重視中小學科學教育和課程改革的基礎性研究的論文

　　摘要：支持當前科學教育和課程改革的兩個基礎性研究包括：一是對于科學本身的研究和認識，主要是指科學哲學、科學歷史和科學社會學等；二是對于科學教育和教學過程的研究，主要是在科學教育領域的學習理論、學生概念的發(fā)展理論等。這兩個方面的基礎性研究對國外科學教育和課程改革產生了深刻的影響，而當前我國在這兩方面研究對于中小學科學課程促進作用似乎還沒有引起廣泛的重視。

　　關鍵詞：科學教育；課程改革；基礎性研究；可持續(xù)發(fā)展

　　當今世界，任何國家都不能忽視科學技術對于社會發(fā)展和人民生活水平提高的重要作用。具有持續(xù)創(chuàng)新能力和大量高素質的人力資源，成為一個國家經濟發(fā)展、社會進步的關鍵。中小學科學（理科）教育一般是指有關自然科學的基礎教育，它是提高全民族科學技術素養(yǎng)水平的奠基工程，也是落實“科教興國”戰(zhàn)略的有機組成部分。1999年1月在《面向21世紀教育振興行動計劃》中，提出構建我國面向21世紀的基礎教育新課程體系，標志著中小學教育實質性改革進入了一個嶄新的階段。

　　科學技術本身的飛速發(fā)展，不僅改變著人們的生活方式、質量以及生活的環(huán)境，影響和改變著人們的宇宙觀、道德觀、價值觀和人生觀等，也昭示著傳統(tǒng)中小學科學教育目的、內容和形式需要經受重新檢驗和整合。同以往任何一次課程改革一樣，新一輪科學教育和課程改革都應有支持其進行的理論研究基礎。結合近年來對影響科學教育和課程改革的基礎性理論的學習和體會，筆者認為，當前科學教育和課程改革的理論基礎發(fā)生了一些變化，主要是由原來直接依賴于教育學和心理學的基礎，轉向以對科學本身性質的研究和認識，以及成為一個獨立研究領域的科學教育教學研究為基礎。換言之，本次科學教育及課程改革比以往更具有直接而堅實的理論研究基礎。正是認識到這一點的重要性，筆者不揣淺陋提出一些看法，就教于方家。

　　一、關于科學性質的認識對科學教育和課程改革的影響

　　對于科學本身的認識，同如何看待和認識科學教育問題是緊密相關的。以Bernal，J．D．為代表的科學家認為，在不同的時期和不同的場合，科學有不同的涵義�？茖W的多種定義和解釋，都反映了科學某一方面的本質特征。常見的表述有以下幾種。

　�。�1）科學是人對客觀世界的認識，是反映客觀事實和規(guī)律的知識。在這種表述中，說明了人們依賴生產實踐、生活實踐和科學實驗獲得對客觀世界的認識，其中，科學的認識主要包括對于客觀事實和規(guī)律的認識，即發(fā)現歷史事實、社會事實、自然界的事實和其他事實以及對于事物發(fā)展過程中事物之間內在的、本質的、必然聯(lián)系的認識。

　　（2）科學是反映客觀事實和規(guī)律的知識體系，認為科學是關于自然、社會和思維的知識體系。

　�。�3）科學是一項與反映客觀事實和規(guī)律的知識體系相關活動的事業(yè)。

　　20世紀中葉以來，人們逐漸認識到，只將科學看做反映事實和規(guī)律的知識體系，已經不能適應當前科學技術的發(fā)展和社會對科學技術的需要，越來越認識到科學技術作為一種人類的事業(yè)在社會總體活動中的地位和作用，除具有認識世界的巨大功能外，還具有改造世界的強大生產力功能。[1]

　　以科學及其活動本身作為研究對象的科學哲學、科學史和科學社會學，在20世紀先后成為獨立的學科，并取得了較大的發(fā)展，使人們對于科學的性質、結構和功能及科學發(fā)展的規(guī)律有了深入的了解，也正在對中小學科學教育產生著深刻的影響。

　　傳統(tǒng)的理科課程論是以經驗科學論的歸納法和演繹法為基礎的。前者強調知識的學習必須以大量的科學事實作為概括理論知識的基礎，掌握知識應通過“觀察與試驗──獲得現象、事實──歸納概括成理論知識──推廣”的過程來進行；后者強調學習知識應重點放在掌握基本的概念和法則上，通過它們來擴展知識，學習的過程是：“認識一般原理──檢驗個別事實──推廣出新原理”。應當承認，這兩種途徑對于認識和掌握大量知識是有益的，但不能很好地滿足由于科學和技術的發(fā)展對培養(yǎng)未來型人才，尤其是培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的新要求。

