科學素養如何通過課程落實
——基于施瓦布科學課程觀的思考

邵容與

（北京師范大學課程與教學研究院，北京 100875）

在我國基礎教育各學科中，科學課程相較其它領域在落實核心素養上面臨更嚴峻的“育智不育人”的困境。科學素養的落實被應試要求和追求“高、尖、深”的競賽標準所裹挾，長期存在重知識、輕能力、重理論、輕實踐的問題[1]，在科學精神、態度和價值觀教育上存在明顯短板。一線學科教育實踐中也存在質疑聲：理性思維、批判質疑和勇于探究的素養是否可教，什么樣科學課程能夠落實科學素養？在落實共同必備的素養這一價值導向下，施瓦布的科學課程觀對于我國基礎教育科學課程的定位、開發與實施具有啟示意義。

我國基礎教育階段的科學教育是作為全面發展教育的一部分而彰顯其育人價值的[2]，科學課程是為了人的全面發展而培養學生獲得共同必備的素養，而非培養特定領域的專門人才。我國研究者探討了科學素養的落實需要何種教師知識[3]、教材[4]、學習方式[5]，但學校教育教學活動以課程為依據，目前尚未有研究討論如何從課程的定位和開發、實施的方式探討科學核心素養落實路徑。就這一問題，施瓦布基于通識教育科學課程開發和實施的實踐形成了系統的科學課程觀。盡管這些觀點最初實踐于高等教育階段，但也為后續施瓦布在美國學科結構運動中的改革立場、觀點奠定了基礎，其以人的發展為目的、重視共同必備的素養與我國核心素養制定落實的價值導向是一致的。因此，本文基于對施瓦布科學課程觀的闡釋與反思，從發展學生共同必備素養的視角思考科學課程的定位及其開發與實施的問題。

一、科學課程如何定位：基于三對關系的思考

科學課程的定位事關其在人的發展中扮演何種角色，決定了科學課程的內容、載體及實施方式，是施瓦布科學課程觀的核心。以往我國學者基于對探究概念的把握，總結了施瓦布探究式課程開發與教學模式[6]；但探究是作為方法服務于科學課程定位的。施瓦布從三對關系思考科學課程的定位，即科學課程與總體課程體系的關系、科學課程與專業科學研究的關系、科學課程與具體學科的關系。通過對這三對關系的論述，施瓦布明確了科學課程如何區別于概論課程和專業前置課程，在培養共同必備的素養上發揮獨特的育人價值功能。

（一）科學課程與總體課程體系：為共同必備的素養彰顯特殊的育人價值

科學課程與總體課程體系的關系是定位科學課程育人功能要解決的首要矛盾，也是施瓦布認為通識教育得以從一種整體的形式化表達轉向具體的內容和實踐必須回應的問題。施瓦布認為，“當把整個通識教育劃分為不同的部分，并賦予各個部分不同的任務和職責時，通識教育就獲得了具體的內容和可能的實踐意義”[7]35。這劃分意味著對教育不同的部分賦予特殊的育人價值和功能，是施瓦布探討課程育人價值的邏輯起點。

施瓦布認為，科學課程的定位主要通過三種方式呈現，第一是科學課程與人文、社會知識的聯系。不同性質類別的知識內容廣泛，而且在起源和應用方式上也大相徑庭，但是在通識的意義上知識表現出普遍的聯系性，因此僅憑學習的主題、方法和目的上區別人文科學、社會科學和自然科學就不能認識到這些課程對于人的某種能力素養的發展起到的交互性作用。在通識教育的體系中，任何一種課程都是“混合物”。例如，科學著作的文本既是科學作品，也是包含了豐富人文精神的藝術品，可以同時作為科學課程和人文課程的材料；再如模型的思想既出現在自然科學，也服務于特定社會科學的課程內容。科學課程與其他課程的聯系使得不同性質類別的知識對人的發展起到交疊促進的作用，科學的方法和主題在其他領域也得到鞏固。

