李 諾 劉恩山

（北京師范大學生命科學學院 北京 100875）

《高中生物學課程標準（2017 版）》指出，科學史與科學本質(zhì)的學習是科學教學的重要組成部分。作為一門自然科學課程，在生物學教學中融入“科學本質(zhì)”，對于提高學生學科核心素養(yǎng)具有重要意義［1］。 其中，“科學工作中高度關(guān)注主觀因素的影響”是科學本質(zhì)的重要組成要素之一。辯證唯物主義提示，主觀與客觀是對立而統(tǒng)一的。若將物質(zhì)看作是本體論中客觀實在的本性，人對實在的感知與認識則是存在主觀性的。 而這種主觀性在反映客觀實在的同時，又在不斷地影響著客觀事物的發(fā)展與變化。

作為人類意識的產(chǎn)物，科學注定不可能是純粹客觀的。科學具有不可避免的主觀性，這在認識論上是不爭的事實。 而這種主觀因素在某種意義上來說，可以算作科學的一種固有屬性。盡管科學以客觀性作為主導與外在表征，然而主觀因素是這其中不能被忽視的重要存在［2］。 因此本研究認為，在科學教學中，“科學工作中要高度關(guān)注主觀因素的影響”至少應具備2 個理解方向：一是明確科學工作中的主觀因素是“客觀存在”，并貫穿于科學工作的始終； 二是在科學工作需努力減少主觀因素的部分消極影響。

1 例證解析

在漫長的歷史發(fā)展過程中，科學所作出的最大努力之一便是“試圖使人們在判定科學真相的時候糾正和克服個人的主觀性”。 在解釋數(shù)據(jù)、記錄報告數(shù)據(jù)及選擇數(shù)據(jù)的過程中，科學證據(jù)隨時都有可能發(fā)生偏離。 科學家的國籍、性別、種族、年齡、政治信仰、先驗知識等，都可能對科學的發(fā)展造成不可避免的主觀因素影響［3］。 普利斯特利（Priestley）關(guān)于光合作用的研究便是其中之一。

與當時的所有研究者一樣，普利斯特利受到亞里士多德空氣概念常識的深刻影響，認為“空氣作為單獨的、基本的、不可再分的元素”是自然哲學中普遍信仰的真理［4］。 因此當他在實驗中發(fā)現(xiàn)薄荷小枝與小鼠在密閉容器中的生長狀態(tài)不同時，率先提出了“燃素導致空氣變質(zhì)污染，植物可以吸收燃素凈化空氣”的結(jié)論，而并沒有考慮空氣可能是由不同種類的氣體構(gòu)成的。 這種對亞里士多德哲學的信仰深刻影響了普利斯特利的主觀判斷，成為阻礙他發(fā)現(xiàn)光合作用原理的重大障礙。

而作為一位具有嚴格認識論主張的研究者，普利斯特利明白任何猜想的機理都必須給予謹慎的考量，因此他的探究并未到此為止。對于普利斯特利而言，認識光合作用還缺少最重要的一步，即如何定義“被凈化的、良好的空氣”。 顯然，這種主觀性“好”與“不好”的判斷缺少某種可被客觀定量化描述的尺規(guī)。 這一思考隨后催生了普利斯特利著名的含氮氣體檢驗法。 通過一氧化氮與空氣中的氧氣反應產(chǎn)生可溶性二氧化氮，進而使水面上升，以此判斷空氣中“氧氣”的多少，從而定義空氣是否“良好”。 顯然，這項新奇的創(chuàng)意為“良好空氣”的檢驗提供了客觀定量化描述的工具，最終幫助普利斯特利改進了光合作用的理論，并逐漸打破了亞里士多德常識的統(tǒng)治地位。

現(xiàn)代科學在持續(xù)發(fā)展的過程中，正不斷地為測量和解釋中盡量減少主觀因素的影響而努力。歷史上伽利略通過發(fā)明脈搏擺測量時間，用脈搏跳動時間代替了主觀判斷因人而異的“快速”和“慢速”，將主觀測量自身變成了外部、客觀、公共支配的測量。時至今日，鐘表的發(fā)明則再一次將時間的概念客觀量化。 伴隨著溫度計、電流表、彈簧秤等科學測量儀器的不斷發(fā)明，使得科學從主觀模糊向客觀精確測量逐漸邁出了堅定的步伐。

