葉嘉妮

摘 要：科學本質(zhì)作為科學素養(yǎng)的重要內(nèi)容之一，歷來是國際科學教育界討論的焦點。我國科學教材和課程標準對于“科學本質(zhì)”內(nèi)容的較少呈現(xiàn)以及分數(shù)取向在一定程度上影響教師對科學本質(zhì)的理解及其開展科學本質(zhì)教育的教學策略。本文探討了利用社會性科學議題（SSI）情境、融入HPS教學、在技術(shù)增進的學習環(huán)境中開展科學探究的三條科學本質(zhì)教學路徑，并提出建議，以期為進一步改進我國科學本質(zhì)教學提供參考。

關(guān)鍵詞：科學本質(zhì); SSI情境; HPS教學; 技術(shù)增進的學習環(huán)境; 路徑及建議

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1006-3315（2019）01-149-003

一、問題提出

科學本質(zhì)（Nature of Science，NOS）是科學素養(yǎng)的核心內(nèi)涵之一，也是國際科學教育界關(guān)注的焦點。在國際科學課程的改革趨勢下，科學本質(zhì)教育成為科學課程的重要內(nèi)容，并呈現(xiàn)于許多國家和地區(qū)的課程文件中。如美國2013年發(fā)布的《下一代科學教育標準（NGSS）》細化了科學本質(zhì)的教育內(nèi)容，并將其內(nèi)隱于“科學與工程實踐”、“跨學科概念”中;英國2014年發(fā)布的新版《國家科學教育課程標準》將科學本質(zhì)作為課程學習計劃的總體目標之一，并注重學生在探究過程中理解科學本質(zhì)等。[1]雖然科學教育界尚未形成明確統(tǒng)一的科學本質(zhì)定義，但在K-12教育階段教授何種科學本質(zhì)逐步達成共識。McComas等人[2]基于八份國家科學課程標準文件中提煉出的科學本質(zhì)內(nèi)涵在國際上廣受認可。如科學知識兼具暫時性和持久性;科學知識依賴于觀察、實驗證據(jù)、論證和質(zhì)疑;科學是社會和文化的一部分;科學和技術(shù)相互作用等。

國際科學教育界在追問“什么是科學本質(zhì)”的同時，對如何開展科學本質(zhì)教學進行了多維度的探索，并逐步延伸出了諸如設置社會性科學議題情境、融入HPS教學、在技術(shù)增進的環(huán)境中開展科學探究等多維視角。就我國而言，雖然在新課程改革文件中強調(diào)對科學本質(zhì)的關(guān)注，但對于科學本質(zhì)的規(guī)定更多停留在“理念”層面，并沒有明確的具體細則目標和內(nèi)容標準。探析科學本質(zhì)教學的實踐路徑是我國科學課程改革的重要方向之一，有助于科學教師將對科學本質(zhì)的理解轉(zhuǎn)化為課堂實踐。

二、科學本質(zhì)教學的路徑探析

（一）路徑之一：利用社會性科學議題（SSI）情境

SSI是指當代科技發(fā)展和應用所引發(fā)的一系列帶有爭議性的議題（如克隆技術(shù)、基因改造食品、全球氣候變暖等）。其因涉及人權(quán)教育、性別平等教育、環(huán)境教育等議題，產(chǎn)生經(jīng)濟、文化、生態(tài)環(huán)境、倫理道德等方面的問題而備受爭議。[3]針對科學學習而言，科學知識是在一定的情境脈絡之中個人建構(gòu)和社會建構(gòu)的共同過程。在情境中融入議題，在開放、兩難、結(jié)構(gòu)不佳的真實問題中學習隱藏其背后的科學知識，有助于理解當代科技運用中出現(xiàn)的沖突性問題。

