方法論視角下科學教學的實踐轉向探析

劉茂軍 朱彥卓

摘要： 科學實踐正在成為全球科學教育改革的熱門主題。從方法論的角度看，科學實踐在科學教學中的實施具有不同的層次性： 從教學哲學的層次看，它是一則教學思想，對科學教學具有理念上的指導價值;從教學設計的層次看，它是一條教學原則，起到聯結教學思想和教學實踐的作用;從教學實踐的層次看，它是一種教學方法，是科學教學的實踐形式。方法論層次性的視角有利于理解科學實踐的本質，促進科學實踐的實施。

關鍵詞： 科學教學; 科學實踐; 教學思想; 教學原則; 教學方法

文章編號： 10056629（2022）02000305

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 科學實踐的“落地”須借助方法論的指導

2011年，美國出臺《K12科學教育框架》，提倡讓學生通過與科學相關的實踐來學習科學，在實踐中產生對科學及其知識體系的認識，這一框架初步確立了“科學實踐”（Science Practices）在科學教育中的首要地位（NRC， 2012）。兩年之后，美國發布《下一代科學教育標準》（NGSS）中“科學實踐”代替了之前的“科學探究”，成為首要的關鍵詞被列入該標準之中。這一轉向，一方面體現了教師對“教學探究”理解上的錯誤，在教學實踐中程序的固化、僵化，導致科學探究效果不佳;另一方面，強調學生在學習科學核心概念、跨學科概念過程中要主動建構知識[1]，運用科學原理解釋、解決科學與工程實踐過程中的科學現象、科學問題或工程設計問題，倡導學生像科學家和工程師一樣“做科學”而不是之前的“學科學”[2]。可見，美國倡導的科學實踐不僅指類似于科學家從事科學理論研究的科學探索活動，還指類似于工程師進行的科學設計、建造等工程設計活動[3]。科學實踐的提出得到了科學教育一線教師、學者們的廣泛關注。由于科學實踐在官方文件中被正式提出的時間相對較短，世界范圍內的實踐并不完善，在我國科學教學實踐中的應用更是寥寥無幾。

任何一個教育理念在教育場域中落地生根都需要借助一定的方法論指導。方法論是有關方法的理論，它處于方法系統的核心地位，方法論通過對現有方法核心思想和理論基礎的深入反思，運用新的思維模式建構新的方法結構，并為方法提供思維框架和行為指導。人類認識對象與方法的關系的多層次性、多類型性決定了方法論結構的立體性[4]，一個完整的方法論體系包含著不同層次的、有機的認識整體。從縱向層次上看，方法論由上往下可分為一般的方法論、特殊的方法論和個別的方法論[5]，分別對應哲學方法論、科學方法論和具體學科方法論三種層次的方法論形態，這樣就構成了一個復合、多維和完整的方法論體系。方法論體系的層次越高，對居于其下的層次越具有方法論的意義： 一般的方法論具有最高的普適性，對特殊和個別層次的方法論起宏觀指導作用。

依據方法論的層次性特點，我們可以將科學實踐放在縱向的框架中進行理解，以實現科學實踐在科學教學中的合理運用。首先，科學實踐體現了實踐哲學觀在科學教育中的應用，是一種科學教育的思想或理念，是一種新的科學教學范式，因此，它具有一般方法論屬性，對科學教育具有一般性的指導價值。在這個意義上，它與哲學層次的方法論相對應。其次，從教學設計的層次來看，科學實踐對科學教學具有直接的指導作用，是聯結教學思想和教學實踐之間的橋梁，是科學教學設計的基本綱領，此時它屬于科學教學的一般性原則，屬于特殊的方法論層次。最后，從科學教學實踐的層次來看，科學實踐強調學生手、眼、口、腦甚至腳、皮膚、身體軀干等身體及其部位、感官在學習中的積極參與，強調學習過程的“身體力行”，教學過程即是運用各種方法調動學生各種感官的協同參與，此時的科學實踐則是一類教學方法，在此層次上則屬于個別的、具體的教學方法。關系如圖1所示。

2 科學教學中實施科學實踐的方法論層次結構及其內涵

2.1 教學哲學層次的科學實踐： 一則教學思想

教學哲學是指導教學工作的理性反思，對于教學實踐具有最高層次的理論指導意義。從哲學的層次看，科學實踐首先是一個科學哲學的概念，屬于實踐哲學的范疇，是一則科學教學思想或理念。