　　隨著當代科學哲學的蓬勃發(fā)展，科學認識論有了創(chuàng)新，自20世紀50年代以來，以Popper，K．為代表的證偽主義或批判理性主義逐漸引起人們的注意，認為科學認識的過程是一個假說—推理（證偽）的過程，解決科學問題需要經過下列幾個不同的階段：[2]

　　●一個問題存在于某種學說里（提出問題存在的可能范圍）

　　●新的理論或學說可以解決這個問題（提出假設）

　　●用新的學說推演可以得到嚴整的建議（提出證偽途徑）

　　●用辯駁性試驗來驗證建議（證偽）

　　●確定合理的學說（去偽存真）

　　60年代又出現了以Kuhn，T．S．為主要代表的歷史學派，強調用歷史的觀點去研究科學的發(fā)展變化，并提出了“科學革命”的科學認識發(fā)展學說，認為科學的發(fā)展是由一系列徹底的“革命”來促進的，他提出了“范例”（也譯稱范式）的概念，認為科學是“范例”的不斷演化與積累。[3]他認為科學家并不是以研究和驗證（包括反駁）假說來發(fā)展科學的。他將科學發(fā)展的過程描述為前科學 常規(guī)科學科學革命新的常規(guī)科學……，他還將“科學共同體”作為科學認識的主體，[4]從而將社會學和心理學的因素引入了科學哲學中，產生了一種全新的“建構主義”科學觀點。

　　Popper，K．和Kuhn，T．S．的科學認識發(fā)展學說對當代中小學科學教育和課程理論產生了深刻的影響。影響之一，是科學課程在內容的組織上較為強調運用“假說──推理──闡明結論”的方式，并力圖將這種方式也貫穿于科學教學過程；影響之二，是在科學教育中重視科學概念、科學理論和科學發(fā)展史等知識內容的學習，教材的組織也十分重視它們之間的綜合 。

　　有研究表明，如何看待科學，特別是教育工作者自己的科學觀念，對于學生的科學觀念的形成和發(fā)展始終起著很重要的作用。不過，自20世紀80年代以來，關于科學性質的認識，從來沒有像現在這樣受到科學教育研究者和教師的廣泛關注，并產生如此深刻和巨大的影響。這種影響有下列兩個主要的特點。

　　第一個特點，關于科學本身的認識對教育工作者的教育觀念有深刻影響。有人指出，傳統(tǒng)科學教育中存在著一些誤區(qū)，[5]例如：

　　科學家是特別客觀的

　　科學就是孤獨的探索

　　科學和技術是等同的

　　假說變成學說，后又變成定律

　　科學定律和其他一些觀念是絕對正確的

　　仔細積累的證據就逐漸成為可靠的知識

　　為了使科學結論準確，必須反復驗證

　　科學及其方法能提供可靠的證明

　　科學更多的是漸進過程，而不是創(chuàng)造

　　科學及其方法可以解決所有的問題

　　實驗是通向科學認識的主要途徑

　　一種科學新知識的接受是很快的

　　科學模型代表真實的事物

　　上述一些似乎沒有任何問題的觀點，長期以來，都在潛移默化地指導著科學教師的教學過程。

　　第二個特點，盡管不同的學術觀點仍然在繼續(xù)論爭，但關于科學性質、科學歷史和科學社會學的一些觀點開始進入中小學科學教育的課程內容。從國際上有影響的8種科學教育課程標準等有關文獻中可以看出，一些觀點得到了較為普遍的接受。[5]例如：

　　盡管科學知識經受長期的考驗，但是，它卻具有可變的特質

　　科學知識更多地依賴于觀察、實驗證據、理性辯論和懷疑精神

　　科學研究的一般方法和一步步的科學步驟不一定得到可靠的科學結論

　　科學力圖解釋自然現象

　　各種定律、學說在科學中起到不同的作用，所以，學生應該注意到學說即使獲得了很多的證據，也不一定變成定律

　　新知識必須清晰、公開地報導

　　科學家需要準確的實驗記錄，也要受到科學共同體的審查、批評

　　觀察離不開理論的指導

　　科學家具有創(chuàng)造性

　　科學歷史表明其發(fā)展既有進化的特點，也有革命的特點

　　科學是社會和文化傳統(tǒng)的組成部分

　　科學和技術是相互作用的

　　科學觀念還受到社會和歷史環(huán)境的影響

　　在過去的二十多年中，西方中小學科學教育界有關科學性質問題的討論，確實對科學教師的傳統(tǒng)觀念產生了強烈的沖擊，甚至出現了一些科學相對主義的傾向。而在我國中小學科學教育界，隨著課程改革的深入進行，關于科學性質等問題也開始成為熱門話題，越來越需要對此問題進行專門的討論和研究。