第二種體現方式是明確科學課程特殊的育人價值功能。不同領域課程的核心區別是方法論意義上的，科學課程的作用是遵照適合科學研究的主要規律來傳遞知識，并給予學生相應的實踐和指導。例如從數據計算而產生普遍整理的過程雖然在人文和社會科學中有所體現，但是主要是出現在自然科學中的。對于同樣的材料例如科學論文，人文科學是從藝術作品的視角將其視為有關人類、時代、文化和趨勢的結論的證據，而科學課程則將其視為一種探究過程的呈現。施瓦布將自然科學界定為“是一個尋找數據、論證的活動，它由產生普遍真理并探討普遍真理產生原因的數據資源的一個主題所引起”[7]44。人文和社會的知識以及科學研究的主題在科學課程中被這個核心所統攝，服務于對科學結論的理解、思考和判斷能力的發展。科學課程特殊的育人價值功能也決定其在知識的選用與組織、課程的實施方面都將遵循與其他課程相異的方式。

第三種體現方式是科學課程體現的通識教育的整體原理。這個觀點把科學課程置于學校課程體系的整體中來認識其內部的聯系與差異，進而體現科學課程對通識原理的一種獨特表達。施瓦布認為科學課程“關注科學本身，對科學的處理既感性又富于理性，當然也不失其科學性。科學課程能夠賦予人們關于世界的知識，也能夠為人們批判性地理解人類的知識提供一種指導性的基礎”[8]52。這種課程不是以培養特定學科的專家為目的，而是希望通過篩選特定的主題并采用探究式學習的方法達到三個目的：即構建批判理解人類文明成果的基礎、理解人類科學探索的方法與成就、培養長期自我學習的能力。施瓦布認為這些特征使得科學課程體現了通識教育的基本特征，將科學的知識和方法視為學生終身發展的能力基礎而不是一種特定專業學習的前置。

（二）科學課程與科學研究：基于多樣化特征平衡廣度與深度

在通識的意義上，施瓦布探討了科學課程與科學研究的關系，并由此從課程意義上思考內容選用與組織形式的問題。科學課程試圖尋求一種概論和預備課程的均衡，關注問題作為基本要素對各個領域的資料觀點的統攝。“不完備”并不是課程內在邏輯的缺陷，更重要的是在有限的內容負載中體現多種事實和理論的聯系。因此，科學課程既要體現科學的基本方法論，又要受到課程容量的限制，要解決這個矛盾，施瓦布認為科學課程的特征是具有多種不同尋常的主題并且強調其相互關系[7]38-39。

為什么科學課程要強調主題的多樣性？施瓦布認為其原因包括科學研究中的一個哲學問題和兩個科學問題，對應科學本質學說、科學研究不同方法論和不同學科探究模式的多樣性[8]77。哲學問題首先是科學的本質問題，涉及對于某種特定性質的問題需要何種來源的數據以及何種方法來得到結論。在對科學史的回顧中施瓦布意識到科學的哲學問題要求課程的設計者認識到科學教學的不固定性和不完善性，應當通過不同視角的多種學說來呈現科學對于因果關系解釋方面的多樣性，進而發展學生對于科學研究辯證和批判的思考能力。

第二個科學問題是科學學說對于科學實踐的影響，涉及不同的理論對于科學研究基本假設和問題的影響。例如在相對論誕生以后，牛頓力學并非完全失去了假設的合理性基礎，而是被限制于一種特定的情境中。這種理論變革反映了科學探究模式的真實變化，使得原來一種理論框架下的假設和方法論都面臨重構。施瓦布認為這種演變使得科學課程應當考慮新的學說所產生的新的術語和規則。