科學實踐在科學教學領域的興起，反映出人們對于科學本質認識的深入發展。傳統的邏輯實證主義科學觀認為，自然科學通過客觀中立的觀察和實驗，經由科學的邏輯推導，按照嚴格的邏輯程序從經驗數據得到一般規則，從而形成一種認識自然的知識體系。認為自然科學具有獨立于認識主體的客觀性，與自然的本來面目相一致，與客觀自然規則相吻合，由此獲得的科學知識是普遍存在的客觀實在[6]。因此，在邏輯實證主義哲學觀中，科學知識具有嚴格的客觀性、精確性、邏輯操作性、經驗可證實性等特點[7]。實證主義科學觀的廣泛傳播和認同，致使科學主義占據了社會主流地位，科學甚至被看作某種超出人類或高于人類的自然規律的本質，導致人類對科學知識的過度崇拜，忽視了科學賴以產生和發展的人文背景。在這種哲學觀念之下，科學知識的傳授被奉為學校科學教育至高無上的宗旨。1960年代興起的后現代主義思潮，對實證主義科學觀進行了深刻的反思與批判。作為這一思潮的典型代表，福柯、庫恩、羅蒂等普遍認為人的因素和社會因素普遍存在于科學知識的建構過程，這一過程大量滲透著非理性因素的影響和價值涉入。科學作為一種社會建制日益突顯出其社會性特征，人們逐漸意識到科學知識不再是純粹客觀的存在。科學社會學（SSK）也具有類似的主張，認為社會因素的“參與”改變了科學“作為知識”的單一內涵，科學成為一種“社會情境”（social context）中的科學，倡導從社會維度考察人類的認知活動，揭示知識尤其是科學知識中的社會因素[8]。“作為知識的科學”開始轉向“作為實踐的科學”。

作為科學實踐研究的先驅，皮克林用“科學實踐”的概念取代了傳統的“科學知識”的概念。他認為科學本質上是一種實踐活動和過程，是一項人類在歷史進程中創造性的活動[9]，是在社會實踐中各種同質或異質的文化因素相互影響、相互作用的結果，科學知識是客觀世界本質與現象的某種主觀反映。科學實踐觀的另一位倡導者約瑟夫·勞斯認為，“實踐”與“理論”并不是相對的，理論化也是一種實踐，科學實踐是作為一種選擇來代替科學的認識論或者表象論概念[10]。在科學走向實踐之后，科學將不再純粹是自然界的真實摹寫，科學理論創建過程中存在很多非理性、非邏輯的因素，以及主體的價值選擇、科學共同體背后的利益，等等[11]。在此過程中，科學也逐漸地轉變成一種文化，一種社會實踐，一項活生生的實踐活動，內在于歷史和文化的實踐活動[12]。此時，科學教育的本質，成為了一種融入社會文化、人文因素在內的實踐性建構過程。

在哲學層面的語境中，科學實踐的思想旨在打破傳統科學知識的純粹客觀性特征，開始注重人的因素、社會因素在科學中的滲透和參與。這就擺脫了由康德賦予自然與社會的兩分狀態，主張自然與社會之間的混合主體論，將主體、客體、自然、社會與理論、實驗等整合在一起。與之對應，科學實踐理念下的科學教學不應當僅僅局限于科學的客觀性特征，科學的價值涉入致使科學教學不再“純粹”關注科學知識，科學理論優位的傳統地位將被徹底打破，科學理論與實踐將走向“統一”。在這種理念下，科學教學從此不再與實踐脫離，而彌漫于形而下的“生活世界”之中。

2.2 教學設計層次的科學實踐： 一條教學原則

教學設計是教學理念與教學實踐之間的橋梁，它上承教學理念，向下則與具體的教學方法相關聯，有效的教學設計是科學實踐理念在教育實踐中順利實施的必要條件。教學設計既有一定的理論色彩，是一種具有理論性的教學指導方案;同時又明確指向教學實踐[13]，在教學過程中屬于“途徑選擇”階段。為了使理念更好地指導實踐，教學設計離不開教學原則的指導。教學原則是教育思想的歸納與概括，也是教育思想的執行準則，受到教學目標的制約，它貫穿于教學設計的各個方面[14]。作為教學原則的教學實踐，對教學設計具有實踐性的指導意義。

在教學目標設計方面，注重科學理論與實踐結合的有效性。與靜態的、作為結果的科學知識、科學理論不同，科學實踐摒棄了傳統邏輯實證主義的科學觀，認為科學知識不再是“純粹”的客觀世界的表象，科學實踐更多是動態的、發展的，是科學知識和科學理論生產與再生產的過程[15]。與之對應，這種理念指導下的科學教學目標，必須改變教學過程中對科學知識核心地位的推崇，改變理論優位的傳統觀念，將科學理論與實踐統一于科學實踐的原則之中，在目標設計中體現出科學實踐本身就是科學教學的重要目標。

