科学素养的内涵、测量及提升策略研究

熊可慧（北京工业大学高等教育研究所，北京100124）



科学素养的内涵、测量及提升策略研究

熊可慧
（北京工业大学高等教育研究所，北京100124）

摘要：“科学素养”一词起源于20世纪50年代末，西方发达国家先于我国对“科学素养”进行了积极的探索，梳理国际上关于科学素养的研究成果对于促进我国科学素养研究的发展有着重要意义。文章综述了国际上关于“科学素养”的定义、结构、测量、影响因素及提升策略等方面的诸多成果，并展望了未来的研究趋势。

关键词：科学素养；研究综述；内涵；测量；提升策略

一、关于科学素养内涵及结构的研究

科学素养一词源于英文“Scientific Literacy”，关于科学素养的定义，由于研究对象、研究目的、研究内容以及研究者所处时代的不同，对这一概念有的见解也存在差异，并未达成统一定论。

最早提出科学素养理论框架的是佩拉（Pella），他认为具有科学素养的人能够理解科学与社会的关系、控制科学家工作的伦理道德、科学的本质、科学与技术之间的区别、科学的基本概念以及科学与人类的关系。［1］

在科学素养研究领域，国际公众科学素养促进中心主任米勒（Jon D. Miller）先生是目前国际上影响力最大的学者之一。他认为，科学素养是社会公众所具备的对于科学技术最基本的理解能力，一个具备科学素养的人即：基本掌握科学的研究过程和科学方法；基本了解核心的科学术语和科学概念；基本知晓科学技术对个人和社会发展带来的影响。［2］

PISA（Program for International Student Assessment）即国际学生能力评估计划，是由经济合作与发展组织（简称OECD）所主办的一项国际性学生评量与比较计划，其中2006年是以科学素养为主轴进行评估。［3］其对科学素的定义为：1.面临科学相关议题时，能够使用科学知识去发现问题、形成新知识、解释现象、并得到以证据为本位的结论；2.能够明了科学是人类经由探究所形成的知识；3.能够察觉科学和技术深深影响我们周围物质的、符号的以及文化的环境；4.愿意以公民的身份参与和科学相关的社会议题或科学想法。

另外还有美国学者克鲁佛的“五要素说”、恩哲的“六要素说”、沙瓦尔特的“七要素说”等等，均是从不同的维度来描述科学素养的内涵与外延，主要包括科学概念、原理、定律、方法、科学技能、科学态度、科学与人类的关系、科学与社会的关系等方面。

二、关于科学素养测量方式的研究

在过去的几十年里，不断有学者研究科学素养的测量工具，尝试对不同群体的科学素养进行量度，以便及时了解该群体科学素养水平的现状和变化规律。

（一）量表

Moore&Sutman（1970）［4］开发了一套四点式的李克特量表来测量学生对科学的态度，被称之为“一张科学态度的清单（A Scientific Attitude Inventory）”，其中包括学生对科学本质所持的观念和理解，学生如何看待科学等等。Fraser（1978）［5］设计的Test of Science-Related Attitudes量表同样是对学生的科学态度进行研究，这套量表直到现在仍被很多科学教育研究者广泛采用，测量内容包括科学兴趣、对待科学研究的态度、科学职业意向、科学的社会卷入等等。Laugksch&Spargo（1996）［6］在其Science for All Americans测试中，设置了110个真伪判断题，对米勒所定义的科学素养三维结构进行测量。

进入21世纪之后，研究者们更多的是尝试对科学素养赋予新的定义，并将关注点由“理解多少科学术语、掌握多少科学方法”转移到如何发展能够应对现实生活中接触到的复杂问题的知识和技能，良好的科学素养是为了拥有更优质的生存方式和思维习惯。据此韩国学者Kongju Mun（2015）［7］设计了一套测量工具GSLQ（Global Scientific Literacy Questionnaire），用来测量本国中学生的科学素养现状。其构建的科学素养测量框架为：知识容量、思维习惯、个性和价值观、人类探索社会的技能、自我认知和自我定位。