國外對于利用SSI情境促進科學本質(zhì)教學的研究以英、美國家為首，并興起于上世紀80年代。發(fā)展至今關(guān)于SSI的議題內(nèi)容廣泛、教學模式豐富、實證研究較為成熟。國外學者Sadler[4]指出，利用SSI情境開展教學所關(guān)注的科學本質(zhì)內(nèi)容在于（1）科學知識的嘗試性;（2）科學建立在經(jīng)驗證據(jù)基礎之上;（3）科學包含科學家的創(chuàng)造性活動;（4）科學和社會文化間具有互動關(guān)系。Karplus的5E學習環(huán)教學模式、林樹聲的七步教學模式、Buhamu和Mitchell的五階段教學模式等影響廣泛。此外，學者們在SSI情境促進科學本質(zhì)教學的實證研究上也做出了諸多貢獻。如國外學者Zohar和Netmet[5]針對以色列的初中學生展開基因工程議題的測驗結(jié)果表明，學生在科學論證、解決真實性問題的遷移能力方面的表現(xiàn)顯著提高，其對“科學和社會文化具有互動關(guān)系”的科學本質(zhì)有深刻的理解。學者Walker和Zeidler[6]在美國高中開展的基于轉(zhuǎn)基因食品的課程評估結(jié)果表明，SSI情境中學生對于科學本質(zhì)的理解（如科學的主觀性、暫時性、發(fā)展性、創(chuàng)造性，科學的社會方面）有所增加。相比于國外，我國仍處于SSI情境下教學內(nèi)容與模式的引進及介紹的初探階段，主要涉及教學策略、批判性思維、與STS的比較等方面，文獻形式以綜述為主。但不難發(fā)現(xiàn)，利用SSI情境的教學方式正逐步引起我國教育工作者的關(guān)注。

如何著眼于國內(nèi)科學教育現(xiàn)狀進行論證研究，是開展科學本質(zhì)教學的困境之一。其一，在我國基礎學習教學模式下，強調(diào)概念和事實的灌輸式學習方式和一元價值觀的課程觀念。議題中心教學受限于學科結(jié)構(gòu)，難以進行客觀學習評價。其二，研究數(shù)據(jù)顯示不同年齡段的學生普遍存在難以進行高質(zhì)量的課堂討論的問題，情感、道德、文化以及如何對學生進行知識整合等都值得考量的因素。其三，課程標準和教材對SSI情境的編制仍有較大的完善空間。我國現(xiàn)有的課程標準只是在“科學、技術(shù)、社會”內(nèi)容標準中提及要重視當代社會重大問題，并未對相關(guān)內(nèi)容給出明確的規(guī)定，且問題涉獵缺乏多樣化。

（二）路徑之二：融入HPS教學

HPS教育研究是國際科學教育中關(guān)于科學史教學的重要課題之一。荷蘭的PLON課程、HPS教育（將科學史和科學哲學融入科學教學）以建構(gòu)主義和人本主義學習理論為基礎，強調(diào)舊知整合新知識的重新建構(gòu)過程。其核心內(nèi)涵就是對科學本質(zhì)的認識。國外研究學者對于HPS教育有一些共性的認識，如HPS教育要使學生理解科學本質(zhì)的內(nèi)涵，體會科學是解釋自然現(xiàn)象的一種嘗試、科學結(jié)果有可重復性、科學和技術(shù)相互影響等。

在國外HPS教育的實踐研究中，英國學者Monk和Osborne[7]于1997年提出的“融合”模式是其中較為經(jīng)典的教學模式之一。“融合”模式以“提出問題-引出觀念-學習歷史-設計實驗-呈現(xiàn)科學的觀點和檢驗-總結(jié)評價”為基本步驟，對認識科學的重復性、科學研究的艱難性、科學家的創(chuàng)造性等方面大有裨益。此外，諸多學者研究表明，歷史個案研究、科學寫作、利用科學史中的失誤、反思性學習等方式融入科學課程能有效提升學生對于科學本質(zhì)的理解。近年來，國內(nèi)越發(fā)重視HPS教育，重要集中在研究HPS國際科學教育動態(tài)、將HPS運用于科學教育實踐、關(guān)于HPS與科學教育改革等。眾多學者借鑒國外經(jīng)驗，并結(jié)合我國社會文化背景進行本土化研究。如黃曉[8]反思單擺教學對科學本質(zhì)關(guān)注的缺失，以歷史個案研究的方式提出“歷史-探究-反思”方法開展科學本質(zhì)教學的教學策略，并借此加深學生對“科學、技術(shù)、社會文化相互作用”科學本質(zhì)的理解。李艷瓊[9]提出針對不同課型進行本土化改良出相適應的滲透科學史的教學模式，并發(fā)現(xiàn)運用“IHVs情境-陶冶“、“自學-指導“、“探究、建構(gòu)”等模式有助于學生對于“科學家身份”、“非權(quán)威性”、”科學的暫時性與持久性”等科學本質(zhì)的理解。