在課堂交往設計方面，注重學生學習科學過程的體驗性。科學實踐理念下的科學學習，是一種仿真的、模擬的知識再生產，更多地屬于科學知識的學習與探索活動，立足于科學與學生的交互作用。這一過程需要學生在實踐中體驗科學，發展科學知識對于其自身的意義，它更多的是關注豐富多彩的活動過程而非“硬邦邦”的科學結論。因此，教學設計過程要注重學生的科學學習體驗，要明確工具理性與價值理性、技術理性與超越理性都是理解科學的重要角度，引導學生從實踐的角度去理解科學，以豐富和深化學生的學習經歷，提升科學學習的有效性[16]。

在科學教學評價設計方面，注重學生學習科學的完整性。作為哲學概念的科學實踐，具有多重價值內涵，涉及多重要素，相互交織在一起。以科學知識多寡為單一目標的評價，不符合科學實踐的基本原則。評價科學教學設計的有效與否，既要關注學生與科學的交往，引導學生認識多重價值涉入的科學本質，提升科學理解能力;也要關注學生在科學學習過程中與他人的交往和聯系，包括教師、同伴、家長、社區人員等，注重學生社會性的發展，從而構架一個體現科學自身開放、多元互動、體系完整的科學教學過程[17]。

總之，以科學實踐為原則的教學設計，不再將科學教學設計為簡單的、機械的、靜態的、被動的學習和僅僅關注知識認知需求的過程，而是注重學生經歷科學活動、感受科學魅力、參與科學“再創新”的交往過程，從而架構交往的感性與理性通道以提升實踐效果。

2.3 教學實踐層次的科學實踐： 一種教學方法

科學實踐哲學觀在科學教學中的實施離不開課堂教學，課堂教學是科學實踐理念的具體化和操作化過程[18]。不同的教育理念下，教師的教學實踐行為是不同的，表現為教師運用教學方法上的差異。教學方法本質上也具有層次性[19]，從抽象的程度來看，教學方法由操作性教學方法、技術性教學方法、原理性教學方法三個層次構成[20]。在科學教學的課堂教學實踐層次，科學實踐屬于操作性教學方法的范疇，我們可以暫且稱之為“科學實踐法”，它強調學生與科學之間的實踐性互動，引導學生全方位地“介入”科學[21]。

傳統的以教師宣講，學生記錄、記憶和運用科學知識為主要方式的科學教學，與科學實踐倡導的科學教學理念、教學方式格格不入。科學實踐理念下的科學教學，將科學視作一種實踐，重視將理論與實踐相關聯，強調學生通過觀察、調查、分析、評估、應用等方式，運用科學概念解釋科學現象、解決科學問題。科學課堂從傳統的注重學生科學知識的理論學習，轉向學生通過親身探索、檢驗和運用科學知識、科學概念建構科學理論和科學模型來解釋現象。美國國家研究理事會認為科學是社會實踐和認知實踐的綜合，強調在科學實踐中運用科學知識。因此，學生在學習科學的過程中不僅要能理解科學探究的基本特征，更要在社會實踐中應用科學技術，解決社會生活問題[22]。在NGSS中，科學實踐被細分為八個維度，每一個維度都注重學生的密切參與。可見，作為實踐的科學是“做”與“學”的結合[23]，學生個體與科學之間的互動是學生理解科學的基本途徑。因此，在教學實踐層面，科學實踐強調學生的自主實踐、有標準的實踐，注重學生學習自主性的積極發揮，在實踐過程中強調學生的綜合發展和科學素養的提升。這就要求教師在科學教學中力求避免割裂知識學習和實踐參與之間的互動，而應該鼓勵學生通過自己的親身實踐，去發現問題、建立模型、進行解釋，從而最終解決問題。

可見，科學教學中的“科學實踐法”，必然包括真實的抑或是模擬的科學研究與探索，既有封閉的實踐、實驗室實驗，也包括開放的、想象的科學實踐;強調科學活動既是動腦學習科學知識的活動，同時也是一種“動身”的活動，是身心合一的活動——科學實踐既是一種理性的活動，亦包括非理性活動。因此，“科學實踐法”的基本形式除了科學思考、科學反思，還包括科學觀察、科學參觀、科學體驗、科學考察、技術操作、科學制作、科學實驗，也包括科學辯論、科學閱讀、科學寫作、科學表達、創造設計、綜合實踐，等等[24]。同時，按照科學知識學習的客觀要求，發現、提出、界定問題的能力是需要學生首先具備的，設計實驗、獲取數據、分析與解釋數據對學生來說也是至關重要的，因為這些涉及學生運用數學與計算思維的能力。在此基礎上，還涉及學生建立與運用模型、解釋和提出解決方案，根據證據討論、評價和交流信息等方面的能力。為了避免出現與科學探究類似的問題，NGSS中提到的這些實踐形式并非是程序化的，實踐程序的設定應當參考作為學習主體的學生的需求[25]，鼓勵學生通過自己的方式感知世界，讓他們通過實際操作和問題解決獲得相關知識經驗[26]。

