數字化轉型視域下歐盟科學素養培養新動向
——《作為教育挑戰的科學和科學素養》報告解讀與啟示

嚴曉梅 萬青青 高博俊 鄭永和

(北京師范大學 互聯網教育智能技術及應用國家工程實驗室，北京 100875)

隨著科技的發展，越來越多的政治與社會議題涉及科學內容與科學問題。全球環境議題、公共衛生議題甚至國際政治問題的決策都需要具有科學素養的公民參與理性論辯，提出有見地和批判性的觀點。人工智能、融媒體等技術的發展，推動了社會生產生活的發展，也為偽科學和虛假信息的滋生與傳播提供了溫床。例如，2020年初，伴隨我國爆發新型冠狀病毒疫情，謠言、偽科學、陰謀論等信息大量充斥網絡和自媒體，對公眾健康、公共衛生、社會安定、科學研究與政府公信力等造成嚴重影響。世界衛生組織將其定義為“信息流行病”。為此，在社會數字化轉型中提升公民的科學素養，提高民眾理性參與公共事務決策的能力，成為各國政府關注的重點。

我國一直非常重視公民科學素養的培養。2006年國務院頒布的《全民科學素質行動計劃綱要(2006—2010—2020年)》(簡稱《綱要》)指出，科學素養是決定公民的思維方式和行為方式、實現美好生活的前提，是實施創新驅動發展戰略和全面建成小康社會的群眾基礎和社會基礎，是國家綜合國力的重要體現，并提出穩步推進我國公民科學素質的重點工程、重點人群、具體目標等。2020年，作為《綱要》實施的收官之年，恰逢我國實現初步小康社會的關鍵歷史時刻，亟需針對數字化轉型的時代挑戰，制定面向2035年新一輪公民科學素質提升計劃。為此，本文從社會數字化轉型的角度，深入分析歐盟議會文化教育委員會2019年3月發布的《作為教育挑戰的科學和科學素養》報告(簡稱《報告》)(Siarova et al.，2019)，以期為提升我國公民科學素養提供參考。

一、時代背景：應對信息時代的挑戰

歐盟為制定教育合作2030框架開展了一系列研究，回顧了歐盟教育與培訓2020(ET2020)戰略目標的實施情況，并遵循聯合國2015年發布的《教育2030行動計劃》，在2016-2018年間發布了一系列指導各成員國政策制定的教育研究報告。2018年5月，歐盟發布的《歐洲終身學習核心素養建議框架2018》更新了核心素養的表述，強調核心素養發展的支持體系，強化了“歐洲教育領域”的概念。常颯颯等 (2019) 認為，歐盟發布的教育政策和框架一方面是響應時代的挑戰，更新教育的內涵與教學方式；另一方面則是借助教育干預，深化“歐洲認同感”。在這一背景下，2019年3月，歐盟議會文化教育委員會針對核心素養中的科學素養發布了《作為教育挑戰的科學和科學素養》研究報告，旨在推動歐洲各成員國制定合適的教育政策，提升科學教育質量，更好地培養具有科學素養的公民。

歐盟歷來重視科學教育的研究與實踐。歐洲教育計劃Erasmus+和創新研究計劃Horizon2020 極大地推動了歐洲科學的發展和科技人才的培養。針對科學素養的提升，歐盟還設立了EUSTEM 聯盟等組織創新教學實踐，分享最佳實踐案例，支持教師發展。2015年8月，歐盟委員會發布了針對政策制定者的科學教育研究報告《科學教育：培育有責任感的公民》(Hazelkorn et al.，2015)，指導歐盟研究與創新中心的科學與社會項目的發展。該報告主要圍繞EU2020發展戰略目標，指出歐盟在科技創新推動的全球競爭中各行各業和各經濟體面臨缺少科學知識勞動力的挑戰。為此，歐盟委員會倡議各成員國的教育政策制定者及時響應社會發展需求，圍繞歐洲社會共同的價值觀念，大力加強科學教育研究、創新與實踐，關注公眾科學素養培養，并提出新的科學教育政策框架。與此不同的是，2019年的報告特別強調了歐洲社會正在經歷的數字化轉型帶來的挑戰。歐盟議會委托研究者主要基于文獻研究、各國政策文本比對和各國數據綜合分析等方式，開展戰略研究。報告提出新時代歐盟社會發展面臨的重大挑戰之一是錯誤信息廣泛傳播帶來的威脅，而歐盟各國在科學教育與科學素養培養方面存在不足。