2 教學應用

主觀因素的影響一方面作為科學本質(zhì)的重要組成部分，是學生在學習科學時應能夠明確的概念之一，同時它也能為日常的科學課堂教學提供實際的借鑒與幫助作用。具體到教學策略中，它應至少能被細化為以下3 層：認可、消除與利用。

2.1 正確認識主觀因素的客觀存在，促進學生認知發(fā)展 教育研究認為，學生在學習過程中的認知機制，與科學家在進行科學研究時的認知機制是相一致的［5］。這就意味著，學生在學習科學的過程中所遇到的阻礙、困難與主觀干擾，有時與科學家在科學探索過程中所遇到的是相似的。 通過融入科學史教學、展現(xiàn)科學發(fā)現(xiàn)的過程、了解科學家在探索過程中經(jīng)歷的曲折，有助于學生正視主觀因素影響的客觀存在性，幫助教師深入理解學生前概念的產(chǎn)生機制，進而有助于學生概念轉(zhuǎn)變的發(fā)生，最終幫助他們更好地理解科學概念，提升科學 素 養(yǎng)［6］。

2.2 在科學學習中盡量消除主觀因素的消極影響 雖然主觀因素無法完全避免，但其中部分消極的影響則是可以盡量消除的。在教學上，這種對主觀因素消極影響的消除，可比較好地體現(xiàn)在課堂探究活動當中。例如在學生動手探究的過程中，應鼓勵學生多使用精確的實驗儀器與度量單位，減少使用“很多”“一點”“比較短”等一些主觀化的描述與判斷標準； 教導學生不要產(chǎn)生對權(quán)威的過度依賴，應能利用科學思維的范式，通過深入觀察、依靠客觀數(shù)據(jù)與證據(jù)，形成嚴密的邏輯鏈，并在盡可能剔除個人主觀經(jīng)歷、錯誤概念、情緒等影響評判標準的情況下，闡明事實真理，建立自己的結(jié)論主張。

2.3 明確科學是不斷發(fā)展的，提升學生元認知意識 人在認識世界時的主觀意識是無法避免的，由此科學本質(zhì)觀提出，已有的科學概念與理論知識并不是終極的“真理”。 當新證據(jù)與數(shù)據(jù)出現(xiàn)時，已有概念與理論是能夠被改寫、甚至推翻的。因此，科學本質(zhì)上是一個在不斷“自我更正”機制上的累積過程。從認知過程上升到元認知過程后，教師可引導學生不僅理解科學概念，還要思考自己是如何知道這些概念的，以及自己為什么會這么認為，鼓勵學生思考是否可能存在其他解釋與情況，并不斷對自己的意識進行反思。 對科學“去神化”的理解，一方面可伴隨元概念意識促進學生對科學概念的整合與理解［7］，另一方面也可減輕學生對科學知識的刻板印象，提升學生對學習科學的興趣與未來職業(yè)規(guī)劃的傾向性。

如圖1 所示，研究認為上述3 種應用在教學中存在著逐級遞進的關(guān)系： 教師或?qū)W生應首先明確認識到主觀因素的存在，進而在學習中盡量消除其所產(chǎn)生的負面影響，最后做到能利用對主觀因素的存在意識促進科學的學習、反思與發(fā)展。在實際教學中，教師應能認識到學生所處教育環(huán)境中的本體論與認識論定位，依據(jù)授課內(nèi)容特征與學生思維水平進行合理規(guī)劃與選擇，像教授科學主題那樣教授關(guān)于“科學的特征”［3］。