3 結束語

縱觀上述，我們從方法論的角度分析了科學實踐的層次性，以更好地指導科學教學。但這并非意味著，作為方法論的科學實踐意義遠遠大于其他意義。科學實踐是學生學習科學的基本形式，也是學生個體與科學之間的互動方式，在這個過程中，實踐離不開與知識的結合，科學實踐的意義蘊含于追求科學知識的過程中——NGSS中多次提到的兩個關鍵概念：“學科核心概念”和“跨學科概念”正是說明了這一點。換句話說，科學實踐需要借助科學知識來實現對科學的理解和認知，否則會因為強調方法而忽視了其追求的本源，也會陷入科學探究同樣的窘境。因此，科學實踐雖然不會像科學探究那樣有著較為明確的教學過程或步驟，我們也僅僅闡釋了實踐的基本原則和形式，但它也不是“隨意的”實踐，而是“有規則”的實踐。

從方法論的角度看，科學實踐在科學教學中的實施呈現多個層次，教師只有從宏觀到微觀、從理念到實踐，全方位地掌握科學實踐的本質涵義，它才能在科學教學中得到正確的落實，它才能成為學生深刻體驗和理解科學的一把“鑰匙”。否則，科學實踐也無法擺脫“跑偏”的命運。

參考文獻：

[1]肖思漢， WilliamA. Sandoval. 科學課堂上的“探究”與“實踐”有何不同[J]. 課程·教材·教法， 2017， （12）： 110～115.

[2]李文婷. 基于美國“下一代科學標準”的科學課程設計研究[D]. 西安： 陜西師范大學碩士學位論文， 2018： 31.

[3][22]National Research Council. A Frame work for K12 Science Education： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas [M]. Washington， DC： The National Academies Press， 2012： 30， 44～45.

[4]葉瀾. 教育研究方法論初探[M]. 上海： 上海教育出版社， 2014： 13.

[5]劉燕楠. 教育研究方法論變革： 歷史突破與理論創新[J]. 教育研究， 2018， 39（5）： 16～26.

[6][11]張晶. 從科學的實踐轉向看科學教育的社會實踐意義[J]. 山東科技大學學報（社會科學版）， 2016， 18（5）： 15～18.

[7]陳海明. 對邏輯實證主義科學觀及其原則的分析[J]. 蘭州大學學報， 2001， （5）： 48～51.

[8]黃瑞雄. SSK對科學人文主義的叛逆——SSK對科學知識的解蔽及其后果[J]. 自然辯證法研究， 2003， （12）： 25～30+87.

[9]李正風. “實踐建構論”與理解科學的新視野[J]. 自然辯證法研究， 2007， （7）： 3～5.

[10]約瑟夫·勞斯. 涉入科學如何從哲學上理解科學實踐[M]. 蘇州： 蘇州大學出版社， 2010： 127.

[12][21]孟強. 從表象到介入： 科學實踐的哲學研究[M]. 北京： 中國社會科學出版社， 2008： 11， 20.

[13]鐘啟泉. 課程與教學概論[M]. 上海： 華東師范大學出版社， 2004： 102.

[14]彭小虎. 論創新教育的三個層次[J]. 教育科學， 2001， （2）： 11～14.

[15]潘洪建. 科學實踐： 科學教學轉型與科學素養提升[J]. 綿陽師范學院學報， 2018， 37（12）： 1～6.

[16]Rodger W. Byee. Scientific and engineering Practices in K12 Classrooms [J]. Science and Children， 2011， 49（4）： 10～16.

[17]林靜. 教作為實踐的科學——美國科學教育實踐轉向的內涵、 依據及啟示[J]. 教育科學， 2014， 30（1）： 79～83.

[18]陳振華. 教學實踐與教學知識的發展——促進教學知識發展的教學實踐形態分析[J]. 全球教育展望， 2009， 38（9）： 26～32.

[19]黃甫全. 關于教學、 課程等幾個術語含義的中外比較辨析[J]. 課程·教材·教法， 1993， （7）： 54～57.

[20]扈中平， 李方， 張俊洪. 現代教育學（第2版）[M]. 北京： 高等教育出版社， 2005： 306～307.

[23]Sarah Michaels， Andrew w. Shouse， Heidi A. Schweinggruber. National Research Council. Ready， Set， Science！ Putting Research to Work in K8 Science Classroom [M]. Washington， DC： The National Academies Press， 2008： 34.

[24]黃恭福， 鄒海龍. 科學實踐：“科學探究與創新意識”核心素養的意蘊[J]. 化學教學， 2020， （10）： 3～7+13.

[25]潘華靖. 基于科學實踐的小學科學教學設計研究[D]. 揚州： 揚州大學碩士學位論文， 2017： 5.

[26]高祥. 面向全體幼兒的科學教育——美國《新一代K12科學教育標準框架》之啟示[J]. 早期教育（教師版）， 2013， （2）： 22～24.