(一)數字化轉型對科學素養的挑戰

信息與通信技術的進步為人們提供了更多機會獲取和分享信息，但同時也增加了錯誤與虛假信息傳播的可能。雖然歐盟國家50%以上的公民認為自己有能力識別線上的假新聞，但研究發現越來越多的歐洲民眾支持極端政治意識形態，還伴隨著氣候變化懷疑論和反疫苗等反科學運動的興起。研究者指出，錯誤和虛假信息的傳播會影響公眾對科學共識的了解，容易對社會凝聚力、安全等構成重大威脅，危害社會和公眾利益。為此，研究者認為科學素養和批判性思考是民主發展和可持續增長的重要工具。《報告》提出，科學素養提供的知識、技能和態度對理解和駕馭復雜的信息環境有積極作用，有助于引導大眾批判性地處理大量信息，使公民更好地發現、分析和揭露錯誤和虛假信息，提高其社會適應能力。此份歐盟報告將信息技術帶來的挑戰歸結為兩方面。

一是隨著互聯網及社交媒體的日益普及，功能日趨完善的搜索引擎和新聞信息網站，傾向于通過算法迎合人們的認知方式與喜好，為互聯網用戶創造個性化的在線體驗；針對用戶的在線歷史、偏好和地理位置等數據，為其量身定制內容，“智能推送”用戶可能感興趣的信息。因而人們更容易接觸到與自己意識形態相容的新聞和意見相同的群體，無形中加大了對新信息的封閉程度，營造了認知科學提出的“偏見回音室”或“過濾氣泡”(echo chambers or filter bubbles)等現象。《報告》指出，這將阻斷人們接觸不同信息的渠道，現有的信念通過不斷重復被鎖定與強化，使人們越來越難以容忍不同的觀點，態度開始兩極分化。

二是信息媒體為了吸引更多用戶和點擊量，更傾向于發布極端觀點。社交媒體平臺上的惡意網絡攻擊以及機器人加劇了錯誤信息和虛假信息的傳播。《報告》列舉了2016年美國總統大選準備階段，政治活動家、網絡噴子和機器人共同制造了大量虛假信息并廣泛傳播，對選舉造成了重大影響。同樣的情況也出現在2017年法國總統大選中。這些現象都源于錯誤和虛假信息的傳播。同時，由于對權威和政府的不信任，人們對傳統的信息來源也不再信任，轉而依賴“民主化”的網絡平臺。傳統工具也不足以幫助人們有效分辨網絡和社交平臺中哪些是錯誤信息，哪些是虛假信息。最新研究結果表明，人們轉發虛假信息的可能性比轉發真實信息的可能性更大，錯誤信息、虛假信息往往比真相傳播得更遠、更快、更深、更廣。

(二)歐盟科學素養發展的不足

近年來，歐盟各國公民的科學素養水平引起了歐盟議會的關注。歐盟委員會官方民調機構Eurobarometer通過發放自呈式問卷，定期普查歐盟各國成人的科學素質。調查結果顯示，人們普遍對科技議題持正面態度，西歐和北歐的人們更愿意采取積極行動(如參與環境變化的抗爭)。截至2018年，PISA對15歲學生科學素養的測試發現，歐盟各國平均的低分組學生占比(2018年占21.6%，2015年占20.6%)還未達到ET2020的目標(低于15%)。相對來說，北歐和西歐國家的學生科學成績較好。為此，歐盟仍需要通過科學教育提升青少年的科學學業表現，同時提升公民參與與解決社會科學問題的積極性。

在實踐層次，歐洲大部分國家和地區通過政策、教材和實踐，體系化地推進公民科學素養的發展。大部分歐洲國家支持通過校本教材情境化地理解科學素養，并結合批判性思維和公民素養等相關能力的培養，綜合發展學生的科學素養。但總體上，學生參與校外科學活動比例較低，男女生差異顯著。目前，歐盟各國的教育政策鮮少提及科學素養概念，這不利于歐盟應對數字化轉型帶來的信息挑戰，也不利于提升歐洲整體的公民科學素養，參與全球競爭以及維護民主社會的安定。

