中美课程标准中科学本质观教育的比较研究

梁玮

[摘 要] 尝试以中美两国的课程标准作为研究对象，以高中生物为例，通过文献综述、比较研究的方法对科学本质观教育这一方面进行比较研究。研究发现两国课程标准中有关科学本质的表述在综合与分科、显性与隐性、表述风格和描述精度、广度和深度方面存在不同程度的差异。建议从加强学科之间的整合，促进学科间的联系、适当显性化科学本质教育、修正对科学本质观教育的不恰当认识等方面对我国高中生物课程标准进行改进。

[关键词] 科学本质；科学本质观教育；中美比较；课程标准

[中图分类号] G423.04 [文献标志码] A [文章编号] 1005-4634（2015）01-0112-06

1 课程标准中科学本质观教育研究的背景

1.1 科学本质的概念及内涵

科学本质被定义为“科学的认识论，科学作为一种思考的方式，科学知识价值的信念及科学的发展”[1]。

不同研究机构的学者专家对科学本质的看法不尽相同。根据美国2061计划，界定科学本质的内涵由“科学知识的本质”、“科学探究的本质”和“科学事业的本质”三个维度组成（见表1[2]），一些研究者将“科学、技术与社会的关系（STS）”归为“科学事业的本质”。目前，国际科学哲学界就科学的本质基本达成了共识，并且很多关于科学本质的研究都是基于这三个方面的科学本质框架。这三个方面都是科学教育所要传达的，对于提高学生的科学素养具有重要意义[3]。

1.2 科学本质观教育的意义和必要性

科学教育的重要目标是提高学生的科学素养，而科学素养的一个重要组成部分是对科学本质的理解，因此，科学本质观教育在科学教育中具有重要的意义和价值。

科学本质观教育是国际科学教育的前沿性课题，在各国科学教育中受到重视。例如美国对科学本质教育的研究尤其重视，出现了大量的相关文献和科学教育的相关文件。教育工作者如何改进学生对科学本质的理解，培养其科学精神，提高其科学素养是科学教育的一个重要目标。

对科学本质的理解和认识，即：科学本质观，直接影响和制约了科学教育观和科学学习观[4]。袁维新认为科学本质的教育价值在于：有利于学生形成正确的科学观、体验科学的方法与过程、培养学生的批判精神和科学情感。

1.3 我国科学本质观教育的现状

大量研究结果表明我国基础教育阶段的理科教育还存在一些问题，致使学生“只见树木不见森林”，缺乏对科学的整体认识和深入理解[5]。研究显示，当前的科学教育没有充分使用科学本质，没有取得满意的结果。

我国科学本质观教育一个现状是将认识科学本质等同于科学态度、情感的发展，让学生在各种内容的学习与各种活动中自觉地感受、体验科学本质，形成科学本质观，缺少具体科学本质教学目标与相应的策略。教师有意识地在课堂教学中穿插一段科学史进行针对性的教学活动，至于科学史体现了什么样的科学本质观、学生形成了什么样的科学本质观，教师并不关心，恐怕有的教师自己都不知道[5]。学生虽然学了不少科学知识，掌握了不少科学技能或方法，但由于缺乏对科学本质的理解和认识，以及认识有偏差，学生头脑中还是没有“科学”，不能很好地回答有关科学是什么、科学能做什么等有关科学本质特征的问题，造成了学生现代科学素养关键部分的缺失[6]。从中国大陆科学课程的实施来看，新课程改革之后科学课堂确实发生了很大变化，但是面临着科学观念转变等问题。教师表面上了解科学本质，重视学生的探究活动，但在实际教学中不清楚如何做，理科教师还存在很多非科学和伪科学的教学行为[7]。

2 中美课程标准的科学本质观教育比较

2.1 美国科学课程标准中的科学本质观

基于2011年发布的美国《科学教育框架》（A Framework for K-12 Science Education），美国于2013年4月9日正式发布了美国《新一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards，以下简称NGSS），该标准向人们展示了美国对科学本质观教育的重视。NGSS对各阶段各年级的学习内容均详细列出科学本质的核心概念，以及学生对每一个核心概念应有的理解水平。

