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重視中小學(xué)科學(xué)教育和課程改革的基礎(chǔ)性研究的論文
摘要：支持當前科學(xué)教育和課程改革的兩個基礎(chǔ)性研究包括：一是對于科學(xué)本身的研究和認識，主要是指科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)歷史和科學(xué)社會學(xué)等；二是對于科學(xué)教育和教學(xué)過程的研究，主要是在科學(xué)教育領(lǐng)域的學(xué)習(xí)理論、學(xué)生概念的發(fā)展理論等。這兩個方面的基礎(chǔ)性研究對國外科學(xué)教育和課程改革產(chǎn)生了深刻的影響，而當前我國在這兩方面研究對于中小學(xué)科學(xué)課程促進作用似乎還沒有引起廣泛的重視。
關(guān)鍵詞：科學(xué)教育；課程改革；基礎(chǔ)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(xué)技術(shù)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(zhì)的人力資源，成為一個國家經(jīng)濟發(fā)展、社會進步的關(guān)鍵。中小學(xué)科學(xué)（理科）教育一般是指有關(guān)自然科學(xué)的基礎(chǔ)教育，它是提高全民族科學(xué)技術(shù)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(gòu)建我國面向21世紀的基礎(chǔ)教育新課程體系，標志著中小學(xué)教育實質(zhì)性改革進入了一個嶄新的階段。
科學(xué)技術(shù)本身的飛速發(fā)展，不僅改變著人們的生活方式、質(zhì)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(xué)科學(xué)教育目的、內(nèi)容和形式需要經(jīng)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(xué)教育和課程改革都應(yīng)有支持其進行的理論研究基礎(chǔ)。結(jié)合近年來對影響科學(xué)教育和課程改革的基礎(chǔ)性理論的學(xué)習(xí)和體會，筆者認為，當前科學(xué)教育和課程改革的理論基礎(chǔ)發(fā)生了一些變化，主要是由原來直接依賴于教育學(xué)和心理學(xué)的基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)向以對科學(xué)本身性質(zhì)的研究和認識，以及成為一個獨立研究領(lǐng)域的科學(xué)教育教學(xué)研究為基礎(chǔ)。換言之，本次科學(xué)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(chǔ)。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(guān)于科學(xué)性質(zhì)的認識對科學(xué)教育和課程改革的影響
對于科學(xué)本身的認識，同如何看待和認識科學(xué)教育問題是緊密相關(guān)的。以Bernal，J．D．為代表的科學(xué)家認為，在不同的時期和不同的場合，科學(xué)有不同的涵義�？茖W(xué)的多種定義和解釋，都反映了科學(xué)某一方面的本質(zhì)特征。常見的表述有以下幾種。
（1）科學(xué)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(chǎn)實踐、生活實踐和科學(xué)實驗獲得對客觀世界的認識，其中，科學(xué)的認識主要包括對于客觀事實和規(guī)律的認識，即發(fā)現(xiàn)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(nèi)在的、本質(zhì)的、必然聯(lián)系的認識。
�。�2）科學(xué)是反映客觀事實和規(guī)律的知識體系，認為科學(xué)是關(guān)于自然、社會和思維的知識體系。
�。�3）科學(xué)是一項與反映客觀事實和規(guī)律的知識體系相關(guān)活動的事業(yè)。
20世紀中葉以來，人們逐漸認識到，只將科學(xué)看做反映事實和規(guī)律的知識體系，已經(jīng)不能適應(yīng)當前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會對科學(xué)技術(shù)的需要，越來越認識到科學(xué)技術(shù)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(chǎn)力功能。[1]
以科學(xué)及其活動本身作為研究對象的科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)史和科學(xué)社會學(xué)，在20世紀先后成為獨立的學(xué)科，并取得了較大的發(fā)展，使人們對于科學(xué)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能及科學(xué)發(fā)展的規(guī)律有了深入的了解，也正在對中小學(xué)科學(xué)教育產(chǎn)生著深刻的影響。
傳統(tǒng)的理科課程論是以經(jīng)驗科學(xué)論的歸納法和演繹法為基礎(chǔ)的。前者強調(diào)知識的學(xué)習(xí)必須以大量的科學(xué)事實作為概括理論知識的基礎(chǔ)，掌握知識應(yīng)通過“觀察與試驗──獲得現(xiàn)象、事實──歸納概括成理論知識──推廣”的過程來進行；后者強調(diào)學(xué)習(xí)知識應(yīng)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(xué)習(xí)的過程是：“認識一般原理──檢驗個別事實──推廣出新原理”。應(yīng)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(xué)和技術(shù)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(xué)哲學(xué)的蓬勃發(fā)展，科學(xué)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(xué)認識的過程是一個假說—推理（證偽）的過程，解決科學(xué)問題需要經(jīng)過下列幾個不同的階段：[2]
