項華+++毛澄潔

提高素質水平需要有良好的生理基礎，也需要有良好的素養(yǎng)水平。人們一般從科學、信息、人文三個不同角度認識素質，相應地產生了科學素質、信息素質和人文素質等概念。本文從科學素質的視角展開論述?？茖W教育的內涵總是隨著時代的發(fā)展而不斷進化著。最初的科學教育是人們對自然界零星經驗的總結與傳遞，隨后科學有了系統(tǒng)性發(fā)展，科學教育的任務主要是傳授知識。隨著科學與技術逐漸走上社會舞臺中心，其負面影響相對加大，科學教育除去傳授知識，更要考慮環(huán)境影響、能力培養(yǎng)、情感樹立等問題。當今世界的科技進步日新月異，互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術深刻地改變著人類的思維、生產和生活方式，也深刻地展示了人類的發(fā)展前景。與此同時，各種機遇和挑戰(zhàn)并存，人的科學素質從沒有像今天這樣備受關注?？茖W素質的內涵總是隨著時代的變遷而不斷地發(fā)生進化，其中信息素養(yǎng)已經成為現(xiàn)代人的科學素質進化的重要條件，于是科學教育領域產生了科學信息素養(yǎng)的概念。

但是，科學信息素養(yǎng)是什么？有效地提高學生科學信息素養(yǎng)水平的途徑與方法主要有哪些？諸如此類的問題是擺在人們面前迫切需要解決的問題，既關系到科學教育目的的有效實現(xiàn)問題，也關系到信息環(huán)境下有效教與學的途徑和方法問題。因此解決好這些問題，對于構建新型課堂教學模式，建設“人人皆學、處處可學、時時能學”的學習型社會具有重大的現(xiàn)實意義。

科學信息素養(yǎng)是大數(shù)據(jù)時代人的科學素質進化的重要條件

素質與素養(yǎng)是兩個密切相關的概念。素質主要是用來表征一個人的大腦或者中樞神經系統(tǒng)對于外界刺激的敏感性的概念；而素養(yǎng)是一個人的素質進化的必要內部刺激條件。大腦由很多的神經細胞組成，人剛出生時，神經細胞只有50%是連接的，到3歲時，人的記憶力、智商、信息處理能力都已經固定，大腦基本處于停止發(fā)育的狀態(tài)。但大腦是一個適應性很強的器官，我們也許不能改變大腦的信息處理能力，卻能夠通過經驗的輸入來改變大腦的一些結構，促進神經元進一步生長。神經元具有可塑性，以便讓大腦適應生命中新的刺激?？茖W教育本身就是提升大腦的可塑性的過程，我們需要對大腦進行不斷的刺激，這種刺激保持每天幾個小時，一周出現(xiàn)7天，就會產生有趣的變化。

人的科學素質在生活與生產實踐中始終處于進化之中。如今的“數(shù)字一代”每天都會花很多時間使用數(shù)字化設備，等于大腦在不斷地接受這種刺激，強化了某些神經連接，導致在視覺學習和視覺信息處理上有較強的神經元連接。這使得現(xiàn)代人更喜歡最新的在線視聽覺信息來源，喜歡即時的、有趣的學習。

進入21世紀，基于自然界單一性的科學統(tǒng)一性被確認，納米技術、生物技術、信息技術和認知科學走向聚合，加快了技術進步的速度，并且可能會再次改變我們的物種，其深遠意義可以媲美人類數(shù)十萬代以前人類學會口頭語言。21世紀的結構正在形成一個由比特、基因、神經元和原子要素構成的立體圖景，如圖1所示，這種立體圖景基于計算機手段整合而建構?？茖W探究出現(xiàn)了基于計算機手段的第三種形態(tài)——計算。

圖1 21世紀的結構

隨著計算形態(tài)成為科學探索的新常態(tài)。在某些問題中，虛擬仿真實驗所產生的計算結果與真實現(xiàn)象能夠很好地吻合。比如，圖2-a是科學家采用計算機手段做的潰壩水流虛擬仿真實驗，與圖2-b的真實潰壩水流實驗高度吻合。

a 計算機虛擬仿真實驗屏幕照片 b 真實實驗照片

圖2 潰壩水流的計算機虛擬仿真實驗與實物實驗對比

當代科學家、工程師和普通民眾生活在大數(shù)據(jù)環(huán)境之中，往往需要借助計算機手段協(xié)同攻關，通過計算的方式解決科學問題。這里的數(shù)據(jù)泛指能夠被計算機識別與處理的信息，包括視頻、音頻和文檔等信息，數(shù)據(jù)的單位是比特。一方面實驗或實踐會產生大量的數(shù)據(jù)，另一方面虛擬仿真也會產生大量的數(shù)據(jù)。雖然計算機處理數(shù)據(jù)的速度大約每18周翻1倍，其存儲容量大約每9個月翻一番，但是實驗、實踐或虛擬仿真所產生的數(shù)據(jù)迅速占滿存儲空間。這些數(shù)據(jù)就像一個金礦，人們可以從中提取信息，再通過信息加工，形成科學知識。

現(xiàn)代具有良好科學素養(yǎng)的人不僅要具有理論素養(yǎng)和實驗素養(yǎng)，而且要具有科學信息素養(yǎng)。所謂科學信息素養(yǎng)，是一種借助計算機或者信息技術手段，在海量的數(shù)據(jù)中探索與發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)關聯(lián)或者規(guī)律，解決科學問題的潛能。顯然，科學信息素養(yǎng)是科學素養(yǎng)、信息素養(yǎng)和人文素養(yǎng)的交集，如圖3所示。

針對科學信息素養(yǎng)的定義，可以構建出科學信息素養(yǎng)的觀測模型，如圖4所示?？茖W信息素養(yǎng)主要包括科學信息態(tài)度、科學信息知識、科學計算的典型經驗、科學信息方法等維度，其核心是對科學信息的理解。

圖4 科學信息素養(yǎng)觀測模型（項華，2014年）

其中，科學信息態(tài)度指對于科學信息的意識、興趣和精神等；科學信息知識指關于科學的核心概念、核心歷史和信息知識等；科學計算的典型經驗指運用計算機手段解決科學問題的意識和基本能力；科學信息方法指常見的解決科學問題的計算機手段；最后，所謂的對科學信息的理解是測評科學信息素養(yǎng)的核心，指對科學本質、信息與媒介本質和人文本質的理解，它將決定對其他科學信息素養(yǎng)四個維度的理解深度。

由此可見，基于大數(shù)據(jù)時代對于核心素質的基本訴求，科學信息素養(yǎng)成為當代科學素質進化的重要條件。有必要探討在課程標準、教材與教學評價之中有效實施科學信息素養(yǎng)教育的途徑和方法。

數(shù)據(jù)探究是提高學生科學信息素養(yǎng)水平的直接手段