第三個科學問題來自于不同主題或學科研究方法的多樣性。施瓦布舉例物理學研究經常使用“理想”（ideal）物體的方式，把真實物質特性在測量中的可變性構建成抽象的模型，進而完成測量和推理，而生物學研究則無法用這種方式應對生理環境的多樣性。由于學科研究邏輯和方法的不同，科學課程必須在主題和內容上呈現多樣性。施瓦布認為：“科學探究具有共性，但是每個探究也都有自己的特點。這些是有關類別及其成員的顯而易見的道理。它們不是爭論的要點。要點在于找到存在于不起作用的兩個極端之間的教育學的實踐意義——當幫助分析和評論出現于學生面前的專門的科學研究時，作用于學生大腦的那一個”[8]63。

（三）科學課程與具體的學科：學科主題作為課程的線索

施瓦布認為科學課程需要一種思想串聯各個主題從而形成一種結構或者圖畫，以反映熟悉和公認的世界模型[7]38。主題或者說問題是科學課程的基本單元，而科學探究的方法成為貫穿科學課程的線索，由此能夠為學生提供深層次且豐富的體驗。學科知識本身不是學生發展的目的，施瓦布把物理、化學、生物等學科都視為科學課程培養學生理解科學本質的線索。

在這個意義上，施瓦布再次強調了多樣性的意義。由于不同主題和學科研究的多樣性，科學課程也應該保持主題和內容的多樣性，施瓦布認為“當對科學的思考超越了一般性的想法而體現在具體的研究領域時，比如在具體的科學探究實例中，科學本質的一致性和確定性就通過不同的觀點顯示出來”[8]74。

二、科學課程如何開發與實施：遵循探究的邏輯

探究是施瓦布科學課程觀的核心，也是施瓦布對于科學本質的認識[9]，這一觀點影響了施瓦布對科學課程的知識性質、載體和實施方式的認識。

（一）科學課程的知識性質：為了理解科學本質的方法性知識

一般來說，科學知識被按照學科邏輯劃分為物理、化學、生物知識是基礎教育階段的常規做法。但是這種劃分造成了科學知識與實際問題情境的割裂，也使得科學的共性被忽視。施瓦布認為科學方法的本質是歸納法，而科學課程承擔教會學生理解科學結論和知識本質的任務，這其中的“知識”并不是研究的主題或問題本身，而是科學方法賴以保持其多樣性本質特征的基礎。換言之，科學課程教授的并不是原理本身，而是支持原理被提出、發展或者批判的過程。為了實現這個目的，施瓦布認為科學課程需要教授給學生四種知識，分別是分類學、測量科學、原因科學和類別科學的知識，這些知識成為理解和評價結論的重要基礎，而沒有這類知識，則“科學結論只有一半的價值，或者僅比誤解好一點而已”[8]75。

1.分類學

施瓦布認為，分類系統是現代科學的基礎和顯著、積極的特征；分類學方法通過確定物質領域的成員的本質特征來定義一系列類別，進而明確了不同物質領域現象的位置和關系[8]65。理想的分類學具備本質特征的觀點、對不同物質領域的界定以及對物質領域成員詳盡和排斥的分類屬性。分類學知識是學生得以認識課程中不同主題聯系和差異的基礎，也是后續開展探究過程中學生把握并運用問題屬性的前提。

2.測量科學

測量科學（measurement science）是一種探究描述模式，以呈現假設、測量結果的變化以及隨之發生的相關性[8]67。由于施瓦布將自然科學視為對特定數據作為證據進行歸納的科學，測量成為揭示科學規律最重要的工具。此外，測量科學還涉及學生對于“理想物體”進行抽象建構和分析的能力，有助于為學生建立對變量之間普遍聯系的關系的認識。

3.原因科學

原因（cause）指把一類事物和其他事物關聯起來的這類事務和實踐的所有知識[8]68。施瓦布認為原因科學存在于整個物質系統相互作用和決定的部分，不僅在自然科學，還在社會和人文科學中都廣泛的存在。對于原因的研究程序和闡釋的問題形成了大相徑庭的科學種類，學生必須依托原因科學的知識將特定研究的部分與功能和其他的部分與功能關聯起來，進而發展一種對物理、化學或者生物的組織作為一種系統的認識。隨著學生所掌握知識的增加，從原因科學的角度把部分知識組成整體知識就變得愈發復雜。