●一個問題存在于某種學(xué)說里（提出問題存在的可能范圍）
●新的理論或?qū)W說可以解決這個問題（提出假設(shè)）
●用新的學(xué)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(xué)說（去偽存真）
60年代又出現(xiàn)了以Kuhn，T．S．為主要代表的歷史學(xué)派，強調(diào)用歷史的觀點去研究科學(xué)的發(fā)展變化，并提出了“科學(xué)革命”的科學(xué)認識發(fā)展學(xué)說，認為科學(xué)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(xué)是“范例”的不斷演化與積累。[3]他認為科學(xué)家并不是以研究和驗證（包括反駁）假說來發(fā)展科學(xué)的。他將科學(xué)發(fā)展的過程描述為前科學(xué) 常規(guī)科學(xué)科學(xué)革命新的常規(guī)科學(xué)……，他還將“科學(xué)共同體”作為科學(xué)認識的主體，[4]從而將社會學(xué)和心理學(xué)的因素引入了科學(xué)哲學(xué)中，產(chǎn)生了一種全新的“建構(gòu)主義”科學(xué)觀點。
Popper，K．和Kuhn，T．S．的科學(xué)認識發(fā)展學(xué)說對當代中小學(xué)科學(xué)教育和課程理論產(chǎn)生了深刻的影響。影響之一，是科學(xué)課程在內(nèi)容的組織上較為強調(diào)運用“假說──推理──闡明結(jié)論”的方式，并力圖將這種方式也貫穿于科學(xué)教學(xué)過程；影響之二，是在科學(xué)教育中重視科學(xué)概念、科學(xué)理論和科學(xué)發(fā)展史等知識內(nèi)容的學(xué)習(xí)，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(xué)，特別是教育工作者自己的科學(xué)觀念，對于學(xué)生的科學(xué)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(guān)于科學(xué)性質(zhì)的認識，從來沒有像現(xiàn)在這樣受到科學(xué)教育研究者和教師的廣泛關(guān)注，并產(chǎn)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(guān)于科學(xué)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(xué)教育中存在著一些誤區(qū)，[5]例如：
科學(xué)家是特別客觀的
科學(xué)就是孤獨的探索
科學(xué)和技術(shù)是等同的
假說變成學(xué)說，后又變成定律
科學(xué)定律和其他一些觀念是絕對正確的
仔細積累的證據(jù)就逐漸成為可靠的知識
為了使科學(xué)結(jié)論準確，必須反復(fù)驗證
科學(xué)及其方法能提供可靠的證明
科學(xué)更多的是漸進過程，而不是創(chuàng)造
科學(xué)及其方法可以解決所有的問題
實驗是通向科學(xué)認識的主要途徑
一種科學(xué)新知識的接受是很快的
科學(xué)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(dǎo)著科學(xué)教師的教學(xué)過程。
第二個特點，盡管不同的學(xué)術(shù)觀點仍然在繼續(xù)論爭，但關(guān)于科學(xué)性質(zhì)、科學(xué)歷史和科學(xué)社會學(xué)的一些觀點開始進入中小學(xué)科學(xué)教育的課程內(nèi)容。從國際上有影響的8種科學(xué)教育課程標準等有關(guān)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(xué)知識經(jīng)受長期的考驗，但是，它卻具有可變的特質(zhì)
科學(xué)知識更多地依賴于觀察、實驗證據(jù)、理性辯論和懷疑精神
科學(xué)研究的一般方法和一步步的科學(xué)步驟不一定得到可靠的科學(xué)結(jié)論
科學(xué)力圖解釋自然現(xiàn)象
各種定律、學(xué)說在科學(xué)中起到不同的作用，所以，學(xué)生應(yīng)該注意到學(xué)說即使獲得了很多的證據(jù)，也不一定變成定律
新知識必須清晰、公開地報導(dǎo)
科學(xué)家需要準確的實驗記錄，也要受到科學(xué)共同體的審查、批評
觀察離不開理論的指導(dǎo)
科學(xué)家具有創(chuàng)造性
科學(xué)歷史表明其發(fā)展既有進化的特點，也有革命的特點
科學(xué)是社會和文化傳統(tǒng)的組成部分
科學(xué)和技術(shù)是相互作用的
科學(xué)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(xué)科學(xué)教育界有關(guān)科學(xué)性質(zhì)問題的討論，確實對科學(xué)教師的傳統(tǒng)觀念產(chǎn)生了強烈的沖擊，甚至出現(xiàn)了一些科學(xué)相對主義的傾向。而在我國中小學(xué)科學(xué)教育界，隨著課程改革的深入進行，關(guān)于科學(xué)性質(zhì)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(xué)同學(xué)生發(fā)展的研究對科學(xué)教育和課程改革的影響