NGSS中科学本质共有八个核心概念[5]，以高中生物为例，笔者列出了各个主题所涉及到的理解科学本质的核心概念以及每一个核心概念的具体要求（见表2[8]）。

分析NGSS可以发现，在“结构与功能”这一主题的科学本质陈述中，体现出科学本质中的逻辑性、批判性和科学方法的多元化。表明美国在这一主题的教学和实践中注重培养学生的探究性思维和探究性活动的能力。“生物体和生态系统中的物质和能量”和“生态系统的相互依存关系”这两个主题的陈述内容均有“科学知识可以接受新证据的修正”，特别强调科学知识的累积性和暂时性本质。在“遗传与变异”这一主题的科学本质陈述中体现出科学、技术与社会的相互关系（STS）。“自然选择和进化”这一主题则是强调科学知识的暂时性、可重复性和可预测性本质。

综上所述，美国NGSS高中生物部分科学本质观教育涵盖了科学本质的三个维度，即“科学知识的本质”、“科学探究的本质”和“科学事业的本质”。在“科学知识的本质”中提到了科学知识的累积性、暂时性、可重复性和可预测性，特别强调了科学知识的暂时性本质；在“科学探究的本质”中提到了科学探究的批判性、逻辑性和科学方法的多元化本质；在“科学事业的本质”中强调了科学、技术和社会的相互关系。在高中生物的五大主题中，有四个主题（结构与功能、生物体和生态系统中的物质和能量、生态系统的相互依存关系、自然选择和进化）在“科学与工程实践”维度上强调了与科学本质的联系，注重在实践中应融合科学本质的理解；有两个主题（遗传与变异、自然选择和进化）在“跨学科概念”这一维度上强调与科学本质的联系，注重在跨领域的学习中理解科学本质。

2.2 中国国家课程标准中的科学本质观

在2003年颁布的《普通高中生物课程标准（实验）》（以下简称《标准》）中都有理解科学本质的要求体现。

《标准》将提高学生的生物科学素养作为课程基本理念之一，也作为实施课程标准核心任务[9]。

1）课程目标。在《标准》的第二部分课程目标中，有关科学本质观教育的表述为，“学生通过高中生物课程的学习，将在以下各方面得到发展：获得生物科学和技术的基础知识……认识科学的本质，理解科学、技术、社会的相互关系，以及人与自然的相互关系，逐步形成科学的世界观和价值观……”。在课程的具体目标中的情感态度与价值观这一维度中的相关表述为，“认识生物科学和技术的性质，能正确理解科学、技术、社会之间的关系”。可见，课程目标较重视学生对科学、技术与社会的相互关系的理解。

2）内容标准。在第三部分内容标准中也包含有科学本质的表述。高中生物课程的内容包括必修和选修两个部分，共六个模块，表3整理了内容标准各模块中体现科学本质观教育的表述。

内容标准指出了学习科学本质的意义和科学本质教育的途径或建议。强调对科学、技术与社会相互关系的认识。

3）实施建议。在《标准》的第四部分实施建议的第一部分教学建议中，其中几个方面的要求，包括对探究性学习、生物科学史学习的要求均体现了对科学本质的关注。

教学建议包括：（1）深化对课程理念的认识；（2）全面落实课程目标；（3）组织好探究性学习；（4）加强实验和其他实践活动的教学；（5）落实科学、技术、社会相互关系的教育；（6）注意学科间的联系；（7）注重生物科学史的学习[10]。

科学探究作为发现科学事实、揭示科学规律的过程和方法，在科学教育中有重要的意义[10]。《标准》倡导探究性学习，其中明确提出：“教学不仅要使学生获取一定的知识，还要使学生习得获取知识的方法，提高解决问题的能力”。在教学中，“教师应该让学生亲历思考和探究的过程，领悟科学探究的方法”，为教师组织探究活动提出了具体要求和建议，如“要有民主的师生关系和求真求实的氛围”，“探究性学习是重要的学习方式，但不应成为唯一的方式”等，体现了“科学方法的多元化”的内涵，帮助学生从科学探究的本质的角度认识科学的发展和科学的基本特征，体验和认识科学本质。

《标准》教学建议注重“加强实验和其他实践活动的教学”，其中也有体现科学本质的要求：“通过实验和其他实践活动，不仅可以帮助学生更好地理解和掌握相关的知识，有利于他们在观察、实验操作、科学思维、识图和绘图、语言表达等方面能力的发展，也能促进学生尊重事实、坚持真理的科学态度的形成”。这些教学建议虽然没有直接提到科学的本质，但为教师在实践方面的教学提供了建议和注意事项，促进学生理解科学的本质。