（二）测试题

在过去的三十多年里，米勒先生对美国的公民科学素养进行了测评，他首创了科学素养的定义和测评方法，目前该测评方法已为包括中国在内的40多个国家所采用。PISA项目是目前全球规模最大也最权威的科学素养测试之一，它仍是在借鉴米勒体系的基础上发展而来。PISA测试的试题是由所有参与国家和地区的专家共同编制，剔除诸如因经济、文化、宗教等差异难形成共同理解的、学以致用程度低、以及翻译成他国语言后存在歧义的题目后，形成的国际共同文本。这种评估方法提供了一个完整的框架，可用于大规模的、国际间的比较与分析。但随着科学技术的迅速更新换代，科学素养的内涵也随之不断发展。另外，不同国家的国情和文化都存在着或大或小的差异。因此，需以动态的、发展的眼光审视科学素养的内涵。

当代，媒体是公众获取科学信息的重要渠道，一个人若能够理解出现在媒体上频率较高的科学概念和术语，便可被视为具备科学素养。于是，台湾Yuen-Hsien Tseng及瑞典Carl-Johan Rundgren等学者提出了基于媒体中核心科学概念的SLiM （scientific literacy measure-ment）测量研究方法。［8］

（三）使用描述性定义

很多学者也尝试使用描述性定义对科学素养划分层次用于对其进行测量，如Uno and Bybee（1994）［9］将生物科学素养划分为词语的科学素养、功能的科学素养、概念和过程的科学素养、以及多维的科学素养四个水平。Shamos（1995）［10］将科学素养分为文化的科学素养（cultural）、功能的科学素养（functional）和真实的科学素养（true）三个层级。

也有学者客观地指出，想制定一套完善的科学素养评价工具，仍面临诸多困境。刘华杰（2006）认为，目前我们面临的主要问题有：1.定义：当前的定义是否具有普适性；2.测量：米勒的三维体系看似合理，但极难测试，目前所编制的试题，并不能较好地投射米勒体系的三个维度，尤其是第三个维度；3.统计分析：如何解释调查得到的数据。［11］现在也有越来越多的人认为，米勒体系并不能完全涵盖科学素养的结构，比如它缺少对科学能力的关注。

三、关于科学素养的提升策略的研究

由目前研究成果可知，教育是影响科学素养发展的首要因素，因此探索如何提升国家公民、特别是学生的科学素养的研究，多数是从教育领域着手。通过梳理，可综述如下：

（一）对国家制定宏观政策的研究

为提高公众科学素养，当前国际上影响较大的举措有：1985年美国提出的“2061”计划；1999年印度提出的《全面素养计划》；1999年中国科协提出的《全面科学素质行动计划》，即“2049”计划；2000年英国公布的《国家科学教育课程标准》；2001年欧盟制定的《科学和社会行动计划》；2006年中国发布的《全民科学素质行动计划纲要（2006-2010-2020）》等。

（二）对推行课程改革的研究

美国教育界率先意识到课程设置不合理制约学生科学素养发展的问题，在上世纪80年代，美国科学促进会针对美国21世纪的公民应具备的科学素养标准，制订了著名的《2061计划》，其中主要是对课程进行改革，辅以一些教学方式和手段的变革。“2061”计划对美国科学教育带来了重要且深远的影响，美国的“知识经济”便是在“2061”计划的直接促动下萌发的。英国自1986年12月开始，也引进了课程改革，将科学教育作为5-16岁学生的必修课程，该课程包括英语、数学、科学这三门核心学科和其他几门非核心学科。

这些课程改革是否对学生的科学素养带来了影响？Colette Murphy（2001）［12］等学者开展了以下实验，即对接受过科学必修课程教育的学生（Bed组）和几乎未接受过科学课程教育的学生（PECG组）进行科学测试，测试结果显示，BEd组学生平均得分显著高于PGCE组学生。该研究小组又做了另一项测试，即对PGCE组学生进行同样的科学课程教育，在完成课程学习之后，再次接受同样的测试。结果显示，高分段学生的比例大幅上升。这项研究验证了改革后的科学课程对学生的科学素养发展带来了正向的影响作用，促进了学生科学素养的提升。

（三）对开展课外科技活动的研究

实践证明，学生参与课外科技活动，能够拓宽自己的科学视野，训练科学思维和实践能力，是将知识应用于实践并从实践中升华对科学知识的理解的一个重要途径。［13］

密苏里大学哥伦比亚分校的Kardash（2000）［14］选取某大学参与科研活动（URE，undergraduate research experience）的57名本科生作为研究对象，分别在参与科研活动之前和之后，运用自述性量表针对14项研究能力对他们进行调查，以观测参与科研活动是否对本科生的研究能力带来影响。结果显示，参与科研训练的学生，其独立思考能力、观察能力、收集和处理数据的能力、口头表达能力及根据实验结果推理假设的能力都得到了显著提升。