3 教學建議

除直接通過講授的方式教授科學本質(zhì)的觀點外，通過對生物學課堂中的一些探究實驗進行適當改進，也可以幫助教師將“主觀因素影響”的觀點融入日常教學中。

以植物學相關(guān)探究實驗為例，例如實驗中需測定種子的發(fā)芽率、 記錄幼苗的新生葉片數(shù)量或計算幼根根毛的數(shù)量等，此時教師可讓各小組成員進行分工。 其中一部分學生采用表格與統(tǒng)計工具，對每一顆發(fā)芽的種子、葉片數(shù)及根毛數(shù)進行精確數(shù)字的讀取與記錄，生成記錄日志；而另一部分學生可以僅采用“多”“比較多”“少”等主觀描述性詞語進行表述，或者通過學生自己的大致估計，給出一個預計數(shù)值。實驗結(jié)束后，通過匯總?cè)鄶?shù)據(jù)，學生對比總結(jié)2 種不同描述方式的差異與優(yōu)劣，或者由教師選擇對相似數(shù)據(jù)給出不同主觀描述的幾位學生進行“小辯論”，以此讓學生意識到主觀因素對科學研究產(chǎn)生的影響，進而幫助學生理解科學測量儀器在消除主觀因素消極影響方面的重要意義，從而建立依靠客觀數(shù)據(jù)而不是主觀判斷描述科學信息的意識與習慣。

此外，在進行課堂探究活動時，很多學生通過提前預習已記住了教材上探究的“正確結(jié)論”，而這些“標準答案”有時會影響學生記錄數(shù)據(jù)時的主觀傾向性，使學生更愿意按照知道的“正確結(jié)果”影響數(shù)據(jù)的處理，從而表現(xiàn)出主觀因素的影響。教師此時可在探究中融入一些針對性的教育，“提示”學生意識到這種主觀因素對科學研究的影響。

表1 煙草提取液對水蚤心率影響實驗分組

表1 所示的是教學中出現(xiàn)的真實情況。 在進行煙草提取液對水蚤心率影響的探究實驗中，教師可以告知學生，實驗提供的試劑A 為清水，B 為煙草浸泡提取液。而在實際準備實驗材料時，將其中小組2 的A 和B 都同時盛入清水（學生不知情）。由于煙草浸泡提取液能提高水蚤的心率，因此在數(shù)據(jù)記錄階段，小組1 的心率記錄情況應當為B 組＞A 組，而小組2 的記錄情況應為B 組≈A 組。然而，由于受到已知結(jié)論主觀意識的影響，實際上學生的記錄會出現(xiàn)組1 和組2 的數(shù)據(jù)記錄情況相同，均為組B＞組A 的現(xiàn)象，即組2 中A 與B 相同的清水，卻能得到B 組心率＞A 組的結(jié)論。 這說明學生的主觀意識或心理傾向會干擾探究的數(shù)據(jù)記錄。

教師可在討論數(shù)據(jù)時告知學生真相，以此引出主觀因素對科學研究影響的認識，并引導學生進行深入分析與反思，培養(yǎng)學生用客觀公正的態(tài)度對待科學探究的意識。

4 結(jié)語

幫助學生發(fā)展全面準確的科學本質(zhì)觀是科學教育的根本目標之一［8］，而能夠意識到“主觀因素”對科學工作所產(chǎn)生的重要影響，則是科學本質(zhì)觀的重要組成要素。無論是科學家還是學生，都無法完全避免主觀因素對科學工作的影響。因此，正視主觀因素的“客觀存在性”是科學工作者與師生都要邁出的第1 步。科學本質(zhì)觀提示，作為一種知識累積的過程，科學是建立在不斷地自我修正之上的［9］，這就意味著，有時科學理論的推翻與再建立是科學發(fā)展的必經(jīng)之路。由此，無論是科學研究還是科學課堂，都應站在更加中立的視角審視主觀因素的影響，而不是片面地僅僅關(guān)注其中消極的部分，刻意地回避與疏遠它。

在此基礎(chǔ)上，科學教師還應當能夠?qū)@一觀點進行延伸，提升學生對科學本質(zhì)的理解與應用?？茖W教學當中所需要的不僅僅是見多識廣，更要考慮教授科學本質(zhì)的方法［3］。 要教導學生更多地使用客觀測量工具（尺子、天平、溫度計、時鐘），而不是主觀地估計長度、重量、溫度和時間，盡量降低主觀判斷所導致的誤差。更進一步來看，教師還應當能夠鼓勵學生對科學知識的發(fā)展與傳遞進行深入思考與反思，引導學生的元認知意識提升，最終促進學生科學素養(yǎng)的全面發(fā)展。