《标准》倡导要充分认识到科学、技术、社会的相互关系教育的重要性，教学建议提出“教师应该重视渗透科学、技术、社会相互关系的教育”，在教学中“通过具体事例帮助学生认识生物科学与社会发展的紧密联系”、“教师应引导学生通过图书、报刊、音像和网络等了解更多的信息，开展调查、研究、讨论等活动，理解生物科学技术对社会发展的作用，同时也了解科学技术可能带来的负面影响”。这些建议帮助学生认识到科学、技术对社会产生的影响和作用，帮助学生认识和理解科学、技术和社会的相互关系——“科学可以造福于人类，也可以给人类造成不可挽回的灾难。”但对于社会对科学、技术产生的影响和作用以及科学与技术之间的相互关系并未作明确要求。

与NGSS不同，我国的高中科学课程标准实行分科教学，《标准》在这部分教学建议中明确提出：“加强学科间的横向联系，有利于学生理解科学的本质、科学的思想方法和统一的科学概念和过程，建立科学的自然观，逐步形成正确的世界观”。课程标准只是强调注重学科间的联系有助于学生理解科学的本质，至于理解哪些科学本质、理解到什么程度，课程标准中并没有说明。

科学史的学习可以促进学生对科学本质的理解。《标准》在相关主题的具体内容标准中对需要讲授的科学史内容均有明确的要求，同时在教学建议中强调，其中的“概述植物生长素的发现和作用”、“总结人类对遗传物质的探索过程”等包含科学史的内容应认真完成。教学建议还强调：“科学是一个发展的过程。学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究的方法，学习科学家献身科学的精神。”这部分表述体现了科学知识本质的暂时性内涵，即“科学知识是不断发展变化的。”虽然在具体内容标准和活动建议中没有直接提到科学的本质，但学生在学习科学史的过程中，通过考察重大的科学发现、科学理论的发展过程、科学家的探究活动等，帮助学生从科学的历史和本质的角度认识科学的发展和科学的基本特征，体验和理解科学本质。

综上所述，我国《标准》体现出对科学本质观教育的提倡和重视。科学本质分成了知识、情感态度与价值观、能力三个维度，科学本质的内涵之一——STS的内容则主要体现在情感态度与价值观中。内容标准并未对学生需要学习的科学本质做出明确要求，而是强调认识科学本质，即科学本质观教育的重要性。教学建议体现了当代科学教育界对科学本质的认识，注重了科学方法的学习，实践能力的提高[4]。我国《标准》中科学本质观教育也涵盖了科学本质的三个维度。在“科学知识的本质”中提到了科学知识的创造性和暂时性本质；在“科学探究的本质”中强调了科学方法的多元化；在“科学事业的本质”中着重强调了科学、技术和社会的相互关系。可见，强调认识科学本质的重要性是我国《标准》的一个显著特征，但对于“认识哪些科学本质”和“理解到什么程度”《标准》中并未给出详细说明。

2.3 中美课程标准中科学本质观教育比较和分析

1）综合与分科的差异。美国NGSS可以说是综合了生命的科学（生物）、物质的科学（物理、化学）、地球与空间科学（地理）等学科，而我国高中课程标准的各学科是分开的。研究表明，综合的标准更能够从整体上体现科学的本质，更利于体现各学科知识之间的联系与交叉，即便于体现科学知识的统一性[11]。

2） 显性与隐性的差异。美国NGSS通过各主题下的“联系到科学本质”这一部分的表述，对各阶段各年级的学习内容均详细列出科学本质的核心概念，以及学生对每一个核心概念应有的理解水平，由此可见其对科学本质观教育的重视，并注重从多个角度阐述科学的本质。我国《标准》将“提高学生的生物科学素养”作为课程的基本理念之一，在课程目标、内容标准和实施建议的部分均有体现科学本质观教育的表述，显示出我国对科学本质教育的提倡和重视。但我国《标准》并没有明确科学本质观教育的内容和要求，也未对科学本质作深入的论述，对当代西方的研究成果目前基本还处于译介的阶段[12]，仍需要更多教育者和学者进行研究和探讨。即美国NGSS关于科学本质教育增进学生对科学本质的认识和理解是显化的，而我国《标准》在这个议题上是隐性的。

3）表述风格和描述精度的差异。在表述风格方面，美国NGSS中有关科学本质的陈述是比较丰富且明确的，而我国《标准》有关科学本质陈述显得有些“骨感”且“含而不露”[11]。