我国华中科技大学郭卉教授采用随机抽样方法，抽取900名参与过科研活动的学生，运用自编的大学生创新素质调查问卷，对其进行调查研究。结果显示，参与科研的学生在创新素质7个因子上的得分均值都高于未参与科研的学生，另外访谈结果显示，9名参与科研的大学生中，有7名都强调通过参与科研，提高了自身的人际沟通能力。［15］

四、结束语

通过对国内外文献进行综述可知：1.目前国际上已达成共识，科学素养是一个多维的结构，并且是一个动态的、发展的概念，其定义和结构至今未能形成统一定论。其主要原因是，科学素养的概念在面对不同群体时有不同的侧重，在不同时代、不同文化当中，其内涵也会随之发生变化。2.目前国际上进行的科学素养测量仍主要是参照米勒体系，然而随着科学素养内涵的不断丰富与发展，该体系已逐渐显露出它的弊端，例如缺少对科学能力的关注。因此重新设计关于科学素养的测量工具也是当前面临的一项重要课题。3.由于不同群体的科学素养有着不同的特征与诉求，因此对于科学素养的研究不宜一概而论，而应根据不同群体进行有针对性的研究，从而提出更有效的对策建议促进该群体科学素养的提升。

参考文献

［1］Pella M O. Science literacy and high school curriculum［J］. School Scienceand Mathematics，1967（67）：346-356.

［2］Miller，J. D. Scientific literacy：A conceptual and empirical review［J］.Daedalus，1983，112（2）：29-48.

［3］台湾PISA国家研究中心.PISA国际学生能力评量计划［EB/OL］. http：//pisa.nutn.edu.tw/pisa_tw.htm.

［4］Moore，R. W.，&Sutman，F.X. The development，field test，and validation of an inventory of scientific attitudes［J］.Journal of Research in Science Teaching，1970（7）：85-94.

［5］Barry J. Fraser. Development of a test of science-related attitudes［J］.Science Education-SCI EDUC，1978，62（4）：509-515.

［6］Laugksch，R. C&Spargo. Development of a pool of Scientific literacy Test-Items Based on Selected AAAS Literacy Goals［J］. Science Education，1996，80（2）：121-143.

［7］Kongju Mun，Namsoo Shin，Hyunju Lee，et al. Korean Secondary Students'Perception of Scientific Literacy as GlobalCitizens：Using Global Scientific Literacy Questionnaire［J］.International Journal of Science Education，2015，37（11）：1739-1766.

［8］Carl -Johan Rundgren，Shu -Nu Chang Rundgren，Yuen -Hsien Tseng，et al. Are you SLiM？Developing an instrument for civic scientific literacy measurement（SLiM）based on media coverage［J］.Public Understanding of Science，2010，21（6）：759-773.

［9］Uno，G.，& Bybee，R.Understanding the dimensions of biological literacy［J］.Bio-Science，1995，44（8）：553-557.

［10］Shamos，M. H. The myth of scientific literacy［M］.New Brunsw ick，NJ：Rutgers University Press，1995.

［11］刘华杰.公民科学素养测试及其困难［J］.北京理工大学学报（社会科学版），2006，8（1）：12-18.

［12］Colette Murphy，Jim Beggs，Ivor Hickey，et al. National Curri culum：compulsory school science-is it improving scientific litera cy？［J］.Educational Research，2001，43（2）：188-199.

［13］陈曦.大学生科技创新教程［M］.北京：机械工业出版社，2008：2.

［14］Carol Anne. M. Kardash. Evaluation of an Undergraduate R esearch Experience：Perceptions of Undergraduate Interns and T heir Faculty Mentors［J］.Journal of Educational Psychology，2000，92（1）：191-201.

［15］郭卉.参与科研对理工科大学生创新素质影响的实证研究［J］.高等工程教育研究，2014（2）：106-111.

Abstract:The term "Scientific Literacy" was coined in the late 1850s，when some western developed countries made great research on scientific literacy，which is earlier than that of China，and their research findings of those countries are beneficial to promote the development of Scientific Literacy in China. This article has reviewed the definition，construction，measurement methods，effect factors and promotion strategy of Scientific Literacy in the whole world，and then forecast in research trend in the future.

Keywords:scientific literacy；research overview；definition；measurement methods；promotion strategies

中图分类号：G640

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）11-0256-03