在科學(xué)教學(xué)過程中，教師都在有意無意地采用著一些有關(guān)學(xué)生學(xué)習(xí)的理論和假設(shè)。例如，認為知道是什么一定先于知道怎么樣；認為有效的學(xué)習(xí)順序是，先接受、記住，再通過一系列練習(xí)增強理解，后再試圖應(yīng)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(yīng)用；認為通過外來壓力可以提高學(xué)習(xí)的動機，而不是通過改變學(xué)習(xí)的形式或呈現(xiàn)內(nèi)容的方式；認為學(xué)生學(xué)習(xí)的困難和失敗是由于學(xué)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(xué)習(xí)風(fēng)格同學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格是否匹配等。
近年來，科學(xué)教學(xué)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(xué)實踐，開始反思這些基本的假設(shè)。他們認為，基于上述假設(shè)的教學(xué)只能使一小部分學(xué)生學(xué)習(xí)成功，而沒有激活和開啟其他更多學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和潛能。具體地說，學(xué)習(xí)應(yīng)該建立在并開始于學(xué)生所知道的知識、已經(jīng)具有的觀念，只有通過這種途徑，才能使學(xué)生將新知識納入他們自己的有意義的結(jié)構(gòu)中。
（一）建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論
建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論在過去的二十多年中，對中小學(xué)科學(xué)教學(xué)有廣泛的影響，其基本觀點認為，學(xué)生是主動的學(xué)習(xí)者，在他們進入課堂前就已經(jīng)具有了一些關(guān)于自然現(xiàn)象的觀念，這些觀念來自于他們的日常生活經(jīng)驗。因此，學(xué)習(xí)科學(xué)就不僅包括適應(yīng)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(xué)生通過建構(gòu)意義去主動認識世界的過程。[6]在科學(xué)教育領(lǐng)域，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論主要有以下一些代表性的觀點。
�、僭谡降膶W(xué)校教育開始以前，兒童已經(jīng)形成了關(guān)于自然現(xiàn)象和環(huán)境的認知模式；
�、趯W(xué)習(xí)者積極主動地建構(gòu)自己關(guān)于自然環(huán)境的認知模式；
③這些認知模式不斷地用于解釋新的經(jīng)歷，并在應(yīng)用過程中得到修改；
�、苓@些認知模式的應(yīng)用范圍是多種多樣的，或者說已經(jīng)在多種多樣經(jīng)歷中得到廣泛的應(yīng)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(xué)努力具有很強的抵制性；
�、抻捎谡J知模式具有的固著性以及同正式科學(xué)概念的相互作用，使得教學(xué)的結(jié)果常常同期望的不同，這點在教學(xué)過程中常常被忽視；
⑦將一種觀點置于一定的情景中，有利于學(xué)生更好地理解和掌握；
�、嗳绻尸F(xiàn)給學(xué)生那些零散、原子化的知識點，只能導(dǎo)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(nèi)就忘記。
雖然，這種學(xué)習(xí)理論具有很多共同的特點，但不同學(xué)者之間仍存在一些分歧。[7]例如，Ausubel（1968）指出，影響學(xué)習(xí)的最重要的因素是學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道的東西，明確這一點并據(jù)此進行教學(xué)。雖然，大多數(shù)學(xué)者已經(jīng)接受這種觀點，但對于什么是教學(xué)的依據(jù)，卻有很多不同的解釋（Driver，1980），例如，Ausubel（1968）認為，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的前位概念，確定教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生已知內(nèi)容的必要聯(lián)系；Wittrock（1974）認為，發(fā)現(xiàn)學(xué)生產(chǎn)生于他們的文化背景、態(tài)度、能力和經(jīng)驗的概念和意義， 確定各種方式使學(xué)生能夠產(chǎn)生對他們有用的、新的意義和概念；Gagne and White（1978）等認為，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的分解技能，然后，從這些分解技能開始，逐步地使學(xué)生進步；Driver（1980）等認為，發(fā)現(xiàn)學(xué)生具有的應(yīng)變觀念（Alternative Viewpoints），提供條件鼓勵學(xué)生重新考慮和修正這些觀念；Shayer and Adey（1981）等人認為，發(fā)現(xiàn)學(xué)生思維邏輯結(jié)構(gòu)特點，使課程和概念的邏輯要求同學(xué)生思維的邏輯結(jié)構(gòu)相匹配。
需要強調(diào)指出的是，自20世紀80年代以來，科學(xué)教育已經(jīng)成為一個獨立的研究領(lǐng)域，逐漸形成自己特有的體系，其研究成果直接地成為科學(xué)教育和課程改革的基礎(chǔ)。[8]這一點，可以從兩個方面得到證實，一是很多具有科學(xué)和心理學(xué)學(xué)術(shù)背景的學(xué)者在過去20多年中，直接地走進了課堂，對兒童科學(xué)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(xué)教學(xué)過程的專著和論文，上述提到的很多學(xué)者就是其中的典型代表。二是一些國家的科學(xué)課程標準，直接地建立在這些大量實證性研究的基礎(chǔ)之上，1996年頒布的美國國家科學(xué)教育標準就是其中的典型代表。
