方法论视角下科学教学的实践转向探析

刘茂军 朱彦卓

摘要： 科学实践正在成为全球科学教育改革的热门主题。从方法论的角度看，科学实践在科学教学中的实施具有不同的层次性： 从教学哲学的层次看，它是一则教学思想，对科学教学具有理念上的指导价值;从教学设计的层次看，它是一条教学原则，起到联结教学思想和教学实践的作用;从教学实践的层次看，它是一种教学方法，是科学教学的实践形式。方法论层次性的视角有利于理解科学实践的本质，促进科学实践的实施。

关键词： 科学教学; 科学实践; 教学思想; 教学原则; 教学方法

文章编号： 10056629（2022）02000305

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 科学实践的“落地”须借助方法论的指导

2011年，美国出台《K12科学教育框架》，提倡让学生通过与科学相关的实践来学习科学，在实践中产生对科学及其知识体系的认识，这一框架初步确立了“科学实践”（Science Practices）在科学教育中的首要地位（NRC， 2012）。两年之后，美国发布《下一代科学教育标准》（NGSS）中“科学实践”代替了之前的“科学探究”，成为首要的关键词被列入该标准之中。这一转向，一方面体现了教师对“教学探究”理解上的错误，在教学实践中程序的固化、僵化，导致科学探究效果不佳;另一方面，强调学生在学习科学核心概念、跨学科概念过程中要主动建构知识[1]，运用科学原理解释、解决科学与工程实践过程中的科学现象、科学问题或工程设计问题，倡导学生像科学家和工程师一样“做科学”而不是之前的“学科学”[2]。可见，美国倡导的科学实践不仅指类似于科学家从事科学理论研究的科学探索活动，还指类似于工程师进行的科学设计、建造等工程设计活动[3]。科学实践的提出得到了科学教育一线教师、学者们的广泛关注。由于科学实践在官方文件中被正式提出的时间相对较短，世界范围内的实践并不完善，在我国科学教学实践中的应用更是寥寥无几。

任何一个教育理念在教育场域中落地生根都需要借助一定的方法论指导。方法论是有关方法的理论，它处于方法系统的核心地位，方法论通过对现有方法核心思想和理论基础的深入反思，运用新的思维模式建构新的方法结构，并为方法提供思维框架和行为指导。人类认识对象与方法的关系的多层次性、多类型性决定了方法论结构的立体性[4]，一个完整的方法论体系包含着不同层次的、有机的认识整体。从纵向层次上看，方法论由上往下可分为一般的方法论、特殊的方法论和个别的方法论[5]，分别对应哲学方法论、科学方法论和具体学科方法论三种层次的方法论形态，这样就构成了一个复合、多维和完整的方法论体系。方法论体系的层次越高，对居于其下的层次越具有方法论的意义： 一般的方法论具有最高的普适性，对特殊和个别层次的方法论起宏观指导作用。

依据方法论的层次性特点，我们可以将科学实践放在纵向的框架中进行理解，以实现科学实践在科学教学中的合理运用。首先，科学实践体现了实践哲学观在科学教育中的应用，是一种科学教育的思想或理念，是一种新的科学教学范式，因此，它具有一般方法论属性，对科学教育具有一般性的指导价值。在这个意义上，它与哲学层次的方法论相对应。其次，从教学设计的层次来看，科学实践对科学教学具有直接的指导作用，是联结教学思想和教学实践之间的桥梁，是科学教学设计的基本纲领，此时它属于科学教学的一般性原则，属于特殊的方法论层次。最后，从科学教学实践的层次来看，科学实践强调学生手、眼、口、脑甚至脚、皮肤、身体躯干等身体及其部位、感官在学习中的积极参与，强调学习过程的“身体力行”，教学过程即是运用各种方法调动学生各种感官的协同参与，此时的科学实践则是一类教学方法，在此层次上则属于个别的、具体的教学方法。关系如图1所示。

2 科学教学中实施科学实践的方法论层次结构及其内涵

2.1 教学哲学层次的科学实践： 一则教学思想

教学哲学是指导教学工作的理性反思，对于教学实践具有最高层次的理论指导意义。从哲学的层次看，科学实践首先是一个科学哲学的概念，属于实践哲学的范畴，是一则科学教学思想或理念。