4.相關（類比）科學

相關（類比）科學是探究模式的重要特征，他試圖在抽象的意義上建立一種能夠直接觀察的機制，揭示某種物質變化“就像那種機制存在一樣”[8]73。實驗和建模的知識就是相關科學在探究中常用的表現形式。施瓦布認為相關科學使得問題系統和數據獲得現實中不可能實現的精確性和完整性，并且簡單、經濟、節儉和精確，還能夠在現實條件限制之外吸收新的變量和數據，進而將科學探究提高至更高水平。

（二）科學課程的知識載體：原始科學論著

為了掌握上述為學生理解科學本質服務的“方法性知識”，施瓦布認為課程必須在材料的形式和處理材料的方式上都體現探究，由教師和學生共同參與[10]115。在施瓦布看來，原始科學論著是探究的例子、結論的容器和智力活動的核心，是最適合于上述目的的材料。

首先，原始科學論著是人類文明成果的組成部分，作為科學知識的載體來說具有象征性的意義。施瓦布認為盡管科學課程不是從藝術的角度來認識科學論著，但是科學論著是復雜的整體，表現出與科學其他部分和整體進程復雜的關系，在內容上也堪稱為藝術品。科學論著能夠在多個方面給予學生在閱讀和反思上的訓練，這與原始科學論著本身作為高質量研究成果的特點是密切相關的。

其次，原始科學論著是科學多樣性的載體。施瓦布認為，每一篇論文被作為單獨解決一個單獨問題的方法時顯示出多樣性，如果將這個多樣性看作形成和解決問題的類型，則十分容易理解[7]45。在演繹、比較和對照原始科學論著的過程中，學生將理解解決問題的科學方法的優劣以及解決方式的多樣化，進而學會自己閱讀和理解。

再次，原始論著的重要性還在于它是科學研究的實例，“是這個領域部分知識的負荷者，它作為科學研究的實例‘闡明了它自己’（illustrates itself）”[8]79。施瓦布認為知識的發現和使用是密切相關的，他將知識發現的探究規則稱之為“自然法則”，而知識的使用也同樣以此為指導原則[10]108。原始科學論著為學生提供最真實的、不加潤色的、能夠獲得的探究樣品[11]，因而是知識發現與使用之間最佳的交集。

最后，原始科學論著呈現出知識的可修正特點，使學生能夠從發展的視角認識科學的不確定性。區別于以結論為主要內容、將自然科學知識和方法視為確定的概論課程，施瓦布認為學生對科學本質的理解應當基于變化的觀點。因此，施瓦布不僅重視當代的科學論著，還重視近代經典科學論著的重要性。他希望學生通過不同歷史階段科學論著的學習，認識到探究的過程將對問題和解決問題的方式本身不斷帶來變革，因而任何一種確定的觀點都應該受到挑戰。

（三）科學課程的實施方式：創設探究的條件

課程的實施在教育日常活動的情境下主要是教學的問題[12]。施瓦布認為科學課程的教學問題可以總結為如何探討科學的多樣化和關于科學的多樣化的問題，而科學課程的多樣化主要取決于科學的探究本質。因此施瓦布認為科學課程的實施要創設探究的條件，使學生摒棄對教科書和教師的依賴轉變為積極的探究者[13]。

科學探究教學的條件首先要依賴于教師角色的轉變。施瓦布認為科學課程的教師不能只是比學生占有更多的結論性的知識，而是要具備高水平的探究和反思能力。他引用了杜威實用主義的智力量表圖，認為：“教師必須是學習者……教師僅僅掌握擔當一個教師所必須擁有的知識技能是不夠的，這只是一個能干的學徒；教師僅僅掌握靈活的活動方法也是不夠的，這僅僅是在被告知如何去做時才被動地起有效作用的‘雇員’，而不是主動工作者；甚至教師僅僅擁有結構性的方法知識和手段也是不夠的……只有教師把課堂當作一種清境和方法來反思整個教育的時候，只有教師把課堂當作一座實驗室來將反思轉化為行為，并檢驗反思、行為和結果是否符合標準的時候，他才是一個‘進步的’教師”[14]。在此基礎上，教師還要能夠引導學生對實踐的行動和結果進行反思，對于少部分優秀的學生還要發展其對探究過程本事的反思，即批判性的思維。

