觀仍趨于傳統發現知識觀,這就出現了目前傳授知識的情形仍然很明顯,似乎教師的任務就是幫助學生存儲和記憶課本上的科學知識,教學評價的依據也是以學生能否全面、準確地再現科學知識為主．甚至存在著部分教師讓學生以機械記憶的方式來學習科學,以背誦科學知識或科學術語代替理解的現象．此外,也導致很多教師忽視學生的前科學概念及其對教學的影響,忽視教學中的生成性因素,特別是當學生表現出“差異”行為或觀點時,教師往往不能給予恰當的處理,而是用自己的預設來評判學生的表現或回答,造成學生的質疑精神和創造性的喪失．

其次,教學內容的安排注重學科知識邏輯,缺少對真實科學世界的關注,部分教師很少將科學知識與科學實踐聯系起來,不重視實驗教學,不重視真實科學情境的創設,無論是知識的講解,還是知識的運用常常采用抽象的邏輯符號來描述．學生學到的僅僅是脫離真實情境的抽象知識,難以實現知識遷移,難以培養學生解決實際問題的能力．需強調的是,這里所說的情境是指將學生的學習置于真實情境之中,或通過學生解決科學實踐中存在的真實問題來獲得知識,建構對知識的理解,這完全不同于很多教師所采用的講授知識過程中舉一兩個實例,或做一二個實驗來幫助學生深化對知識的理解．

最后,即便教學中教師采用了實驗或探究的方式,但也會出現這樣的情景:做幾個實驗,引導學生對實驗現象作出“客觀”而“準確”的觀察,進而歸納得到科學結論;或在進行科學探究教學時,將探究的重點放在實驗操作和對數據的歸納分析上,忽視探究中的問題和猜想的作用,忽視學生新穎的觀點或方案．學生只是通過菜單式的實驗活動,去發現教師已預設好的標準答案．這很容易使學生認為所有的科學知識都可通過準確的觀察而得到,科學反映的是自然界最真實、客觀的面貌,同時也不利于培養學生的實踐能力和創新精神．