　　二、教學同學生發(fā)展的研究對科學教育和課程改革的影響

　　在科學教學過程中，教師都在有意無意地采用著一些有關學生學習的理論和假設。例如，認為知道是什么一定先于知道怎么樣；認為有效的學習順序是，先接受、記住，再通過一系列練習增強理解，后再試圖應用；認為最好先在較抽象的層次上講解，然后，再在不同的背景中應用；認為通過外來壓力可以提高學習的動機，而不是通過改變學習的形式或呈現內容的方式；認為學生學習的困難和失敗是由于學生的能力不足或不夠努力，很少考慮教師自己喜歡和擅長的學習風格同學生學習風格是否匹配等。

　　近年來，科學教學理論的研究者通過他們長期深入的研究，也有很多教師通過自己的教學實踐，開始反思這些基本的假設。他們認為，基于上述假設的教學只能使一小部分學生學習成功，而沒有激活和開啟其他更多學生的學習動機和潛能。具體地說，學習應該建立在并開始于學生所知道的知識、已經具有的觀念，只有通過這種途徑，才能使學生將新知識納入他們自己的有意義的結構中。

　�。ㄒ唬┙�構主義學習理論

　　建構主義學習理論在過去的二十多年中，對中小學科學教學有廣泛的影響，其基本觀點認為，學生是主動的學習者，在他們進入課堂前就已經具有了一些關于自然現象的觀念，這些觀念來自于他們的日常生活經驗。因此，學習科學就不僅包括適應新的觀念，而且包括修正或者取代已有的觀念。這種過程就是學生通過建構意義去主動認識世界的過程。[6]在科學教育領域，建構主義學習理論主要有以下一些代表性的觀點。

　�、僭谡�式的學校教育開始以前，兒童已經形成了關于自然現象和環(huán)境的認知模式；

　　②學習者積極主動地建構自己關于自然環(huán)境的認知模式；

　�、圻@些認知模式不斷地用于解釋新的經歷，并在應用過程中得到修改；

　�、苓@些認知模式的應用范圍是多種多樣的，或者說已經在多種多樣經歷中得到廣泛的應用；

　�、葸@些認知模式在可變性上是不同的，有些是不穩(wěn)定的；而有些卻是固著性很強，對教師的教學努力具有很強的抵制性；

　　⑥由于認知模式具有的固著性以及同正式科學概念的相互作用，使得教學的結果常常同期望的不同，這點在教學過程中常常被忽視；

　�、邔⒁环N觀點置于一定的情景中，有利于學生更好地理解和掌握；

　�、嗳绻�呈現給學生那些零散、原子化的知識點，只能導致機械的記憶，也不可能很好地運用；即使記住，也更有可能在很短的時間內就忘記。

　　雖然，這種學習理論具有很多共同的特點，但不同學者之間仍存在一些分歧。[7]例如，Ausubel（1968）指出，影響學習的最重要的因素是學習者已經知道的東西，明確這一點并據此進行教學。雖然，大多數學者已經接受這種觀點，但對于什么是教學的依據，卻有很多不同的解釋（Driver，1980），例如，Ausubel（1968）認為，發(fā)現學生的前位概念，確定教學內容和學生已知內容的必要聯(lián)系；Wittrock（1974）認為，發(fā)現學生產生于他們的文化背景、態(tài)度、能力和經驗的概念和意義， 確定各種方式使學生能夠產生對他們有用的、新的意義和概念；Gagne and White（1978）等認為，發(fā)現學生的分解技能，然后，從這些分解技能開始，逐步地使學生進步；Driver（1980）等認為，發(fā)現學生具有的應變觀念（Alternative Viewpoints），提供條件鼓勵學生重新考慮和修正這些觀念；Shayer and Adey（1981）等人認為，發(fā)現學生思維邏輯結構特點，使課程和概念的邏輯要求同學生思維的邏輯結構相匹配。

　　需要強調指出的是，自20世紀80年代以來，科學教育已經成為一個獨立的研究領域，逐漸形成自己特有的體系，其研究成果直接地成為科學教育和課程改革的基礎。[8]這一點，可以從兩個方面得到證實，一是很多具有科學和心理學學術背景的學者在過去20多年中，直接地走進了課堂，對兒童科學概念的形成進行了大量、細致的研究，發(fā)表了許多直接影響科學教學過程的專著和論文，上述提到的很多學者就是其中的典型代表。二是一些國家的科學課程標準，直接地建立在這些大量實證性研究的基礎之上，1996年頒布的美國國家科學教育標準就是其中的典型代表。