�。ǘ┚S果茨基等的社會建構(gòu)學(xué)習(xí)理論
維果茨基（Vygotsky，L．S．）認為，“教學(xué)”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(xué)校學(xué)習(xí)中，大多數(shù)心理實驗都用使學(xué)生解決一些標準化問題的方法，來測量該學(xué)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(jīng)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(dǎo)和幫助，研究發(fā)現(xiàn) ，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(jīng)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(xué)”應(yīng)該超前于“發(fā)展”并引導(dǎo)發(fā)展，但教學(xué)目標應(yīng)該在最近發(fā)展區(qū)內(nèi)。[9]
這一理論同科學(xué)教育相關(guān)的觀點有如下幾種。
①教育、教學(xué)不能等同地看做發(fā)展，而恰當組織的教育、教學(xué)將導(dǎo)致兒童的智力發(fā)展，將產(chǎn)生一個完整系列的發(fā)展過程。如果沒有教育和教學(xué)，發(fā)展將是不可能的。所以，教育和教學(xué)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。
�、趦和軌蚰７乱幌盗谐鏊麄兡芰Φ幕顒�，但只是在一定的范圍內(nèi)。通過模仿，兒童可以在成人的幫助和指導(dǎo)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(dǎo)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)。
③兒童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(xué)概念，反映了他們最近發(fā)展區(qū)的水平。
�、墚斂茖W(xué)概念超出了兒童的發(fā)展階段，我們必須認識到， 科學(xué)概念的調(diào)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(xué)，就是超前和引導(dǎo)發(fā)展的教育和教學(xué)。
以維果茨基為代表的社會建構(gòu)學(xué)習(xí)理論，與長期以來在歐美科學(xué)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(jīng)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(gòu)主義學(xué)習(xí)理論一起成為歐美科學(xué)教育和課程改革的重要理論基礎(chǔ)。
三、結(jié)束語
綜上所述，關(guān)于科學(xué)本身的研究成果，以及建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、社會建構(gòu)學(xué)習(xí)理論的觀點，已經(jīng)成為支撐科學(xué)教育和課程改革的兩個重要理論基礎(chǔ)，對當前教育、教學(xué)改革正在產(chǎn)生極大的影響。
自20世紀70年代以來，在充分享受科學(xué)技術(shù)進步所帶來的社會、經(jīng)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(fù)和懲罰，開始反思科學(xué)技術(shù)同社會的相互作用關(guān)系�？茖W(xué)主義受到了抨擊，人文精神和科學(xué)史受到越來越多的關(guān)注�？茖W(xué)哲學(xué)發(fā)展同科學(xué)史和科學(xué)社會學(xué)發(fā)展密切了聯(lián)系，成為科學(xué)方法理論現(xiàn)代發(fā)展的一個特點�？茖W(xué)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(nèi)部的邏輯和認識因素的影響，又有社會、政治、經(jīng)濟、意識形態(tài)等外部制約因素。在當前的課程改革中，科學(xué)（理科）教師對于科學(xué)本身認識和觀念的變革，是樹立科學(xué)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(xué)哲學(xué)、科學(xué)歷史和科學(xué)社會學(xué)方面的學(xué)者，給予中小學(xué)科學(xué)教育更多的關(guān)注，并積極地參與進來，為中小學(xué)科學(xué)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(xué)課程改革文件進行比較研究，是制定、實施我國中小學(xué)科學(xué)課程標準的一項基礎(chǔ)性工作，如果我們不對形成這些課程文件的支撐性基礎(chǔ)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(xué)課程改革越來越將科學(xué)教育過程本身的特點和規(guī)律直接作為基礎(chǔ)，那么，就更需要教師廣泛地、積極地參與這一基礎(chǔ)性研究過程，使制定的課程標準更好地落實到我國廣大學(xué)校、學(xué)生的實際之中。提高中小學(xué)教育工作者自身的研究水平，將長期實踐所積累的教學(xué)經(jīng)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(xué)教育、教學(xué)理論，而且會變成不竭的動力源泉，推動我國中小學(xué)科學(xué)教育和課程改革持續(xù)地向前發(fā)展。
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