科学实践在科学教学领域的兴起，反映出人们对于科学本质认识的深入发展。传统的逻辑实证主义科学观认为，自然科学通过客观中立的观察和实验，经由科学的逻辑推导，按照严格的逻辑程序从经验数据得到一般规则，从而形成一种认识自然的知识体系。认为自然科学具有独立于认识主体的客观性，与自然的本来面目相一致，与客观自然规则相吻合，由此获得的科学知识是普遍存在的客观实在[6]。因此，在逻辑实证主义哲学观中，科学知识具有严格的客观性、精确性、逻辑操作性、经验可证实性等特点[7]。实证主义科学观的广泛传播和认同，致使科学主义占据了社会主流地位，科学甚至被看作某种超出人类或高于人类的自然规律的本质，导致人类对科学知识的过度崇拜，忽视了科学赖以产生和发展的人文背景。在这种哲学观念之下，科学知识的传授被奉为学校科学教育至高无上的宗旨。1960年代兴起的后现代主义思潮，对实证主义科学观进行了深刻的反思与批判。作为这一思潮的典型代表，福柯、库恩、罗蒂等普遍认为人的因素和社会因素普遍存在于科学知识的建构过程，这一过程大量渗透着非理性因素的影响和价值涉入。科学作为一种社会建制日益突显出其社会性特征，人们逐渐意识到科学知识不再是纯粹客观的存在。科学社会学（SSK）也具有类似的主张，认为社会因素的“参与”改变了科学“作为知识”的单一内涵，科学成为一种“社会情境”（social context）中的科學，倡导从社会维度考察人类的认知活动，揭示知识尤其是科学知识中的社会因素[8]。“作为知识的科学”开始转向“作为实践的科学”。

作为科学实践研究的先驱，皮克林用“科学实践”的概念取代了传统的“科学知识”的概念。他认为科学本质上是一种实践活动和过程，是一项人类在历史进程中创造性的活动[9]，是在社会实践中各种同质或异质的文化因素相互影响、相互作用的结果，科学知识是客观世界本质与现象的某种主观反映。科学实践观的另一位倡导者约瑟夫·劳斯认为，“实践”与“理论”并不是相对的，理论化也是一种实践，科学实践是作为一种选择来代替科学的认识论或者表象论概念[10]。在科学走向实践之后，科学将不再纯粹是自然界的真实摹写，科学理论创建过程中存在很多非理性、非逻辑的因素，以及主体的价值选择、科学共同体背后的利益，等等[11]。在此过程中，科学也逐渐地转变成一种文化，一种社会实践，一项活生生的实践活动，内在于历史和文化的实践活动[12]。此时，科学教育的本质，成为了一种融入社会文化、人文因素在内的实践性建构过程。

在哲学层面的语境中，科学实践的思想旨在打破传统科学知识的纯粹客观性特征，开始注重人的因素、社会因素在科学中的渗透和参与。这就摆脱了由康德赋予自然与社会的两分状态，主张自然与社会之间的混合主体论，将主体、客体、自然、社会与理论、实验等整合在一起。与之对应，科学实践理念下的科学教学不应当仅仅局限于科学的客观性特征，科学的价值涉入致使科学教学不再“纯粹”关注科学知识，科学理论优位的传统地位将被彻底打破，科学理论与实践将走向“统一”。在这种理念下，科学教学从此不再与实践脱离，而弥漫于形而下的“生活世界”之中。

2.2 教学设计层次的科学实践： 一条教学原则

教学设计是教学理念与教学实践之间的桥梁，它上承教学理念，向下则与具体的教学方法相关联，有效的教学设计是科学实践理念在教育实践中顺利实施的必要条件。教学设计既有一定的理论色彩，是一种具有理论性的教学指导方案;同时又明确指向教学实践[13]，在教学过程中属于“途径选择”阶段。为了使理念更好地指导实践，教学设计离不开教学原则的指导。教学原则是教育思想的归纳与概括，也是教育思想的执行准则，受到教学目标的制约，它贯穿于教学设计的各个方面[14]。作為教学原则的教学实践，对教学设计具有实践性的指导意义。

在教学目标设计方面，注重科学理论与实践结合的有效性。与静态的、作为结果的科学知识、科学理论不同，科学实践摒弃了传统逻辑实证主义的科学观，认为科学知识不再是“纯粹”的客观世界的表象，科学实践更多是动态的、发展的，是科学知识和科学理论生产与再生产的过程[15]。与之对应，这种理念指导下的科学教学目标，必须改变教学过程中对科学知识核心地位的推崇，改变理论优位的传统观念，将科学理论与实践统一于科学实践的原则之中，在目标设计中体现出科学实践本身就是科学教学的重要目标。

在课堂交往设计方面，注重学生学习科学过程的体验性。科学实践理念下的科学学习，是一种仿真的、模拟的知识再生产，更多地属于科学知识的学习与探索活动，立足于科学与学生的交互作用。这一过程需要学生在实践中体验科学，发展科学知识对于其自身的意义，它更多的是关注丰富多彩的活动过程而非“硬邦邦”的科学结论。因此，教学设计过程要注重学生的科学学习体验，要明确工具理性与价值理性、技术理性与超越理性都是理解科学的重要角度，引导学生从实践的角度去理解科学，以丰富和深化学生的学习经历，提升科学学习的有效性[16]。

在科学教学评价设计方面，注重学生学习科学的完整性。作为哲学概念的科学实践，具有多重价值内涵，涉及多重要素，相互交织在一起。以科学知识多寡为单一目标的评价，不符合科学实践的基本原则。评价科学教学设计的有效与否，既要关注学生与科学的交往，引导学生认识多重价值涉入的科学本质，提升科学理解能力;也要关注学生在科学学习过程中与他人的交往和联系，包括教师、同伴、家长、社区人员等，注重学生社会性的发展，从而构架一个体现科学自身开放、多元互动、体系完整的科学教学过程[17]。

