看点丨提升学生科学素养的三条途径

中关村互联网教育创新中心 · 公众号 · · 2024-10-21 13:12

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以信息技术、人工智能为代表的新兴技术的快速发展，正改变着科学研究的方式，使科学以全新模式对社会与个人生活产生了广泛渗透。与此同时，全球科学教育的重心正在向提高所有人的科学素养转移。我国已经成为全球有重要影响力的科技大国，党中央作出实施创新驱动发展战略、建设世界科技强国等一系列重大战略部署，这对人才培养，特别是对作为科技创新前提的科学教育，提出了高要求、赋予了重大使命。我国教育界和科技界联动，大力推进科学教育的高质量发展和创新发展。可以说，我国科学教育迎来了前所未有的发展机遇，但同时也面临着更加艰巨的挑战。如何理解科学素养？什么样的实践更可能有效提升科学素养？一起来看——

当前国内外的科学教育改革方案十分强调科学素养，但是所提出的实现途径并未充分考虑不同群体如何以更为广泛、多样、适应、负责任的方式来实践科学。科学素养被一致地认为是衡量教育成果的重要指标，科学素养的维度及其构成引导着科学教育的方法和途径。然而，究竟什么是科学素养、如何提高科学素养，对这两个问题的理解还非常多样、深浅不一。因而，有必要反思关于知识与学习的认识模型，重新审视科学素养及其培养途径。

一、科学素养的经典维度：个体能力特征

经过半个多世纪的积累，科学素养的研究成果已极为丰富，其中对个体科学素养的共同关注包括七个方面：基 础性素养、内容知识、理解科学实践、识别和判断恰当的科学专门知能、认识论知识、对科学的文化理解，以及倾向和思维习惯 （见表1）。这也反映了目前研究界对科学素养的理论共识。

表1 对个体科学素养的共同关注

纵览各国对于学校科学类课程中科学素养目标的界定，尽管各呈其词，但大致可以从认知、能力（行动和潜能）和个人品质三个方面加以归类。分析不同的陈述可以发现，目前中小学通过课程途径提升科学素养的主要理据是，学生在课堂上的活动应该能够用于当前和未来的生活之中，而非当下生活的一部分（即学习和活动依然是脱离的）。换言之，为儿童及青少年设计的学校科学课程，往往是“纯粹的”，对科学素养培育的连贯一致性和情境性并未作充分考虑。国际上的批评声音主要集中于认为这样的课程不但与“公民”目标相脱节，而且难以培育出科学家。我国也存在类似的情况。经过20年的基础教育课程改革探索和教师培训，教师们对一些新理念已经耳熟能详，也熟悉了针对某个概念或技能的教学法，甚至已在勾画各种“大概念”及操作路线图。但是，科学课堂上快节奏、小步子、探索不充分、急于检测成果等操作依然很普遍，且反映“真实科学生活”的重要过程如科学推理、科学建模、科学论证等也不多见。这种“教室中的科学”可能让学习者在短时内记住许多知识，却很少能真正影响科学态度和科学行动。

这些现象的长期存在，说明 科学素养教育依然立足于这三个假设：科学素养是个体属性；科学是人类理性行为的典型模式；校内知识可在课后用于生活 。由此，研究者及教师们经常考虑的是：该如何使个体学会应用（内化）或建构特定的科学概念；该教授哪些科学内容；该如何让学生把科学用于课外情境中。这些思考是顺理成章的，相应的研究成果及实践也比较丰富，然而从现在及长远看，却是有局限的、偏颇的。因为，这其中有意无意地忽视了知识和学习的一个重要维度——参与社会行动（或集体实践），忽略了科学素养的集体情境属性；忘记了科学理性从来都不是一意孤行的，而总是在人们日常的集体决策过程中可能用到的资源之一。如果没有这样的集体情境让科学素养处于真实实践中，那么，我们提出的对科学素养的各种美好想象可能都难以兑现。

二、科学素养的新维度：集体实践

其实，科学素养的集体实践维度的重要性早已被意识到，相关表述也并不陌生。例如，20世纪70年代，伴随着结构主义课程向社会课程的转向，美国科学教师协会指出科学素养关涉人们在与周围世界和世界中的他人互动时，使用科学（内容、过程和相关价值）进行日常决策。近年来，美国为其基础教育建立了科学教育的新框架和新标准，重视给学生提供参与科学实践的更多机会，尤其注重以科学与工程实践及数学的联系为基石，建立面向科学素养的科学教育统一框架，以打通学科隔阂并联结当下和未来。但是现实中可行实践不足以及基础设施、差异和公平等方面存在的问题，让这一行动方案正面临许多挑战。