　�。ǘ�）維果茨基等的社會建構學習理論

　　維果茨基（Vygotsky，L．S．）認為，“教學”是在“發(fā)展”之前的，并創(chuàng)造性地提出了“最近發(fā)展區(qū)”（Zone of Proximal Development，ZPD）的概念。在研究學校學習中，大多數心理實驗都用使學生解決一些標準化問題的方法，來測量該學生的心智發(fā)展水平。但這種方式只能測量兒童發(fā)展已經完成的部分，遠未揭示問題的全部。找兩名智力年齡同是8歲的兒童，給他們某些靠他們自己很難解決的問題，并給予一定的指導和幫助，研究發(fā)現 ，其中一名兒童可以解決一些智齡12歲的問題，而另一名兒童卻至多解決智齡9歲的問題。兒童的實際智齡與在給予幫助下能達到的解決問題水平的差異，表明了兒童最近發(fā)展區(qū)的存在。經驗表明，一名具有較大ZPD的兒童可以取得更好的成績，好的“教學”應該超前于“發(fā)展”并引導發(fā)展，但教學目標應該在最近發(fā)展區(qū)內。[9]

　　這一理論同科學教育相關的觀點有如下幾種。

　�、俳逃�、教學不能等同地看做發(fā)展，而恰當組織的教育、教學將導致兒童的智力發(fā)展，將產生一個完整系列的發(fā)展過程。如果沒有教育和教學，發(fā)展將是不可能的。所以，教育和教學是兒童發(fā)展過程必要的、一般的因素，這種發(fā)展過程不是一種自然的過程，而是一種具有人類歷史特點的過程。

　�、趦和�能夠模仿一系列超出他們能力的活動，但只是在一定的范圍內。通過模仿，兒童可以在成人的幫助和指導下比在自己獨立的情況下做得更好；通過模仿，兒童也可以獨立去這樣做。這種在成人的幫助和指導下解決問題的水平，同獨立解決問題的水平的差異就是最近發(fā)展區(qū)。

　�、蹆和�掌握日常概念的程度，反映了他們發(fā)展的實際水平，而他們獲得的科學概念，反映了他們最近發(fā)展區(qū)的水平。

　�、墚斂茖W概念超出了兒童的發(fā)展階段，我們必須認識到， 科學概念的調節(jié)可以在兒童心理發(fā)展中起重要作用。兒童時期所接受的唯一好的教育、教學，就是超前和引導發(fā)展的教育和教學。

　　以維果茨基為代表的社會建構學習理論，與長期以來在歐美科學教育界占統(tǒng)治地位的皮亞杰（Piaget，J．）認知發(fā)展階段理論有很大的不同，經過改造和發(fā)展，作為皮亞杰理論的一個重要補充，在最近的20多年來，同西方建構主義學習理論一起成為歐美科學教育和課程改革的重要理論基礎。

　　三、結束語

　　綜上所述，關于科學本身的研究成果，以及建構主義學習理論、社會建構學習理論的觀點，已經成為支撐科學教育和課程改革的兩個重要理論基礎，對當前教育、教學改革正在產生極大的影響。

　　自20世紀70年代以來，在充分享受科學技術進步所帶來的社會、經濟發(fā)展等巨大利益的同時，人們也受到來自大自然的報復和懲罰，開始反思科學技術同社會的相互作用關系�？茖W主義受到了抨擊，人文精神和科學史受到越來越多的關注�？茖W哲學發(fā)展同科學史和科學社會學發(fā)展密切了聯(lián)系，成為科學方法理論現代發(fā)展的一個特點�？茖W作為一種探究活動，作為一種知識體系、一種文化、一種社會性事業(yè)或活動，它的發(fā)展既受到其內部的邏輯和認識因素的影響，又有社會、政治、經濟、意識形態(tài)等外部制約因素。在當前的課程改革中，科學（理科）教師對于科學本身認識和觀念的變革，是樹立科學新課程理念的重要方面，但由于歷史的原因，我們在這方面所做的工作還不夠系統(tǒng)和深入，特別期望研究科學哲學、科學歷史和科學社會學方面的學者，給予中小學科學教育更多的關注，并積極地參與進來，為中小學科學教育和課程改革作出貢獻。

　　對一些其他國家和地區(qū)的科學課程改革文件進行比較研究，是制定、實施我國中小學科學課程標準的一項基礎性工作，如果我們不對形成這些課程文件的支撐性基礎性研究做一些深層次的分析和介紹，就會使教師對正在進行的課程改革只知其然，而不知其所以然。如前所述，當前的科學課程改革越來越將科學教育過程本身的特點和規(guī)律直接作為基礎，那么，就更需要教師廣泛地、積極地參與這一基礎性研究過程，使制定的課程標準更好地落實到我國廣大學校、學生的實際之中。提高中小學教育工作者自身的研究水平，將長期實踐所積累的教學經驗，在新課程的背景下，提升到一定的理論高度，這樣不僅可以建立可與其他國家比較和交流的我國特有的科學教育、教學理論，而且會變成不竭的動力源泉，推動我國中小學科學教育和課程改革持續(xù)地向前發(fā)展。

　　參考文獻：

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