其次，科學探究教學的條件還包括能夠發展學生興趣的學習環境。在科學課程強調探究、理性和科學思維以外，施瓦布還感性地認識到對教育的研究要從兩個問題尋找答案：年輕人喜好什么？什么事物既能滿足目前的需要又能帶來持久的滿足？[15]在興趣發展的情境中，首要的因素是師生的人際關系，由于探究式教學本身是開放的、自由的，教師還應當學會處理學生挑釁和組織討論的教學方法。情境其次還包括學校的行政組織、教學的物質條件和課程資源的特性，因而科學課程的實施并不只是課堂的改進和完善，還受到學校物質和組織條件多方面的影響。

三、學校課程如何落實科學素養：對施瓦布科學課程觀的辯證認識

施瓦布的科學課程觀產生于通識教育實踐中，對當時的教育思想界重新認識科學課程作為發展共同必備素養的手段產生了深遠的影響。但是，施瓦布的科學課程觀也存在顯著的局限性，使得他在通識教育實踐和學科結構運動中都遭遇了難以為繼的困境。我國在當前探索如何通過學校課程落實科學素養的情境下，應辯證地反思施瓦布的科學課程觀。

（一）啟示

1.課程結構方面：開發跨領域和學科的綜合課程

目前我國學校的科學課程主要是以學科的方式開展的，知識界限涇渭分明。區隔是現代科學產生的基礎，但也在某種程度上忽視了知識的內在聯系，也使得科學學習與真實的問題情境脫離。在目前已經實行新高考的一些區域里，有相當一部分學生難以適應在真實的問題情境中綜合使用不同學科知識解決真實的問題挑戰，也促使學校反思科學課程的結構問題。從施瓦布的觀點來看，科學、人文和自然的課程是這三類知識比例不同的混合物，其他類別知識的學習有助于學生在聯系和差異的辯證關系中認識科學的本質及其方法論。在目前我國學科課程結構的基礎上，學校應基于學情，利用綜合實踐活動、校本課程等學校自主的時空間開設科學領域內的以真實問題情境引導的跨學科科學課程以及更廣義的跨領域綜合實踐活動課程，在知識相互聯系的情境中發展學生的科學素養。

2.課程內容方面：重視方法性知識的教育

我國核心素養體系中科學精神的發展要求學生掌握科學基本方法，用科學思維方式認識事物，能夠批判質疑，但目前我國學校教學日常話語中所指的“知識”主要是施瓦布所說的結論性知識，即不同的學科主題科學研究的“被視為有確定性”的結果。從施瓦布的觀點來看，僅憑學習結論性知識，學生學習的科學是靜止、分隔的而非發展和普遍聯系的，由此科學課程會從一種探究過程淪為庸俗的對既定知識與方法重復和枯燥的訓練。施瓦布提出的分類、測量、原因和相關四種方法性知識的分類既有助于轉變教師對科學知識結構觀念的認識，也有助于在評價環節對學生科學素養發展的狀況作出更準確的判斷。

3.教材方面：重視科學原始論著材料的使用

根據王策三先生提出的“兩次倒轉”的理論，教學的知識應當具備先進性，但是也是一個需要通過教師的設計重新演繹科學探究發現的過程。科學原始論著的教育價值在于，其不僅是探究過程真實的原始記錄，同時具有豐富的人文、社會知識的價值，有助于學生從科學史的視角，認識科學知識在探究中演進、發展的過程。我國2020年發布的各科新教材也已經以備注、閱讀材料的形式，圍繞主要知識內容模塊，補充其問題的提出、證據的獲得與分析的原始過程，以加深學生對科學探究歷史進程的理解。在我國科學課程尤其是以項目式學習開展的這類科學課程中，適當地使用科學原始論著將有助于促進學生對科學多樣性的理解及學習科學方法性知識在真實問題情境中的使用，進而發展批判思考和探究的能力。