二、科學素養內涵的轉變

(一)科學素養內涵的歷史演變

國際科學教育領域對科學素養的關注由來已久。美國學者引領了科學素養的早期研究，并帶動各國對科學素養的重視。本研究通過統計Web of Science中相關國際研究發現，自20世紀90年代以來，美國以外的國家對科學素養的關注度迅速提高 (見圖1曲線1)。經濟合作與發展組織(簡稱OECD)發起的學生能力國際評估計劃，自2006年以來就將科學素養、閱讀素養和數學素養并列為核心測試領域，2015年的PISA測試將科學素養作為主測對象。這標志著科學素養的歷史發展經歷了從理論研究到課程與評測實施的實踐階段。

圖1 截至2019年WOS中科學素養學術研究進展

伴隨著科技發展與社會的變革，科學素養的內涵在不斷發展，逐漸超越了米勒提出的三維模型①。柳秀峰(Liu，2013)回顧了科學素養概念的發展歷程，歸納了學者們對科學素養內涵的不同理解，提出科學素養內涵由窄到寬的三重愿景：1)關注科學領域的科學知識與技能；2)關注科學與社會關系的社會性科技議題；3)關注社會中的科學，積極參與社會、文化、政治和環境問題討論。其中，第三重愿景強調反思能力和有效溝通能力，著重提出不僅要培養了解科學并具有責任感的公民，更要使公民具備運用科學方法積極參與社會事務決策和科學活動的能力。在這一背景下，2019《報告》提出關注社會數字化轉型所需要的科學素養，強調它與相關素養之間的緊密聯系，并突出第三重愿景所呼吁的積極行動力。

(二)數字化轉型的科學素養核心內容

《報告》提出科學素養不僅指科學內容的知識，還包括反思性公民能運用科學思想參與公共議題的討論，并作出理性決策所需的能力。《報告》將培養公民積極行動力的科學素養定義為五個互相關聯的方面，即基礎素養、科學知識與能力、情境化的科學理解、批判性思維、主體與參與(見圖2)。

圖2 歐盟科學素養框架

科學素養框架延續了歐盟2018核心素養框架的理念，其中，基礎素養是核心素養的根基，是實現其他維度能力的必要前提，主要包括與科學相關的認知與元認知能力、思維習慣、科學語言三大部分，它們是學習復雜技能的基礎。科學知識與能力包括2015年PISA測試定義的科學內容知識、過程知識和認識論知識(OECD，2017)。除關注科學的理論知識，學生還應該了解科學問題產生的情境，形成連接和整合科學、社會、技術、文化、環境及政治考量的能力，通過多角度思考進而提高批判性思維水平。批判性思維能夠幫助人們作出決定，并對該相信什么或該做什么進行理性判斷(Ford et al.，2012)。在不斷變化的世界中，作為有社會責任感的公民，具有科學素養的重要特征是能采取行動并參與社會活動與決策。在該框架(見圖2)中，研究者將學生或公民看作主體(agent)，強調提升主體參與社會活動的積極性，增強社會責任感，基于民主價值觀進行理性決策。

(三)相關能力與素養

《報告》特別指出科學素養與媒體素養、積極公民素養和全球競爭力密切相關。科學素養的核心能力能促進人們積極參與辯論，為世界面臨的緊迫問題尋求解決方案(Liu，2013)。然而，大多數全球性問題，不僅僅是科學問題。解決這些問題，不僅需要科學素養，還需要其他能力的綜合應用，如提高媒體素養，獲得全球競爭力及促進公民積極參與。首先，媒體素養指學生可以理解和批判性地評估媒體和媒體語境的不同方面，在各種語境中開展有效溝通的能力(European Commission，2007)。道格等人(McDougall et al., 2018a)指出，在科學教育背景下和跨學科教學方法中，通過教學實踐活動可以促進中小學生媒體素養和科學素養的發展。例如，通過游戲設計和開發活動，創建多樣的視聽形式，讓學生可以批判性地解構虛假信息和偽科學信息。其次，科學素養與公民意識緊密相連，通過充分地參與關于社會科學問題的公共辯論，使公民對可能的解決方案形成更全面的理解，進而開展可持續的行動，強化積極的公民意識(Yore，2012)。積極的公民意識可以理解為相互尊重和非暴力，依照人權和民主規則參與公民社會、社區和政治生活(Golubeva，2018)。再次，科學素養也可以被認為是全球競爭力的一部分，具有全球競爭力的個體能夠審視具有地方性、全球性和文化性意義的問題，能對可持續和集體福祉采取建設性行動。這一維度的發展也需要媒體素養和科學素養共同提升(OECD，2018)。因此，《報告》建議政策制定者應結合各種教育計劃培養與發展公民的科學素養。

