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理科教师的科学本质观对科学教育的影响 (梁永平)
(2006-06-11 23:58:41)| 分类： 我的所有文章 |
理科教师的科学本质观对科学教育的影响
梁永平
培养学生的科学素养是科学教育的一个永恒目标，帮助学生发展适当的科学本质观(NOS)是“表述最普遍的科学教育目标之一”这个目标已被大多数科学家、科学教育组织和科学教育者认同达90年，最近在主要的科学教育改革中再次得到强调，美国的科学促进会和国家科学教师协会目前特别强调科学教育要促进学生具备良好的科学本质观，我国在新颁布的科学课程标准中也提到，“通过科学教育使学生逐步领会科学的本质”、“发展学生对科学本质的理解”但是，这一标准在我国基础教育界并没有引起足够的重视，因此有必要对科学本质观对于科学教育的影响进行探讨。
一、科学的本质
科学作为一种认识的方式，其本质与科学的认识论和科学社会学有关，也与科学知识及其发展所固有的价值和信念有关科学哲学家、科学史学家、科学社会学家和科学教育家对科学本质的具体定义是不一致的。这些观念会随着科学的发展和关于科学本质的系统思维的发展而改变。也就是说，人们对于科学本质的认识是在不断深化和发展的。总的来说，人们对科学本质的认识经历了由科学的“真理观”向科学的“建构观”的转变，或是由科学的“客观性”向科学的“二重性(客观性和建构性)”的转变，人们一般将“真理观”称为传统科学本质观，将“建构观”称为当代科学本质观，传统科学本质观的哲学范式是逻辑实证主义，逻辑实证主义认为科学知识是客观真理，科学知识的产生范式是以纯粹客观的观察为基础，经由培根的归纳法得到科学知识或理论整个科学研究的过程，就是以客观的眼光观察自然现象，通过归纳发现获得某些规则，进而在头脑中形成某种假设，再收集资料验证假说，若假说成立就变成科学知识。所以只要完全遵循上述的过程，所产生的知识就可称为科学知识由于科学知识形成过程被认为相当客观，而且它是对自然界的本质的真实的描述，因此是极不容易改变的，故科学认识被视为客观的真理。由于视科学知识是客观真理，人们自然把知识及其结构看作是科学的本质。
当代科学本质观的哲学范式是建构主义。建构主义认为，科学知识的获得是科学家根据现有的理论(原有知识)来建构科学知识，建构主义强调科学知识是暂时性的、主观的、建构性的，它会不断地被修正和推翻“在建构主义看来，知识不再是纯粹客观性的可以将科学知识看成是由假说和模型所构成的系统，这些假说和模型是描述世界可能是怎样的，而不是描述世界是怎样的。这些假说和模型之所以有效并不是因为它们精确地描述了现实世界，而是以这些假说和模型为基础，精确地预言了现实世界”。因此，当代科学本质观的基本内涵可以概括为：科学认识的对象是客观的：科学认识活动的过程不是一个简单的“拷贝”，或“反映”，而是一个认识主体对客体的作用过程。在这个作用过程中，认识主体的已有经验或背景起着重要的作用：科学认识活动是以事实为基础的但事实本身并不是科学。换句话说，知道的并不都是看到的。观察和推论之间存在着区别，从观察到推论的认识过程并不是一个连续的认识序列；科学定律和科学理论是科学认识的两种形式，它们各自的产生范式是不同的。科学定律的产生范式是归纳式，科学理论的产生范式是建构式；科学认识的结果，并不是纯粹客观的，包含有人的想象性和创造性。正因为在认识的成分中，不完全是客观的，其中含有人的主观性，所以科学认识是相对合理的，有时甚至是错误的，所以科学知识具有暂定性本质。
二、教师的科学本质观对教学行为的影响
1、教师的科学本质观对教育目标理解的影响。教师的科学本质观会影响到他们对于科学教育目标的理解。由于传统科学本质观认为科学知识是真理，科学知识是按照严格的科学方法生产的，在科学认识活动过程中人的主观性是不能介入认识活动的，所以，持有传统科学本质观的教师很可能会把科学教育的目标仅仅理解为科学知识的传授。长期以来，我国理科各学科教学大纲没有将对科学本质的理解作为科学教育的目标。在新颁布的科学课程标准中首次提到的“通过科学教育使学生逐步领会科学的本质”、“发展学生对科学本质的理解”，从课程目标的三大板块知识技能、过程和方法以及情感态度价值观来看，科学教育的目标就是传授科学知识、学会科学探究的方法并养成科学的态度。对科学态度的理解主要是指客观性、实事求是、按照严格的科学方法来进行科学探究。虽然强调培养创新精神，但是由于所持的知识观是真理性和客观性的，因此也就缺乏批判的基础。也就是说，新课程所指的科学本质还是受传统科学本质观影响的。在这样的课程标准文本下很容易使理科教师按照传统的科学本质观理解科学教育目标。具有当代科学本质观的理科教师，就有可能形成的认识论思考模型，即知识内容是什么(what)？知识的价值是什么(what)？知识是如何产生的(how)？知识为什么是合理的(why)？以WWHW模型为认识论思考框架，就能构建出体现当代科学本质的具体教育目标。