又如，经合组织（OECD）关注科学素养对国家经济发展的预测价值，认为有科学素养的人愿意参与关于科学和技术的理性对话，而这种对话需要一些基本的科学能力，如科学地解释现象、评价和设计科学探究、科学地解释数据和证据等。以此为基础的国际学生评估项目（PISA），设置了涉及科学沟通、利用计算机协作解决问题的能力测试。再如，继2015年欧盟委员会提出《为负责任公民的科学教育》框架之后，2019年欧洲议会针对教育中的挑战，重新界定了科学素养的内涵，指出科学素养超越了科学内容的知识，应该理解为能够批判性地参与科学相关议题并作出明智的决策，提出了更为综合的框架，包括基础性素养、科学知识和能力、对科学的情境性理解、批判性思考、社会参与的主动性等核心内容，并指出它们与媒体素养、积极公民身份、全球胜任力等素养密切相关，呼吁所有教育层次和学科领域都要纳入科学素养的各要素，将科学素养作为重要的学习结果。

显然，科学教育政策中已不乏对科学素养集体维度的表达，但是研究领域中的讨论依然落于个体胜任力层面的表现，对群体乃至社会系统层次的科学素养的合力作用关注不够。不过，这正在成为科学素养研究和决策的新方向。欧盟、OECD等国际组织及美国等国家，已经着手新的科学素养研究和教育实施行动。例如，一些过往比较边缘的话题（科学伦理、科学精神、科学共同体规范等）和以“沟通科学”“参与科学”为目的和手段的教育形式（科学辩论、科学戏剧、科学文学等），现在都出现在科学教育政策和研究的话语中。这些关于科学素养的新行动秉持这样的立场：科学素养，重要的不是作为个人属性的知识和技能，而是那些人类可以集体利用、发挥作用的知识和技能。由此，科学素养如何作为群体实践而发挥作用，成为科学素养研究新议程的核心。

三、指向科学素养提升的科学教育新途径及相关建议

与科学素养研究的新议程相呼应，在基础教育领域出现了重视集体实践的科学教育途径，它们凸显“探究-参与”取向的科学学习观，即强调学习者参与科学专业共同体的实践，科学专业人士参与“科学外行人”的社群实践。这些新途径让青少年更充分地参与科学、认识科学本质，用新型工具解决相关问题，从中发展科学兴趣。

针对国际评估（如PISA）结果折射出的我国义务教育阶段科学教育的短板（如学生对科学知识的生产过程及科学本质缺乏深入理解，对科学方法的意义和运用缺乏真正的掌握，对科学的兴趣缺乏持久性，多数学生对科学事业认识不足等），真正提升科学教育的质量，需要从根本上改变惯习性的低效途径。大量研究显示，多数学生在14岁之前就形成了自己对学校科学的兴趣和态度，且学校科学教学的质量是影响学生科学兴趣保持的关键。因而，确保义务教育阶段科学教育的高水平专业师资供给，是重中之重。与此同时，应根据学习规律，将科学教育活动的重点转向让学生投入于对科学现象的探索，为学生深度参与科学实践、在社会行动中理解科学提供支持和帮助。

对此，有必要在以下三个方面展开更多探索：

一是运用多样、新颖的科学实践。 对小学高年级以上的学生，可将工程学方法用于科学探究，或将工程问题科学化（探究工程问题背后的科学原理），利用数学和信息技术进行科学建模、数智模拟和计算实验。这些实践都涉及借助合作、协商、权衡各种因素并作出决策等集体实践，利于科学素养的提升。

二是科学建构与身份建构并行。 让学生进入真实情境或模拟场景中，学习处理科学、技术与社会因素的关系，了解科学家包容的科学经验和实践，批判地使用科学，以逐步形成伦理判断力，涵养科学价值观。

三是参与科学研究过程。 学校为学生提供专门的课题研究机会，并鼓励他们参与公民科学计划等。与一般的科普活动不同，公民科学把民众作为科学研究的参与者。例如，中学生与当地的科学家合作，参与海洋、环境、动植物等与学生自身关系密切的问题的科学研究。公民科学是国际上普遍认可的科学素养提升和科技人才早期培养的重要方式。我国越来越多的大科学基地正积极设立面向青少年的公民科学计划，其中的实践鼓励参与者使用社交媒体和技术增强的数据获取方式，参与真实科学研究，接触科学共同体，有力地加强了科学、教育普及与科学研究之间的互动共进。

在教育数字化转型的大环境下，上述这些探索应当成为我国科学教育政策、研究与实践的新方向，纳入国家科学教育发展战略和新一轮科学课程实施的议事议程，加以鼓励和推进，从而充分利用现代技术优势，加快科学教育新途径的构建，力争率先在一些方向上走在世界科学教育的前列。

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