三、培養科學素養的創新措施

圍繞數字化轉型的挑戰，《報告》不僅重構了科學素養的內涵，也為各成員國的政策制定者提出了提升科學素養的戰略舉措。延續ET2020戰略計劃對終身學習的關注，報告提出科學素養培養和科學教育應貫穿從學前到成人教育的各個學段，并應顧及所有教育類型(包括正式與非正式教育)。《報告》緊密圍繞錯誤信息傳播帶來的挑戰，對2015《科學教育：培育有責任感的公民》報告的部分舉措進行了拓展，補充了關于科學評測的建議，完善了科學教育和科學素養培養體系(見表一)。

表一 2015年與2019年報告的建議與策略對比

(一)應對錯誤和虛假信息傳播的威脅

為應對信息時代錯誤和虛假信息對歐洲社會公眾衛生、環境保護、安全以及社會凝聚力的重大威脅，歐盟提出以下行動建議：首先，提倡基于事實核查的教育方法，提前預防并警示錯誤與虛假信息，培養公眾媒體素養和科學素養；其次，分析有關科學問題的科學證據，推廣發現、分析和揭露錯誤和虛假信息的有效工具；最后，歐盟委員會應針對錯誤和虛假信息對公民的影響開展跨學科的實證研究，搜集數據，提出有效的措施和建議。

(二)明確科學素養的概念

在2015年報告強調多學科融合的基礎上，2019年《報告》提出要融合科學素養的不同維度，在各個學科中(包括科學、歷史、地理、公民與社會、健康和媒體教育等)培養科學素養。首先，建立針對不同學段的科學素養標準，將科學素養系統地納入所有課程的培養目標。《報告》特別強調科學素養培養不局限于自然科學課程，指出學習結果應包括科學素養的各個維度，特別是批判性思維和積極參與公共事務決策的能力。其次，歐盟委員會應制定指導方針，支持各成員國執行ET2020計劃的《歐洲終身學習關鍵能力參考框架》，并在科學素養的視域下闡明如何通過教育政策和實踐落實終身學習關鍵能力中的“科學能力”。

(三)支持科學教育的創新和終身學習

培養科學素養需要投入和反思如何更有效地綜合使用正式和非正式教育場景。但目前許多教育提供者缺少足夠的能力創新和創造具有包容性和吸引力的學習環境以培養公民的科學素養。同時，科學素養的發展，不應該僅僅關注青少年發展，需要建構培養公民素養的終身學習體系。此外，教育政策制定者還應支持公立和私營的科學素養培訓計劃，促進所有年齡段學生科學素養和批判性思維的培養與提升。為此，歐盟委員會應繼續支持和更新在線數據庫，記錄科學素養教學的有效方法，總結基于證據進行教育和培訓的最佳實踐案例。

(四)發展適當的科學素養評估工具

如何綜合評估公民的科學素養應引起研究者和政策制定者的廣泛關注。現有的評估工具往往側重評估學生的科學知識與能力水平，忽略了諸如批判性思維與積極參與等因素。因此，歐盟提出以下行動建議：首先，歐盟委員會應利用資助計劃引導科研創新項目，探索、設計適當的評估工具更好地評測公民科學素養；其次，歐盟委員會應支持將學生的批判性思維與公民參與技能的評估納入經濟合作與發展組織的PISA科學素養評估框架；最后，歐盟委員會應利用其官方民調機構調查研究各團體在科學相關的社會與政策問題上的動機和反應，分析影響科學素養培養的因素。

(五)提高教師培養科學素養的能力

教師隊伍是保障公民科學素養提升的重要因素。研究者指出教師的專業發展能更好地提升他們培養學生科學素養的能力。同時，國家教育系統應該幫助學校發展協作學習文化，激勵教師提升適應力，共同滿足學習者和社會不斷變化的需求。為此，歐盟文化教育委員會建議各國政府提供促進教師專業發展的機會，培養教師創新和跨學科的科學教學方法。文化教育委員會應考慮為教育工作者制定詳細的科學素養能力框架，支持教師教育提供者針對性地改進現有的培訓計劃。