2、教师的科学本质观对知识选择的影响。传统的科学本质观认为，知识是对自然世界的客观反映，是真理。所以，对于持传统科学本质观的教师来说，科学被看作是已经确立的知识体系。他们在课堂上关心最多的是传授科学知识，很容易为学生提供一些结论性内容，而且是去背景化的。而对于课程中所提供的有关科学史方面的内容，教师一般不会考虑，即使考虑也只是作为一般性的故事加以讲述，而不会对其进行反思性讨论。当代科学本质观认为，科学认识受认识主体的文化背景和经验的影响。所以，持当代科学本质观的教师认为，科学的认知活动涉及了复杂的认知、情感和社会因素，科学学习应该是发生在一定社会和文化背景中的意义构建的过程。只有为学生提供科学知识所发生和发展的社会和文化背景，学生才能很好地理解科学的本质。近年来，持当代科学本质观的一些西方科学教育专家倡导教育，即把科学史、科学哲学和科学社会学(HPS)的有关内容作为科学教育的内容，以促进学生对于科学本质的理解。
3、教师的科学本质观对教学话语的影响持传统科学本质观的教师使用话语较多的是：“真理性”、“确定性”、“必然性”、“证明”、“发现”，等事实上，许多持传统科学本质观的教师在讲授知识时，使用的基本都是“确定性”话语。在观察和推论之间不加区别，认为我们现在知道的就是看见的。有的教师甚至认为我们不能看见原子的结构，但科学家可以通过专门的显微镜看见它。教师对于理论和定律不加区别，认为科学认识都是对于自然世界认识的发现。将实验的目的只是理解为验证自然知识，实验的结果就是答案。
持当代科学本质观的理科教师使用话语较多的是“观察”、“推论”、“猜测”、“可能是”、“支持”、“提出”，等持当代科学本质观的教师在实验的基础上进行教学时，最典型的话语就是“知道的并不都是看见”，教师经常会使用到“我们观察到什么了”在此基础上进一步的话语是“我们能够推论出什么了”，在定律学习的过程中会使用“我们可以归纳出”的话语，在理论学习的过程中会使用“科学家提出该理论很好地解释了已有的事实”，等话语。对于根据理论进行进一步推断时，将使用“可能是”，的话语对于实验结果与预测一致时将会使用“支持了”的话语。
4、教师科学本质观对学生学习评价的影响。教师的科学本质观影响着教师对学生学习的评价。持传统科学本质观的教师，在学生学习评价方面主要侧重于知识的掌握及其应用。在评价标准上，追求答案的唯一性。持当代科学本质观的教师在注重对学生知识的掌握和应用性评价基础上，会进一步关注学生对于科学本质理解的评。教师对于学生科学本质理解的评价可以从以下三个方面来进行：(1)评价学生对于科学知识的理解；(2)评价学生对科学知识产生过程的理解；(3)评价学生对科学知识合理性的理解。这种评价既有利于学生对于科学内容的理解，也有利于学生对于科学本质的理解。
三、教师的教学行为对学生科学学习的影响
1、教师的教学行为对学生科学本质观形成的影响。如上所述，教师的科学本质观影响着教师的教学行为，同时教师的教学行为也影响着学生对科学本质的理解。传统科学本质观下的教学行为会使学生形成传统的科学本质观，认为科学完全是由观察决定的，科学知识是一套客观的陈述，科学知识是真理；科学家在对世界的观察和描述中努力排除人的主观因素；科学家严格按照科学的方法进行科学探究，通过科学探究得到的知识是由事物本身而不是由科学家做出的选择决定的；认为科学定律和科学理论都是对于客观自然的“拷贝”性认识等。