通過HPS教學促進學生科學本質(zhì)提升在本土化過程中存在著諸多問題。其一，科學史可能是一部“偽歷史”。歷史資料本身的不準確容易呈現(xiàn)出“歪曲”和“篡改”的歷史。硬生生地引導學生得出所謂的“正確結(jié)論”的做法不可取。其二，HPS融入科學教學對教師在科學史和科學哲學方面的素質(zhì)提出更高的要求，教師必須有足夠強的科學探究的歷史傳統(tǒng)及敏銳的判斷力。而現(xiàn)行師資培訓模式下的教師往往達不到這樣的標準。其三，我國教材中與HPS相關(guān)的內(nèi)容較少且呈現(xiàn)方式主要以插圖和文字為主。若僅僅以此作為激發(fā)學習興趣、附加知識等功能進行傳授，并不能達到理想效果。

（三）路徑之三：在技術(shù)增進的學習環(huán)境中開展科學探究

技術(shù)增進的學習環(huán)境助力技術(shù)變革科學學習是推動信息化的創(chuàng)新發(fā)展浪潮下科學教育發(fā)展的必然趨勢。技術(shù)增進的學習環(huán)境主要是指通過技術(shù)腳手架和承接性強的學習活動，為學生提供交互式的自主探究技術(shù)環(huán)境。學者Slotta[10]指出，有效促進學生進行自主探究的網(wǎng)絡學習環(huán)境主要包括?！澳_手架探究環(huán)境（如WorldWatcher、BGuLIE等）及“沉浸式環(huán)境”（如River City、Quest Atlantis等）兩大類別。這些規(guī)?；椖客ㄟ^設計研究促進學習的情境性、協(xié)作交流和意義建構(gòu)。學生在情境建構(gòu)中經(jīng)歷與科學家進行科學探究相似的過程，徹底擺脫缺乏思維深度和流于形式的假探究的限制。此外，研究表明利用互聯(lián)網(wǎng)為學生提供交互性課程材料（可視化模擬試驗和科學模型）和探究工具（提示、反思性比較、概念圖等），支持學生開展在學校實驗室或日常生活中難以實現(xiàn)的探究活動是促進學生理解科學本質(zhì)的有效途徑。[11]

美國Marcia Linn教授團隊開發(fā)的基于網(wǎng)絡的在線科學探究學習平臺（Web-based Inquiry Science Environment，簡稱WISE）作為技術(shù)增進的學習環(huán)境的典型代表，兼具腳手架探究環(huán)境及沉浸式環(huán)境的功能。WISE為提供學生進行主動探究的環(huán)境，使學生轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W概念的建構(gòu)者角色，從而有助于學生深入理解科學本質(zhì)。[12]Linn及其同事借助知識整合（KI）視角，借鑒并融合了建構(gòu)主義學習理論及部分認知主義理論（諸如“有價值的困境”、“可視化在科學學習中的作用”）。學生在“析出觀念”-“添加觀念”-“辨分觀念”-“反思觀念”的過程中使其所持有的觀念之間形成聯(lián)結(jié)，并由此建立起學生對于科學現(xiàn)象的一致性理解，從而促進對科學本質(zhì)的認識。如以WISE的光合作用課程單元為例，學生需要在課程單元所提供的與生活經(jīng)驗及文化背景相關(guān)的情境下，以“能量轉(zhuǎn)化”為線索，通過可視化工具、在線游戲等活動不斷經(jīng)歷“假設-重復嘗試-驗證”的自主探究過程，增強關(guān)于“科學基于實證、科學知識具有暫時性并不斷發(fā)展”等科學本質(zhì)。