(六)促進參與性研究和開放科學

《報告》指出應進一步促進科學的開放性，提升公眾獲得科學信息的機會。為此，歐盟建議各國政府支持公眾參與性的研究項目，使公民有更多接觸科學的機會，鼓勵科學家積極地參與與科學有關的公共辯論，消除錯誤信息和偽科學對社會的影響。其次，歐盟委員會應支持科學咨詢平臺的開發，確保公民、記者和政策制定者能夠及時獲得強有力且可靠的科學建議和證據。最后，利用歐盟科學中心舉辦科學家、政策制定者和普通公民之間的科學普及活動，促進基于證據的決策制定及各方就政策問題展開民主對話。

四、啟示與建議

隨著各行各業數字化轉型的深入，我國與歐盟一樣面臨社會數字化轉型帶來的嚴峻考驗，特別是虛假信息傳播帶來的危害。圍繞信息挑戰，歐盟2019年發布的《報告》重構了科學素養的內涵，提出了加強科學教育，提升歐盟公民科學素養的舉措，對我國規劃2021-2035年公民科學素養發展具有重要的借鑒意義。

(一)圍繞數字化轉型特征，重構科學素養內涵

《報告》針對數字化轉型對歐盟社會的影響重構了科學素養的模型，加強了反思性思維的培養和積極行動能力的提升。然而，我國《綱要》定義的科學素養內涵仍屬于柳秀峰(Liu，2013)定義的第二重科學素養愿景。為此，我國需要加強基礎理論研究，面向國家戰略發展需求，針對社會數字化轉型特征，提出具有時代前瞻性的公民科學素養內涵。首先，面對技術發展帶來的挑戰，我國應提升青少年的信息素養，注重培養學生的批判性思維和溝通能力，強化學生積極參與社會科學活動并進行理性決策的能力。2016年我國發布的《中國學生發展核心素養》強調了包含科學精神、責任擔當和實踐創新在內的六大核心素養。2017年教育部頒發的新課程標準提出將科學精神等核心素養融合到學科教育中，共同培養青少年學生的科學素養。在此基礎上，考慮到我國社會數字化轉型對公民科學素養提出新的要求與挑戰，例如未來公民將面臨人工智能技術的倫理挑戰、科學道德問題、網絡虛假信息的傳播等，本研究建議構建以信息素養為特色的科學素養體系，幫助公眾了解科學與智能技術，提升運用科學方法辨別信息、解決復雜問題的能力。其次，近年的國際測試(如PISA2015、PISA2018)結果表明，我國青少年科學知識的掌握程度名列世界前茅，但科學興趣、與科學相關的職業期待等落后于其他國家。我國學者開展的抽樣調查結果也顯示，青少年較缺乏科學方法和科學態度，在科學本質的認識上還處于較低水平(趙霞，2015)。因此，我國還需進一步凝練科學素養內涵，探索具有時代特色的科學精神本質，加強對學生科學方法的培養，提升科學態度。

(二)以跨學科融合為基礎，構建一貫制的科技教育體系

基于終身教育理念，歐盟的《報告》提出，要建立從學前到成人的一貫制培養計劃。目前我國的科學素養培養主要依托學校科學教育，在普及科學知識和技能方面取得了一定成績。但學前階段還缺乏對兒童科學興趣的培養，成人教育階段缺乏有效的科學普及與學習方式和保障機制。因而，我國制定新時期的公民科學素養發展綱要需要從終身學習的角度，順應國家整體戰略發展規劃對公民素養的要求，加強各個階段學生科學素養的培養，制定一貫制的培養方案，并注重各階段培養重點。