教师在当代科学本质观指导下的教学行为有可能促进学生对于科学本质的理解。教师不可能教他们不理解的东西。如果一个教师没有形成当代科学本质观，在其教学行为中就不会传递出有关当代科学本质的信息，也就不可能促进学生对于科学本质的理解。如果一个教师具有当代科学本质观，并在教学中显性的表现出当代科学本质教学行为，就有可能促进学生对于科学本质的理解。例如，在进行“化学键”教学时，教师如果使用“我们能够观察到化学键吗？”“我们凭什么相信化学键的存在？”“我们为什么相信化学键理论的合理性”等话语，就有可能使学生区别观察(许多化学反应伴随热量)和推论(化学反应是一个强作用取代弱作用的过程)，使学生认识到化学键理论之所以能够被相信，是因为该理论能够很好地解释化学反应的本质，解释化学反应中的能量变化，预测物质的物理性质和化学性质，而且所预测的物质性质能够得到实验事实的有效支持。国外许多研究表明，显性和反思性科学本质教学行为能够切实促进学生当代科学本质观的形成。
2、教师的教学行为对学生理解科学内容的影响。传统科学本质观下的教学行为往往是重结论轻过程的结论式讲授，这种缺乏知识产生过程的教学很容易导致死记硬背。虽然在许多理科教师的教学行为中，安排有不少的实验为学生提供学习的事实基础，但是由于教师没有区别观察和推论的意识和相应的话语，更没有设计从观察到推论跨越的策略，所以就必然导致学生对于科学理论的理解深度。
当代科学本质观下的教学行为在注重知识产生过程的同时，特别注意区别观察和推论，以及学生对于知识获得过程的反思。因此，经历了这样一个学习过程的学生就容易理解所学的内容。如“动能及其影响因素的研究”单元对于初中学生来说，是一个难点。传统科学本质观下的教学行为对于观察和推论不加区别，在组织学生进行动能影响因素的研究时，很难做到学生对于这一问题的自主性探究。而当代科学本质观下的教学行为在组织该内容的学习时，注重区别观察和推论，并使用相应的话语，如“比较动能的相对大小是不能直接进行比较的，因为动能是不能观察到的，我们只能通过运动的物体之间的相互作用的现象来进行间接推论。”该话语是本单元学习活动的核心话语，一旦学生把该话语加以理解，学生就有可能进行自主性探究活动。在研究结束后，再进行认识活动的反思，就更有利于学生对于本单元内容的理解。
3、教师的教学行为对学生思维方式的影响。教师的教学行为对于学生思维方式和观念的影响是通过科学本质观的形成而起作用的。持有传统科学本质观的学生把科学知识当作绝对真理，在学习科学的过程中只关注“知识是什么”和“知识有什么用”，较少关注“为什么”，很少关注“知识如何产生”，更少关注“知识合理吗”等问题。他们认为科学知识就是对于客观世界的“拷贝”性反映，已有的科学知识是合理的。因此，持传统科学本质观的学生很难具有批判性精神和创造性精神。这种把科学知识真理化和绝对化的极端倾向，容易导致形成一种宗教信念，即盲目性!教条性、绝对性。形成当代科学本质观的学生则会认为，科学知识是相对合理的，不同背景和经历的人对于同一证据的解释会具有差异性，科学知识的产生过程不是一个客观世界的“拷贝”过程，科学认识当中具有人的主观性!想象性和创造性。因此，科学知识具有可错性、发展性和暂定性等特点。所以形成当代科学本质观的学生就有可能具有批判精神和创造精神。
培养学生的科学素养是科学教育的一个永恒目标，帮助学生发展适当的科学本质观(NOS)是“表述最普遍的科学教育目标之一”这个目标已被大多数科学家、科学教育组织和科学教育者认同达90年，最近在主要的科学教育改革中再次得到强调，美国的科学促进会和国家科学教师协会目前特别强调科学教育要促进学生具备良好的科学本质观，我国在新颁布的科学课程标准中也提到，“通过科学教育使学生逐步领会科学的本质”、“发展学生对科学本质的理解”但是，这一标准在我国基础教育界并没有引起足够的重视，因此有必要对科学本质观对于科学教育的影响进行探讨。
一、科学的本质
科学作为一种认识的方式，其本质与科学的认识论和科学社会学有关，也与科学知识及其发展所固有的价值和信念有关科学哲学家、科学史学家、科学社会学家和科学教育家对科学本质的具体定义是不一致的。这些观念会随着科学的发展和关于科学本质的系统思维的发展而改变。也就是说，人们对于科学本质的认识是在不断深化和发展的。总的来说，人们对科学本质的认识经历了由科学的“真理观”向科学的“建构观”的转变，或是由科学的“客观性”向科学的“二重性(客观性和建构性)”的转变，人们一般将“真理观”称为传统科学本质观，将“建构观”称为当代科学本质观，传统科学本质观的哲学范式是逻辑实证主义，逻辑实证主义认为科学知识是客观真理，科学知识的产生范式是以纯粹客观的观察为基础，经由培根的归纳法得到科学知识或理论整个科学研究的过程，就是以客观的眼光观察自然现象，通过归纳发现获得某些规则，进而在头脑中形成某种假设，再收集资料验证假说，若假说成立就变成科学知识。所以只要完全遵循上述的过程，所产生的知识就可称为科学知识由于科学知识形成过程被认为相当客观，而且它是对自然界的本质的真实的描述，因此是极不容易改变的，故科学认识被视为客观的真理。由于视科学知识是客观真理，人们自然把知识及其结构看作是科学的本质。