在描述精度方面，有学者就对课程标准的描述应该是严格细致还是要有适当的自主空间这一问题进行过探讨和研究。与我国《标准》相比，美国NGSS关于科学本质教育的描述相对比较严格细致，在相关主题下详细列出科学本质的核心概念，以及学生对每一个核心概念应有的认识程度。学生对科学本质的理解程度随着年龄阶段的变化而变化，体现出科学教育的阶段性和连贯性。有学者认为，严格细致的内容标准是保证标准权威的前提。而我国《标准》关于科学本质教育的描述相对比较宽松概括。在笔者看来，严格细致的标准描述不能作为影响教师创造力的“借口”，而宽松概括的标准描述并不代表灵活，并不代表教师可以随意更改教学内容与要求。宽松概括的标准描述容易导致教师解读的不恰当或是随意解读，为了避免不正确地解读，各门学科又出台了《课程标准解读》，这也是我国独有的“无奈之举”。但美国没有课程标准解读，原因之一是这些课程标准简单明了，教师一读就懂。不过，美国有报告显示，过度细致繁琐的标准描述，也会导致教师无所适从[13]。

4）广度和深度的比较。美国NGSS和我国的《标准》在高中生物部分的科学本质观教育方面都关注到科学本质的三个维度，但两国侧重点不同。

美国NGSS科学本质观教育侧重体现科学知识本质的累积性、暂时性、可重复性和可预测性；我国《标准》科学本质观教育侧重体现科学知识的创造性和暂时性。美国NGSS科学本质观教育侧重体现科学探究本质的批判性、逻辑性和科学方法的多元化；我国《标准》科学本质观教育侧重体现科学探究的科学方法的多元化。美国NGSS和我国《标准》科学本质观教育均侧重体现科学事业本质的科学、技术和社会的相互关系。

美国NGSS对科学本质观教育的表述涵盖的科学本质内涵更广泛、丰富，有具体的要求和说明，我国《标准》有关科学本质观教育的表述涵盖的科学本质内涵较单一，侧重点突出，且没有科学本质内涵的解释。

3 启示

本论文参照分析、比较所得出的结论，对我国高中生物课程标准提出以下建议。

1）加强学科之间的整合，促进学科间的联系。随着人们对科学，特别是自然科学的认识不断发展，人们逐渐意识到，“各门自然科学之间的界限变得越来越模糊，主要的概念变得更加统一”[14]。因此，在我国高中课程标准实行分科的现状基础上，在课程标准中渗透注重学科间的联系、跨学科概念的整合是有必要的，帮助学生认识和理解科学本质以及科学的思想和方法。有研究显示，科学课程之间的交叉或渗透的内容不突出，影响学生对科学本质的理解，不利于学生进行创造性学习[15]。

2）适当显性化科学本质教育。有研究表明，单靠学生自己学习很难获得正确的科学本质[1]。教师必须采用外显的方法帮助学生反思他们的活动。最近，科学教育改革文件和科学教育者主张通过显性的方法学习科学本质。可见，科学本质观的显性教育在科学教育中有重要的意义，我国高中生物课程标准有关科学本质的教育大部分是隐含在知识、情感态度与价值观、能力的三维目标中。有学者认为，三维教学目标所达成的过程，也是促进理解科学本质的过程。但是传统的三维目标表述中未能将理解科学本质设置为显性目标[13]。我国高中生物课程标准对科学本质的内涵并无明确说明，虽然强调了科学本质观教育的目的和重要性，却未能准确把握科学本质内涵。因此，我国《标准》应适当显化科学本质内涵和科学本质观教育要求，设置引导学生理解科学本质的任务。有关科学本质理解的条目要表述适当、具体，不仅有结论态的内容，而且有合理可行的指向目标的过程和途径[16]。

3）修正对科学本质观教育的不恰当认识。实际上，课程标准和其他的改革文件将科学本质定位在“为学科内容提供有意义的情境”这一层面[7]。我国高中生物课程标准将科学本质观教育更多的理解为在情感态度与价值观方面的培养。然而，理解科学本质是认知发展的结果，而不是情感发展的结果[6]。对于科学、技术与社会的相互关系，课程标准中强调的是“理解有关原理在促进经济与社会发展等方面的价值”、“理解生物科学技术对社会发展的作用，同时也了解科学技术可能带来的负面影响”，强调生物对社会单方面的作用，忽略了社会对科学的影响。此外，我国《标准》应加强对科学本质各个内涵的体现，关注每一个科学本质特征而不是其中的几个方面。

一个关注科学本质教育的课程或教学过程，不能只看重知识是什么的结果，它会更关注“知识是如何产生的，为什么它是有价值的”的问题[5]。虽然，高中生物课程标准的实施建议体现了科学本质观教育的具体要求，但是在实际教学中，还取决教科书的编写、教师对科学本质的理解和重视程度等。即我国科学本质观教育仍旧任重而道远。这也是本研究强调在高中生物课程标准中要重视和探索科学本质观教育的原因。

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