4.課程實施方面：為學生開展探究式學習創設有利條件

當前我國科學教師已經普遍認識到在科學教育中鼓勵學生采用自主探究、討論等多種學習方式的重要性，施瓦布的觀點則啟示學生探究式學習的發生是依賴于環境條件的。在環境因素中，教師是最重要的一部分，探究式學習的發生既要求教師從知識的掌握者轉向學生的引導者，同時要求教師能夠妥善處理學生的偏差、挑釁等行為，從認識和交往兩個方面對教師提出了新的要求。此外學生探究式學習的發生可能還需要學校打破常規的課堂時間規劃，為學生提供探究活動所需的物質和資源條件，這些要求不僅需要學校提供必要的資源，還需要區域層面依靠政策統籌保障。

（二）反思

1.重視科學課程與學生日常經驗情境的結合

盡管施瓦布強調探究情境的重要性，但是他所說的情境主要是指專業科學研究的情境，在這種觀點下，科學課程主要成為科學文獻的研讀與討論課，探究過程也主要依托于實驗室開展，應用科學知識解決實際問題則被排除在課程以外。在實施過程中，學生普遍感到這門課程過于困難，已經超出了研究的范疇，這個問題在學科結構運動中也頻繁出現。施瓦布同樣將科學課程等同于原始科學探究過程的簡化、還原，強調興趣但只強調認知發展方面的興趣，科學課程始終與學生生活經驗發生的情境分離。目前我國課程改革也出現了過于強調高階思維、深度學習的傾向，以鼓勵學生參與專業研究活動為風尚，就從根本上偏離了科學素養作為共同必備素養的定位，使其成為少數拔尖創新學生的素養。這種趨勢是值得反思的。

2.重視學科知識在科學課程中的基礎地位

在對科學課程內容的認識上，施瓦布過于重視過程性知識的地位，即一般教學實踐話語中所說的“能力”的概念，而相對忽視了學科基本概念、原理作為學生知識結構基礎的作用。科學課程重視批判性，鼓勵學生以歷史發展的眼光看待科學探究是正確的，但并不意味著一個領域沒有共同的知識基礎。尤其考慮到施瓦布的科學課程觀主要用于通識教育和基礎教育，大部分學生遠遠沒有到達能夠質疑、批判科學前沿成果的程度；學科的一般原理、普遍共識反而是發展學生的科學思維的重要基礎。落實素養與鞏固學科基礎并不矛盾，相反，重視學科知識在課程中的基礎地位是為了更好地發展學生的科學素養，使其不成為無源之水、無本之木。

3.重視素養導向的教材研究與建設

在施瓦布的科學課程觀中，教材沒有得到應有的重視，尤其是在發展科學素養的要求下，教材編寫是一項重要且艱巨的工作。施瓦布認為主要依靠科學論著的學習和教師的引導就能促使探究式學習的發生，但實際上大多數學生無法完成學習任務，教師也缺乏開展教學活動的依據和參考。施瓦布對原始科學論著的價值認識是正確的，但是原始論著中對探究的還原、對科學史的呈現等教育價值完全可以通過教材編寫，以結合學生智力發展的階段和教師的需求進行更好的整合。

綜上，學校課程要落實科學素養，在當前課程改革深化的歷史階段和全球化的背景下已經是一項復雜的系統工程，是課程定位、目標、內容、教材、實施方式等要素整體優化改進的結果。其中，施瓦布的科學課程觀對于當前學校落實科學素養最重要的啟示還是在于，科學課程不能脫離培養共同必備素養的定位。在開展各種課程建設舉措的同時，課程工作者應始終把握科學課程在人的全面發展中獨特的育人價值和功能。