当代科学本质观的哲学范式是建构主义。建构主义认为，科学知识的获得是科学家根据现有的理论(原有知识)来建构科学知识，建构主义强调科学知识是暂时性的、主观的、建构性的，它会不断地被修正和推翻“在建构主义看来，知识不再是纯粹客观性的可以将科学知识看成是由假说和模型所构成的系统，这些假说和模型是描述世界可能是怎样的，而不是描述世界是怎样的。这些假说和模型之所以有效并不是因为它们精确地描述了现实世界，而是以这些假说和模型为基础，精确地预言了现实世界”。因此，当代科学本质观的基本内涵可以概括为：科学认识的对象是客观的：科学认识活动的过程不是一个简单的“拷贝”，或“反映”，而是一个认识主体对客体的作用过程。在这个作用过程中，认识主体的已有经验或背景起着重要的作用：科学认识活动是以事实为基础的但事实本身并不是科学。换句话说，知道的并不都是看到的。观察和推论之间存在着区别，从观察到推论的认识过程并不是一个连续的认识序列；科学定律和科学理论是科学认识的两种形式，它们各自的产生范式是不同的。科学定律的产生范式是归纳式，科学理论的产生范式是建构式；科学认识的结果，并不是纯粹客观的，包含有人的想象性和创造性。正因为在认识的成分中，不完全是客观的，其中含有人的主观性，所以科学认识是相对合理的，有时甚至是错误的，所以科学知识具有暂定性本质。
二、教师的科学本质观对教学行为的影响
2、教师的科学本质观对知识选择的影响。传统的科学本质观认为，知识是对自然世界的客观反映，是真理。所以，对于持传统科学本质观的教师来说，科学被看作是已经确立的知识体系。他们在课堂上关心最多的是传授科学知识，很容易为学生提供一些结论性内容，而且是去背景化的。而对于课程中所提供的有关科学史方面的内容，教师一般不会考虑，即使考虑也只是作为一般性的故事加以讲述，而不会对其进行反思性讨论。当代科学本质观认为，科学认识受认识主体的文化背景和经验的影响。所以，持当代科学本质观的教师认为，科学的认知活动涉及了复杂的认知、情感和社会因素，科学学习应该是发生在一定社会和文化背景中的意义构建的过程。只有为学生提供科学知识所发生和发展的社会和文化背景，学生才能很好地理解科学的本质。近年来，持当代科学本质观的一些西方科学教育专家倡导教育，即把科学史、科学哲学和科学社会学(HPS)的有关内容作为科学教育的内容，以促进学生对于科学本质的理解。
3、教师的科学本质观对教学话语的影响持传统科学本质观的教师使用话语较多的是：“真理性”、“确定性”、“必然性”、“证明”、“发现”，等事实上，许多持传统科学本质观的教师在讲授知识时，使用的基本都是“确定性”话语。在观察和推论之间不加区别，认为我们现在知道的就是看见的。有的教师甚至认为我们不能看见原子的结构，但科学家可以通过专门的显微镜看见它。教师对于理论和定律不加区别，认为科学认识都是对于自然世界认识的发现。将实验的目的只是理解为验证自然知识，实验的结果就是答案。
持当代科学本质观的理科教师使用话语较多的是“观察”、“推论”、“猜测”、“可能是”、“支持”、“提出”，等持当代科学本质观的教师在实验的基础上进行教学时，最典型的话语就是“知道的并不都是看见”，教师经常会使用到“我们观察到什么了”在此基础上进一步的话语是“我们能够推论出什么了”，在定律学习的过程中会使用“我们可以归纳出”的话语，在理论学习的过程中会使用“科学家提出该理论很好地解释了已有的事实”，等话语。对于根据理论进行进一步推断时，将使用“可能是”，的话语对于实验结果与预测一致时将会使用“支持了”的话语。