在培養內容上，為應對愈發復雜的科學問題，《報告》強調不局限于自然科學學科對科學素養的培養，應加大各學科融合，包括人文學科的學習也要重視科學素養的培養。這對解決我國長期以來人文和自然學科分家造成的問題有重要的借鑒意義。歷史、人文地理、公民教育或媒體教育等課程可以為培養學生參與社會、文化、政治和環境議題的能力，提升批判性思維，溝通、建立共識等能力提供機會和學習情境(Marks et al.，2010)。在這些學科中貫徹科學素養的培養，也有助于學生跨學科能力的發展，加深對科學的理解。參考《報告》的建議，我國應開展跨學科科學素養培養的創新實踐，實施方式包括：一是在人文學科中滲透科學素養的培養內容，例如加強小學階段語文教學的說明文閱讀、科普文章拓展閱讀和科幻小說的介紹，加強學生科學閱讀能力，提升科學素養；二是促進學生使用科學的方法和思維學習人文類學科，例如，音樂教學融合科學方法和思維，分析樂段編曲的規律，探尋旋律與心理感受之間的機理；從音頻和震動的角度學習樂器的發音規律，提升演奏音色或技巧。

(三)依托教育數字化轉型，創新科學素養培養方案

社會數字化轉型為科學教育帶來新的挑戰。《報告》強調培養學生情境化的科學理解能力，要求科學教育要為學生提供體驗科學探究的機會，幫助學生使用科學方法解決復雜的社會問題。然而，實證研究指出，目前我國課堂教學的科學探究活動往往徒具其表(裴新寧等，2018)，不能滿足培養青少年學生科學素養的需求。為彌補我國科學教育在提升公民科學素養方面的不足，應借助教育現代化發展契機，以智能技術為工具，創新科學教育體系。2019年2月，國務院發布的《中國教育現代化2035》明確指出，互聯網、人工智能等新技術的發展正在不斷重塑教育形態、知識獲取方式和傳授方式，要“利用現代技術加快推動人才培養模式改革，實現規模化教育與個性化培養的有機結合”。在科學教育方面，教育的數字化轉型也為提升科學素養提供了新的工具和方法。例如，基于虛擬現實技術創設智慧學習環境，可幫助學生在真實情境中學習科學知識，體驗科學探究過程，在安全的環境中嘗試解決復雜問題的不同方法。教育大數據的深入使用則可以更全面、及時、科學地測評科學素養的各個維度，從而為優化科學教育資源區域配置、精準施策提供支撐。針對我國區域發展不平衡問題，遠程教育技術的發展為提高農村和偏遠地區的科學教育質量提供了渠道與手段。但正如《報告》指出的，多種多樣的教學方法對應科學素養的不同維度，有不同的效果，我國學生科學素養培養還需要結合實際需求，探索合適的教學策略，提升科學教育的質量。

(四)加強民眾與科學家群體的互相了解，應對虛假信息的挑戰

為應對虛假信息對公眾和社會的影響，《報告》建議加強公眾參與開放科學研究，提升公眾和科學家群體的社會責任感。這對我國科普活動的發展具有重要的現實意義。我國新型冠狀病毒疫情期間的“信息流行病”，部分源于公眾對科學研發過程和重點實驗的不了解，以及缺少科學家向公眾傳播科學前沿知識的正規渠道。數字化技術的發展為公眾提供了了解科學的新工具和途徑，也為科學家參與公共事務決策提供了溝通平臺。例如，新媒體和社交平臺的興起帶動了“果殼”等一批在線科普社區的發展，他們以科普讀物、科普公眾號、線下參與性科普活動甚至是文創產品等凝聚了大批科普愛好者。中科院物理所采用民眾常用的“抖音”APP制作饒有趣味的科普短視頻，讓科學普及成為新的文化現象，為廣大青年人所喜歡。中科院云南植物所開發的野外動植物觀察記錄平臺，幫助更多普通公眾記錄野外觀察到的動植物，有助于推進開放性的科學研究。公眾在參與科研工作的過程中，直接接觸科學家，參與并見證科研工作的開展，有助于增進他們對科學的了解，提升對科學的興趣和積極的態度。因而，面對信息時代的挑戰，需要積極使用新媒體手段，正向引導公眾關注科學，搭建民眾接觸科學、了解科學和參與科學的多元渠道，抵抗虛假信息傳播帶來的危害。

[注釋]

①米勒教授1983年提出的科學素養三維模型，得到了學界的廣泛認同且影響深遠。他指出科學素養包括以下三個維度： 1)對于科學概念的理解；2)對于科學過程和科學本質的認識；3)對于科學、技術和社會的相關關系的認識。