技術(shù)增進的學習環(huán)境為我國的教育改革帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。其一，技術(shù)支持下的泛在學習對教師轉(zhuǎn)變角色發(fā)起挑戰(zhàn)。如何在借助多種技術(shù)工具交互下促進學生對于科學本質(zhì)的理解及科學概念的一致性理解，促進科學素養(yǎng)的提高，是仍待商議的話題。其二，我國對于本土化的基本問題和真實情境的本土化互動式學習平臺設計比較缺乏，此領(lǐng)域仍需要深入研究和開發(fā)。其三，我國自主開發(fā)的基于技術(shù)支持的學習環(huán)境不能靈活地適配課程。如何增強學習環(huán)境與課程的匹配度仍是目前亟需解決的問題。

三、科學本質(zhì)教學的實施建議

（一）探析利用SSI情境的本土化路徑，加強師資培訓與教材開發(fā)

教學模式及實證研究尚未成熟，學生不能理解相關(guān)社會性科學議題、教學內(nèi)容匱乏、教學時間較長等因素是實施SSI情境教學的難題。首先，教育工作者應努力尋求SSI情境中進行科學本質(zhì)教學的本土化路徑。如充分挖掘生態(tài)、資源使用、健康、道德等議題的科學本質(zhì)內(nèi)容，并開發(fā)本土化教學模式，加強在中小學SSI教育的實踐研究（如選擇特定的內(nèi)容，運用SSI情境與課堂教學有機結(jié)合）。其次，在師資培訓中加入SSI及教學方面內(nèi)容。通過舉辦專家講座、組織專題研討活動、網(wǎng)絡研修等方式介紹多元化的教學策略（如開展辯論會、使用科學戲劇等）。增強教師利用SSI情境進行科學知識和探究教學的同時，融入科學本質(zhì)教學的觀念，使其意識到傳統(tǒng)的“基礎學科教學”與“SSI情境教學”的區(qū)別。再者，借鑒美國等發(fā)達國家在教材《科學探索者》《科學焦點》等中在議題的選擇和編寫的特點，并結(jié)合地方特色開發(fā)本土化特色教材，為教師借助SSI情境開展科學本質(zhì)教學提供參考。

（二）改良HPS教學模式，融入地方特色

盡管HPS教學模式融入科學課程的多方面價值受到國際科學教育專家們的認可，但應試教育的大背景下，教師、學生難以從授受主義的桎梏中得以解放。首先，改良HPS教學模式，積極設計融入HPS模式的本土化新型科學課程并融入地方特色。國內(nèi)對HPS教學模式的研究大多以“融合”模式為主，缺乏普適價值。故結(jié)合實際教學的課型進行調(diào)整，并設計融入HPS模式的本土化課程，教給學生“真實的、歷史的科學”，而不是“神話式”的科學。其次，開發(fā)HPS教育培訓模式。教師對科學史、科學哲學的理解會直接影響學生，故通過對教師進行科學史和科學哲學的培訓至關(guān)重要。效仿美國、英國、日本等國家為科學教師制定標準，通過對在校師范專業(yè)學生進行普及，以及國培計劃，工作坊等方式進行推廣宣傳，為教師的專業(yè)化發(fā)展提供參考。

（三）合理利用技術(shù)增進學習環(huán)境，努力實現(xiàn)教師角色轉(zhuǎn)變

信息技術(shù)為未來教育環(huán)境下開展教育活動的發(fā)生提供了豐富且多元的情境，為增進學習、實現(xiàn)探究提供了可能性。研究者發(fā)現(xiàn)，復雜的社會和技術(shù)環(huán)境中深度學習更有可能發(fā)生，在技術(shù)增進的學習環(huán)境中利用科學探究促進學生科學本質(zhì)發(fā)展是有效的。首先，教師應合理利用技術(shù)增進學習環(huán)境（如WISE、虛擬實驗、在線學習資源等）為學生開展基于真實情境的自主探究活動，促進其高階思維的發(fā)展。其次，教師應加強角色轉(zhuǎn)變的觀念，在實踐共同體中創(chuàng)造全新角色?！缎旅襟w聯(lián)盟地平線報告-2017基礎教育版》也深刻揭示出在技術(shù)應用時代下重塑教師角色的重要性。課堂支持者、學習促進者、資源開發(fā)者、學習指導提供者等多重身份為教師帶來了巨大挑戰(zhàn)。