总之，以科学实践为原则的教学设计，不再将科学教学设计为简单的、机械的、静态的、被动的学习和仅仅关注知识认知需求的过程，而是注重学生经历科学活动、感受科学魅力、参与科学“再创新”的交往过程，从而架构交往的感性与理性通道以提升实践效果。

2.3 教学实践层次的科学实践： 一种教学方法

科学实践哲学观在科学教学中的实施离不开课堂教学，课堂教学是科学实践理念的具体化和操作化过程[18]。不同的教育理念下，教师的教学实践行为是不同的，表现为教师运用教学方法上的差异。教学方法本质上也具有层次性[19]，从抽象的程度来看，教学方法由操作性教学方法、技术性教学方法、原理性教学方法三个层次构成[20]。在科学教学的课堂教学实践层次，科学实践属于操作性教学方法的范畴，我们可以暂且称之为“科学实践法”，它强调学生与科学之间的实践性互动，引导学生全方位地“介入”科学[21]。

传统的以教师宣讲，学生记录、记忆和运用科学知识为主要方式的科学教学，与科学实践倡导的科学教学理念、教学方式格格不入。科学实践理念下的科学教学，将科学视作一种实践，重视将理论与实践相关联，强调学生通过观察、调查、分析、评估、应用等方式，运用科学概念解释科学现象、解决科学问题。科学课堂从传统的注重学生科学知识的理论学习，转向学生通过亲身探索、检验和运用科学知识、科学概念建构科学理论和科学模型来解释现象。美国国家研究理事会认为科学是社会实践和认知实践的综合，强调在科学实践中运用科学知识。因此，学生在学习科学的过程中不仅要能理解科学探究的基本特征，更要在社会实践中应用科学技术，解决社会生活问题[22]。在NGSS中，科学实践被细分为八个维度，每一个维度都注重学生的密切参与。可见，作为实践的科学是“做”与“学”的结合[23]，学生个体与科学之间的互动是学生理解科学的基本途径。因此，在教学实践层面，科学实践强调学生的自主实践、有标准的实践，注重学生学习自主性的积极发挥，在实践过程中强调学生的综合发展和科学素养的提升。这就要求教师在科学教学中力求避免割裂知识学习和实践参与之间的互动，而应该鼓励学生通过自己的亲身实践，去发现问题、建立模型、进行解释，从而最终解决问题。

可见，科学教学中的“科学实践法”，必然包括真实的抑或是模拟的科学研究与探索，既有封闭的实践、实验室实验，也包括开放的、想象的科学实践;强调科学活动既是动脑学习科学知识的活动，同时也是一种“动身”的活动，是身心合一的活动——科学实践既是一种理性的活动，亦包括非理性活动。因此，“科学实践法”的基本形式除了科学思考、科学反思，还包括科学观察、科学参观、科学体验、科学考察、技术操作、科学制作、科学实验，也包括科学辩论、科学阅读、科学写作、科学表达、创造设计、综合实践，等等[24]。同时，按照科学知识学习的客观要求，发现、提出、界定问题的能力是需要学生首先具备的，设计实验、获取数据、分析与解释数据对学生来说也是至关重要的，因为这些涉及学生运用数学与计算思维的能力。在此基础上，还涉及学生建立与运用模型、解释和提出解决方案，根据证据讨论、评价和交流信息等方面的能力。为了避免出现与科学探究类似的问题，NGSS中提到的这些实践形式并非是程序化的，实践程序的设定应当参考作为学习主体的学生的需求[25]，鼓励学生通过自己的方式感知世界，让他们通过实际操作和问题解决获得相关知识经验[26]。

3 结束语

纵观上述，我们从方法论的角度分析了科学实践的层次性，以更好地指导科学教学。但这并非意味着，作为方法论的科学实践意义远远大于其他意义。科学实践是学生学习科学的基本形式，也是学生个体与科学之间的互动方式，在这个过程中，实践离不开与知识的结合，科学实践的意义蕴含于追求科学知识的过程中——NGSS中多次提到的两个关键概念：“学科核心概念”和“跨学科概念”正是说明了这一点。换句话说，科学实践需要借助科学知识来实现对科学的理解和认知，否则会因为强调方法而忽视了其追求的本源，也会陷入科学探究同样的窘境。因此，科学实践虽然不会像科学探究那样有着较为明确的教学过程或步骤，我们也仅仅阐释了实践的基本原则和形式，但它也不是“随意的”实践，而是“有规则”的实践。

从方法论的角度看，科学实践在科学教学中的实施呈现多个层次，教师只有从宏观到微观、从理念到实践，全方位地掌握科学实践的本质涵义，它才能在科学教学中得到正确的落实，它才能成为学生深刻体验和理解科学的一把“钥匙”。否则，科学实践也无法摆脱“跑偏”的命运。

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