4、教师科学本质观对学生学习评价的影响。教师的科学本质观影响着教师对学生学习的评价。持传统科学本质观的教师，在学生学习评价方面主要侧重于知识的掌握及其应用。在评价标准上，追求答案的唯一性。持当代科学本质观的教师在注重对学生知识的掌握和应用性评价基础上，会进一步关注学生对于科学本质理解的评。教师对于学生科学本质理解的评价可以从以下三个方面来进行：(1)评价学生对于科学知识的理解；(2)评价学生对科学知识产生过程的理解；(3)评价学生对科学知识合理性的理解。这种评价既有利于学生对于科学内容的理解，也有利于学生对于科学本质的理解。
三、教师的教学行为对学生科学学习的影响
1、教师的教学行为对学生科学本质观形成的影响。如上所述，教师的科学本质观影响着教师的教学行为，同时教师的教学行为也影响着学生对科学本质的理解。传统科学本质观下的教学行为会使学生形成传统的科学本质观，认为科学完全是由观察决定的，科学知识是一套客观的陈述，科学知识是真理；科学家在对世界的观察和描述中努力排除人的主观因素；科学家严格按照科学的方法进行科学探究，通过科学探究得到的知识是由事物本身而不是由科学家做出的选择决定的；认为科学定律和科学理论都是对于客观自然的“拷贝”性认识等。
教师在当代科学本质观指导下的教学行为有可能促进学生对于科学本质的理解。教师不可能教他们不理解的东西。如果一个教师没有形成当代科学本质观，在其教学行为中就不会传递出有关当代科学本质的信息，也就不可能促进学生对于科学本质的理解。如果一个教师具有当代科学本质观，并在教学中显性的表现出当代科学本质教学行为，就有可能促进学生对于科学本质的理解。例如，在进行“化学键”教学时，教师如果使用“我们能够观察到化学键吗？”“我们凭什么相信化学键的存在？”“我们为什么相信化学键理论的合理性”等话语，就有可能使学生区别观察(许多化学反应伴随热量)和推论(化学反应是一个强作用取代弱作用的过程)，使学生认识到化学键理论之所以能够被相信，是因为该理论能够很好地解释化学反应的本质，解释化学反应中的能量变化，预测物质的物理性质和化学性质，而且所预测的物质性质能够得到实验事实的有效支持。国外许多研究表明，显性和反思性科学本质教学行为能够切实促进学生当代科学本质观的形成。
2、教师的教学行为对学生理解科学内容的影响。传统科学本质观下的教学行为往往是重结论轻过程的结论式讲授，这种缺乏知识产生过程的教学很容易导致死记硬背。虽然在许多理科教师的教学行为中，安排有不少的实验为学生提供学习的事实基础，但是由于教师没有区别观察和推论的意识和相应的话语，更没有设计从观察到推论跨越的策略，所以就必然导致学生对于科学理论的理解深度。
当代科学本质观下的教学行为在注重知识产生过程的同时，特别注意区别观察和推论，以及学生对于知识获得过程的反思。因此，经历了这样一个学习过程的学生就容易理解所学的内容。如“动能及其影响因素的研究”单元对于初中学生来说，是一个难点。传统科学本质观下的教学行为对于观察和推论不加区别，在组织学生进行动能影响因素的研究时，很难做到学生对于这一问题的自主性探究。而当代科学本质观下的教学行为在组织该内容的学习时，注重区别观察和推论，并使用相应的话语，如“比较动能的相对大小是不能直接进行比较的，因为动能是不能观察到的，我们只能通过运动的物体之间的相互作用的现象来进行间接推论。”该话语是本单元学习活动的核心话语，一旦学生把该话语加以理解，学生就有可能进行自主性探究活动。在研究结束后，再进行认识活动的反思，就更有利于学生对于本单元内容的理解。
3、教师的教学行为对学生思维方式的影响。教师的教学行为对于学生思维方式和观念的影响是通过科学本质观的形成而起作用的。持有传统科学本质观的学生把科学知识当作绝对真理，在学习科学的过程中只关注“知识是什么”和“知识有什么用”，较少关注“为什么”，很少关注“知识如何产生”，更少关注“知识合理吗”等问题。他们认为科学知识就是对于客观世界的“拷贝”性反映，已有的科学知识是合理的。因此，持传统科学本质观的学生很难具有批判性精神和创造性精神。这种把科学知识真理化和绝对化的极端倾向，容易导致形成一种宗教信念，即盲目性!教条性、绝对性。形成当代科学本质观的学生则会认为，科学知识是相对合理的，不同背景和经历的人对于同一证据的解释会具有差异性，科学知识的产生过程不是一个客观世界的“拷贝”过程，科学认识当中具有人的主观性!想象性和创造性。因此，科学知识具有可错性、发展性和暂定性等特点。所以形成当代科学本质观的学生就有可能具有批判精神和创造精神。
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